一种集成式气体模组及其旋转多通阀的设计方法与流程

1.本发明涉及尾气处理设备技术领域，更具体涉及一种集成式气体模组。


背景技术：

2.气体处理系统可对腔体内的气体实现过滤、排气、抽除及气体流量测量控制、排气压力测量控制，以及气体成分检测等功能。
3.现有的气体管路系统多数是通过单点阀控制进行的，常规阀门只有单一通道的开闭两种工作模式，使用这种阀门进行复杂系统工作时，通常阀门数量众多，管路线路庞杂，控制起来点位众多，使用前测试、故障排查都耗时耗力，因此集成化阀组的设计可以有效的克服这些问题，但集成化阀组目前较少，主要还是集成中3通阀的设计方面，对于一个入口通道，多个出口通道的阀研究较少。
4.现有专利公告号为wo2005113950a2的专利文献公开了一种壁流微粒捕集器系统，其通过过滤排气在多个管状通道的多孔壁上的反向压降再生，压降和持续时间足以排出收集的烟尘和灰烬。该系统包括具有入口和出口的微粒收集器，从微粒收集器的入口偏移的模式阀组件；从至少一个微粒收集器的出口偏移的远程驱动安全阀，位于微粒收集器和模式阀组件之间的管道转子，管道转子具有第一端和第二端，管道转子的第二端与模式阀组件工作连通，管道转子的第一端与微粒收集器的入口流体连通；以及与所述管道转子驱动连接的转子驱动器。
5.整个过滤排气系统集成后，需要设置在有限的空间中，当由于其连接管路复杂和所需设置的阀门数量众多，导致将现有技术中的阀组直接应用后会导致占用空间大，无法满足集成需求，如何减小整个管路及控制阀门的占用空间并使其容纳在有限的空间中成为亟待解决的技术问题。此外现有技术中，多点位阀组系统电气连接复杂，连接点密集，多个相连的连接环节容易出现泄漏点，故障排查工作量大，安全隐患多，当前的多通阀结构难以实现三个以上通道的集成控制。需要研究新的阀块结构，将多个单点阀功能集中到一个多通阀上，实现多个功能阀块在物理结构上的集成。在高密封多通阀的设计过程中主要包含两个核心问题，一是采用什么结构实现多个流道通闭的综合控制，二是基于该种结构，如何进行结构参数计算与密封性校验，将高密封多通阀进行工程化应用。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于，如何实现系统的小型化，减小安装尺寸，节省安装空间。
7.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种集成式气体模组，其特征在于，包括主流道、设于主流道上下游的多个旋转多通阀、多个旋转单通阀、流量控制模块，所述主流道、旋转多通阀、旋转单通阀、流量控制模块紧密贴合且相互连通，所述旋转多通阀包括转子、定子、驱动部，所述转子转动设于旋转多通阀内且与驱动部的输出端传动连接，所述定子固定设于旋转多通阀内并与转子转动配合，所述定子上开设有输入端口和多
个或单个输出端口，所述输入端口和多个或单个输出端口分别形成多个切换通道，所述转子输入端与定子的输入端口始终连通，所述转子周向开设有多个与输出端口相适配的缺口，所述驱动部驱动缺口相对于与其相适配的输出端口在对准或错位状态之间移动并致使相应切换通道的导通或关闭。
8.通过在旋转多通阀内的定子和转子上开设有通孔，并使其形成不同的切换通道，使得单个旋转多通阀可以相当于多个单通阀门，极大地减小了阀门的布置，将主流道、旋转多通阀、单通阀、流量控制模块紧密贴合且相互连通，减少了原先设置的连接管路的占用空间，同时多个旋转多通阀和单通阀的设置可根据阀组间阀位逻辑实现不同切换通道的组合，减小了气体模组的安装尺寸，节省了安装空间。
9.作为优选的技术方案，所述流量控制模块包括流量控制器，所述转子包括阀杆，所述阀杆周向开设有多个开孔，多个开孔沿阀杆周向呈螺旋分布，所述驱动部驱动阀杆以其轴线为转轴转动，以开启和关闭相应所述切换通道。
10.作为优选的技术方案，所述主流道包括气道板，所述气道板内开设有一个密闭的腔体结构，所述气道板上开设有贯穿腔体第一气道、第二气道、第三气道、第四气道、第五气道，所述气道板通过第一气道的输入端与外部输入管路相连，所述气道板通过第二气道、第三气道与旋转单通阀相连，所述气道板通过第四气道、第五气道与旋转多通阀连通。
11.作为优选的技术方案，所述旋转多通阀包括第二阀组、第五阀组、第六阀组、第七阀组，所述单通阀包括第一阀组、第三阀组、第四阀组，所述气道板通过第一气道与第一阀组相连，所述气道板通过第一阀组与外部输入管路相连，所述气道板通过第四气道与第二阀组相连，所述气道板通过第二气道与第三阀组相连，所述气道板通过第三气道与第四阀组相连，所述气道板通过第五气道与第五阀组的输入端相连，所述第三阀组、第四阀组的输出端与外部管路相连，所述第五阀组输出端与流量控制模块的输入端相连，所述流量控制模块的输出端通过第六阀组与第七阀组相连。
12.作为优选的技术方案，所述流量控制模块包括流量控制器，所述流量控制器设有输入端转接头和输出端转接头，所述流量控制器的输入端转接头和输出端转接头分别通过密封连接件与相邻控制阀相连，所述流量控制器固定设于密封连接件上，且其与密封连接件、控制阀相连的端部均为平面密封。
13.作为优选的技术方案，所述密封连接件为l型转接板，两个所述l型转接板均包设于流量控制器底部，且关于流量控制器轴线对称分布，所述l型转接板包括竖直段和水平段，其竖直段朝向流量控制器的一端与流量控制器的转接头密封固定，其竖直段背离流量控制器的一端与控制阀密封固定。
14.作为优选的技术方案，所述定子包括杆套，所述杆套上开设有多个导通孔，多个导通孔形成所述缺口，并与阀杆上的开孔相适配。
15.作为优选的技术方案，所述第二阀组包括第二阀组壳体、第二阀杆、第二杆套，所述第二阀杆转动连接在第二阀组壳体内，所述第二杆套固定连接在第二阀组壳体内并与第二阀杆转动配合，所述第二阀杆上开设有多个第二通孔，所述第二杆套上开设有第一输入通道、第一输出通道、第二输出通道、第三输出通道，所述第一输入通道通过第四气道与第一阀组的输出端相连，所述第一输出通道、第二输出通道、第三输出通道均与外部管路相连，多个第二通孔孔径分别与第一输入通道、第一输出通道、第二输出通道、第三输出通道
截面相适配，所述第一输入通道通过环形气室与第二阀杆内腔连通。
16.作为优选的技术方案，所述第一阀组包括第一阀组壳体、第一阀杆、第一杆套、第一连接通道、第二连接通道，所述第一阀杆转动连接在第一阀组壳体内，所述第一杆套固定连接在第一阀组壳体内并与第一阀杆转动配合，所述第一阀组壳体内中心处开设有同轴且不连续的第一连接通道和第二连接通道，所述第一阀杆上开设有两个第一通孔，两个所述第一通孔形成一个贯穿阀杆的通路，所述第一杆套上开设有与与第一连接通道、第二连接通道的截面端口相适配的导通孔。
17.作为优选的技术方案，所述流量控制器设有两组且并排设置。
18.一种集成式气体模组中旋转多通阀的设计方法，包括如下步骤：
19.s1：设计圆柱形旋转多通阀结构，确定圆柱形多通阀的工作模式；
20.s2：根据功能与密封要求，设计圆柱形旋转多通阀的孔径和阀杆；
21.s3：分析圆柱形旋转多通阀的流阻特性，确定通孔的位置；
22.s4：计算圆柱形旋转多通阀的漏率，保证高密封性；
23.所述步骤s1包括如下步骤：
24.s11：确定圆柱形旋转多通阀的主要结构构成；包括阀杆、杆套、阀杆上开设的第一出气孔和第二出气通孔、杆套上开设的导气通孔；
25.s12：确定圆柱形旋转多通阀的密封方式；
26.s13：确定圆柱形旋转多通阀的工作模式；
27.所述s2包括如下步骤：
28.s21：确定相邻出气口之间的夹角；记多通阀阀芯轴即阀杆中心为o，外径为d,阀杆内部气道直径为d，在阀杆不同高度相对于中心o的不同角度设计出气口，出气口孔径为r；
29.s22：建立临界截止状态模型；当第一出气孔与导气通孔完全相对，气体从第一阀杆出气孔流出，此时第一出气孔与导气通孔的左右边界为a1和b1，第二出气孔的左右边界为a2和b2，出气口边界与圆心o的夹角为θ，大小为arcsin(r/d)。
30.在切换过程中，临界截止状态为第一出气孔刚关闭，第二出气孔即将与导气通孔产生缝隙，气体将要从第二出气孔流出；建立临界截止状态几何模型，阀杆逆时针旋转，第一出气孔的左边界a1’与导气通孔右边界b1相交于一线，第二出气孔的右边界b2’与导气通孔左边界a1相交于一线，第一出气孔与导气通孔、第二出气孔与导气通孔此时均处于线封闭状态，出气口边界与圆心o的夹角为临界截止角度β，临界截止角度为β；
31.为保证阀门动态截止性，第一出气孔和第二出气孔不能存在同时打开的状态，即θ≤β，得到：
32.θ＝arcsin(r/d)≤β，r/d≤sin(β)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
33.s23：确定气体流经管路的最小内径尺寸并以此确定管路流导的大小，从而确定卸压流量；卸压过程中，根据管道前后压差和气体流量，计算管路最小内径尺寸。
34.对20℃空气在圆截面长管道(l》20φ)中的流导公式为：
[0035][0036]
式(2)中：c20℃为长管对20℃空气的流导；φ为管道最小直径；l为管道长度；为
管道中平均压力；p1、p2分别为管道两端气体压力；
[0037]
由流量的定义可知，管路流量为
[0038]
q＝c
20℃
×
δp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0039]
式(3)中q为气体质量流量；
△
p为管路两端压差；将式(3)带入式(2)可得
[0040][0041][0042]
根据管道前后压差计算
△
p的数值，管路末端压力p2为大气压，则管路前端压力p1为
△
p+101kpa，将各已知参数带入公式(5)中，且q取值为最低可接受流量，计算得出管路的最小内径尺寸φ。
[0043]
因此，为方便加工，多通阀的进气口与出气口直径r设计为φ的向上取整数值，阀杆内径需满足公式1。
[0044]
所述s3包括如下步骤：
[0045]
s31：建立阀门管道流阻模型；流体通过阀门时，其流体阻力损失以阀门前后的流体压力降
△
p表示，如式(6)；
[0046][0047]
式(6)中：
△
p为压差；v为流速；ρ为密度，气体密度设置为设定数值，以此计算得到故流阻系数为：
[0048][0049]
s32：分析圆柱形旋转多通阀的流阻特性，确定通孔的位置。
[0050]
作为优选的技术方案，所述s4包括如下步骤：
[0051]
s41：确定圆柱形阀泄露通道；四位三通阀包括第一出气口、第二出气口、第三出气口，在第二出气口开通，第一出气口和第三出气口关闭的情况下，对于第三出气口来说，其泄漏路径有2个，一是第三出气口与第二出气口之间路径l1，另一个是第三出气口与第二出气口之间圆柱形横截面1/4圆周长的路径l2；
[0052]
s42：建立圆柱形阀泄漏量计算模型；根据泄漏率计算式
[0053][0054]
式(8)中，q
l
为泄漏率；l为通孔与密封孔之间路径长度；η为空气动力粘度，1.81
×
10-5
pa
·
s；p1是高压力端口压力，在检漏时为大气压大小，p1＝101325pa；p2是低压力端口压力，在检漏时为真空状态，故p2＝0pa；为压力均值；rf为泄漏缝隙大小，是待求数值，在第二出气口开通，第一出气口和第三出气口关闭的情况下，对于第三出气口，总的泄漏为两条路径泄漏之和，即
[0055][0056]
式中
[0057]
s43：确定最小泄露缝隙；根据阀的漏率的要求值，根据l1、l2计算得到l
总
，计算得到泄漏缝隙rf：
[0058][0059]
本发明的优点在于：
[0060]
(1)本发明中，通过在旋转多通阀内的定子和转子上开设有通孔，并使其形成不同的切换通道，使得单个旋转多通阀可以相当于多个单通阀门，极大地减小了阀门的布置，将主流道、旋转多通阀、单通阀、流量控制模块紧密贴合且相互连通，减少了原先设置的连接管路的占用空间，同时多个旋转多通阀和单通阀的设置可根据阀组间阀位逻辑实现不同切换通道的组合，减小了气体模组的安装尺寸，节省了安装空间。
[0061]
(2)本发明中，通过两组流量控制器的设置，实现一用一备，提高了系统运行稳定性，通过密封连接件及其两端均设置平面密封，提高了密封可靠性，同时采用密封连接件代替原有的螺纹密封，缩小了整体尺寸，提高了与模组组装后外观的一致性。
附图说明
[0062]
图1为本发明实施例提供的的整体系统示意图；
[0063]
图2为本发明实施例提供的气体模组箱体内部结构示意图；
[0064]
图3为本发明实施例提供的第一阀组结构示意图；
[0065]
图4为本发明实施例提供的第一杆套剖面结构示意图；
[0066]
图5为本发明实施例提供的第二阀组结构示意图；
[0067]
图6为本发明实施例提供的第二阀组阀杆剖面结构示意图；
[0068]
图7为本发明实施例提供的第二杆套剖面结构示意图；
[0069]
图8为本发明实施例提供的第五阀组结构示意图；
[0070]
图9为本发明实施例提供的第五杆套剖面结构示意图；
[0071]
图10为本发明实施例提供的第五阀杆结构示意图；
[0072]
图11为本发明实施例提供的气道板结构示意图；
[0073]
图12为本发明实施例提供的排气单元内部结构示意图；
[0074]
图13为本发明实施例提供的流量控制器结构示意图；
[0075]
图14为本发明实施例提供的l型转接板结构示意图；
[0076]
图15为本发明实施例提供的过滤单元结构示意图；
[0077]
图16为本发明实施例提供的过滤单元内部结构示意图；
[0078]
图17为本发明实施例提供的多级过滤器剖面结构示意图；
[0079]
图18为本发明实施例提供的基础阀组结构示意图；
[0080]
图19为本发明实施例提供的基础阀组工作模式示意图；
[0081]
图20为本发明实施例提供的阀杆截面结构示意图；
[0082]
图21为本发明实施例提供的基础阀组的出气口结构示意图；
[0083]
图22为本发明实施例提供的气体模组结构示意图；
[0084]
图23为本发明实施例提供的第四气道结构示意图；
[0085]
附图标号：
[0086]
1、过滤单元；11、过滤单元箱体；12、多级过滤器；121、次级过滤器；1211、安装凹槽；1212、对接凸起；122、支撑板；1221、通孔；123、压环；13、滤芯；131、第一滤芯；132、第二滤芯；133、第三滤芯；2、排气单元；21、气体模组；210、气体模组箱体；22、质谱检测模块；221、流量控制模块；2211、流量控制器；2212、l型转接板；222、气体取样模块；223、在线检测模块；2231、检测支路；2232、气体检测仪；2233、成分检测缓冲罐；23、真空泵组；24、总控模块；25、阀组模块；2501、第一阀组；25011、第一阀组壳体；25012、第一阀杆；25013、第一杆套；25014、第一通孔；25015、第一连接通道；25016、第二连接通道；2502、第二阀组；25021、第二阀组壳体；25022、第二阀杆；25023、第二杆套；250231、第一导通孔；250232、第二导通孔；250233、第三导通孔；250234、第四导通孔；25024、第二通孔；25025、第一输入通道；25026、第一输出通道；25027、第二输出通道；25028、第三输出通道；25029、第一环状腔室；2503、第三阀组；2504、第四阀组；2505、第五阀组；25051、第五阀组壳体；25052、第五阀杆；25053、第五杆套；25054、第二环状腔室；250531、第五导通孔；250532、第六导通孔；250533、第七导通孔；2506、第六阀组；2507、第七阀组；2508、基准阀组；25081、外安装座；250811、第一出气口；250812、第二出气口；250813、第三出气口；250814、第一进气口；25082、内密封衬套；250821、导气通孔；25083、轴承上密封盖；25084、旋转切换芯轴；250841、第一出气孔；250842、第二出气孔；25085、轴承；25086、卡簧；25087、下密封压盖；251、控制阀；2511、阀杆；2512、开孔；252、驱动电机；253、气道板；2531、气道；25311、第一气道；25312、第二气道；25313、第三气道；25314、第四气道；25315、第五气道；26、排气单元箱体；3、储气罐；4、氮气罐；5、压力传感器。
具体实施方式
[0087]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0088]
实施例1
[0089]
参阅图1、图10，一种带有集成式气体模组的过滤排气集成系统，包括依次连通的进气单元、过滤单元1、排气单元2、储气单元，本实施例中，储气单元为储气罐3，排气单元2包括气体模组21、质谱检测模块22、真空泵组23、总控模块24、阀组模块25、排气单元箱体26，气体模组21、质谱检测模块22、真空泵组23、总控模块24均固定连接在排气单元箱体26内，本实施例中，四位三通阀为第二阀组2502，其中，真空泵组23固定在排气单元箱体26底部，质谱检测模块22位于真空泵组23顶部，进气单元依次通过质谱检测模块22、气体模组21与储气罐3相连；
[0090]
气体模组21包括相互连通的流量控制模块221、气体取样模块222、多个旋转多通阀、多个单通阀、主流道，多个旋转多通阀、多个单通阀、流量控制模块、流量控制模块221、气体取样模块222分别连接在主流道的上下游，气体取样模块222位于真空泵组23顶部，流量控制模块221分别通过阀组模块25内的不同阀组与气体取样模块222和真空泵组23相连，阀组模块25包括设有多个切换通道的控制阀251，多个切换通道均设于控制阀251的阀杆2511内，且其输入端共用一个接口，气体取样模块222、真空泵组23的输入端口分别与控制阀251的切换通道对应连接；旋转多通阀包括转子、定子、驱动部，转子转动设于旋转多通阀内且与驱动部的输出端传动连接，定子固定设于旋转多通阀内并与转子转动配合，定子上开设有输入端口和多个输出端口，输入端口和多个输出端口分别形成多个切换通道；
[0091]
需要说明的是，排气单元箱体26内设有氮气冲洗接口，氮气冲洗接口与外部氮气罐4相连，可实现对整个管路的冲洗。
[0092]
参阅图1、图2，阀组模块25固定连接在气体模组21内，气体模组21包括气体模组箱体210，阀组模块25包括七个控制阀251、驱动电机252、气道板253，以下记为第一阀组2501、第二阀组2502、第三阀组2503、第四阀组2504、第五阀组2505、第六阀组2506、第七阀组2507；控制阀251上均对应连接有驱动电机252，驱动电机252均与总控模块24电性连接，分为四类阀组，第ⅰ类阀组为圆柱形旋转单通阀包括第一阀组2501、第三阀组2503、第四阀组2504，其中第一阀组2501、第三阀组2503、第四阀组2504结构相同，第ⅱ类阀组为圆柱形旋转四位三通阀包括第二阀组2502、第七阀组2507，第二阀组2502、第七阀组2507结构相同，第ⅲ类阀组为圆柱形旋转三位两通阀包括第五阀组2505，第ⅳ类阀组为圆柱形旋转两位两通阀包括第六阀组2506；
[0093]
参阅图11、图23，气体模组箱体210顶部从左至右依次连接有第一阀组2501、气道板253、第二阀组2502，气体模组箱体210底部从左至右依次固定连接有第四阀组2504、气道板253、第五阀组2505、流量控制模块221、第六阀组2506、第七阀组2507，参阅图11，主流道包括气道板253，气道板253上设有五个气道2531，以下记为第一气道25311、第二气道25312、第三气道25313、第四气道25314、第五气道25315，第一气道25311与第一阀组2501的输出端相连，第一阀组2501的输入端与外部输入管路相连，气道板253通过第四气道25314与第二阀组2502的输入端相连，第一阀组2501和与第四阀组2504之间还设有第三阀组2503，气道板253通过第二气道25312与第三阀组2503的输入端相连，气道板253与压力传感器7相连，气道板253通过第三气道25313与第四阀组2504的输入端相连，第四阀组2504的输出端与另一外部管路相连，气道板253通过第五气道25315与第五阀组2505输入端相连，第五阀组2505的输出端通过流量控制模块221的输入端相连，流量控制模块221的输出端通过第六阀组2506与第七阀组2507相连。
[0094]
参阅图3-图10，每个控制阀251上均设有与其对应的驱动电机252，驱动电机252与控制阀251的阀杆2511传动连接，阀杆2511周向开设有多个开孔2512，多个开孔2512沿阀杆2511周向呈螺旋分布，阀杆2511与阀组模块25的驱动电机252传动连接，驱动电机252驱动阀杆2511以其轴线为转轴转动，以开启和关闭相应切换通道。
[0095]
参阅图3、图4，第一阀组2501为单通阀，仅实现开启和关断功能，第一阀组2501包括第一阀组壳体25011、第一阀杆25012、第一杆套25013、第一通孔25014、第一连接通道25015、第二连接通道25016，第一阀组壳体25011内中心处开设有同轴且不连续的第一连接
通道25015和第二连接通道25016，第一阀杆25012上开设有两个第一通孔25014，两个第一通孔25014形成一个贯穿阀杆2511的通路，第一杆套25013固定连接在第一阀组壳体25011内，且与第一阀杆25012转动配合，第一杆套25013左右两端分别开设有与第一连接通道25015、第二连接通道25016的截面端口相适配的导通孔，当两个第一通孔25014分别与第一连接通道25015、第二连接通道25016的截面端口、第一杆套25013上的两个导通孔对齐时，第一连接通道25015、第二连接通道25016导通，当两个第一通孔25014分别与两个导通孔无重合区域时，第一连接通道25015、第二连接通道25016被第一阀杆25012截断，第一阀组2501处于关断状态。
[0096]
参阅图5、图6、图7，第二阀组2502为四位三通阀，第二阀组2502包括第二阀组壳体25021、第二阀杆25022、第二杆套25023、四个第二通孔25024，第一输入通道25025、第一输出通道25026、第二输出通道25027、第三输出通道25028；其中，第二阀杆25022和第二杆套25023为过盈配合，第一输入通道25025通过第一气道25311与第二连接通道25016相连通，第一输出通道25026、第二输出通道25027、第三输出通道25028分别与气体取样模块222的三个输入端口相连，第二阀杆25022转动连接在第二阀组壳体25021内，第二杆套25023固定连接在第二阀组壳体25021内，且与第二阀杆25022转动配合，第二杆套25023上开设有第一导通孔250231、第二导通孔250232、第三导通孔250233、第四导通孔250234，第一导通孔250231与第一输入通道25024右端对齐，第二导通孔250232、第三导通孔250233、第四导通孔250234分别与第一输出通道25026、第二输出通道25027、第三输出通道25028对齐；
[0097]
四个第二通孔25024分别记为以下分别记为a、b、c、d孔，呈螺旋分布，其中，a、d孔位于第二阀杆25022同一侧，b孔位于与其相对的一侧，阀位逻辑：当b孔通过第二导通孔250232与第一输出通道25026连通时，可实现第一取气样瓶的取样；当c孔通过第三导通孔250233与第二输出通道25027连通时，可实现第二取气样瓶的取样，当d孔通过第四导通孔250234与第三输出通道25028连通时，可实现第三取气样瓶的取样；当b、c、d孔均不与第二导通孔250232、第三导通孔250233、第四导通孔250234连通时，第一输出通道25026、第二输出通道25027、第三输出通道25028均为非导通状态。
[0098]
参阅图6，第二杆套25023内开设有第一环状腔室25029，a孔与第一环状腔室25029相连通，使得气体可通过a孔进入第一环状腔室25029内，气体依次通过第一输入通道25025、第一导通孔250231、第一环状腔室25029、a孔进入第二阀杆25022内腔，使得a孔始终处于导通状态；
[0099]
第二阀组2502与第七阀组2507结构相同，第二阀组2502与第七阀组2507的区别在于，输入端和输出端连接的设备不同，第七阀组2507的三个输出端分别与真空泵组23的两个输入端和储气罐3相连，第三阀组2503的输入端与第六阀组2506的输出端相连。
[0100]
参阅图8、图9、图10，第五阀组2505为三位两通阀，第五阀组2505包括第五阀组壳体25051、第五阀杆25052、第五杆套25053；第五杆套25053上开设有第五导通孔250531、第六导通孔250532、第七导通孔250533，第五杆套25053固定连接在第五阀组壳体25051内，其内转动连接有第五阀杆25052，其中第六导通孔250532、第七导通孔250533位于同一侧，第五导通孔250531位于另一侧，第五阀杆25052上开设有三个开孔2512，以下分别记为e、f、g孔，其中e、f孔位于同一侧，g孔位于第五阀杆25052另一侧，f孔、第五导通孔250531均为输入端口，e孔和g孔分别对应连接两个流量控制器2211的输出端口；第五杆套25053上开设有
第二环状腔室25054，第二环状腔室25054与e孔始终处于连通状态，气体自第五导通孔250531进入第二环状腔室25054，并从e孔进入第五阀杆25052内腔，当e孔与第六导通孔250532对齐时，气体由第六导通孔250532排出，当g孔与第七导通孔250533对齐时，气体由第七导通孔250533排出。
[0101]
第六阀组2506为两位两通阀，第六阀组2506包括第六阀组壳体、第六阀杆、第六杆套，第六阀杆转动连接在第六阀组壳体内，第六杆套固定连接在第六阀组壳体内并与第六阀杆转动配合，第六阀杆上开设有三个第三通孔，分别记为h、i、j孔，第六杆套上开设有第八导通孔、第九导通孔、第十导通孔，第六阀组壳体上开设有第三输入通道、第四输入通道、第四输出通道，第三输入通道、第四输入通道分别与两个流量控制器2211的另一端相连，第四输出通道与第七阀组输入端相连，第六阀杆的三个第三通孔孔径分别与第三输入通道、第四输入通道、第四输出通道截面相适配，第六阀杆上与第四输出通道适配的通孔均建立环形气室，其中h、i孔均为输入端，j孔为输出端，h、i不位于同一侧，h孔与第八导通孔、第三输入通道对齐时，该支路即一个流量控制器2211处于导通状态，i孔与第九导通孔、第四输入通道对齐时，另一支路即另一个流量控制器2211处于导通状态，由于环形腔室的开设，j孔与第十导通孔、第四输出通道始终处于导通状态。
[0102]
参阅图13、图14，流量控制模块221包括两个质量流量控制器2211、l型转接板2212，两个质量流量控制器2211并排设置，每个质量流量控制器2211底部固定连接有两个l型转接板2212，且关于流量控制器轴线对称分布，l型转接板2212固定连接在气体模组箱体210内壁，l型转接板2212包括竖直段和水平段，其竖直段朝向流量控制器2211的一端与流量控制器2211的转接头通过橡胶圈密封固定，其竖直段背离流量控制器2211的一端分别与第五阀组2505和第六阀组2506通过橡胶圈密封固定。
[0103]
参阅图1，排气单元2还包括在线检测模块223，在线检测模块223包括检测支路2231、气体检测仪2232、成分检测缓冲罐2233，检测支路2231两端均与排气单元2的主管路相连，且检测支路2231与主管路相连的一端均设有控制阀门，检测支路2231上设有成分检测缓冲罐2233和与检测气体相适配的气体检测仪2232，本实施例中以三个气体检测仪2232为例，分别为co检测仪、h2检测仪、sf6检测仪，需要说明的是，检测时，先把减压阀调整到微正压，然后再通过s-9手阀控制后端压力，为检测仪创造一个微正压使用环境，co、sf6的最佳检测流量为100ml-150ml/min，设计缓冲罐容积为1l，理论上最少可支持3次取样分析。
[0104]
参阅图15、图16、图17，过滤单元1包括过滤单元箱体11、两个多级过滤器12，多级过滤器12对排出的高温高压并含有粉尘颗粒杂质的，气体进行过滤，为满足过滤效率，需要通过质量流量器控制气体流速，此外，当高温高压气体排泄至低压约30kpa时，气体将会含有水蒸气，需要设计冷凝除水模块，使高温高湿气体经过冷凝除水模块的换热器后，气体温度被换热器内的冷却水降至常温或更低的温度，其中的冷凝水析出，设置专用的封闭腔体储存冷凝水，通过检测过滤器后端气体的颗粒成分满足要求后，进入后续单元；
[0105]
两个多级过滤器12固定设于过滤单元箱体11内，且多级过滤器12的输入端和输出端分别与进气单元的输出端和排气单元2的输出端相连，多级过滤器12的输入端和输出端分别与进气单元的输出端和排气单元2的输出端的连接管路上设置有控制阀门，两个多级过滤器12对称分布在过滤单元箱体11内，一用一备，多级过滤器12的输入端与进气单元的输出端相连，多级过滤器12的输出端与质谱检测模块22的输入端相连，过滤单元箱体11的
输入端和输出端均设置有压力传感器，压力传感器与总控模块24电性连接，用来检测多级过滤器12的一个运行状态，如果多级过滤器12前后压差过大，则需要更换新的过滤器，更换的时候只需要将控制阀门关死；同时，为便于更换多级过滤器12，将过滤单元箱体11上设计有可拆卸的箱门。
[0106]
参阅图17，多级过滤器12包括多个依次串联的次级过滤器121，次级过滤器121从左至右依次为第一次级过滤器、第二次级过滤器、五个第三次级过滤器，次级过滤器121包括壳体、支撑板122、压环123，次级过滤器121采用相同结构，便于过滤器改型，整体重量小于1.8公斤，次级过滤器121内壁固定有环状支撑板122，环状支撑板122中心线处开设有通孔1221，滤芯13嵌设于通孔1221内并通过压环123连接紧固，其中压环123位钢丝网压片，可防止气体冲击力过大使得滤芯13变形过大损坏密封结构；滤芯13包括沿多级过滤器12轴向依次分布的第一滤芯131、第二滤芯132、多个第三滤芯133，本实施例中，以五个第三滤芯133为例，第一滤芯131为粗海绵，第二滤芯132为细海绵和聚丙烯，第三滤芯133材质为h14级高效滤芯(高效玻璃纤维滤纸)，次级过滤器121内壁开设有安装凹槽1211，第三滤芯133与次级过滤器121相连的一端伸入安装凹槽1211内部并与其粘接固定，第三滤芯133与次级过滤器121相连的一端为锯齿状，安装凹槽1211与其相连的端面开设有与其相适配的对接凸起1212。
[0107]
通过将第三滤芯133与次级过滤器121相连的一端设置为锯齿状并伸入安装凹槽1211内，并设置对接凸起1212与第三滤芯133锯齿状连接部配合，增大了第三滤芯133与次级过滤器121的接触面积，提高了第三滤芯133的连接强度，通过第三滤芯133与次级过滤器121粘接固定，并在其连接处灌胶，可防止污染气体从边缘处泄漏，需要说明的是，第一滤芯131、第二滤芯132与第三滤芯133的安装结构相同，但不限于此。
[0108]
相邻的次级过滤器121之间采用法兰连接，并焊接固定，由于次级过滤器121尺寸较小，为防止次级过滤器121在焊接时由于焊接产生的高温烧坏密封胶水，从而产生烟雾污染过滤器，在焊接时通过水冷装置对焊点处进行降温，同时焊接采用一个周段一个周段的间歇焊接，同时采用耐高温密封胶水，从而避免局部温度过高烧坏胶水和滤芯13。
[0109]
使用方法：待过滤的气体从过滤单元箱体11进入多级过滤器12内进行过滤，过滤后的气体进入排气单元2，先经过质谱检测模块22检测后，流入流量控制器2211，在真空泵组23的抽吸下进入储气罐3。
[0110]
实施例2
[0111]
本实施例与实施例1的区别在于，针对当前气体管路系统中集成式多通阀的急需，聚焦多通阀物理结构的改进，进行圆柱形多通阀结构参数设计与对应的流阻、密封特性分析，提出一种集成式气体模组中圆柱形旋转多通阀的设计与集成方法，突破圆柱形旋转多通阀孔径设计、流阻特性分析、泄漏特性分析的技术“瓶颈”，准确地实现圆柱形旋转多通阀的设计方法，可应用于气体管路众多、控制过程复杂的排气过程当中，适用于复杂气体管路中气体通道的控制。
[0112]
集成式气体模组中的旋转多通阀或单通阀的设计方法包括如下步骤：
[0113]
需要说明的是，本实施例中以旋转多通阀为例；
[0114]
s1：设计圆柱形旋转多通阀结构，确定圆柱形多通阀的工作模式；
[0115]
s2：根据功能与密封要求，设计圆柱形旋转多通阀的孔径和阀杆；
[0116]
s3：基于动力学软件分析圆柱形旋转多通阀的流阻特性，确定通孔的位置；
[0117]
s4：计算圆柱形旋转多通阀的漏率，保证高密封性；
[0118]
s5：基于圆柱形旋转多通阀设计集成式气体处理模组系统，并开展实验测试，保证集成式气体模组系统满足功能要求。
[0119]
其中步骤s1包括如下步骤：
[0120]
s11：确定圆柱形高密封旋转阀的主要结构构成；参阅图18，以基准阀组2508为例，圆柱形高密封旋转阀左端上部为气体输入端口，下端分别设计三个气体出口(即输出端口)和对应的封堵结构，基准阀组2508包括有外安装座25081、内密封衬套25082；轴承上密封盖25083、旋转切换芯轴25084、轴承25085、卡簧25086、下密封压盖25087；其中，外安装座25081上开设有气体输入通道和气体输出通道，旋转切换芯轴25084通过轴承5转动连接在外安装座25081内，轴承5通过轴承上密封盖25083和下密封盖25087密封固定，旋转切换芯轴25084底部设有卡簧25086，外安装座25081内固定连接有内密封衬套25082，内密封衬套25082位于旋转切换芯轴25084外侧，旋转切换芯轴25084内部开设有一个密闭的腔体结构，且其通过一个输入端口始终与气体输入通道连通，旋转切换芯轴25084周向开设有输出的通孔；
[0121]
s12：确定圆柱形旋转多通阀的密封方式，密封采用球阀的密封方式，静密封采用过盈配合，轴承上密封盖25083和下密封压盖25087与外安装座25081过盈装配，动密封采用球阀密封方式实现气密密封，内密封衬套25082材质为聚四氟乙烯，其有自润滑特性，采用过盈配合进行动密封；
[0122]
s13：确定圆柱形旋转多通阀的工作模式；以第二类阀组中的第二阀组2502即四位三通阀结构为例，参阅图19，外安装座25081上开设有三个出气口和一个进气口，分别记为第一出气口250811、第二出气口250812、第三出气口250813和第一进气口250814，旋转切换芯轴25084即阀杆上开设有第一出气孔250841、第二出气孔250842，内密封衬套25082即杆套上开设有导气通孔250821；那么对应的工作模式有4种；工作模式1：第一出气口250811导通，第二出气口250812、第三出气口250813切断；工作模式2：第二出气口250812导通，第一出气口250811和第三出气口250813切断；工作模式3：第三出气口250813导通，第一出气口250811、第二出气口250812切断；工作模式4：全部通道切断；
[0123]
s2：根据功能与密封要求，设计圆柱形旋转多通阀的孔径和阀杆；
[0124]
其中，步骤s2包括如下步骤：
[0125]
步骤21，确定相邻出气口之间的夹角，旋转切换芯轴25084中心为o，外径为d,阀杆内部气道直径为d，在阀杆不同高度相对于中心o的不同角度设计出气口，出气口孔径为r，为方便不同通道之间旋转切换角度控制，相邻出气口之间角度确定为90℃。
[0126]
步骤22，建立临界截止状态模型，当第一出气孔250841与导气通孔250821完全相对，气体从出第一出气孔250841流通，此时第一出气孔250841与导气通孔250821的左右边界为a1和b1，第二出气孔250842的左右边界为a2和b2，出气口边界与圆心o的夹角为θ，大小为arcsin(r/d)。
[0127]
参阅图20，在切换过程中，临界截止状态为第一出气孔250841刚关闭时，第二出气孔250842即将与导气通孔产生缝隙，气体将要从第二出气孔250842流出，建立临界截止状态几何模型，阀杆逆时针旋转，第一出气孔250841的左边界a1’与导气通孔右边界b1相交于
一线，第二出气孔250842的右边界b2’与导气通孔左边界a1相交于一线，第一出气孔250841与导气通孔、第二出气孔250842与导气通孔此时均处于线封闭状态，出气口边界与圆心o的夹角为临界截止角度β，计算得到临界截止角度β为π/8。
[0128]
为保证阀门动态截止性，第一出气孔250841和第二出气孔250842不能存在同时打开的状态，即θ≤β，得到：θ＝arcsin(r/d)≤β＝π/8，r/d≤sin(π/8)
[0129]
对20℃空气在圆截面长管道(l》20φ)中的流导公式为：
[0130][0131]
式中：c20℃为长管对20℃空气的流导，m3/s；φ为管道最小直径，m；l为管道长度，m；为管道中平均压力，pa；p1、p2分别为管道两端气体压力，pa。
[0132]
由流量的定义可知，管路流量为
[0133]
q＝c
20℃
×
δp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0134]
式中q为气体质量流量，pa
·
m3/s；
△
p为管路两端压差，pa；将式(3)带入式(2)可得
[0135][0136][0137]
管道前后压差为150kpa，即
△
p为150kpa，管路末端压力p2为大气压，则管路前端压力p1为251kpa，将各已知参数带入公式(5)中，且q取值为最低可接受流量160slm，计算得出管路的最小内径尺寸φ为5.26mm。
[0138]
因此，为方便加工，多通阀的进气口与出气口直径r设计为6mm，阀杆内径需满足公式1，阀杆内径最小值为16mm。
[0139]
s3：基于动力学软件分析圆柱形旋转多通阀的流阻特性，确定通孔的位置；其中步骤s3包括如下步骤：
[0140]
s31，建立阀门管道流阻模型。流体通过阀门时，其流体阻力损失以阀门前后的流体压力降
△
p表示，如式(6)
[0141][0142]
式中：
△
p为压差，pa；v为m/s；ρ为密度，气体密度设置为1.225kg/m3；故流阻系数为：
[0143][0144]
s32，基于动力学软件分析圆柱形旋转多通阀的流阻特性，确定通孔的位置。保证气体阻力较小，实际加工过程中还需要综合考虑设备整个空间体积的影响，在满足尺寸约束的条件下，可以将出口设计在离入口较远的地方，使得每个流道的阻力损失最小。
[0145]
s4：计算圆柱形旋转多通阀的漏率，保证高密封性；其中，s4包括如下步骤：
[0146]
s41：确定圆柱形阀泄露通道。对于单个圆柱形阀来说，气体的泄漏主要有两种途
径，一是密封孔与通孔之间，阀芯与内密封衬套结合不紧密导致的泄漏，一种是密封口与通孔之间圆柱形曲面与内密封衬套结合连接不紧密导致的泄漏。
[0147]
参阅图21，对于四位三通阀来说，在第二出气口250812开通，第一出气口250811和第三出气口250813关闭的情况下，对于第三出气口250813来说，其泄漏路径有2个，一是第三出气口250813与第二出气口250812之间路径l1(图中标为l1)，另一个是第三出气口250813与第二出气口250812之间圆柱形横截面1/4圆周长的路径l2(图中标为l2)。
[0148]
s42：建立圆柱形阀泄漏量计算模型。根据泄漏率计算式
[0149][0150]
式中，ql为泄漏率，pa
·
m3/s；l为通孔与密封孔之间路径长度，m；η为空气动力粘度，1.81
×
10-5
pa
·
s；p1是高压力端口压力，在检漏时为大气压大小，p1＝101325pa；p2是低压力端口压力，在检漏时为真空状态，故p2＝0pa；为压力均值；rf为泄漏缝隙大小，是待求数值，在第二出气口250812开通，第一出气口250811和第三出气口250813关闭的情况下，对于第三出气口250813，总的泄漏为两条路径泄漏之和，即
[0151][0152]
式中
[0153]
s43：确定最小泄露缝隙；作为优选的技术方案，要求阀的漏率最大为9
×
10-10
pa
·
m3/s，l1为36mm，l2＝π/4
·
dmm，计算得到l
总
为9.3mm，那么泄漏缝隙rf求解为
[0154][0155]
s5：基于圆柱形旋转多通阀设计集成式气体处理模组系统，并开展实验测试，保证集成式气体模组系统满足功能要求。
[0156]
s51：确定气体处理模组系统整体结构设计方案，主流道包括气道板253，气道板253内开设有一个密闭的腔体结构，气道板253上开设有贯穿腔体第一气道25311、第二气道25312、第三气道25313、第四气道和第五气道。
[0157]
s52；确定所需不同类别阀组结构设计方案：第ⅰ类阀组为圆柱形旋转单通阀包括第一阀组2501、第三阀组2503、第四阀组2504，第ⅱ类阀组为圆柱形旋转四位三通阀包括第二阀组2502、第七阀组2507，第ⅲ类阀组为圆柱形旋转三位两通阀包括第五阀组2505，第ⅳ类阀组为圆柱形旋转两位两通阀包括第六阀组2506；
[0158]
s53：确定流量控制器的密封结构设计，即流量控制器221与第五阀组2505和第七阀组2507之间的密封结构采用l型转接板2212进行连接。
[0159]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种集成式气体模组，其特征在于，包括主流道、设于主流道上下游的多个旋转多通阀、多个旋转单通阀、流量控制模块，所述主流道、旋转多通阀、旋转单通阀、流量控制模块紧密贴合且相互连通，所述旋转多通阀包括转子、定子、驱动部，所述转子转动设于旋转多通阀内且与驱动部的输出端传动连接，所述定子固定设于旋转多通阀内并与转子转动配合，所述定子上开设有输入端口和多个或单个输出端口，所述输入端口和多个或单个输出端口分别形成多个切换通道，所述转子输入端与定子的输入端口始终连通，所述转子周向开设有多个与输出端口相适配的缺口，所述驱动部驱动缺口相对于与其相适配的输出端口在对准或错位状态之间移动并致使相应切换通道的导通或关闭。2.根据权利要求1所述的一种集成式气体模组，其特征在于，所述转子包括阀杆，所述阀杆周向开设有多个开孔，多个开孔沿阀杆周向呈螺旋分布，所述驱动部驱动阀杆以其轴线为转轴转动，以开启和关闭相应所述切换通道。3.根据权利要求2所述的一种集成式气体模组，其特征在于，所述主流道包括气道板，所述气道板内开设有一个密闭的腔体结构，所述气道板上开设有贯穿腔体第一气道、第二气道、第三气道、第四气道、第五气道，所述气道板通过第一气道的输入端与外部输入管路相连，所述气道板通过第二气道、第三气道与旋转单通阀相连，所述气道板通过第四气道、第五气道与旋转多通阀连通。4.根据权利要求3所述的一种集成式气体模组，其特征在于，所述旋转多通阀包括第二阀组、第五阀组、第六阀组、第七阀组，所述单通阀包括第一阀组、第三阀组、第四阀组，所述气道板通过第一气道与第一阀组相连，所述气道板通过第一阀组与外部输入管路相连，所述气道板通过第四气道与第二阀组相连，所述气道板通过第二气道与第三阀组相连，所述气道板通过第三气道与第四阀组相连，所述气道板通过第五气道与第五阀组的输入端相连，所述第三阀组、第四阀组的输出端与外部管路相连，所述第五阀组输出端与流量控制模块的输入端相连，所述流量控制模块的输出端通过第六阀组与第七阀组相连。5.根据权利要求1所述的一种集成式气体模组，其特征在于，所述流量控制模块包括流量控制器，所述流量控制器设有输入端转接头和输出端转接头，所述流量控制器的输入端转接头和输出端转接头分别通过密封连接件与相邻控制阀相连，所述流量控制器固定设于密封连接件上，且其与密封连接件、控制阀相连的端部均为平面密封。6.根据权利要求5所述的一种集成式气体模组，其特征在于，所述密封连接件为l型转接板，两个所述l型转接板均包设于流量控制器底部，且关于流量控制器轴线对称分布，所述l型转接板包括竖直段和水平段，其竖直段朝向流量控制器的一端与流量控制器的转接头密封固定，其竖直段背离流量控制器的一端与控制阀密封固定。7.根据权利要求2所述的一种集成式气体模组，其特征在于，所述定子包括杆套，所述杆套上开设有多个导通孔，多个导通孔形成所述缺口，并与阀杆上的开孔相适配。8.根据权利要求4所述的一种集成式气体模组，其特征在于，所述第二阀组包括第二阀组壳体、第二阀杆、第二杆套，所述第二阀杆转动连接在第二阀组壳体内，所述第二杆套固定连接在第二阀组壳体内并与第二阀杆转动配合，所述第二阀杆上开设有多个第二通孔，所述第二杆套上开设有第一输入通道、第一输出通道、第二输出通道、第三输出通道，所述第一输入通道通过第四气道与第一阀组的输出端相连，所述第一输出通道、第二输出通道、第三输出通道均与外部管路相连，多个第二通孔孔径分别与第一输入通道、第一输出通道、
第二输出通道、第三输出通道截面相适配，所述第一输入通道通过环形气室与第二阀杆内腔连通。9.根据权利要求8所述的一种集成式气体模组，其特征在于，所述第一阀组包括第一阀组壳体、第一阀杆、第一杆套、第一连接通道、第二连接通道，所述第一阀杆转动连接在第一阀组壳体内，所述第一杆套固定连接在第一阀组壳体内并与第一阀杆转动配合，所述第一阀组壳体内中心处开设有同轴且不连续的第一连接通道和第二连接通道，所述第一阀杆上开设有两个第一通孔，两个所述第一通孔形成一个贯穿阀杆的通路，所述第一杆套上开设有与与第一连接通道、第二连接通道的截面端口相适配的导通孔。10.一种如权利要求2-9任意一项所述的集成式气体模组中旋转多通阀的设计方法，包括如下步骤：s1：设计圆柱形旋转多通阀结构，确定圆柱形多通阀的工作模式；s2：根据功能与密封要求，设计圆柱形旋转多通阀的孔径和阀杆；s3：分析圆柱形旋转多通阀的流阻特性，确定通孔的位置；s4：计算圆柱形旋转多通阀的漏率，保证高密封性；所述步骤s1包括如下步骤：s11：确定圆柱形旋转多通阀的主要结构构成；包括阀杆、杆套、阀杆上开设的第一出气孔和第二出气通孔、杆套上开设的导气通孔；s12：确定圆柱形旋转多通阀的密封方式；s13：确定圆柱形旋转多通阀的工作模式；所述s2包括如下步骤：s21：确定相邻出气口之间的夹角；记多通阀阀芯轴即阀杆中心为o，外径为d,阀杆内部气道直径为d，在阀杆不同高度相对于中心o的不同角度设计出气口，出气口孔径为r；s22：建立临界截止状态模型；当第一出气孔与导气通孔完全相对，气体从第一阀杆出气孔流出，此时第一出气孔与导气通孔的左右边界为a1和b1，第二出气孔的左右边界为a2和b2，出气口边界与圆心o的夹角为θ，大小为arcsin(r/d)。在切换过程中，临界截止状态为第一出气孔刚关闭，第二出气孔即将与导气通孔产生缝隙，气体将要从第二出气孔流出；建立临界截止状态几何模型，阀杆逆时针旋转，第一出气孔的左边界a1’与导气通孔右边界b1相交于一线，第二出气孔的右边界b2’与导气通孔左边界a1相交于一线，第一出气孔与导气通孔、第二出气孔与导气通孔此时均处于线封闭状态，出气口边界与圆心o的夹角为临界截止角度β，临界截止角度为β；为保证阀门动态截止性，第一出气孔和第二出气孔不能存在同时打开的状态，即θ≤β，得到：θ＝arcsin(r/d)≤β，r/d≤sin(β)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)s23：确定气体流经管路的最小内径尺寸并以此确定管路流导的大小，从而确定卸压流量；卸压过程中，根据管道前后压差和气体流量，计算管路最小内径尺寸。对20℃空气在圆截面长管道(l>20φ)中的流导公式为：式(2)中：c20℃为长管对20℃空气的流导；φ为管道最小直径；l为管道长度；为管道
中平均压力；p1、p2分别为管道两端气体压力；由流量的定义可知，管路流量为q＝c20℃
×
δp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式(3)中q为气体质量流量；
△
p为管路两端压差；将式(3)带入式(2)可得p为管路两端压差；将式(3)带入式(2)可得根据管道前后压差计算
△
p的数值，管路末端压力p2为大气压，则管路前端压力p1为
△
p+101kpa，将各已知参数带入公式(5)中，且q取值为最低可接受流量，计算得出管路的最小内径尺寸φ。因此，为方便加工，多通阀的进气口与出气口直径r设计为φ的向上取整数值，阀杆内径需满足公式1。所述s3包括如下步骤：s31：建立阀门管道流阻模型；流体通过阀门时，其流体阻力损失以阀门前后的流体压力降
△
p表示，如式(6)；式(6)中：
△
p为压差；v为流速；ρ为密度，气体密度设置为设定数值，以此计算得到故流阻系数为：s32：分析圆柱形旋转多通阀的流阻特性，确定通孔的位置。11.一种如权利要求10所述的集成式气体模组中旋转多通阀的设计方法，包括如下步骤：所述s4包括如下步骤：s41：确定圆柱形阀泄露通道；四位三通阀包括第一出气口、第二出气口、第三出气口，确定泄漏路径，分别为第三出气口与第二出气口之间路径l1和第三出气口与第二出气口之间圆柱形横截面1/4圆周长的路径l2；s42：建立圆柱形阀泄漏量计算模型；根据泄漏率计算式式(8)中，q
l
为泄漏率；l为通孔与密封孔之间路径长度；η为空气动力粘度，1.81
×
10-5
pa
·
s；p1是高压力端口压力，在检漏时为大气压大小，p1＝101325pa；p2是低压力端口压力，在检漏时为真空状态，故p2＝0pa；为压力均值；r
f
为泄漏缝隙大小，是待求数值，在第二出气口开通，第一出气口和第三出气口关闭的情况下，对于第三出气口，总的泄漏为两条路径泄漏之和，即
式中s43：确定最小泄露缝隙；根据阀的漏率的要求值，根据l1、l2计算得到l
总
，计算得到泄漏缝隙r
f
：

技术总结
本发明公开了一种集成式气体模组及其旋转多通阀的设计方法，包括主流道、设于主流道上下游的多个旋转多通阀、多个单通阀、流量控制模块，所述主流道、旋转多通阀、单通阀、流量控制模块紧密贴合且相互连通，所述旋转多通阀包括转子、定子、驱动部。本发明中，通过在旋转多通阀内的定子和转子上开设有通孔，并使其形成不同的切换通道，使得单个旋转多通阀可以相当于多个单通阀门，极大地减小了阀门的布置，将主流道、旋转多通阀、单通阀、流量控制模块紧密贴合且相互连通，减少了原先设置的连接管路的占用空间，同时多个旋转多通阀和单通阀的设置可根据阀组间阀位逻辑实现不同切换通道的组合，减小了气体模组的安装尺寸，节省了安装空间。空间。空间。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：西北核技术研究所
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/22