具有平衡板延迟退缩的闸阀 【发明领域】
本发明涉及阀门结构，更具体地说，涉及闸阀结构，其中平衡(counter)板相对于密封板延迟退缩，以使压力均衡并且减少密封面磨损。
【发明背景】
传统闸阀结构包括具有流体通道的阀体、阀座、一件可以在流体通道内的开启和关闭位置之间运动的密封板和使密封板在开启和关闭位置之间运动的促动机构。密封板在关闭位置与阀座接合并密封流体通道。密封板可以从关闭位置运动到退缩位置，然后直线地运动到开启位置。
闸阀可以在广泛范围内应用。各种不同的应用可以包括液体、气体和真空。许多应用需要长期运行寿命，并经常在开启与关闭位置之间循环，和很少产生颗粒。这种应用的例子是加工半导体芯片的设备。当半导体器件的形状尺寸减小和线路密度增加时，半导体芯片对于颗粒的污染极其敏感。在加工间的真空隔离封室内，闸阀一类是颗粒污染的潜在来源。此外，闸阀的损坏可能需要半导体生产线全部或部分关闭，由此到处产生不利影响。因此，长期运行寿命和很少产生颗粒是闸阀的重要特性。
另一闸阀的潜在问题是关于当闸阀开关时发生的冲击和振动。冲击和振动可能损害和破坏闸阀附近的灵敏的设备。曾经观察到在传统闸阀运行中产生的冲击可以冲击松动深度低温真空泵内的活性炭。因此，希望限制闸阀所产生的冲击和振动。
具有直线运动的密封板的闸阀已在1077年10月4日授予Scherter的美国专利号4,052,036中揭示。密封板和平衡板由板形弹簧使其互相偏压。促动器携带一系列噛合在密封板和平衡板之间的凹槽中的滚子。当密封板和平衡板到达停止位置时，促动器继续运动，强迫滚子滑出凹槽并使密封板和平衡板运动趋向关闭位置。密封板接合阀座而平衡板接合支承面。在关闭位置平衡板为密封板提供支承，并且防止密封板由于阀门两侧地压力差而被强迫离开阀座。
当这样设计的闸阀开启时，密封板和平衡板同时退缩。当密封板和阀座之间的密封消除时，这使密封板失去支承。当阀门两侧存在压力差时，失去支承的密封板被强迫进入滚子和平衡板。这造成可能损坏敏感部件的并且在系统中松动颗粒的冲击。此外，当密封板从阀座退缩时，密封板上的合成橡胶环可能要承受磨伤和磨擦。这样的磨伤和磨擦可能使合成橡胶环磨损并减少闸阀的运行寿命。
因此，有需要改进闸阀结构。
发明概述
按照本发明的第一方面，提供一种阀门。该阀门包括：具有流体通道并且限定阀座和支承面的一阀体，一密封板，一平衡板，用于在开启和关闭位置之间运动密封板和平衡板的他促动器，和用于在密封板、平衡板和促动器之间可操作地连接的一连接机构。密封板与阀座密封接合，而在关闭位置平衡板与支承面接合。当阀门开启时紧接着密封板从阀座退缩，连接机构使平衡板从支承面退缩。
在一个实施例中，连接机构包括：位于密封板上的一个或多个密封板凹槽，位于平衡板上的一个或多个平衡板凹槽，促动器中活动地安装的滚子元件，以及用于偏压密封板和使平衡板趋向退缩位置的一个或多个弹簧。当促动器趋向或离开关闭位置而运动时，滚子元件在密封板和平衡板上的凹槽中运动。密封板和平衡板上的凹槽中各有一浅部和一深部。在密封板上的浅部和深部之间的过渡在促动器运动方向是相对于在平衡板上的浅部和深部之间的过渡部分偏移的。在一个实施例中，密封板和平衡板各有在浅部和深部之间相对地陡峭的过渡。在另一实施例中，密封板的凹槽中在浅部和深部之间各有一相对地平缓过渡，而平衡板的凹槽中在浅部和深部之间各有一相对地陡峭的过渡。
按照本发明的另一方面，提供一种运行闸阀的方法，其中在关闭位置密封板接合阀座，而平衡板接合支承面。该方法包括在紧接着密封板从阀座退缩后，使密封板从阀座退缩和使平衡板从支承面退缩。
通过在平衡板报从支承面退缩之前，使密封板从阀座退缩，可以使阀门两侧任何压力差均衡。如此，当密封消失时，可以避免平衡板撞击支承面。此外，密封板基本上是垂直地从阀座退出，而使阀座面的磨损受到限制。
附图简介
为更好了解本发明，可以参考包括在下面的附图，其中：
图1为按照本发明闸阀的第一实施例的局部侧面剖视图，显示为关闭位置；
图2为图1中阀门的部分侧面剖视图，显示为关闭位置；
图3为图1中阀门的部分侧面剖视图，显示为第二退缩位置；
图4为图1中阀门的前视图；
图5为图1中阀门的密封板和促动器的部分剖面前视图；
图6为按照本发明第二实施例的闸阀的部分剖面前视图，显示为关闭位置；
图7为图6中阀门的部分剖面侧视图，显示为第一退缩位置；和
图8为图6中阀门的部分剖面侧视图，显示为第二退缩位置。
发明的详述
按照本发明第一实施例的闸阀显示在图1-5中。在图1-5中相似的元件具有相同的参考数字。
闸阀10包括一个具有气体或液体通道的流体管道14和作为阀门固定于其它系统部件的法兰15的阀体12。当闸阀在真空应用情况下气体压力可以很低。如以下所述，阀体12确定了与密封板接合的阀座16。再如以下所述，阀体12又确定了与平衡板接合的支承面18。流体管路14一般可以是圆柱形、方形、矩形或任何其它合适的行状。阀座16和支承面18各为包围流体管路14形成的表面。
闸阀10还包括密封板20、平衡板22和促动器组件32，并且可能还包括诸如空气气缸之类的阀门促动器34。在另一种替代的配置中，促动器34用手柄或其它适合手动操作闸阀的器件代替。促动器32包括连接在阀门促动器34一端的轴40。轴40的另一端连接于促动器元件44。
密封板20和平衡板22设置于促动器元件44的相对两侧。合成橡胶环64安装在密封板20的槽内，以便当阀门关闭时在阀座16与密封板20之间产生真空密封。如图1所示，在关闭位置上平衡板22与支承面18接触。平衡板22可以包括一个通气孔66以便使压力迅速均衡。
连接机构50设置在促动器元件44、密封板20和平衡板22之间。如以下所述，连接机构50在关闭位置与退缩位置之间控制密封板20和平衡板22的运动。如以下所述，连接机构50包括滚子52等、密封板20和平衡板22上的凹槽和一个或多个连接密封板20和平衡板22之间的弹簧。滚子52(可能是球状物)活动地安装在促动器元件44中的孔穴46和48中。
连接机构50至少包括一个弹簧70，它一端附着在密封板20上而另一端附着在平衡板22上。弹簧偏压密封板20和平衡板22使它们互相靠紧。当阀门关闭时，如图1所示，弹簧70受到变形，由此产生趋向使密封板20和平衡板22互相靠紧的恢复拉力。应该理解，叶片弹簧、碟形(贝氏)弹簧、螺旋弹簧或其它任何合适的弹簧在本发明范围内均可采用。
密封板20具有凹槽80和凹槽82。平衡板22具有凹槽84和凹槽86。凹槽80、82、84和86的位置和形状使其可与各自的滚子接合。各凹槽具有确定各阀板退缩位置的深部，确定各阀板关闭位置的浅部，和深部与浅部之间的过渡部分。例如，凹槽80包括深部80a、浅部80b和在深部80a与浅部80b之间的过渡部分80c。
在促动器组件32和阀门促动器34的控制下，密封板20和平衡板22可在图1所示的关闭位置、图2和3所示的退缩位置和开启位置(未显示)之间运动。在开启位置，密封板20和平衡板22从流体管路移出进入阀体12的上部12a(图4)以容许液体或气体通过。在关闭位置，密封板20与阀座16密封接合，由此闸断通过流体管路14中的液体或气体。图2和3中的退缩位置将在以下详细讨论。
在操作时，轴40把密封板20、平衡板22和促动器元件44从图1所示关闭位置移动到图2所示第一退缩位置，然后再到图3所示第二退缩位置。在图1所示的关闭位置中，滚子52接合凹槽80、82、84和86的浅部。这促使密封板20与阀座16密封接合，和促使平衡板22与支承面18接合。平衡板22在关闭位置为密封板20提供支承，并且防止阀门两侧的压力差强迫密封板20从与阀座16的接合中离开。
连接机构50配置成为可以当阀门开启时提供密封板20和平衡板22的有利运动。具体地说，阀门通过使促动器通电和在图1-3中使轴40及促动器元件44向左移动而开启。图2阐明移动到第一退缩位置的情况，其中密封板20从阀座退缩而平衡板22保持与支承面接合。在第一退缩位置，阀门密封被消除，而任何在阀门两侧的压力差趋于均衡。因为平衡板22保持与支承面18接合，密封板20从阀座16的退缩方向是基本上垂直于阀座16，并且合成橡胶环64的摩擦和磨损是有限的。此外，避免了平衡板22对支承面18的撞击，因为在图2的第一退缩位置中平衡板22保持与支承面18接合。
当轴40和促动器元件44更向左移动，阀门呈现如图3所示的第二退缩位置，其中密封板20从阀座16退缩而平衡板22从支承面18退缩。密封板20和平衡板22然后能够从流体管路离开到开启位置或到部分开启位置。如此，连接机构50是如此配置，使紧接在密封板20从阀座16退缩之后平衡板22从支承面18退缩。密封板20从阀座16的退缩和平衡板22从支承面18的退缩之间的延迟时间依赖于促动器34的速度和连接机构50的设计。延迟时间最好选择为足够容许阀门两侧的压力差相等。
如图1-3所示的连接机构50操作对于阀门提供的操作现描述如下。如图所示，在密封板20中的凹槽80和82具有在促动器运动方向长形的深部，和具有各自在深部与浅部之间的过渡部分80c和82c，它们各自相对于凹槽84和86中的过渡部分84c和86c在促动器运动方向偏移。当促动器元件44在阀门开启中向左移动时，滚子52沿各凹槽80、82、84及86中的浅部移动，而密封板20和平衡板22起初保持固定在其关闭位置。过渡部分80c和82c是如此相对于过渡部分84c和86c偏移，致使滚子首先接合在密封板20中凹槽80和82的深部，如图2所示。弹簧70促使密封板20从阀座16退缩。在图2中的第一退缩位置，滚子保留在平衡板22的凹槽84及86的浅部中，而平衡板22保持与支承板18接合。
如图3所示，当促动器元件更深入向左移动，滚子52移动到凹槽84及86的深部中，而平衡板22从支承面18退缩。在该运动中，滚子52沿密封板20的凹槽80及82中长形深部运动，而密封板20保持在退缩位置。当密封板20和平衡板22运动趋向开启位置时，弹簧70保持密封板20处于凹槽80及82的深部，和保持平衡板22处于凹槽84及86的深部。如此，滚子52和具有从凹槽84及86中过渡部分偏移过渡的凹槽80及82的布置提供了如图1-3中所示要求的运动。
应该理解，为达到图1-3和以上描述的阀门运动可以利用各种不同的机构。例如，接合密封板20中凹槽的滚子可以与接合平衡板22的滚子偏移。此外，不同的凹槽形状和滚子类型可以在本发明范围内应用。连接机构一般促使平衡板紧接在密封板从阀座退缩之后从支承面退缩。
按照本发明的第二实施例的闸阀显示在图6-8中。在图6-8中相似的元件用相同的参考数字表示。图6-8的实施例有别于图1-3的实施例主要在于密封板20中凹槽的形状方面。在图1-3的实施例中，密封板20上的凹槽80及82和平衡板22上凹槽84及86具有在深部和浅部之间相对较陡峭的过渡部分80c、82c、84c和86c。在图6-8的实施例中，密封板20在深部与浅部之间设置有带斜面或缓和的过渡的凹槽180和182。这使密封板20从阀座16退出时运动平滑而缓和。如图1-3所示，密封板20首先如图5所示从阀座退缩，然后紧接着平衡板22如图6所示从支承面18退出。应该理解，密封板20和平衡板22上的凹槽在本发明范围内可以有不同的构形。
应该理解，在说明书中描述的附图所示实施例，在本发明的精神和范围内，可以有各种变化和改型。相应地，所有在上面的描述和附图中所示内容的目的仅仅是为了阐明而不是限制发明范围。本发明仅受下列权利要求和等同条款所定义的限制。