[发明专利]具有改进的密封性能和泄漏检测的隔膜阀

说明书

技术领域

本发明的实施例总体上涉及在各处理应用和行业中通常被用作流量控制或关闭阀的两瓣隔膜阀，包括但不局限于食品和饮料、药物和生物工程。更具体地讲，本发明涉及在这种两瓣隔膜阀中用于防止和检测泄漏、破裂或其它隔膜故障的方法及设备。

背景技术

隔膜阀(或者膜阀)通常被用来启动、停止和/或控制工艺流体(例如气体、液体或浆体)经过处理系统的流动，或用来在处理系统中建立或控制真空空间。总体而言，隔膜阀包括具有位于两个或多个端口之间的内部流道的阀体、柔性隔膜、横穿内部流道推动并拉伸该柔性隔膜的压缩器、以及“鞍座”或“底座”，该“鞍座”或“底座”上的柔性隔膜闭合来减小或切断工艺流体经过内部流道的流动。隔膜阀通常由金属、硬塑料、软塑料、橡胶和玻璃、或金属、塑料、橡胶和玻璃的一些混合而制成。

在一些隔膜阀中，柔性隔膜部件由至少两个柔性瓣组成，包括衬里(有时被称为衬垫或支持件)以及保护膜，称为“护罩”，其起到一方面阀的操作部件与另一方面工艺流体的流动之间的保护边界和/或无菌边界的作用。该护罩防止工艺流体与操作部件比如衬里和压缩器接触。将阀的操作部件与工艺流体的流动隔离使得阀适合于粘性的、危险的、磨蚀性的或腐蚀性的流动，因为阀的密封系统避免了对环境或来自环境的任何污染。这样，两瓣隔膜阀通常被用在以下情况下：工艺流体可能与普通的一瓣隔膜接触而被污染，或者工艺流体是腐蚀性的或危险的，并且因此可能会使隔膜阀的部件退化或者对外部环境或工艺操作者产生危险。通常，护罩由消毒过的弹性聚合物比如聚四氟乙烯(PTFE)制成。

在两瓣隔膜阀中，两瓣柔性隔膜被固定在阀帽组件(其容纳压缩器)与阀体(其容纳内部流道)之间。阀帽组件、阀体和两瓣柔性隔膜通过紧固件(例如螺钉、螺栓、销、钩子或夹子)保持在一起。两瓣柔性隔膜中的衬里提供类似弹簧的记忆，用来帮助保护护罩免受磨蚀、破裂以及撕裂，否则在操作过程中如果护罩与压缩器直接接触就会产生上述结果。大致封闭的腔(或填隙空位)位于衬里与护罩的中心区域之间。

至少有两种类型的两瓣隔膜阀。第一种类型被称为“堰”隔膜阀并且第二种类型被称为“直通”隔膜阀。在堰式隔膜阀中，工艺流体在阀体中流经内部流道并流过大致竖直的堰(或“鞍座”)，所述堰从与隔膜相对的内部流道的壁延伸并且横向于流动路径布置。所述堰将内部流道的上游段与下游段分隔开。两瓣柔性隔膜在与堰的顶部间隔开并大致相对的位置被固定在阀体上。为了关闭阀，对位于两瓣柔性隔膜上方的压缩器和阀杆组件进行操作，以向下压在两瓣柔性隔膜上，从而迫使柔性隔膜的中心区域向下抵靠于堰的顶部，这就限制或防止了流体在内部流道的上游段和下游段之间的流动。通常，在柔性隔膜上的护罩的中心区域的下侧布置横向密封边缘，使得横向密封边缘与堰的顶部配合，从而改善护罩与堰的顶部之间的密封的有效性。

直通隔膜阀以与堰隔膜阀大致相同的方式构造和操作，除了在直通隔膜阀中在工艺流体通道中没有堰以外。因此，在直通隔膜阀中，工艺流体在流体没有中断、干涉或转向的情况下移动经过内部流道，中断、干涉或转向否则会由于堰而引起。杆、压缩器、两瓣柔性隔膜、阀体以及内部流道都配置为，压缩器的关闭阀的致动使得隔膜的中心区域弯曲并整个穿过内部流道的直径行进，直到该中心区域碰到内部流道的相对壁中的“底座”，从而切断工艺流体经过此处的流动。特别是，本发明的实施例可以有益地用在堰式和直通式两瓣隔膜阀中。

在一些两瓣隔膜阀比如举例来说ITT Pure-Flo^TM和Saunders^TM堰式隔膜阀中，护罩围绕其外周具有凸起的周边密封边缘，该边缘被设计成当紧固件被拧紧时按压于阀体上，以帮助防止工艺流体从内部流道漏出到阀的外部区域。

与传统两瓣隔膜阀相关联的主要缺点在于，随着时间的经过，施加于紧固件上的扭矩导致护罩的周边区域和/或护罩的周边区域上的周边密封边缘向里变形进入衬垫中。护罩的周边区域和周边密封边缘的向里变形是不期望的，并且对密封产生相反效果，因为这减小了密封的尺寸和有效性，从而允许工艺流体经过阀体与护罩之间的小空间而从内部流道中漏出，进而对阀的外部零件或环境造成潜在的危害。而为了试图减少或防止这样的外部泄漏，隔膜阀操作者倾向于过度拧紧阀上的紧固件，因此使得这个问题加剧。过度拧紧增加了护罩的外围护罩区域上的压缩力，并且倾向于增加而不是减小护罩的周边区域和/或护罩的周边区域上的周边密封边缘将会撕裂、撕破或向里变形进入衬垫中的可能性，这会导致更多的外部泄漏。