一种用于控制流体流速的阀组件。该阀组件包括阀柱塞和防护件。该阀柱塞响应于所施加的致动器力，迫使具有流速的流体在入口与出口之间流动。将致动器力施加至第一侧，并且将流体施加至该阀柱塞的第二侧。该防护件最小化或消除通过该第二侧上的流体相互作用产生的由静压引起的不稳定力。该防护件联接至该阀柱塞、或形成在该阀柱塞中、或悬挂在该阀柱塞下方，并延伸一段长度到该出口中。该阀组件进一步包括该入口与该出口之间的孔口，其中，该孔口包括至少一个平面表面和至少一个非平面表面。该防护件防护该第二侧的区段免受该流体的影响。防护件防护该第二侧的区段免受该流体的影响。防护件防护该第二侧的区段免受该流体的影响。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有流动流线元件以防止振荡流动效应的阀组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2018年12月21日提交的美国临时申请号US 62/784,197和美国非临时申请号US 16/719,772的权益，其全部公开内容明确地通过引用并入本文。
技术介绍
[0003]例如在质量流量控制器(MFC)中使用的阀组件被设计成以期望的速率传输流体，这可以取决于特定应用。使控制阀的功率消耗最小化以减少阀产生的热量并使MFC的总功率汲取最小化通常是有益的。然而，由于流体力可能成为作用在阀上的力的重要部分，因此低功率/低力阀会受到控制问题的影响。因此，低力阀与简化控制系统的组合对工程师提出了特殊的挑战，因为所产生的MFC必须仍然在可接受的标准内操作。
附图说明
[0004]为了更全面地理解本公开内容的特征和优点，现在参照具体实施方式以及附图，其中不同附图中的相应附图标记表示相应部分，并且其中：
[0005]图1是根据某些示例实施例的具有被设计成减轻或消除停滞流体和压力的形成的阀组件的MFC的图；
[0006]图2A是对于根据某些示例实施例的不包括防护件的MFC的阀，流速、绝对压力以及压差相对于时间的曲线图的图示；
[0007]图2B是根据某些示例实施例的柱塞、孔口以及入口下的静压(F
s
)集中的图示；
[0008]图3A和图3B展示了根据某些示例实施例的具有不同防护件构型的阀的剖视图；
[0009]图4是根据某些示例实施例的管系通道、柱塞、柱塞壳体、防护件以及孔口的等距视图的图示；
[0010]图5A是根据某些示例实施例的管系通道、柱塞以及孔口的截面剖视图的图示，其中，孔口具有至少一个非平面表面(NPS)；
[0011]图5B至图5C是根据某些示例实施例的管系通道、柱塞、防护件以及孔口的截面剖视图的图示，其中，孔口具有至少一个非平面表面(NPS)；
[0012]图6A至图6H是根据某些示例实施例的管系通道、柱塞、防护件以及孔口的多个不同的剖视图的图示，其中，柱塞以及在管系通道和孔口中的至少一个上的NPS具有多个不同的构型；
[0013]图7A是对于根据某些示例实施例的包括防护件的MFC的阀，流体流速、绝对压力以及压差相对于时间的曲线图的图示；
[0014]图7B是根据某些示例实施例的对应的模拟(例如CFD模拟)的图示，其中柱塞已被修改为包括防护件来以相对较大直径消散向内的径向射流；以及
[0015]图8A至图8B、图9A至图9B以及图10A至图10B是CFD(计算流体动力学)模拟生成的速度等值云图，其示出了在有和没有防护件的情况下柱塞下方的流体速度。
具体实施方式
[0016]尽管下面详细讨论了本公开内容的各种实施例的制造和使用，但是应当理解，本公开内容提供了许多可应用的专利技术构思，这些专利技术构思可以在很多具体背景中体现。本文讨论的具体实施例仅是说明性的，并不限制本公开内容的范围。为了清楚起见，在本公开内容中可能并未描述实际实施方式的所有特征。当然，应当理解，在任何这种实际实施例的开发中，必须做出许多专门针对实施方式的决策以实现开发人员的特定目标，比如遵守与系统有关的约束和与业务有关的约束条件，这将因实施方式而不同。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开内容的本领域普通技术人员而言将会是常规任务。
[0017]降低MFC模型的生产成本的特殊挑战是，如何开发一种阀组件，该阀组件可以在使用具有有限量的力(F
a
)或功率的阀时，能够在没有先进诊断和控制系统的情况下可靠地维持所期望的流体流速。已经发现，在某些MFC应用中，流动引起的力(F
fl
)可以成为阀上力平衡的重要部分，即F
fl
相对于F
o
变得重要。
[0018]流动引起的阀力来自柱塞底部静压的变化。静压的变化通常是由柱塞附近流动模式的变化引起的，即随着柱塞的上下移动，流动附着点从柱塞移动到侧壁(反之亦然)。这些流动变化可能导致保持在相同位置的柱塞在不同时间受到作用于其上的不同的流体力的情况，从而导致振荡行为。
[0019]本文呈现的是一种阀组件，该阀组件被设计成通过提供使柱塞下方流体流线保持一致的流动路径、并且在一些实施例中将柱塞与柱塞下方的流体力加以隔绝来减轻或消除F
fl
中的变化。
[0020]现在参考图1)，展示了具有被设计成减轻或消除柱塞下方F
fl
的变化的阀组件的MFC的图。MFC包括基部平台10、具有体积14、16的管系通道12、阀组件18、20以及可通信地联接至阀组件18、20的控制单元22。每个阀组件20、22包括电控致动器18A、20A、柱塞18B、20B(通过阀杆联接至相应的致动器18A、20A)以及柱塞壳体18C、20C。防护件18D、20D(即流体引导件)被放置在管系通道12中，以使其相应的柱塞18B、20B下的F
fl
的变化最小化。在实施例中，防护件18D、20D可以与其相应的柱塞18B、20B联接或与之一起形成。在另一个实施例中，防护件18D、20D可以被悬挂在其相应的柱塞18B、20B下方，例如通过将防护件18D、20D联接至管系通道12的区段。
[0021]在特定应用中，比如半导体制造中，基部平台10通过流动管线联接至上游流体源并联接至下游处理室。流体流过管系通道12并且MFC操作以维持所期望的流体流速。控制单元22可以使用来自多个温度传感器和压力传感器(未展示)的测量值来维持所期望的流体流速。行进穿过管系通道12的流体的流动动力学、柱塞壳体18C、20C的体积设计以及柱塞18B、20B的位置可能导致柱塞18B、20B下的流体集中。当响应于控制信号调整柱塞20A、22B时，由于柱塞底部上的静压产生的流体力(F
fl
)可能克服或引起由致动器18A、20A施加的阀力(F
o
)的不平衡。然而，在管系通道12中引入防护件18D、20D可以消除或显著地减轻静压变化引起阀振荡。
[0022]现在参考图2A，展示了对于根据某些示例实施例的不包括防护件的MFC的阀，流速、绝对压力以及压差相对于时间的曲线图。如所展示的，当打开或关闭阀时(即调节阀时)，引入例如呈振动或阀振荡形式的噪声，这使得响应阀变得不稳定，从而导致对所期望
的流速的扰动。在实践中，对于敏感应用，例如，控制进入半导体处理室的流体流量(这需要非常精确的流速)，这会显著影响产品良率。如前所述，柱塞18B、20B下的流动变化(或更精确地，流动附着点的变化)导致F
fl
的变化，这可能导致响应于柱塞20B、22B的操纵的阀振荡。图2B和图2C展示了根据现有的没有防护件的示例实施例柱塞下的流动模式如何随着柱塞移动而改变。
[0023]图2A展示了当阀输入电压在60秒窗口内(从约30秒到约90秒)经由三角形斜坡从0.0到最大电压到0.0本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制流体流速的阀组件，所述阀组件包括：阀柱塞，所述阀柱塞被配置成迫使具有流速的流体在入口与出口之间流动，所述阀柱塞使得致动器力施加于第一侧并使得所述流体与第二侧处于流体连通；以及防护件，所述防护件被配置成最小化或消除由静压引起的不稳定力，所述静压通过所述第二侧上的流体相互作用而产生。2.如权利要求1所述的阀组件，其中，所述阀柱塞进一步包括所述第二侧上的凹陷区段，所述凹陷区段被配置成接纳所述防护件。3.如权利要求2所述的阀组件，其中，所述防护件联接至所述阀柱塞、或形成在所述阀柱塞中、或悬挂在所述阀柱塞下方，并延伸一段长度到所述出口中。4.如权利要求1所述的阀组件，其中，所述阀组件进一步包括所述入口与所述出口之间的孔口，其中，所述孔口包括至少一个平面表面和至少一个非平面表面。5.如权利要求1所述的阀组件，其中，所述防护件防护所述第二侧的区段免受所述流体影响。6.如权利要求1所述的阀组件，其中，所述防护件输送来自所述第二侧的区段的流体并将其输送到所述出口中。7.如权利要求1所述的阀组件，其中，所述入口是多个入口；其中，所述阀柱塞进一步包括所述多个入口与所述出口之间的孔口，其中，所述孔口包括至少一个平面表面和至少一个非平面表面；其中，所述防护件防护所述第二侧的一部分免受所述流体影响；并且其中，所述防护件输送来自所述第二侧的第一区段和所述第二侧的第二区段的流体并将其输送到所述出口中；其中，所述防护件由所述柱塞形成、或联接至所述柱塞、或放置在所述柱塞下的流动路径中。8.一种用于控制流体流速的质量流量控制器，所述质量流量控制器包括：电控致动器，所述电控致动器响应于用于产生致动器力的设定流速中的变化而可控；可通信地联接至所述电控致动器的阀组件，所述阀组件包括阀柱塞，所述阀柱塞被配置成迫使具有流速的流体在入口与出口之间流动，所述阀柱塞使得致动器力施加于第一侧并使得所述流体与第二侧处于流体连通；以及防护件，所述防护件被配置成最小化或消除由静压引起的不稳定力，所述静压通过所述第二侧上的流体相互作用而产生。9.如权利要求8所述的质量流量控制器，其中，所述阀柱塞进一步包括所述第二侧上的凹陷区段，所述凹陷区段被配置成接纳所述防护件。10.如权利要求8所述的质量流量控制器，其中，所述防护件联接至所述阀柱塞、或形成在所述阀柱塞中、或悬挂在所述阀柱塞下方，并延伸一段长度到所述出口中。11.如权利要求8所述的质量流量控制器，其中，所述阀组件进一步包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具制品有限公司，
类型：发明
国别省市：
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