带有柔性密封件的气动阀的制作方法

1.本发明涉及气动阀领域，具体而言，本发明涉及气动阀的柱塞/活塞中使用的密封件，更具体地，本发明涉及用于气动阀的改进的密封件。


背景技术：

2.背景说明包括有助于理解本发明的信息，这并不是承认本文提供的任何信息是现有技术或与目前要求保护的发明相关，或者这并不是承认本文明确或隐含引用的任何出版物是现有技术。
3.气动阀，例如图1所示的5x2提升阀，使用多种密封件，例如图1所示的密封件102-1和102-2(以下统称为密封件102)，图1显示了具有阀芯刚性密封设计的提升阀100的横截面图。当柱塞104在柱塞孔106内线性移动以打开一个通道并关闭另一个通道时，密封件102用于防止流体(例如空气)从柱塞104的一侧流到另一侧。例如，如图1a所示，当柱塞104向下移动时，通道108-1打开，通道108-1连接入口110和第一出口112-1，并且当柱塞104向上移动时，通道108-2打开且通道108-1关闭，通道108-2连接入口110和第二出口112-2。
4.如图2所示，气动阀密封件的另一种常用设计是提升阀刚性密封设计200。如图所示，密封件202固定在柱塞104上，使得当柱塞204向上移动时，密封件202抵靠一面以阻塞通道208，并且当柱塞204向下移动时，密封件远离该面移动，以允许流体通过通道208从入口210移动到出口212。
5.然而，这两种设计都存在缺点，例如流量受限、寿命低、泄漏问题和响应时间长。由于这些密封件的设计，装有它们的阀在流动通道中有许多弯曲，这限制了流速，并且也导致异物颗粒卡在通道中。异物颗粒也可能卡在阀座上，导致阀座关闭不当，从而导致泄漏。粘附的异物颗粒也会影响部件的寿命。采用传统密封件的阀还要求部件具有高表面光洁度，以获得适当的密封。此外，采用传统密封件的阀需要润滑介质，没有润滑介质，阀可能会卡住。此外，由于传统的密封件没有任何柔性，因此密封件很有可能永久变形，从而影响性能。
6.采用传统密封件的阀门的另一个缺点是，其设计要求密封件在交叉孔边缘上移动，导致密封件高度磨损。进一步的缺点是阀的响应时间，即位置随时间的变化，因为由于高摩擦力，需要更大的力来移动柱塞以克服摩擦力，这需要时间。
7.因此，气动阀需要改进密封件，以克服传统密封件的缺点。
8.本文中的所有出版物均通过引用并入本文，其程度如同每个单独的出版物或专利申请被具体且单独地指示以通过引用并入本文。当并入的参考文献中术语的定义或使用与本文提供的术语定义不一致或相反时，本文提供的术语定义适用，并且参考文献中的术语定义不适用。
9.在一些实施例中，用于描述和主张本发明的某些实施例的表示成分的量、性质(例如浓度、反应条件)等的数字应理解为在某些情况下由术语“约”修饰。因此，在一些实施例中，书面描述和所附权利要求中列出的数值参数为近似值，其可根据特定实施例寻求获得的所需性质而变化。在一些实施例中，数值参数应该根据所报告的有效数字的数量并通过
应用普通的四舍五入技术来解释。尽管阐述本发明一些实施例的宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体实施例中阐述的数值是尽可能精确地报告的。在本发明的一些实施例中给出的数值可能包含一定的误差，这些误差必然来自于在它们各自的测试测量中发现的标准偏差。
10.除非上下文另有明确规定，如本说明书和随后的权利要求书中所用，“一”、“一个”和“所述”的含义包括复数。此外，除非上下文另有明确规定，如本文描述中所使用的，“在
……”
的含义包括“在
……
中”和“在
……
上”。
11.本文中数值范围的叙述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独的值的速记方法。除非本文另有说明，否则每个单独的值都包含在说明书中，如同在此单独叙述一样。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文描述的所有方法都可以以任何合适的顺序执行。本文的某些实施例提供的任何和所有示例或示例性语言(例如“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，而不是对本发明要求保护的范围进行限制。说明书中的任何语言都不应解释为表示对本发明的实践至关重要的任何未要求保护的元素。
12.本文公开的本发明替代元件或实施例的分组不得视为限制。每个组成员可以被单独提及和要求保护，或者与该组的其他成员或在本文发现的其他元素进行任何组合。出于方便和/或专利性的原因，群组的一个或多个成员可以包括在群组中或从群组中删除。当出现任何这样的包含或删除时，说明书在此被认为包含经修改的群组，从而满足了所附权利要求中使用的所有马库什组的书面描述。


技术实现要素：

13.本发明的总体目的是克服气动阀中使用的传统密封件的缺点。
14.本发明的一个目的是为气动阀提供密封件，所述密封件不会导致阀的流动通道出现多次弯曲。
15.本发明的另一个目的是为气动阀提供密封件，以减少柱塞线性运动期间的摩擦。
16.本发明的另一个目的是为气动阀提供密封件，所述密封件无需在阀的柱塞孔中的交叉孔边缘上移动。
17.本发明的另一个目的是为气动阀提供密封件，所述密封件是柔性的，并且不会永久变形。
18.本发明的另一个目的是为气动阀提供密封件，所述密封件不需要润滑介质。
19.本发明的各方面涉及一种气动阀，特别地，本发明涉及一种用于气动阀的柱塞/活塞中的改进的密封件，所公开的密封件防止了阀的流动通道出现多次弯曲，所公开的密封件导致减小了柱塞的线性运动期间摩擦，所公开的密封件不会越过阀的柱塞孔306中的交叉孔的边缘，所公开的密封件是柔性的并且不会永久变形，并且不需要润滑介质，从而克服了在这种阀中使用的传统密封件的缺点。
20.一方面，所公开的阀组件包括柱塞，所述柱塞构造成在阀壳体内的柱塞孔中线性运动，所述柱塞具有一个或多个周向凹槽；和一个或多个柔性密封件，所述一个或多个柔性密封件配置在所述柱塞的相应周向凹槽中。一方面，柔性密封件构配置有凹槽，使得所述柔性密封件的一部分突出到所述柱塞的外周表面之外，并且所述一个或多个柔性密封件的突出部分不与所述柱塞孔的内表面接触。
21.所述柱塞的线性运动使得所述柔性密封件的所述突出部分抵靠配置在所述柱塞孔上的阀座，以关闭一个或多个流体通道，以控制流体通过阀组件的流动
22.一个或多个柔性密封件具有非圆形横截面。在实施例中，一个或多个柔性密封件可以具有矩形横截面，柔性密封件的宽度的一部分构造成从所述相应周向凹槽中伸出，并且所述柔性密封件的厚度构造成与所述相应周向凹槽接合。一个或多个柔性密封件的宽度可以大于柔性密封件的厚度。
23.在一个实施例中，阀座可为柱塞孔中的阶梯环(step collar)形状。
24.根据应用和要求，柔性密封件可由选自硅、pu、nbr、epdm和viton的材料制成。
25.在实施例中，所述阀壳体可包括两个或多个在所述柱塞孔中开口的交叉孔，并且所述柱塞孔可包括一个或多个阀座。所述两个或多个交叉孔可构造成使得所述两个或多个交叉孔中的每一个通过所述柱塞孔与另一个交叉孔流体连通，所述一个或多个阀座中的一个位于所述连接流体通道中。
26.在一个示例性实施例中，所述阀组件可为提升阀，所述提升阀具有在所述柱塞孔中开口的三个交叉孔和所述柱塞孔上的两个阀座，所述三个交叉孔可包括入口、第一出口和第二出口，并且其中所述三个交叉孔和所述阀座可构造成使得所述入口通过所述柱塞孔与两个出口流体连接，所述两个阀座中的一个位于所述入口和所述两个出口之间的每个所述连接流体通道中。进一步地，所述两个阀座可配置在所述柱塞孔上，使得所述柱塞在第一方向上的所述线性运动导致所述入口和所述第一出口之间的所述阀座关闭，并且导致所述入口和所述第二出口之间的所述流体通道打开，并且其中所述柱塞在与所述第一方向相反的第二方向上的所述线性运动导致所述入口和所述第二出口之间的所述阀座关闭，并且导致所述入口和所述第一出口之间的所述流体通道打开。
附图说明
27.本发明包括附图，以提供对本公开内容的进一步理解，附图纳入本说明书并构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的示例性实施例，并与具体实施方式一起用于解释本发明的原理。
28.图1a和图1b示出了具有阀芯刚性密封设计的传统气动阀的横截面图，图1a和图1b分别显示了所述阀将入口连接至第一出口和第二出口的操作。
29.图2示出了具有提升阀刚性密封设计的传统气动阀的横截面图。
30.图3示出了根据本发明实施例的气动阀的示例性剖视图，所述气动阀配置本发明所提出的柔性密封件。
31.图4a和图4b示出了根据本发明实施例的配置有所述柔性密封件的气动阀的示例性剖视图，图4a和图4b分别显示了所述阀将入口连接至第一出口和第二出口的操作。
32.图4c示出了根据本发明实施例的示例性横截面，所述示例性横截面显示了当密封件位于阀座上以关闭通道时柔性密封件的偏转。
33.图5a至图5c分别示出了根据本发明第三实施例的柔性密封件的示例性透视图、俯视图和侧视图。
具体实施方式
34.以下为附图中所示的本发明实施例的详细说明，这些实施例是详细的，以清楚地披露本发明。然而，所提供的细节数量并不旨在限制实施例的预期变化；相反，本发明旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的方案和范围内的所有修改、等同方案和替代方案。
35.所附权利要求中的每一项定义了单独的发明，出于侵权目的，该发明被认为包括权利要求中规定的各种元素或限制的等同物。根据上下文，下文中对“发明”的所有引用在某些情况下可能仅指某些特定实施例。在其他情况下将会认识到，对“发明”的引用将指在一个或多个但不一定是所有权利要求中所述的主题。
36.本文使用了各种术语，在权利要求中使用的术语没有被定义的情况下，该术语应该被赋予最广泛的定义，在提交申请时，相关领域的技术人员已经给出了印刷出版物和授权专利中所反映的该术语。
37.本文说明的实施例涉及采用所公开的柔性密封件的气动阀。一方面，所公开的柔性密封件克服了在这种阀中使用的传统密封件的缺点。特别地，所公开的柔性密封件防止了阀的流动通道出现多次弯曲，减小了柱塞的线性运动期间的摩擦，所公开的柔性密封件不会越过阀的柱塞孔中的交叉孔的边缘，所公开的柔性密封件是柔性的，且不会永久变形，并且不需要润滑介质。
38.一方面，所提议的柔性密封件具有矩形或正方形或任何其他非圆形横截面，并安装在柱塞外圆周上的凹槽/沟槽中，使得密封件的一部分伸出柱塞外圆周。当柱塞移向阀座时，柔性密封件的突出部分抵靠在阀座的平面上，以关闭穿过阀座的通道。另一方面，当柱塞远离阀座移动时，柔性密封件的突出部分也远离阀座的平面移动，以允许流体通过阀座。
39.现参考图3，其中公开了采用柔性密封件的提升阀，提升阀300(也称为气动阀300或简称为阀300，以下两个术语可互换使用)包括柱塞304以及一个或多个柔性密封件，如柔性密封件302-1和302-2(以下统称为柔性密封件302)，柱塞304配置为在柱塞孔306中进行线性运动。每个柔性密封件配置在相应周向凹槽中，所述周向凹槽设置在柱塞中。如图3所示，柔性密封件302和相应的凹槽构造成使得当柔性密封件302装配在凹槽中时，柔性密封件302的一部分从柱塞304的外径伸出，并且所述伸出部分不与柱塞孔306的内表面接触。
40.图4a和图4b显示了图3中气动阀300的工作情况，其中图4a显示了阀300的位置，其中柱塞304向下移动，导致通道308-1打开，通道308-1将入口310连接至第一出口312-1，图4b显示了阀300的另一位置，其中柱塞304向上移动，导致通道308-2打开，通道308-2将入口310连接至第二出口312-2。如图4a和图4b所示，当柱塞304线性向上或向下移动时，相应的柔性密封件302的突出部分抵靠在相应的阶梯环形阀座的平面上，以关闭穿过阀座的相应通道，并且当柱塞304远离阀座移动时，柔性密封件302的突出部分也远离阀座的平坦表面移动，以允许流体通过阀座。
41.如图4c所示，当柔性密封件302位于阀座的相应平面上以关闭相应通道时，图4c显示了柔性密封件302的偏转。在一个实施例中，柔性密封件由弹性材料制成，例如但不限于橡胶或其他聚合物，这使得当柔性密封件302压靠在阀座上时，柔性密封件302的突出部分能够偏转。弹性材料使得柔性密封件302在柱塞304离开阀座后能够恢复到其原始形状。
42.图5a至图5c分别为所公开的柔性密封件的透视图、俯视图和侧视图。如图所示，柔
性密封件302可以是具有外径和内径的环形形状，柔性密封件302的内径可以对应于设置在柱塞304中的相应凹槽的内径，并且柔性密封件302的外径可以大于柱塞304的外径，使得当柔性密封件302装配在柱塞304的凹槽中时，柔性密封件302的外周部分突出到柱塞304的外周表面/外径之外。
43.在一个实施例中，柔性密封件302的横截面可为矩形，其宽度w大于其厚度t。宽度大于厚度有助于实现柔性密封件302从柱塞304的外周表面/外径充分突出，但仍有足够的部分接合在凹槽中，以防止柔性密封件302在压力下从阀座中脱出。然而，正方形横截面或任何其他非圆形横截面也在本发明的范围内，具体而言，基于阀需要处理的压力，柔性密封件的厚度可以改变。
44.在一个实施例中，柔性密封件可由根据功能要求的变化(如阀门处理的流体、环境温度、流体温度等)选择的材料制成。一些示例性材料可以是但不限于硅、pu、nbr、epdm和viton。
45.本发明制造了包含所公开概念的阀门原型，并且它们成功通过了所有要求的验证测试。
46.因此，本发明提供了一种用于阀门的替代密封装置，以克服传统密封件的缺点。所公开的柔性密封件防止了阀的流动通道中出现多次弯曲，减少了柱塞线性运动期间的摩擦，消除了由于密封件在柱塞孔中的交叉孔边缘上的运动而对密封件造成的损坏。此外，柔性密封件是柔性的，不会永久变形，并且不需要润滑介质，从而克服了在这种阀中使用的传统密封件的缺点。
47.尽管上文描述了本发明的各种实施例，但在不脱离本发明基本范围的情况下，可设计出本发明的其他实施例。本发明的范围由随后的权利要求确定。本发明不限于所描述的实施例、版本或示例，本发明包括所述实施例、版本或示例是为了使本领域所属技术人员在结合本领域所属技术人员可获得的信息和知识时能够制造和使用本发明。
48.本发明的优点
49.本发明为气动阀提供了一种密封系统，所述密封系统克服了气动阀中使用的传统密封件的缺点。
50.本发明为气动阀提供了密封件，所述密封件不会导致阀门的流动通道出现多次弯曲。
51.本发明为气动阀提供了密封件，所述密封件可减少柱塞线性运动期间的摩擦。
52.本发明为气动阀提供了密封件，所述密封件无需在阀的柱塞孔的交叉孔边缘上移动。
53.本发明为气动阀提供了密封件，所述密封件是柔性的，并且不会永久变形。
54.本发明为气动阀提供了密封件，所述密封件不需要润滑介质。

技术特征：
1.一种阀组件，包括：柱塞，所述柱塞构造成在阀壳体内的柱塞孔中线性运动，所述柱塞具有一个或多个周向凹槽；和一个或多个柔性密封件，每个柔性密封件配置在所述柱塞的一个或多个周向凹槽的相应周向凹槽中，使得所述柔性密封件的一部分突出到所述柱塞的外周表面之外，并且所述一个或多个柔性密封件的突出部分不与所述柱塞孔的内表面接触；其中所述柱塞的线性运动使得所述一个或多个柔性密封件的所述突出部分抵靠配置在所述柱塞孔上的一个或多个阀座，以关闭一个或多个流体通道，以控制流体通过所述阀组件的流动。2.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述一个或多个柔性密封件具有非圆形横截面。3.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述一个或多个柔性密封件具有矩形横截面，所述柔性密封件的宽度的一部分构造成从所述相应周向凹槽中伸出，并且所述柔性密封件的厚度构造成与所述相应周向凹槽接合。4.根据权利要求3所述的阀组件，其中，所述一个或多个柔性密封件的所述宽度大于所述柔性密封件的所述厚度。5.根据权利要求4所述的阀组件，其中，所述阀座在所述柱塞孔中呈阶梯环状。6.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述一个或多个柔性密封件由选自硅、pu、nbr、epdm和viton的材料制成。7.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述阀壳体包括两个或多个在所述柱塞孔中开口的交叉孔，并且所述柱塞孔包括一个或多个阀座。8.根据权利要求7所述的阀组件，其中，所述两个或多个交叉孔构造成使得所述两个或多个交叉孔中的每一个通过所述柱塞孔与另一个交叉孔流体连通，所述一个或多个阀座中的一个位于所述连接流体通道中。9.根据权利要求1所述的阀组件，其中，所述阀组件是提升阀，所述提升阀包括在所述柱塞孔中开口的三个交叉孔和所述柱塞孔上的两个阀座，所述三个交叉孔是入口、第一出口和第二出口，并且其中所述三个交叉孔和所述阀座构造成使得所述入口通过所述柱塞孔与两个出口流体连接，所述两个阀座中的一个位于所述入口和所述两个出口之间的每个所述连接流体通道中。10.根据权利要求9所述的阀组件，其中，所述两个阀座配置在所述柱塞孔上，使得所述柱塞在第一方向上的所述线性运动导致所述入口和所述第一出口之间的所述阀座关闭，并且导致所述入口和所述第二出口之间的所述流体通道打开，并且其中所述柱塞在与所述第一方向相反的第二方向上的所述线性运动导致所述入口和所述第二出口之间的所述阀座关闭，并且导致所述入口和所述第一出口之间的所述流体通道打开。

技术总结
本发明公开了一种采用柔性密封件302的改进的气动阀300，柔性密封件302为具有非圆形横截面的环形形状，并且装配在阀的柱塞304的外周凹槽中，使得柔性密封件302的一部分突出到柱塞304的外周之外。随着柱塞304朝向阀座移动，柔性密封件302的突出部分抵靠在阀座的平面上，以关闭穿过阀座的通道。柔性密封件设计防止了阀的流动通道中出现多次弯曲，减小了柱塞304线性运动期间的摩擦，消除了密封件在柱塞孔306中的交叉孔的边缘上的运动。此外，柔性密封件是柔性的，不会永久变形，并且不需要润滑介质，从而克服了在这种阀中使用的传统密封件的缺点。件的缺点。件的缺点。


技术研发人员：R
受保护的技术使用者：罗特克斯自动化有限公司
技术研发日：2021.10.30
技术公布日：2023/8/4