低温阀的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及阀。更特别地，本申请涉及阀内的密封结构，用于阀内所采用的部件的 材料，并且更特别地，涉及低温（cryogenic)应用和系统内的采用这种特征的球阀和针阀。
【背景技术】
[0002] 常规手控阀设计尝试用在恶劣环境下，该恶劣环境包括其经受增大的振动或冲 击、腐蚀或极端温度条件（比如低温应用）。然而，常规阀会在它们的环境使用的范围方面 受限，并且在延长的寿命周期中不能够可靠地、准确地和/或有效地打开和关闭。例如，低 温阀内的部件在相对短的寿命周期内会断裂和失效。因此，存在对于改进的阀和可以用在 这种阀内的改进的部件的需要。
【发明内容】
[0003] 本文所公开的是具有改善的可靠性并且易于使用的球阀。一些实施方式使用改进 的材料以提供先前没有认识到的可靠性方面的益处。一些实施方式包括阀的各种部件之间 的焊接接合周界，这能够防止阀泄漏流体（即，液体或气体）并且保护阀免受外部环境条件 影响。这种密封能够防止例如与冷凝、或在阀上或阀内结冰有关的问题。本文的阀的一些 实施方式能够为电子方式控制的。一些实施方式能够防止由阀振动引起的泄漏，例如，由于 电子螺线管致动器的用于对阀进行电子控制的动作引起的泄漏。一些实施方式提供了下述 直通阀构型，该直通阀构型能够改善通过阀的流动、改善安装阀的容易性、和/或改善阀的 内部与外部环境之间的热隔离。一些实施方式提供了前述优势中的两个或更多个优势，所 述两个或更多个优势中的任何一个优势能够改善可靠性、安装的容易性、以及阀和使用阀 的系统的操作成本。
[0004] 根据一个实施方式，低温阀包括第一 口和第二口、阀本体、阀杆、密封构件、阀元件 以及壳体。阀本体包括阀座，该阀座对与第一口流体连通的流体孔口进行限定。阀杆构造成 与阀本体接合。阀杆包括第一端和相反第二端，其中，纵向轴线延伸通过第一端和第二端。 阀杆形成基本沿着纵向轴线延伸的第一通道。第一通道构造成允许流体流动通过阀杆。阀 元件定位在第一通道的至少一部分内。阀元件构造成使密封构件偏置成抵靠孔口以基本阻 塞通过孔口和第一口的流动，其中，偏置响应于由阀致动器对阀元件的位置的控制而被控 制。壳体构造成基本密封和封围阀本体与阀杆的至少接合部，并且形成内部壳体腔，该内部 壳体腔构造成使至少一部分阀本体和阀杆一一包括所述接合部一一与壳体热隔离。
[0005] 在另一实施方式中，提供了低温阀。阀包括阀座、密封构件和阀元件。阀座限定流 体孔口。密封构件包括大于或等于维氏硬度（维氏硬度）HV标度上的大约HV 2000的近似 硬度值。阀元件定尺寸并且构造成使密封构件偏置成抵靠孔口以基本阻塞通过孔口的流 动。
[0006] 在另一实施方式中，低温阀包括阀本体、阀元件、阀杆和焊接部。阀本体包括对流 体孔口进行限定的阀座。阀元件构造成当阀元件移动至关闭位置时基本阻塞通过孔口的流 动。阀杆构造成沿着接合周界而与阀本体接合，其中，阀杆和阀本体中的至少一者形成了构 造成接纳阀元件的内部阀腔。焊接部构造成使阀杆与阀本体之间的接合周界气密密封。
【附图说明】
[0007] 图IA和图IB分别为阀的实施方式的上分解立体图和下分解立体图。
[0008] 图2为图1的阀的仰视图。
[0009] 图3A为图2中示出的阀处于关闭位置的侧视截面图。
[0010] 图3B为图2中示出的阀处于打开位置的侧视截面图。
[0011] 图4A为直通阀处于关闭位置的实施方式的侧视截面图。
[0012] 图4B为直通阀处于打开位置的实施方式的侧视截面图。
[0013] 图5为直通阀的实施方式的分解立体图。
[0014] 图6和图7分别为阀元件的实施方式的立体图和侧视图。
[0015] 图8为图6和图7中示出的阀元件的侧视截面图。
[0016] 图9为直通阀处于关闭位置的实施方式的侧视截面图。
[0017] 图10为直通阀处于打开位置的实施方式的侧视截面图。
[0018] 图11和图12分别为阀杆的实施方式的立体图和侧视图。
[0019] 图13为图12中示出的阀杆的侧视截面图。
[0020] 图14为图12中示出的阀杆的前视截面图。
[0021] 图15和图16分别为阀元件的实施方式的立体图和侧视图。
[0022] 图17为图15中示出的阀元件的侧视截面图。
[0023] 图18为图15中示出的阀元件的前视截面图。
[0024] 图19为直通阀处于打开位置的实施方式的侧视截面图。
[0025] 图20为直通针阀的实施方式的局部侧视截面图。
【具体实施方式】
[0026] 尽管以下将关于在低温应用中使用的球阀或针阀对实施方式进行讨论，但将理解 的是，本发明能够与其他阀应用一起使用。
[0027] 常规阀设计在延长的寿命周期中，特别是当阀在恶劣的环境比如高温或低温、冲 击或振动、或其他条件下使用时，不能够可靠地、准确地和/或有效地打开和关闭。可靠性 会由于这种条件的反复循环比如反复的热循环而恶化，其中，这种条件的反复循环会导致 热冲击和/或由于阀及其部件的反复的热膨胀和热收缩而引起的振动。用于使诸如液氮之 类的低温流体流动的阀由于在低温时可能在阀部件上发生的增大的磨损而变得不可靠。另 外，可以在各种阀部件上或各种阀部件内形成的冷凝，和/或由阀传输的流体的泄漏也能 够导致过早的磨损或失效。冷凝和/或泄漏还能够导致阀电气控制系统内的短路，这妨碍 了对常规阀的电子控制。通过将常规阀限制为手动控制，使用这种阀的系统需要额外的操 作者需增加成本。另外，泄漏或冷凝在需要清洁环境的一些系统比如半导体或生物技术应 用中会导致污染问题。当冷凝的液体在阀部件比如阀壳体上或内结冰时，关于冷凝的问题 在低温阀应用中会恶化。另外，由于从采用阀的系统中逸出的气体损耗，因此泄漏、冷凝和/ 或结冰会增加成本。在下述低温系统或其他系统中，泄漏、冷凝和/或结冰会浪费能量：其 中，所输送的气体的温度与大气的温度不同或在释放至大气时是不同的。此外，常规阀设计 难以安装和/或由于阀内的流动路径限制而具有减小的流动能力。因此，存在对于改进的 阀和可以用在这种阀内的改进的部件的需要。
[0028] 本文所公开的是具有改善的可靠性并且易于使用的阀。这些阀的一些实施方式使 用改进的材料或材料的组合用于阀内的部件以提供先前没有认识到的在可靠性方面的益 处。这些阀的一些实施方式构造成使阀的各种部件之间的接合周界密封，这能够防止阀泄 漏流体并且使阀免受外部环境条件影响。这种密封能够防止例如前述与冷凝、或在阀上或 阀内结冰有关的问题。这种密封可以允许本文的阀的一些实施方式是由电控制的。例如，本 文的阀可以包括螺线管或其他电子开关机构以在采用阀中的一个或更多个阀的系统内提 供增大的流体流动速度和对流体流动的控制。常规低温阀不具有充分的密封并且会泄漏， 因此阻止了常规低温阀与螺线管或其他自动电子元件一起使用。因此，手动式低温系统内 的流动的任何重新分配是耗费时间的并且难以管理。本文的阀的实施方式能够允许使用控 制系统，从而允许以各种响应时间进行切换，其中，所述各种响应时间中的一些响应时间小 于或等于0.5秒。
[0029] 本文的阀的一些实施方式提供了直通阀构型，该直通阀构型能够改善通过阀的流 动，和/或改善安装阀的容易性。本文的阀的一些实施方式比如一些直通阀实施方式可以 与夹套管线兼容。夹套管线包括双壁管路系统，其中，第二导管环绕第一内部导管，诸如低 温液体之类的流体输送通过该第一内部导管。第二壁可以包括外部套管、夹套或其他附加 屏障以减小内部导管与外部环境的对流以及对内部导管与外部环境进行热隔离，从而防止 能量损失。本文所描述的一些直通阀可以包括能够与夹套管线接合并且提供相似益处的附 加热壳体或屏障。在一些实施方式中，夹在热屏障与阀之间的容积保持真空，以与真空夹套 管线兼容。在一些这种实施方式中，夹在热屏障与阀之间的容积能够与真空夹套管线内的 真空形成共同的容积。这些阀的一些实施方式提供前述优势中的两个或更多个优势，所述 两个或更多个优势中的任何一个优势能够改善阀及使用这些阀的系统的可靠性、安装的容 易性以及操作成本。
[0030] 现在将参照若干实施方式的附图对本开发内容的特征、方面以及优势进行描述， 所述若干实施方式意在落入在本文所公开的本发明的范围内。从参照附图的实施方式的以 下详细描述，对于本领域技术人员而言这些以及其他实施方式将变得明显，本发明并不限 于本文所公开的任何特定实施方式。
[0031] 图1至图3B图示了根据本发明的实施方式的阀100。阀100总体上包括阀本体 10,该阀本体10具有构造成允许流体流动至阀本体中以及从阀本体流出的第一口 20和第 二口 30。阀本体10可以包括阀座11，该阀座11限定了与第一口 20流体连通的流体孔口 12进行，如图3B中最佳示出的。密封构件比如球80能够构造成使阀座11密封。在一些实 施方式中，可以采用其他密封构件比如用于针阀的阀元件的稍部来替代球80。这种实施方 式的示例在下文进行了描述并且在图20中示出。图20中示出的针阀元件的实施方式能够 用在阀100或本文所描述的其他阀内。阀100可以包括构造成与阀本体10接合的阀杆40。 阀杆和阀本体中的至少一者能够构造成形成内部阀腔13。阀元件50能够定位在内部阀腔 13内并且被内部阀腔13接纳。在一些实施方式中，阀100可以包括壳体70,该壳体70构 造成将阀本体和阀杆的至少一部分封围在内部壳体腔73内。
[0032] 阀100能够配置成处于关闭位置，如图3A中示出的。例如，阀元件50能够构造成 使球80偏置成抵靠孔口 12,使得通过孔口 12的流动基本上被阻塞（图3A)。当阀100处 于这种关闭或偏置位置时，球80和阀元件50能够基本阻塞内部阀腔13与第二口 30之间 的流动。以这种方式，当阀100处于关闭位置时，球80和阀元件50能够基本阻塞