压力平衡阀的制作方法
【专利摘要】本申请所公开的实施例包括一种解决了与现有设计相关的一个或多个问题的压力平衡阀。例如，在一个实施例中，公开了一种压力平衡阀组件，该组件提供了一种低成本无摩擦组件，其被构造成不密封入口端口和出口端口之间的泄漏路径。相反，采用小角度锥形柱塞和精密钻孔环形最小化该泄漏路径，以提供用于生成和限制从入口到出口的流量压降的限定区域。
【专利说明】压力平衡阀
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及一种用于控制液体流量的方法和系统，尤其涉及一种压力平衡阀。
【背景技术】
[0002]许多工业过程中需要各种过程流体的精确控制。例如，在半导体行业中，质量流量控制器被用来精确测量和控制被导入到处理室中的过程流体的量。术语流体在本文中用于描述任何类型的能够在任何状态下流动的物质。但是应当理解的是，术语流体适用于被控流量可能影响到的液体、气体和包括物质或材料的任意组合的浆体。
[0003]质量流量控制器的一个主要部件是阀门，其通过打开、关闭或部分地阻塞不同通道来调节、指示或控制流体的流动。一种这样的阀门是直动式电磁阀，提供了出色的分辨率、低成本、低功耗、快速动作，而且体积小。虽然电磁阀对低流动性作用巨大，但是应用于控制大于约100标准升每分钟(Slpm)的流时，它们通常是有问题的。当穿过测流孔的压力成为电磁拉力的显著部分并影响到阀门性能时，这个问题就会出现。
[0004]为了克服上述问题，所公开的实施例包括一个压力平衡阀来消除或减少压降力，以获得对于较大的节流孔直径而言的合理的阀门性能。
【发明内容】
[0005]所公开的实施例包括一种具有主体的压力平衡阀门组件，该组件包括具有连接第一端口和第二端口的通道的主体。压力平衡阀门组件具有位于环形节流孔内的柱塞。柱塞被配置成移动阀门座以关闭和打开第一端口和第二端口之间的通道。压力平衡通道位于柱塞内，并被配置成将第一压力从第一端口传递到柱塞杆腔室。压力平衡阀门组件包括位于柱塞与环形节流孔之间的环形带。该环形带提供在柱塞杆腔室和具有与第二端口相关联的第二压力的第二腔室之间的压降通道。
[0006]所公开的实施例还包括一种质量流量控制器。质量流量控制器包括连接到如上所述的压力平衡阀门组件的第一端口的流路。质量流量控制器还包括流量传感器组件，用于感测通过流路的流量；以及控制设备，被编程为从用户输入设备接收所需的流速，从流量传感器组件接收流量的指示，确定通过流路的实际流速，并控制阀门组件来调节流体流量。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面将参考所附的附图详细描述本发明的说明性实施例，这些附图通过参考引入本文，其中:
[0008]图1示出了传统的直动式电磁阀的计量部；
[0009]图2示出了根据一个实施例的一种压力平衡阀的剖视图；
[0010]图3提供了图2中所示的压力平衡阀的一部分的分解剖视图；以及
[0011]图4示出了一个质量流量控制器的示例，其内合并有根据所公开的实施例的压力平衡阀。
【具体实施方式】
[0012]所公开的实施例包括一种用于生成压力平衡阀的装置和方法，该压力平衡阀消除了现有设计中存在的相关问题。所公开的实施例可以与质量流量控制器一起使用，例如但不限于在美国公开的专利20110191038和美国6343617号专利中公开的质量流量控制器，这些专利的教导以引用方式并入本文。[0013]本申请所公开的实施例及其优点最好通过参照附图1-4进行理解，各个附图中相同和相应的部分采用相同的附图标记。对于本领域的普通技术人员而言，通过查看以下附图及其详细说明，所公开的实施例的其他特征和优点将会变得显而易见。本申请意图将所有这些附加的特征和优点都包括在所公开的实施例的范围之内。此外，本申请中所示的附图仅仅是示例性的，而不是作为对声称或暗示的任何关于可以执行不同实施例的环境、结构、设计或过程的限制。
[0014]图1示出了传统的直动式电磁阀100的计量部。通常，如图1所示，流体流被引导而径向地通过基座110和节流孔板120之间的节流孔洞。当阀门100关闭时(零电流)，柱塞105使基座110接触节流孔板120，以密封流路径。入口压力(Pinlrt)生成了向下的力，作用来关闭阀门100，出口压力(Pwtlrt)生成相反的向上的力。这两个力之间的差被称为的压降力(Fdp)，是与向上电磁拉力相反的向下的力。这个向下的力可以用下面的公式计算:Fdp=(Pinlet-Poutlet ) *节流孔的面积(Atffifira )。向下作用的压降力与磁性的电磁向上的力相对，而且必须被克服以打开阀门100。
[0015]表1表明了在不同的压降和节流孔直径下的压降力的大小。
[0016]表1.压降力
[0017]压降力(lbs.), Fdp
【权利要求】
1.一种阀门组件，包括: 主体，具有连接第一端口和第二端口的通道； 位于环形节流孔内的柱塞，该柱塞被配置成移动阀门座以关闭和打开第一端口和第二端口之间的通道； 柱塞内的压力平衡通道，被配置成将第一压力从第一端口传递到柱塞杆腔室；以及 位于柱塞与环形节流孔之间的环形带，该环形带提供在柱塞杆腔室和具有与第二端口相关联的第二压力的第二腔室之间的压降通道。
2.根据权利要求1所述的阀门组件，其中第一端口是入口端口，第二端口是出口端口。
3.根据权利要求1所述的阀门组件，其中第一端口是出口端口，第二端口是入口端口。
4.根据权利要求1所述的阀门组件，进一步包括通过阀门座的端口区，其中端口区具有能够使通过压力平衡通道传递的第一压力保持为等于第一端口的压力的尺寸。
5.根据权利要求1所述的阀门组件，其中环形带是锥形的。
6.根据权利要求1所述的阀门组件，其中柱塞是锥形环状柱塞。
7.根据权利要求6所述的阀门组件，其中当阀门处于完全关闭的位置时，在锥形环状柱塞和环形节流孔之间形成的环形带被最小化，以将泄漏流量限制到小于使用该阀门的设备的规范的泄露值。
8.根据权利要求6所述的阀门组件，其中当阀门处于完全关闭的位置时，在锥形环状柱塞和环形节流孔之间形成的环形带小于3度。
9.根据权利要求6所述的阀门组件，其中锥形环状柱塞在环形节流孔的中心处，并且两端用柔性扁平导向弹簧固定。
10.根据权利要求6所述的阀门组件，其中锥形环状柱塞具有与主节流孔相等的面积。
11.根据权利要求6所述的阀门组件，其中柱塞由电磁驱动。
12.根据权利要求6所述的阀门组件，其中柱塞由电机驱动。
13.一种质量流量控制器，包括: 连接到阀门组件的第一端口的流路，该阀门组件包括: 主体，具有连接第一端口和第二端口的通道； 位于环形节流孔内的柱塞，柱塞被配置成移动阀门座以关闭和打开第一端口和第二端口之间的通道； 柱塞内的压力平衡通道，被配置成将第一压力从第一端口传递到柱塞杆腔室；以及 位于柱塞与环形节流孔之间的环形带，该环形带提供在柱塞杆腔室和 具有与第二端口相关联的第二压力的第二腔室之间的压降通道； 流量传感器组件，用于感测通过流路的流量；以及 控制设备，被编程为从用户输入设备接收所需的流速，从流量传感器组件接收流量的指示，确定通过流路的实际流速，并控制阀门组件来调节流体流量。
【文档编号】F16K1/00GK103597259SQ201280028794
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年6月11日 优先权日:2011年6月14日
【发明者】沃尔特·丹尼斯·罗伯逊三世 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司