一种气动隔膜阀的制作方法

1.本发明涉及一种隔膜阀，特别是一种气动隔膜阀，属于阀门技术领域。


背景技术：

2.在集成电路行业中，大规模集成电路（lsi）这项综合性技术的飞速发展，离不开高纯化学液的开发研制，它们是确保和推进高科技发展的重要组成部分。目前对于数字集成电路的集成度要求已越来越高（集成电路的集成度是指单块芯片上所能容纳的元件数目），例如台积电12nm工艺的芯片，每1mm2有23500个晶体管。集成电路生产所要求滤除的颗粒最大直径不能超过其最小线宽的2倍。要达到此标准，这就对生产和使用化学品的装置、设备、控制元件、输送管道及包装容器等一系列配套件提出了相应的要求，阀门是首先要解决的问题之一。
3.高纯工艺系统是半导体行业的核心工艺。在许多现代制造业中，随着高端制造业的发展，精细加工、精细控制成为了生产工艺的核心。管阀件作为整个系统的关键组成部分，在高纯介质的运输上显得至关重要。湿法清洗是指用化学溶液清洗晶圆，以去除一些金属杂质，防止在高温过程下这些杂质造成问题，影响工艺设备的运行及投产后的成品率。它是工艺系统的关键步骤，而我国的湿法清洗、电镀等流体相关设备均依赖进口，在对超纯化学液的制备与存储过程中，高洁净隔膜阀作为系统的主要元器件，如果能够减少不必要的颗粒污染等问题，就可以避免集成电路制造过程中数以千万计的损失。
4.现有技术的隔膜阀的流量系数，即cv值比较小，液体内的颗粒污染物容易堆积在阀门的拐角死角等位置，造成阀门的污染，因此高洁净隔膜阀首要解决的问题是提高隔膜阀的cv值。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种气动隔膜阀，提高隔膜阀的cv值。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种气动隔膜阀，其特征在于：包含阀体，阀体下端设置有阀门出口，阀体一侧设置有阀门进口且阀门进口垂直于阀门出口设置，阀门出口上端与圆柱容腔下端连接，阀门进口一端与圆柱容腔一侧连接，阀芯沿竖直方向滑动设置在阀门出口上端且阀芯的直径与阀门出口内径匹配，阀芯由阀芯气动机构驱动沿阀门出口上端升降。
7.进一步地，所述阀芯气动机构包含活塞杆、活塞、进气口、上侧隔膜和弹簧，阀体内设置有与活塞杆匹配的竖直滑槽，竖直滑槽下端与圆柱容腔上端连通，竖直滑槽的上端与活塞腔下端连通，活塞杆沿竖直方向滑动设置在阀体的竖直滑槽内，阀芯固定在活塞杆的下端，活塞固定在活塞杆的上端且活塞沿竖直方向滑动设置在活塞腔内，竖直滑槽中间段外侧设置有上侧隔膜腔室，上侧隔膜套设在活塞杆外侧且与活塞杆固定连接，弹簧套设活塞杆外侧且位于上侧隔膜上侧的隔膜腔室内，进气口设置在阀体侧面且进气口与上侧隔膜下侧的隔膜腔室连通。
8.进一步地，所述上侧隔膜包含环形部、膜片部和外侧边沿，环形部的内孔与活塞杆的直径匹配，环形部套设在活塞杆外侧与活塞杆胀紧固定，活塞杆在环形部的上侧设置有限位环，膜片部的内侧边沿固定在环形部的外侧，外侧边沿为竖直筒体且外侧边沿的下侧与膜片部外侧边沿连接。
9.进一步地，所述隔膜腔室由对称设置的两个锥形容腔构成。
10.进一步地，所述活塞腔上端设置有气孔，气孔上端贯穿阀体上端端面，气孔上端设置有带气孔的螺钉。
11.进一步地，所述阀芯的上端设置有下侧隔膜，下侧隔膜套设在阀芯上端外侧且与阀芯固定连接，下侧隔膜的外侧边沿固定在圆柱容腔上端阀体内。
12.进一步地，所述阀门出口的下端为向内侧收缩的台阶孔结构。
13.进一步地，所述阀芯为圆柱体结构且阀芯的下端外侧为锥面。
14.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、本发明采用垂直设置的阀门进口和阀门出口结构，这样无需像现有技术的隔膜阀那样在阀门内部改变进出口液体流向，阀门内部无需设置隔板结构，减少了阀门内部的流场死区，不易生成残留；2、本发明在下侧隔膜的中间增加一个阀芯结构来与阀门出口实现阀门通断配合，与传统的隔膜阀相比，本发明的密封接触面积大，易于实现液体的阻断，解决了传统隔膜阀密封接触面积小容易泄露的问题，降低了损失；3、本发明通过气动机构对隔膜阀通断进行控制，通过双层隔膜结构，实现了气液隔断、气气隔断，结构简单，布局合理，密封性好。
附图说明
15.图1是本发明的一种气动隔膜阀的示意图。
16.图2是本发明的上侧隔膜的示意图。
17.图3是本发明的气动隔膜阀的流场示意图。
18.图4是本发明的气动隔膜阀的另一流场示意图。
19.图5是本发明的气动隔膜阀的压力场示意图。
20.图6是本发明的流体的质量流率的仿真图。
21.图7是本发明的阀门压力差的仿真图。
具体实施方式
22.为了详细阐述本发明为达到预定技术目的所采取的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
23.如图1所示，本发明的一种气动隔膜阀，包含阀体1，阀体1下端设置有阀门出口2，阀体1一侧设置有阀门进口3且阀门进口3垂直于阀门出口2设置，阀门出口2上端与圆柱容腔4下端连接，阀门进口3一端与圆柱容腔4一侧连接，阀芯5沿竖直方向滑动设置在阀门出
口2上端且阀芯5的直径与阀门出口2内径匹配，阀芯5由阀芯气动机构驱动沿阀门出口2上端升降。本发明采用垂直设置的阀门进口和阀门出口结构，这样无需像现有技术的隔膜阀那样在阀门内部改变进出口液体流向，阀门内部无需设置隔板结构，减少了阀门内部的流场死区，不易生成残留。
24.阀芯气动机构包含活塞杆6、活塞7、进气口8、上侧隔膜9和弹簧10，阀体1内设置有与活塞杆6匹配的竖直滑槽，竖直滑槽沿竖直方向设置在阀体1的轴线上并且竖直滑槽的下端与圆柱容腔4上端连通，竖直滑槽的上端与活塞腔11下端连通，活塞杆6沿竖直方向滑动设置在阀体1的竖直滑槽内，阀芯5固定在活塞杆6的下端，活塞7通过螺栓固定在活塞杆6的上端且活塞7沿竖直方向滑动设置在活塞腔11内，活塞7的外侧面与活塞腔11内壁之间设置有密封圈。竖直滑槽的中间段外侧设置有上侧隔膜腔室12，上侧隔膜9套设在活塞杆6外侧且与活塞杆6固定连接，弹簧10套设活塞杆6外侧且位于上侧隔膜9上侧的隔膜腔室12内，进气口8设置在阀体1侧面且进气口8与上侧隔膜9下侧隔膜腔室12连通。使用的时候，通过进气口8向上侧隔膜9下侧的隔膜腔室12通入气体，上侧隔膜9被气体向上抬升从而带动活塞杆6向上移动，活塞7同步在活塞腔11内竖直向上滑动，活塞7能够保证活塞杆6向上抬升的稳定性，且活塞7与上侧隔膜9共同作用提供活塞杆6稳定的向上的拉力。此时阀芯5被从阀门出口2的上端拉出使阀门出口2与阀门进口3形成贯通的通道。当进气口8停止充气时，在弹簧10的弹力作用下，阀芯5向下运动至阀门出口2内将阀门阻断。本发明通过气动机构对隔膜阀通断进行控制，通过双层隔膜结构，实现了气液隔断、气气隔断，结构简单，布局合理，密封性好。
25.如图2所示，上侧隔膜9包含环形部13、膜片部14和外侧边沿15，环形部13的内孔与活塞杆6的直径匹配，环形部13套设在活塞杆6外侧与活塞杆6胀紧固定，活塞杆6在环形部13的上侧设置有限位环，通过限位环限制环形部13在活塞杆6上的轴向位置，保证环形部13在活塞杆6升降过程中不在活塞杆6的外侧产生滑动。膜片部14的内侧边沿固定在环形部13的外侧，外侧边沿15为竖直筒体且外侧边沿15的下侧与膜片部14外侧边沿连接。安装的时候，外侧边沿15卡接在阀体1内部，阀体采用可拆卸式的结构方便上侧隔膜9的安装，阀体组件之间设置密封圈保证组件之间安装后的密封性。隔膜腔室12由对称设置的两个锥形容腔构成。由于上侧隔膜9的外侧边沿15的位置是固定的，而环形部13随着活塞杆6进行升降，环形部13运动到最上端位置时，膜片部14内侧被向上拉伸形成一个向上凸起的锥形，环形部13运动到最下端位置时，膜片部14的内侧被向下拉伸形成一个向下凹陷的锥形，隔膜腔室12的锥形容腔则与膜片部14的形状变化完全匹配。
26.活塞腔11上端设置有气孔，气孔上端贯穿阀体1上端端面，气孔上端设置有带气孔的螺钉16。活塞腔11的位于活塞上侧的容腔与外侧空间连通。
27.阀芯5的上端设置有下侧隔膜17，下侧隔膜17套设在阀芯5上端外侧且与阀芯5固定连接，下侧隔膜17的外侧边沿固定在圆柱容腔4上端阀体1内。阀芯5与下侧隔膜17一体成型，保证整个零部件的密封性。通过下侧隔膜17结构将圆柱容腔4上端密封，避免了圆柱容腔4内液体向竖直滑槽内渗漏。
28.阀门出口2的下端为向内侧收缩的台阶孔结构。阀芯5为圆柱体结构且阀芯5的下端外侧为锥面，方便阀芯5下端能够顺利插入阀门出口2上端内。本发明在下侧隔膜的中间增加一个阀芯结构来与阀门出口实现阀门通断配合，与传统的隔膜阀相比，本发明的密封
接触面积大，易于实现液体的阻断，解决了传统隔膜阀密封接触面积小容易泄露的问题，降低了损失。
29.如图3、4、5所示，本发明的气动隔膜阀的阀体内流体在经过阀门阀芯位置时，有效截面突然收缩，在阀芯处的流速明显提高，高速流动引起的高强度湍流及摩擦作用导致流体在通过圆柱容腔时有明显的水头损失，因此在阀门出口速度恢复后压强相对阀门进口有明显降低。即本发明能够降低液体流动的压降。
30.当本发明的阀门口径设定为6mm时，入口流速设定为1.5m/s，阀芯距离阀门出口上端1.7mm（即阀门的开度）时，本发明的流量系数cv为3。而现有技术中ckd生产的amd0/3r系列气动阀，在同样6mm口径下，其流量系数仅为0.64。本发明的气动隔膜阀的流量系数远远高于现有技术，有效解决了隔膜阀被颗粒污染物污染的问题。
31.本发明流体系数计算过程为：cv的计算公式为，n根据选用标准17213中推荐数字1/n的值为4.2012，流体的质量流率q根据图6仿真结果为0.2125，流体密度ρ为100000，压力差根据图7仿真结果为136000-126900=9100，则计算得到cv值约等于3。
32.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。