开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置制造方法
【专利摘要】本专利公开了一种开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置，该装置由手柄、压紧螺母、阀芯、压环、上密封件、阀体、档位螺母、防松螺钉、下密封件和真空接头组成。所发明装置设置于制冷机冷端的真空室和负压排气的真空泵之间，控制真空室内死真空与活真空环境的转换。本专利装置部件少、操作方便、易于维护，可实现安全可靠而又无油污染的动密封效果，采用本专利的装置将有效解决低温制冷机在实际应用中其真空室所需的频繁开闭和同时保持高气密性之间的矛盾，对于低温制冷机的实际应用具有十分积极的作用。
【专利说明】开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置
【技术领域】
[0001]本专利涉及一种真空阀门，特别涉及一种开闭自由且能实现高气密性的真空阀门
>J-U ρ?α装直。
【背景技术】
[0002]高真空的获取和维持对于低温领域有着特殊意义。例如，获得广泛实际应用的低温制冷机，其低温端与室温之间的温差一般都在180Κ以上，有时这一温差甚至接近270Κ。如此巨大的温差，如果不使用真空隔绝，由气流的传导和对流带来的热损失将使得低温制冷机变得毫无意义。因此，在实际应用中，低温制冷机的冷端一般都被放置于真空室中。
[0003]光学传感器件(如红外传感器等)以及超导电子器件需要十分稳定的工作环境，这其中包括很重要的温度的稳定性。由于温度不稳定常常会带来器件的图像失真或者信噪比的严重降低。真空室的真空度对于低温制冷机冷端的温度稳定性有着很大的影响，因而实际应用中对真空室的真空度要求很高，考虑到长寿命工作的航天及军事应用等场合有时甚至会要求优于lX10_7Pa的真空度。
[0004]在地面试验环境中，由于考虑到频繁的重复试验以及器件更换，真空室不能制作成一次性的死真空环境。在试验开始前，通常需要使用真空泵在真空室中实现活真空环境；而在试验开始后，为模拟最终应用状态，往往又需要切断真空泵，获得一个暂时的死真空；此后，如果涉及到器件调整或者更换新的试验方案，暂时的死真空环境又要被打开；再之后，最终状态的死真空环境又要被重新模拟。考虑到上述实际试验的需要，就有必要在真空室上设置一个真空阀门装置，它既要能够开闭自由，以实现真空室中活真空和死真空的方便转换；同时，又要能实现高气密性，以便在真空室内处于死真空环境时，不从该阀门装置中发生微小泄漏而恶化真空室中的真空环境。同时，针对航空航天有特殊应用的环境，无油密封以杜绝油污染也是一个很关键的要求。对于机械装置而言，开闭自由和保持高气密性本身就是一对矛盾，对于频繁开闭的阀门装置而言，这一要求更是一个很大的挑战。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本专利提出一种开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置。
[0006]本专利的目的在于，发明一种真空阀门，设置于在制冷机冷端的真空室和负压排气的真空泵之间，控制真空室内死真空与活真空环境的转换，该阀门采用无油动密封，实现开闭自由且能保持高气密性，满足低温制冷机实际应用的迫切需要。
[0007]如图1所示，所发明的开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置包括手柄1、压紧螺母2、阀芯3、压环4、上密封件5、阀体6、档位螺母7、防松螺钉8、下密封件31和真空接头9，其特征在于:
[0008]阀体6为中空柱状体，其内孔最上端为阀体压紧螺纹17，紧接阀体压紧螺纹17的内圆面和台阶面分别为阀体密封内圆面15和阀体密封平面16，阀体6的一侧沉孔结构为阀体侧面接口 18，阀体6的内孔中部制作有与阀体导气槽20相接的阀体锥形面19，阀体导气槽20的下端加工出阀体内螺纹21，阀体6的最下端结构是阀体真空接口 22，制作成通用标准连接结构以方便与真空室的接口连接；真空接头9的一端制作成通用标准连接结构以方便与真空泵的接口连接，另一端插入阀体6的阀体侧面接口 18并与阀体6焊接成整体；阀芯3为轴类零件，其上端外圆加工出阀芯上端侧平面23，中间制作成阀芯外圆密封面24，下端结构依次加工出阀芯台阶面25、阀芯密封槽26、阀芯T型通道27、阀芯下端外螺纹28和阀芯档位外螺纹29 ;手柄I安装在阀芯3的上端，利用防松螺钉8固定在阀芯上端侧平面23上；压紧螺母2安装在阀体6的上端，利用压紧螺母外螺纹13将压紧螺母2固定在阀体压紧螺纹17内，拧紧压紧螺母2，即能挤压下层的压环4以及上密封件5 ;阀芯密封槽26内安装下密封件31，利用阀芯下端外螺纹28与阀体6相连；手柄外圆10与压紧螺母外圆12皆作滚花处理以防滑；转动手柄1，带动阀芯3旋转，依靠阀体内螺纹21的作用，实现上、下方向的位移，当阀芯台阶面25与阀体内台阶面30相接触时，下密封件31被压紧，实现密封；在阀体密封内圆面15和阀芯外圆密封面24之间放置双层叠加的上密封件5和压环4,转动压紧螺母2，使密封件5完全挤压在阀体密封内圆面15和阀芯外圆密封面24上，并在阀芯3旋转过程中，保证密封性能，实现动态密封的效果；阀芯3最下端设有阀芯档位外螺纹29，在阀芯3安装到阀体6上之后，将档位螺母7安装到阀芯3下端的阀芯档位外螺纹29上，使阀芯3在旋转并相对阀体6移动的过程中，不会与阀体6脱离；从而共同组成一种开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置。
[0009]下面结合附图对所发明的开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置的制造方法介绍如下:
[0010]图2和图3分别为阀体6和阀芯3的剖面图；阀体6和阀芯3均采用高机械强度的金属棒料整体加工而成，先由数控机床加工出基本轮廓，再使用高精密车床修整成型；
[0011]阀体6为整段棒料制成的中空柱状体，其中和阀体密封平面16和阀体内台阶面30均采用精密机床修整，保证其平面度均优于1.0 μ m，且二者的平行度优于2.0 μ m，阀体密封内圆面15采用高精密磨床研磨，保证其光洁度均优于2.0 μ m，以确保动密封效果，阀体锥形面19采用精密机床修整，保证其角度处于55°?75°之间，然后采用高精度的珩磨机研磨，确保其光洁度优于2.0 μ m，阀体压紧螺纹17与压紧螺母外螺纹13配合加工，阀体内螺纹21与阀芯下端外螺纹28配合加工；采用精密机床将阀体真空接口 22制作成通用标准连接结构以方便与真空室的接口连接；
[0012]阀芯3为整段棒料制作而成，其中阀芯台阶面25采用精密机床修整保证其平面度优于1.0 μ m，阀芯台阶面25和阀芯密封槽26分别采用高精度的研磨机研磨，保证其表面光洁度均优于2.0 μ m，阀芯T型通道27采用精密机床保证其尺寸公差优于3.0 μ m ;阀芯外圆密封面24应与压紧螺母2的内径、压环4的内径以及上密封件5的内径配合加工；
[0013]图4为手柄I的剖视图；手柄I采用高机械强度的金属材料整体加工成型，其中手柄螺纹孔11与防松螺钉8配合加工；
[0014]图5为压紧螺母2的剖视图；压紧螺母2采用高机械强度的金属材料整体加工成型，使用精密车床保证压紧螺母下端面14的平面度优于1.0 μ m ;压紧螺母2的内径与阀芯外圆密封面24配合加工；
[0015]压环4采用高机械强度的金属材料整体加工而成，其上下表面均采用精密车床修整并使用精密磨床研磨使得平整度均优于1.0 μ m，且上下表面的平行度亦优于Ι.ομπι，压环4的内径与阀芯外圆密封面24配合加工；
[0016]上密封件5和下密封件31的材料可以选用优质的非金属材料，也可以选用延展性好的金属材料，其中上密封件5的内径与阀芯外圆密封面24配合加工；
[0017]真空接头9的一端制作成通用标准连接结构以方便与真空泵接口连接，另一端插入阀体6的阀体侧面接口 18并采用激光焊接的方式与阀体6密封焊接成整体；
[0018]上述工序全部完成后，将各部件按照图1所示组装，即形成所发明的开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置。
[0019]本专利的特点和优点如下:
[0020]I)本专利装置安装在制冷机冷端的真空室和负压排气的真空泵之间，起到控制真空室内死真空与活真空环境的转换作用，阀体和阀芯的上下两端分别依靠动、静密封结构来保证密封性，阀体和阀芯利用螺纹旋转连接并确定相对位置，真空接头焊接在阀体上，手柄则安装在阀芯上，旋转手柄，使阀芯上移，就使真空接头与阀体的真空接口相通，反向旋转使阀芯压紧在阀体内，就隔断了内部通道的连接，档位螺母使阀芯不会与阀体脱离，防松螺钉保证手柄与阀芯连成一体，双层密封件和压环增加的动密封的性能，减少泄露的可能性；
[0021]2)本专利装置采用动密封的技术来密封阀芯和阀体的上端，使阀芯在做旋转运动和上下移动的同时保持高密封性，双层密封圈和压环的密封结构，在压紧螺母压紧之后，密封性能更可靠；
[0022]3)本专利装置的阀芯的下端将四种结构要素包括与锥形面进行密封的密封槽、T形通道、与阀座连接固定的外螺纹以及档位外螺纹整合成一体，实现了真空阀门结构中最关键的功能，即利用阀芯的螺纹旋转控制密封槽的上下位置、密封槽相对于锥形面的位置决定了阀体的开闭、T形通道将阀座的导气槽和下端出口相连、阀芯的外螺纹起到阀芯上下位置定位和固定的作用、档位外螺纹限制了阀芯向上移动的最大高度；
[0023]4)本专利装置的两个位于阀体和真空接头上的连接口都为标准通用接口，拆装方便；利用激光焊接将阀体和真空接头连接成整体，结构牢固；在长期使用后，取下阀芯尾端的档位螺母，将阀芯从阀体中取出，及时对密封件进行更新维护，就能保证良好的使用性能，易于维护。
[0024]所发明开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置设置于制冷机冷端的真空室和负压排气的真空泵之间，控制真空室内死真空与活真空环境的转换。本专利装置部件少、操作方便、易于维护，可实现安全可靠而又无油污染的动密封效果，采用本专利的装置将有效解决低温制冷机在实际应用中其真空室所需的频繁开闭和同时保持高气密性之间的矛盾，对于低温制冷机的实际应用具有十分积极的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为所发明的开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置的整体剖视图；
[0026]图2为阀体6的剖视图；
[0027]图3为阀芯3的剖视图；
[0028]图4为手柄I的剖视图；
[0029]图5为压紧螺母2的剖视图；
[0030]图6为所发明的开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置的三维视图。
[0031]其中I为手柄；2为压紧螺母；3为阀芯；4为压环；5为密封件；6为阀体；7为档位螺母；8为防松螺钉；9为真空接头；10为手柄外圆；11为手柄螺纹孔；12为压紧螺母外圆；13为压紧螺母外螺纹；14为压紧螺母下端面；15为阀体密封内圆面；16为阀体密封平面；17为阀体压紧螺纹；18为阀体侧面接口 ；19为阀体锥形面；20为阀体导气槽；21为阀体内螺纹；22为阀体真空接口 ；23为阀芯上端侧平面；24为阀芯外圆密封面；25为阀芯台阶面；26为阀芯密封槽；27为阀芯T型通道；28为阀芯下端外螺纹；29为阀芯档位外螺纹；30为阀体内台阶面；31为下密封件。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图及实施例对本专利的【具体实施方式】作进一步的详细说明:
[0033]如图1所示，所发明的开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置由手柄1、压紧螺母2、阀芯3、压环4、上密封件5、阀体6、档位螺母7、防松螺钉8、下密封件31和真空接头9组成，其特征在于，阀体6为中空柱状体，其内孔最上端为阀体压紧螺纹17，紧接阀体压紧螺纹17的内圆面和台阶面分别为阀体密封内圆面15和阀体密封平面16，阀体6的一侧沉孔结构为阀体侧面接口 18，阀体6的内孔中部制作有与阀体导气槽20相接的阀体锥形面19，阀体导气槽20的下端加工出阀体内螺纹21，阀体6的最下端结构是阀体真空接口 22，制作成通用标准连接结构以方便与真空室的接口连接；真空接头9的一端制作成通用标准连接结构以方便与真空泵的接口连接，另一端插入阀体6的阀体侧面接口 18并与阀体6焊接成整体；阀芯3为轴类零件，其上端外圆加工出阀芯上端侧平面23，中间制作成阀芯外圆密封面24，下端结构依次加工出阀芯台阶面25、阀芯密封槽26、阀芯T型通道27、阀芯下端外螺纹28和阀芯档位外螺纹29 ;手柄I安装在阀芯3的上端，利用防松螺钉8固定在阀芯上端侧平面23上；压紧螺母2安装在阀体6的上端，利用压紧螺母外螺纹13将压紧螺母2固定在阀体压紧螺纹17内，拧紧压紧螺母2，即能挤压下层的压环4以及上密封件5 ;阀芯密封槽26内安装下密封件31，利用阀芯下端外螺纹28与阀体6相连；手柄外圆10与压紧螺母外圆12皆作滚花处理以防滑；转动手柄1，带动阀芯3旋转，依靠阀体内螺纹21的作用，实现上、下方向的位移，当阀芯台阶面25与阀体内台阶面30相接触时，下密封件31被压紧，实现密封；在阀体密封内圆面15和阀芯外圆密封面24之间放置双层叠加的上密封件5和压环4，转动压紧螺母2，使密封件5完全挤压在阀体密封内圆面15和阀芯外圆密封面24上，并在阀芯3旋转过程中，保证密封性能，实现动态密封的效果；阀芯3最下端设有阀芯档位外螺纹29，在阀芯3安装到阀体6上之后，将档位螺母7安装到阀芯3下端的阀芯档位外螺纹29上，使阀芯3在旋转并相对阀体6移动的过程中，不会与阀体6脱离；从而共同组成一种开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置。
[0034]所发明的开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置的制造方法如下:
[0035]图2和图3分别为阀体6和阀芯3的剖面图；阀体6和阀芯3均采用高机械强度的金属棒料整体加工而成，先由数控机床加工出基本轮廓，再使用高精密车床修整成型；
[0036]阀体6为整段棒料制成的中空柱状体，其中和阀体密封平面16和阀体内台阶面30均采用精密机床修整，保证其平面度均为0.9 μ m，且二者的平行度为1.5 μ m，阀体密封内圆面15采用高精密磨床研磨，保证其光洁度均为1.5 μ m，以确保动密封效果，阀体锥形面19采用精密机床修整，保证其角度为65°，然后采用高精度的珩磨机研磨，确保其光洁度为1.5 μ m,阀体压紧螺纹17与压紧螺母外螺纹13配合加工，阀体内螺纹21与阀芯下端外螺纹28配合加工；采用精密机床将阀体真空接口 22制作成通用标准连接结构以方便与真空室的接口连接；
[0037]阀芯3为整段棒料制作而成，其中阀芯台阶面25采用精密机床修整保证其平面度为0.9μπι，阀芯台阶面25和阀芯密封槽26分别采用高精度的研磨机研磨，保证其表面光洁度均为1.5 μ m，阀芯T型通道27采用精密机床保证其尺寸公差为2.5 μ m ;阀芯外圆密封面24应与压紧螺母2的内径、压环4的内径以及上密封件5的内径配合加工；
[0038]图4为手柄I的剖视图；手柄I采用高机械强度的金属材料整体加工成型，其中手柄螺纹孔11与防松螺钉8配合加工；
[0039]图5为压紧螺母2的剖视图；压紧螺母2采用高机械强度的金属材料整体加工成型，使用精密车床保证压紧螺母下端面14的平面度为0.9 μ m ;压紧螺母2的内径与阀芯外圆密封面24配合加工；
[0040]压环4采用高机械强度的金属材料整体加工而成，其上下表面均采用精密车床修整并使用精密磨床研磨使得平整度均为0.9 μ m，且上下表面的平行度亦为0.9 μ m，压环4的内径与阀芯外圆密封面24配合加工；
[0041]上密封件5和下密封件31的材料可以选用优质的非金属材料，也可以选用延展性好的金属材料，其中上密封件5的内径与阀芯外圆密封面24配合加工；
[0042]真空接头9的一端制作成通用标准连接结构以方便与真空泵接口连接，另一端插入阀体6的阀体侧面接口 18并采用激光焊接的方式与阀体6密封焊接成整体；
[0043]上述工序全部完成后，将各部件按照图1所示组装，即形成所发明的开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置。
【权利要求】
1.一种开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置，它包括手柄(I)、压紧螺母(2)、阀芯(3)、压环⑷、上密封件(5)、阀体(6)、档位螺母(7)、防松螺钉⑶、下密封件(31)和真空接头(9)，其特征在于: 所述的阀体￠)为中空柱状体，其内孔最上端为阀体压紧螺纹(17)，紧接阀体压紧螺纹(17)的内圆面和台阶面分别为阀体密封内圆面(15)和阀体密封平面(16)，阀体(6)的一侧沉孔结构为阀体侧面接口(18)，阀体(6)的内孔中部制作有与阀体导气槽(20)相接的阀体锥形面(19)，阀体导气槽(20)的下端加工出阀体内螺纹(21)，阀体(6)的最下端结构是阀体真空接口(22)，制作成通用标准连接结构以方便与真空室的接口连接； 所述的真空接头(9)的一端制作成通用标准连接结构以方便与真空泵的接口连接，另一端插入阀体￠)的阀体侧面接口(18)并与阀体(6)焊接成整体； 所述的阀芯(3)为轴类零件，其上端外圆加工出阀芯上端侧平面(23)，中间制作成阀芯外圆密封面(24)，下端结构依次加工出阀芯台阶面(25)、阀芯密封槽(26)、阀芯T型通道(27)、阀芯下端外螺纹(28)和阀芯档位外螺纹(29)； 手柄(I)安装在阀芯(3)的上端，利用防松螺钉(8)固定在阀芯上端侧平面(23)上；压紧螺母(2)安装在阀体(6)的上端，利用压紧螺母外螺纹(13)将压紧螺母(2)固定在阀体压紧螺纹(17)内，拧紧压紧螺母(2)，即能挤压下层的压环(4)以及上密封件(5);阀芯密封槽(26)内安装下密封件(31)，利用阀芯下端外螺纹(28)与阀体(6)相连；手柄外圆(10)与压紧螺母外圆(12)皆作滚花处理以防滑；转动手柄(I)，带动阀芯(3)旋转，依靠阀体内螺纹(21)的作用，实现上、下方向的位移，当阀芯台阶面(25)与阀体内台阶面(30)相接触时，下密封件(31)被压紧，实现密封；在阀体密封内圆面(15)和阀芯外圆密封面(24)之间放置双层叠加的上密封件(5)和压环(4)，转动压紧螺母(2)，使密封件(5)完全挤压在阀体密封内圆面(15)和阀芯外圆密封面(24)上，并在阀芯(3)旋转过程中，保证密封性能，实现动态密封的效果；阀芯(3)最下端设有阀芯档位外螺纹(29)，在阀芯(3)安装到阀体(6)上之后，将档位螺母(7)安装到阀芯(3)下端的阀芯档位外螺纹(29)上，使阀芯(3)在旋转并相对阀体(6)移动的过程中，不会与阀体(6)脱离；从而共同组成一种开闭自由且能实现高气密性的真空阀门装置。
【文档编号】F16K1/00GK204226662SQ201420597491
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】党海政 申请人:中国科学院上海技术物理研究所