背压阀的制作方法

本实用新型涉及一种背压阀，尤其是设有用于降低阀体工作失效风险的装置的背压阀。

背景技术：

背压阀被广泛应用于有压力要求流体系统中，例如用于使流体管路保持在预设压力下。在管路或是设备容器压力不稳的状态下，背压阀能保持管路所需压力，使流路中的泵能正常输出流量。

在实验室仪器中，常规的膜片式背压阀的主要功能是使流路中的压力保持在一个设定的范围内。当流路中压力大于目标设定值时，背压阀会被超出压力打开；当流路中压力小于目标设定值时，背压阀关闭，使压力不会降低。

一般，膜片式背压阀包括阀体和阀盖(也称下阀体和上阀体)。在阀体和阀盖之间形成用于容纳膜片的腔室。此外，膜片式背压阀还包括密封膜片、密封件(例如，o型圈)、支撑件、压力件等零部件。在这些关键部件中，密封膜片主要作用是隔绝流体与压力件，支撑件主要作用是提供流路的进出口、密封件的凹槽以及密封件的内部支撑，而密封件(例如，o型圈)主要作用是密封该密封膜片和支撑件之间的缝隙。

图1中示例性示出用于生物或化学试验的反应池中的一种现有技术的背压阀。在该试验中，反应池需要压力保持在一定范围。在反应池中，需要不断有流体进入和排出。因此，需要在反应池的末端安装阀门，在保持压力同时能够排出流体。

由图1可知，在阀体的面向膜片的一侧上开设有凹槽，以接纳密封件(例如，o型圈)。背压阀中的膜片能响应于经由阀体左侧的流体入口流入的流体的压力而在由阀体和阀盖夹出的腔室内沿背压阀的轴向在阻挡位置和释放位置之间移动。在膜片的阻挡位置，膜片与密封件接触，以阻挡流体入口与流体出口之间的流体连通(即，密封住不让流体流到出口)，而在释放位置，膜片脱离与密封件的接触，以使得流入的流体能沿背压阀的径向向内的方向流过膜片和密封件之间(即，二者之间的缝隙)，然后经由流体出口流出阀体。膜片在阻挡位置和释放位置之间的切换可以由预设的压力所决定。

如图2中示例性所示，在膜片式背压阀的初始结构设计中，密封件(例如，o型圈)会在上侧a点处、下侧b点处和内侧c点处具有密封作用。具体来说，密封件在a点处与位于其图示上方的膜片发成接触，密封件在b点处与容纳密封件的凹槽底壁接触，以及密封件在c点处与凹槽的内侧壁接触，以产生密封流体作用。可以看到，在b点和c点之间，密封件与凹槽会形成一个空腔d。

在实际的背压阀测试中主要会出现如下两种问题：

1)在背压阀实际工作中，流体可能会逐渐进入密封圈内侧的空腔d内部。由此处流体形成的高压会压迫密封件(例如，o型圈)，使o型圈在c点处紧密贴合。然而，流体一旦进入空腔d后，就不能从空腔d中流出。随着进入该空腔d的流体越来越多，压力越来越大。同时，o型圈会随着空腔d中流体的增加，逐步往上抬，如图3中所示。这导致o型圈的顶部将脱出其所在的凹槽，因此o型圈内部的支撑轴不能有效支撑o型圈。

高压流体直接作用在o型圈表面，并且逐步压溃o型圈，这导致o型圈在高压流体的作用下的寿命急剧下降。

2)如前所述，背压阀的主要功能为，在流路中，当压力小于设定值时阀门关闭，流路截止；当流路中压力大于设定值时，流路打开。这样在就保证了，流路中的压力始终保持在设定值范围内上下波动。

为了防止压力过高，从而破坏密封膜片，因此在密封膜片的顶部设计有止位。因此，密封膜片的实际运动距离就是从密封件(例如，o型圈)的上表面至前述止位为止。

在流体入口的压力升高后，o型圈会随密封膜片上升。在密封膜片到达止位后，在o型圈的右下方底部处形成前述腔体d，并充满有流体。流体的压力压迫o型圈上移，并在a点贴紧密封膜片。同时，流体压力还向内在c点处压迫o型圈，由此在a、c两点处形成强密封。随着压力的增高，o型圈与密封膜和容纳o型圈的凹槽内侧壁之间的贴合越来越紧密，如图4中所示。因此，在流体入口和流体出口之间，流体不能导通，阀门压力释放无法实现，进而导致背压阀的功能失效。

因此，在膜片式背压阀的领域中始终存在对降低阀体(主要是密封件)工作失效风险的需求，并且期望解决该问题的手段应当是稳定的、结构简单且低成本的。

技术实现要素：

本实用新型提供一种背压阀，所述背压阀包括：阀盖；阀体，所述阀盖和所述阀体轴向相继布置，以使得在所述阀盖和所述阀体之间形成有腔室，在所述阀体上分别设置有流体入口和流体出口；膜片，所述膜片布置在所述腔室内；密封件，所述密封容纳于设置在所述阀体的面向所述膜片的一侧上的凹槽内；其中，所述膜片能响应于经由所述流体入口流入的流体的压力而在所述腔室内沿轴向在阻挡位置和释放位置之间移动，在所述阻挡位置，所述膜片与所述密封件接触，以阻挡所述流体入口与所述流体出口之间的流体连通，而在所述释放位置，所述膜片脱离与所述密封件的接触，以使得流入的所述流体能沿径向向内的方向流过所述膜片和所述密封件之间并且经由所述流体出口流出所述阀体；其中，所述凹槽包括底壁和径向内侧壁，在所述底壁、所述径向内侧壁和所述密封件之间形成有一空间，所述背压阀包括导流通道，以使得流入所述空间内的流体能经由所述导流通道而流向所述流体出口。

借助上述背压阀、尤其是其导流通道的设计，能以简单的结构和成本来降低背压阀的密封件的失效风险以及由此显著降低背压阀的功能失效风险。

在一些实施例中，所述背压阀还可以包括流出通道，所述流出通道在所述阀体中位于所述凹槽的径向内侧并且与所述凹槽径向间隔开，以使得在所述释放位置，流过所述膜片和所述密封件之间的所述流体能经由所述流出通道流到所述流体出口，其中，所述导流通道经由所述流出通道与所述流体出口流体连通。

借助此类流出通道可以使得高于阈值的流体能迅速可靠地流到流体出口以及时排出阀体，从而稳定流路中压力。

例如，可以从所述阀体的面向所述膜片的一侧起形成有在所述阀体内部延伸的所述流出通道。在此情况下，流出通道的设计简单，直接由阀体本身形成。

替代地，所述背压阀可以包括固定设置在所述阀体内的支承轴，所述支承轴包括第一孔道，所述流出通道至少部分地由所述第一孔道提供。借助单独的支承轴来至少部分地提出流出通道可以便于根据实际需求来灵活调整流出通道的尺寸，并且便于背压阀的日常维护，即在堵塞时能移除该支承轴来进行更换或修理。

优选地，支承轴可以包括第二孔道，所述第二孔道与所述第一孔道流体连通，所述导流通道至少部分地由所述第二孔道提供。借助至少部分地由支承轴提供的导流通道，可以实现快速排出积聚在空间内的流体，从而降低密封件失效风险。

有利地，所述支承轴在所述阀体中布置成使得所述凹槽的所述径向内侧壁由所述支承轴的外侧壁的一部分构成。由于独立提供支承轴，因此，可以通过调整该支承轴相对于阀体内部的位置来灵活调节凹槽的径向内侧壁与底壁之间的位置(例如，二者之间的间隙大小)。

特别是，所述支承轴可以在所述阀体中布置成使所述径向内侧壁与所述底壁间隔开，以使得所述空间能直接通到所述支承轴的所述第二孔道。在此情况下的导流通道形成方式简单，无须额外开设沟槽，并且能可靠地实现排出积聚在空间中的流体。

优选的是，支承轴的第一孔道和第二孔道可以为彼此交叉延伸的贯通孔道。这种构造制造简单且低成本，并且第一孔道和第二孔道之间几乎没有干涉影响。

在一些实施例中，在所述凹槽的所述底壁上可以形成有导流槽，以使得所述底壁与由所述支承轴的外侧壁的一部分构成的所述径向内侧壁间隔开。因而，可以实现仅在设置有导流槽的周向位置处，积聚在空间中的流体可以经由该导流槽流到流体出口。

所述阀体包括中心轴向孔，所述中心轴向孔包括内螺纹部段，而所述支承轴包括外螺纹部段，以使得所述阀体和所述支承轴能可拆卸地螺纹接合。借助以此方式固定的支承轴，可以灵活调整支承轴插入阀体内的轴向深度，提供灵活的布置形式，并且二者之间的可移除固定连接也很可靠。

附图说明

参考以上目的，本实用新型的技术特征在下文中清楚地描述，并且其优点从以下参考附图的详细描述中显而易见，附图以示例方式示出了本实用新型的优选实施例，而不限制本实用新型的范围。还应注意参考的附图并非都按比例绘制，而是可扩大来说明本实用新型的各方面，且在这方面，附图不应被解释为限制性的。

图1示出根据现有技术的背压阀的剖面图，其中，背压阀的密封件设置在阀体内开设的凹槽中；

图2示出根据现有技术的背压阀中的密封件的三处密封位点a、b、c以及所形成的空腔d；

图3示例性示出根据现有技术的背压阀可能出现的一种问题，其中，密封件逐步被流体压力压溃；

图4示例性示出根据现有技术的背压阀可能出现的另一种问题，其中，密封件在a和c两点处出现强密封；

图5示例性示出根据本实用新型的背压阀的一个实施例的剖面图；

图6示出根据图5的背压阀的实施例的用于空腔d的导流通道的流体流动路径详图；

图7示例性示出根据本实用新型的一个实施例的支承轴和阀体的装配分解图；

图8示例性示出根据本实用新型的另一实施例的背压阀的剖视图；以及

图9示例性示出根据图8的背压阀的俯视立体图，其中在容纳密封件的凹槽的底壁上开设有导流槽。

附图标记列表：

100背压阀；

110阀盖；

120阀体；

130膜片；

140腔室；

150支承轴；

160密封件；

122流体入口；

124流体出口；

170凹槽；

172底壁；

174径向内侧壁；

180导流通道；

182导流槽；

190流出通道。

具体实施方式

本实用新型主要涉及前文所述的膜片式背压阀，但不限于此类型的背压阀，而是可以应用于具有类似密封结构的流体阀中。本实用新型中涉及的流体可以是液体或者气体。通常，背压阀包括用于使流体流入背压阀的流体入口122和用于使流体离开背压阀的流体出口124。流体入口122和流体出口124的数目可以根据实际背压阀所应用的流体回路而定。流体入口122和流体出口124及其流路一般设置在阀体上。

在膜片式背压阀中，背压阀通常包括沿轴向相继布置的阀盖110和阀体120。在阀体120和阀盖110之间形成用于容纳膜片130的腔室140或凹腔或类似空间。位于该腔室140内的膜片130能响应于经由流体入口122流入的流体的压力而在腔室140内沿轴向在阻挡位置和释放位置之间移动。通常，在膜片130上施加有预定的压力以使其保持在阻挡位置，该预定的压力可以例如由弹簧提供但也可以由与膜片130连接的其它部件提供。随着流入压力的增加，膜片130会从阻挡位置朝向释放位置移动(在图1或5中为向上运动)，但通常在膜片130的上方还设置有止挡件，以防止其运动超出一定范围。

在本实用新型中，术语“轴向”是指膜片130在阀体120中的移动方向、即如图1或5中所示的上下方向。而术语“径向”则是指指向背压阀的阀体120或阀盖110或膜片130的中心的方向，该径向与前述轴向垂直。

在本实用新型的膜片式背压阀100中，背压阀100还通常包括密封件160，尤其是o型圈。在前述阻挡位置，膜片130应保持与密封件160为接触状态，以导致阀体120内的流体入口122与流体出口124之间并不流体连通，即流体无法经过彼此接触的膜片130与密封件160之间而流到流体出口124。而在前述释放位置，膜片130随着流体压力的上升逐步脱离与密封件160的接触，以使得流入的流体能沿径向向内的方向流过膜片130和所述密封件160之间(即，流过二者之间的间隙)，并且然后经由流体出口124流出阀体120。换言之，在本实用新型中，流体出口124应与布置有膜片130的腔室140的位于密封件160更径向内侧的区域是始终流体连通的，因而流体是否能经由该流体出口124流到阀体120外主要取决于膜片130与密封件160之间的空间关系。还可以理解到，本实用新型的背压阀100可包括除了这种功能的密封件160之外的其它密封件。

为了容纳前述密封件160，在阀体120的面向膜片130的一侧上设置有凹槽170。在本实用新型中，术语“设置”并不一定是指凹槽是完全由阀体120形成的，而是指凹槽所在的位置是在阀体120的面向膜片130的这一侧的。例如，凹槽170可以仅部分地由阀体120本身形成(例如，通过开槽或者在制造时与阀体120一体形成)，甚至凹槽170可以由设置在阀体120的面向膜片130这一侧的其它部件形成(例如，通过开槽或者一体形成)。

应理解到，由于密封件160应与膜片130在阻挡位置处发生接触，因而密封件160应高出阀体120的面向膜片130的一侧的顶面，否则膜片130将先与阀体120的表面接触，而密封件160则会失去其主要功能。然而，阀体120的面向膜片130的这一侧顶面可以在其它区域中高出密封件，但这并不是本实用新型的重点所在，在此不再赘述。

根据本实用新型，凹槽170包括底壁172、径向内侧壁174和径向外侧壁。在此，径向的“内侧”和“外侧”是相对于径向中心而言的，即径向内侧壁174比径向外侧壁更靠近径向中心位置。如图6中最清楚所示，密封件160(例如，o型圈)会在其上侧(即，与膜片130接触)处、下侧(即，与凹槽170的底壁172)处和内侧(即，与凹槽170的径向内侧壁174)处具有密封作用，以产生密封流体的作用。

可以看到，在凹槽170的底壁172、径向内侧壁174和位于凹槽170中的密封件160之间会形成有一空间(即，图6中右下角落区域处的空间)。但可以理解到，并不能排除密封件160与底壁172之间由于各种原因而导致存在间隙。因此，该空间尽管从图中看是闭合的，但实际上该空间中的流体与流体入口122会存在流通连通。换言之，由此形成或者夹出的该空间不应理解成完全封闭的区域。但在绝大多数情况下，密封件160与径向内侧壁174之间是紧贴密封的，因此积聚在此空间中的流体一般不会流到阀体120的流体出口124。

为了解决背景技术中提及的各种缺陷，根据本实用新型的背压阀100可包括导流通道180，该导流通道180设计成使得流入前述空间内的流体能经由该导流通道180而流向流体出口124，而不至于始终积聚在该空间中、进而导致密封件160的失效或者甚至整个背压阀100的功能失效。

可以理解到，在此，术语“导流通道”是指连通在凹槽170的底壁172、径向内侧壁174和密封件160之间形成的空间与流体出口124之间的流体通道，而不是任何与流体出口124连通的通道均属于本实用新型含义下的导流通道180(例如，与流体出口124连通的可以有下文进一步详述的流出通道或者其它类似通道)。

优选地，在阀体120的两侧分别设置有流体入口122(例如，图5中的左侧)和流体出口124(例如，图5中的右侧)。在膜片130的释放位置，如前所述，流体经过膜片130与密封件160之间而流向流体出口124。为了使背压阀100的容纳膜片130的腔室140在密封件160的更径向内侧的区域直接与流体出口124连通，背压阀100还有利地包括流出通道190。

本实用新型的流出通道190在阀体120中位于凹槽170的径向内侧并且与凹槽170径向间隔开。可以理解到，该流出通道190并不一定是(但也可以是)完全由阀体120形成的。例如，凹槽170可以仅部分地由阀体120本身形成(例如，通过开槽或者在制造时与阀体120一体形成)，甚至凹槽170可以由设置在阀体120的面向膜片130这一侧的其它部件形成(例如，通过开槽或者一体形成)。在本实用新型中，尽管可以彼此连通，但流出通道190与前述导流通道180是独立的两条功能不同的流体通道。

可以理解到，从由凹槽170的底壁172、径向内侧壁174和位于凹槽170中的密封件160夹出的空间流到导流通道180的流体可以通过各种方式经由流体出口124排出阀体120，包括但不限于导流通道180可以直接与流体出口124连通。但优选的是，在背压阀100包括流出通道190的情况下，导流通道180也可以经由流出通道190而与流体出口124流体连通，如图2中示意所示。

在本实用新型的一个实施例中，流出通道190可以由阀体120形成。例如，从阀体120的面向膜片130的一侧起形成(例如，开设)有在阀体120内部延伸的流出通道190。流出通道190可以形成于阀体120的径向中心区域内，并且至少包括沿轴向延伸部段。由于流体出口124与阀体120的径向中心区域存在一定距离，流体通道还优选地包括径向延伸部段，该径向延伸部段与轴向延伸部段为流体连通。应理解到，在流出通道190的布置方面，前述“轴向”和“径向”并不是绝对的方向，而是主要包含在这一方向上的分量，即可以相对于轴向和径向存在明显偏差。

在如图5中所示的另一些实施例中，流出通道190并不完全由阀体120形成。例如，背压阀100可以包括固定设置在阀体120内的支承轴150。换言之，支承轴150在该阀体120中并不随流体上下浮动。有利地，支承轴150大致沿轴向延伸。更有利地，该支承轴150插入阀体的中心孔内。该支承轴150可以包括第一孔道(例如，图5中沿轴向延伸的孔道)，而流出通道190有利地至少部分地由该第一孔道提供。但可以理解到，流出通道190还可以包含在阀体120内部形成的部段。

在背压阀100包括支承轴150的实施例中，前述用于容纳密封件160的凹槽170的径向内侧壁174可以由支承轴150的外侧壁的一部分、尤其是位于顶部的一部分来形成。为此，支承轴150在阀体120中须相对于凹槽170的底壁172针对性地布置。例如，可以将支承轴150在阀体120中插入到其顶部的一部分外壁接近于凹槽170的底壁172的轴向深度。此外，支承轴150的外侧壁的径向尺寸也应至少确保能与密封件160在其右侧处紧贴密封，而并非与其间隔开。

在优选的实施例中，直接可以通过使支承轴150的外侧壁的一部分在阀体120内定位成与凹槽170的底壁172存在一定间隙来构成前述导流通道180或其一部分，如图2中最清楚所示。可以理解到，在由支承轴150的外侧壁来构成凹槽170的径向内侧壁174的情况下，由阀体120形成的凹槽170并不包含径向内侧壁174，而仅包含底壁172以及可选的径向外侧壁。

在上述包含支承轴150的实施例中，为了使得导流通道180与流出通道190流体连通，支承轴150还可以包括第二孔道。该第二孔道可以与第一孔道直接流体连通。至此，除了通过有利地定位支承轴150以使其与凹槽170的底壁172之间形成能与空间连通的间隙外，导流通道180也至少部分地由该第二孔道提供。

但可以理解到，第二孔道不是一定要与第一孔道流体连通的，例如，第二孔道可以独立地与流体出口124或者由阀体120形成的流出通道190的一部分呈流体连通。特别有利地，支承轴150的第一孔道和第二孔道为彼此交叉延伸的贯通孔道，如图5中所示。

在本实用新型中，设置单独的插入阀体120内部的支承轴150来提供导流通道180和流出通道190的至少一部分的原因是，相比于直接在阀体120内部形成上述通道，支承轴150的设计更为灵活，可以适应于各种不同尺寸和流路的需求，并且同时易于更换，以在流路堵塞时能及时处理，进而避免背压阀100失效。

在优选的实施例中，支承轴150插入阀体120内的轴向深度设计成使得该支承轴150的顶面与阀体120的面向膜片130的一侧的表面是对齐或大致齐平的。但应理解到，这仅仅是优选的，因其提高了制造难度而在实际生产中并不是必须的。

为了使支承轴150与阀体120固定连接，阀体120可以如图5中所示包括中心轴向孔，该中心轴向孔包括内螺纹部段。如图7中所示，支承轴150可以包括外螺纹部段，以使得阀体120和支承轴150能可拆卸地螺纹接合。

更优选的是，如图8-9中所示，在凹槽170的底壁172上、尤其是一些周向离散的位置处还形成有导流槽182，以使得底壁172与由支承轴150的外侧壁的一部分构成的径向内侧壁174能够在这些设置有导流槽182的位置处间隔开，以构成导流通道180的一部分。

在此实施例中，由支承轴150的外侧壁的一部分构成的径向内侧壁174可以与凹槽170的底壁172在其它位置处是接触的，而不是轴向间隔开的，因而，仅在设置有导流槽182的周向位置处，积聚在空间中的流体可以经由该导流槽182流到流体出口124。可以理解到，支承轴150可以设置有对应于这些导流槽182位置的相应孔道，以提供流体连通。

下面借助一个实例来阐释根据本实用新型的背压阀100的工作流程。在该实例中，背压阀100的工作流程主要由四个状态流组成：

1)初始闭合状态：此时阀门处于闭合状态时，压力轴在上部弹簧作用下下移，压迫密封膜片130紧紧贴合在下部o型圈上，在上下两侧处形成密封，形成了阀门密封。

2)入口压力积聚状态：阀门开始工作后，流体逐渐经由流体入口122进入阀门。由于阀门处于闭合状态，流路中流体越来越多，流体入口122处的流体压力随之升高。

3)压力释放状态：入口处的高压，推动密封膜片130逐步上移。当压力足以推开预设压力(例如，压力轴)时，在上侧(即，a点)处，o型圈与密封膜片130脱开，流体入口122和流体出口124彼此流体连通，流体迅速释放，流体压力也急剧下降。

4)阀门复位状态：当流体压力下降到不足以支撑例如压力轴时，密封膜片130再次下移，再次紧紧贴合在o型圈上，阀门重新关闭。

以上四个步骤往复循环，以实现背压阀100的基本功能。

尽管在各附图中参照了膜片式背压阀100的实例来描述了本实用新型的各种实施例，但应当理解到，本实用新型的范围内的实施例可应用至具有相似结构和/或功能的其它阀体上等。

前面的描述已经给出了许多特征和优点，包括各种替代的实施方式，以及装置和方法的结构和功能的细节。本文的意图是示例性的，并不是穷尽性的或限制性的。

对于本领域的技术人员来说显然可对由所附权利要求所表达的术语的宽泛上位含义所指示的全部范围内做出各种改型，尤其是在结构、材料、元素、部件、形状、尺寸和部件的布置方面，包括这些方面在此处所描述的原理范围内的结合。在这些各种改型未偏离所附权利要求的精神和范围的程度内，意味着它们也包含于此。