專利名稱：用于高壓分析系統(tǒng)的閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及閥，并且更具體地涉及用于諸如高壓液體層析系統(tǒng)的高壓分析系統(tǒng)的閥。
背景技術(shù)：
許多分析系統(tǒng)包括用于控制流體流量的閥。一個(gè)例子是在一些層析系統(tǒng)中使用的 剪切閥。這些閥通常必須保持流體的完整性，也就是說，此類閥不應(yīng)當(dāng)泄漏流體。然而，當(dāng) 閥循環(huán)工作時(shí)，在各個(gè)位置之間，運(yùn)動(dòng)部件上的負(fù)載導(dǎo)致磨損。一些閥經(jīng)受高壓。例如，高性能液體層析(HPLC)設(shè)備中的示例性的噴射器閥暴露于由普通溶劑泵產(chǎn)生的大約1000至5000磅每平方英寸(PSi)的壓力。諸如超高性能液體層析(UHPLC)設(shè)備的更高壓力的層析設(shè)備所具有的溶劑泵在高達(dá)15000 psi或更大的壓力下操作。隨著系統(tǒng)的壓力增大，閥部件(例如轉(zhuǎn)子和定子)的磨損和變形趨向于增加，并且閥的預(yù)期壽命可能減少。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明部分地來自于對于如下情況的認(rèn)識可通過減小旋轉(zhuǎn)剪切閥的定子端口的尺寸來延長旋轉(zhuǎn)剪切閥的操作壽命。因此，例如，本發(fā)明尤其適合于提供用于在HPLC或高壓設(shè)備中輸送樣本的改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)剪切注射閥。本發(fā)明的第一方面提供了一種閥(例如高壓閥)，其包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子具有定子密封表面，所述定子密封表面具有至少一個(gè)定子端口，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子密封表面，所述轉(zhuǎn)子密封表面具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子端口或溝道，所述轉(zhuǎn)子能夠相對于所述定子移動(dòng)以將所述轉(zhuǎn)子端口或溝道選擇性地移動(dòng)成與所述定子端口對準(zhǔn)和/或不對準(zhǔn)，由此打開和/或關(guān)閉所述閥，其中，所述定子端口由通道提供，所述通道具有第一部分和第二部分，所述第一部分從所述定子密封表面垂直地延伸，所述第二部分從所述第一部分沿著不同于垂直于所述定子密封表面的方向延伸。優(yōu)選地，所述第一通道部分的尺寸或直徑或截面等于或小于所述第二通道部分的尺寸或直徑或截面。更優(yōu)選地，所述第一通道部分的尺寸或直徑或截面是小于所述第二通道部分的尺寸或直徑或截面的例如10%到90%或20%到80%，例如30%到70%，優(yōu)選地40%到60%，更優(yōu)選地45%到55%并且最優(yōu)選地大約50%。所述通道或通道部分中的一個(gè)或兩個(gè)可具有圓形截面。例如，第一通道部分的直徑可以是O. 15 mm或O. 006或O. 0055英寸和/或第二通道部分的直徑可以是O. 30 _或O. 011英寸。
所述第二通道部分優(yōu)選地以相對于所述第一部分的一角度延伸，所述角度例如在I度和90度之間或者在I度和70或80度之間，例如在I度和60度之間，優(yōu)選地在10度和50度之間，更優(yōu)選地在20度和40度之間，并且最優(yōu)選地為大約30度。所述定子可包括突起，例如圓形或截頭圓錐形突起，其可以是圓形的和/或其可包括或包含所述定子密封表面。所述轉(zhuǎn)子可包括凹處或凹陷，其可與所述定子的突起協(xié)作或相對應(yīng)。所述轉(zhuǎn)子優(yōu)選地能夠相對于所述定子旋轉(zhuǎn)以將所述轉(zhuǎn)子端口或溝道選擇性地移動(dòng)成與所述定子端口對準(zhǔn)和/或不對準(zhǔn)，由此打開和/或關(guān)閉所述閥。所述定子和/或轉(zhuǎn)子可包括兩個(gè)或更多個(gè)端口或溝道或通道。所述第一通道部分的軸線可以在例如所述第一和第二通道部分相遇或相交或結(jié)合處與所述第二通道部分的軸線對準(zhǔn)。所述閥或定子可進(jìn)一步包括配件或配件孔，例如，所述配件或配件孔聯(lián)接或流體聯(lián)接到所述通道(例如所述第二通道部分)，和/或所述配件或配件孔與所述通道(例如所述第二通道部分)共軸。本發(fā)明的第二方面提供了一種用于上述閥的定子。 本發(fā)明的第三方面提供了一種加壓(例如高壓)流體控制系統(tǒng)，其包括在前面六個(gè)段落的任一個(gè)中限定的閥或定子。本發(fā)明的第四方面提供了一種分析儀器或設(shè)備或機(jī)器或系統(tǒng)，例如層析儀或者層析儀器或設(shè)備或機(jī)器或系統(tǒng)，例如液體層析儀器或設(shè)備或機(jī)器或系統(tǒng)，所述儀器或設(shè)備或機(jī)器或系統(tǒng)包括在緊鄰的前面段落中限定的閥或定子或加壓流體控制系統(tǒng)。其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)在描述、附圖和權(quán)利要求中。
圖I是現(xiàn)有技術(shù)高壓閥的定子部分的平面圖，示出了定子密封表面；
圖2是穿過圖I的線A-A的剖視 圖3是旋轉(zhuǎn)剪切閥的分解透視圖，該旋轉(zhuǎn)剪切閥具有定子，該定子具有減小尺寸的定子部分;
圖4A是圖3的旋轉(zhuǎn)剪切閥的定子的該部分的平面圖，示出了定子密封表面；
圖4B是穿過圖4A的線B-B的剖視圖；并且
圖5A和5B是高性能液體層析系統(tǒng)的示意圖，其包括圖3的旋轉(zhuǎn)剪切閥。相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
具體實(shí)施例方式通過選擇性地將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)子中的端口或溝道與定子中的端口對準(zhǔn)而進(jìn)行操作的高壓閥經(jīng)受了強(qiáng)烈的循環(huán)加載。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，定子密封表面端口幾何結(jié)構(gòu)和尺寸對于閥的壽命具有較大的影響。在轉(zhuǎn)子滑動(dòng)或旋轉(zhuǎn)經(jīng)過孔時(shí)，較小的定子端口似乎較少地導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表面的變形。圖I和2示出了用于高精度應(yīng)用的已知高壓閥的定子I。定子I包括主體2，主體2具有截頭圓錐形突起3，截頭圓錐形突起3提供了定子密封表面30，六個(gè)通道4以及第一和第二配件孔5從定子密封表面30延伸。突起3從主體2的面20延伸并且從主體面20直徑減小地漸縮到定子密封表面30。定子密封表面30相對較小，具有4. 826 mm (O. 190英寸)的直徑并且包括六個(gè)端口 31。每個(gè)通道4以相對于定子密封表面30約60度的角度從端口 31之一延伸，并且通向各自的配件孔5。這樣就使得用于連接流體的標(biāo)準(zhǔn)尺寸配件供應(yīng)到端口 31和/或從端口31返回(未示出)，其中，如果通道4從定子密封表面30垂直地延伸，則這種配件可能太大而無法并排安裝。通道4具有大約O. 2794 mm (0.011英寸)的直徑和大約2. 54 mm (O. I英寸)的長度。使用時(shí)，閥的轉(zhuǎn)子能夠相對于定子旋轉(zhuǎn)以將一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子端口或溝道選擇性地移動(dòng)成與定子端口中的一個(gè)或多個(gè)或每個(gè)對準(zhǔn)和/或不對準(zhǔn)，由此打開和/或關(guān)閉閥。申請人已經(jīng)觀察到與該布置有關(guān)的兩個(gè)問題，所述問題限制了端口 31的有效尺寸。第一，通道4的直徑受限于實(shí)際鉆孔的要求，其通常要求鉆頭直徑為鉆頭深度的至少O. I倍。因此，為了減小通道4的直徑，它們的長度也需要減小，使得配件孔5更加接近于定子密封表面30。然而，配件必須與定子密封表面30充分地間隔開以防止可能由于來 自管段的壓力造成的變形。第二，在該布置中，由于通道4延伸時(shí)的角度，端口 31是橢圓的。這導(dǎo)致較高的有效端口尺寸，因?yàn)闄E圓的長軸比短軸長大約15%，并且通常較不對稱的布置導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表面中的疲勞增加。參照圖3，示出了用于高壓液體層析系統(tǒng)的六端口旋轉(zhuǎn)剪切閥90。閥90包括定子100和轉(zhuǎn)子200。如圖4A和4B所示，定子100包括主體102，主體102具有突起103，在該實(shí)施例中，突起103是截頭圓錐形的，從而提供定子密封表面130，六個(gè)通道104以及第一和第二配件孔105從定子密封表面130延伸。突起103從主體102的面120延伸并且從主體面120直徑減小地漸縮到定子密封表面130。在該實(shí)施例中，定子密封表面130具有4. 826 mm (O. 190英寸)的直徑并且包括六個(gè)端口 131a-f。每個(gè)通道104包括第一部分140和第二部分141，第一部分140從定子密封表面30垂直地延伸，并且第二部分141以相對于第一部分140約30度的角度或相對于定子密封表面130約60度的角度從第一部分140延伸，并且通向各自的配件孔105。在該實(shí)施例中，第一通道部分140具有大約O. 1524 mm (O. 006英寸)的直徑和大約I. 524 mm (O. 06英寸)的長度，而第二通道部分141具有大約O. 2794 mm (O. 011英寸)的直徑和大約2. 54 mm (O. I英寸)的長度。第一通道部分140的軸線在第一和第二通道部分140、141相遇處與第二通道部分141的軸線對準(zhǔn)。定子100可由不銹鋼或其他耐腐蝕合金制造。定子密封表面130可涂覆有耐磨損材料，例如類金剛石碳(DLC)。形成為兩部分140、141的通道104的使用提供了極大的靈活性。例如，端口 131a_f不再如現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)那樣是橢圓的，并且它們的直徑可顯著減小。該布置初看起來是違反直覺的，因?yàn)槠湓谥圃爝^程中添加了一些復(fù)雜性。然而，所增加的靈活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了這樣的缺點(diǎn)，對于聞壓和聞精度應(yīng)用而目尤為如此。在此參照圖3，轉(zhuǎn)子200具有轉(zhuǎn)子密封表面230，轉(zhuǎn)子密封表面230包括弓形溝道形式的三個(gè)流體導(dǎo)管244、245、246，三個(gè)流體導(dǎo)管244、245、246連接成對的相鄰端口131a-f。當(dāng)被組裝時(shí)，轉(zhuǎn)子密封表面230例如通過由彈簧施加在轉(zhuǎn)子200上的壓力而被促使與定子界面定子密封表面130接觸，以幫助確保它們之間的流體不透密封。轉(zhuǎn)子200能夠繞軸線148旋轉(zhuǎn)并且具有相對于定子100的兩個(gè)分離的位置。在第一位置，溝道244與端口 131a和131b重疊并且連接端口 131a和131b，溝道245與端口 131c和131d重疊并且連接端口 131c和131d，而溝道246與端口 131e和131f重疊并且連接端口 131e和131f。在第二位置，溝道244與端口 131b和131c重疊并且連接端口 131b和131c，溝道245與端口 131d和131e重疊并且連接端口 131d和131e，而溝道246與端口 131f和131a重疊并且連接端口 131f和131a。轉(zhuǎn)子13可由諸如PEEK 聚合物(可從英國Lancashire的Victrex PLC獲得)的聚醚醚酮制造，填充有20%和50%之間的碳纖維。替代地或另外，轉(zhuǎn)子13可由聚酰亞胺(可作為 DuPont VESPEL 聚酸亞胺從 Ε· I. du Pont de Nemours and Company 獲得)或聚苯硫醚(PPS)制造。具有該構(gòu)造的閥可用于將樣本注射到流體流中，以便進(jìn)行后續(xù)層析分析。例如，圖5A和5B示出了高壓液體層析(HPLC)系統(tǒng)300，其包括了圖3的六端口旋轉(zhuǎn)剪切閥90。參照圖5A和5B，載體流體貯器310容納了載體流體。載體流體泵312用于產(chǎn)生和計(jì)量載體 流體的特定流率，通常是毫升每分鐘。載體流體泵312將載體流體輸送到閥90。來自樣本源314 (例如樣本瓶)的樣本被引入閥90，在那里，其可與載體流體的流組合，載體流體然后攜載著樣本進(jìn)入層析柱316。在這方面，可通過吸引器318 (例如注射器組件)的動(dòng)作將樣本從樣本源314吸出。探測器320用于在所分離的復(fù)合物帶從層析柱316洗提時(shí)探測所分離的復(fù)合物帶。載體流體離開探測器320并且可根據(jù)需要被送到廢料容器322或被收集起來。探測器320通過線路連接到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)站324，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)站324記錄電信號，該電信號被用于在其顯示器326上產(chǎn)生層析圖。使用時(shí)，當(dāng)閥90處于第一位置(圖5A)時(shí)，端口 131a與端口 131b流體連通，端口131c與端口 131d流體連通，并且端口 131e與端口 131f流體連通。在該第一位置，樣本經(jīng)由端口 131b流入閥90，然后經(jīng)由端口 131a流入樣本環(huán)路328 (例如，空心管)，并且載體流體經(jīng)由端口 120被輸送到閥100中，然后經(jīng)由端口 131e被輸送朝向?qū)游鲋?16和探測器320。當(dāng)閥的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到第二位置(圖5B)時(shí)，端口 131a被定位成與端口 131f流體連通，端口 131b被定位成與端口 131c流體連通,并且端口 131d被定位成與端口 131e流體連通。在該第二位置，載體流體被傳輸通過樣本環(huán)路328，在那里，其與樣本混合，然后攜載樣品向下游流到層析柱316和探測器320。對于一些液體層析應(yīng)用，閥30可能必須在高于10000磅每平方英寸(psi )的壓力下操作。在這些極端壓力條件下，閥定子和轉(zhuǎn)子上的機(jī)械磨損和破壞會降低閥的操作壽命。然而，在這些高于工作條件下，通過減小定子端口的尺寸，可延長閥的操作壽命。具體地，較小的定子端口可在轉(zhuǎn)子滑動(dòng)或旋轉(zhuǎn)經(jīng)過孔時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表面的較少變形。轉(zhuǎn)子變形導(dǎo)致材料的疲勞，而材料的疲勞在使用塑料材料的情況下更加惡化。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到在不偏離本發(fā)明范圍的情況下設(shè)想了許多變形。例如，閥不必是高壓閥，盡管本發(fā)明在此類閥中尤其有用。第二通道部分141可以以任何角度從第一通道部分140延伸，和/或通道104可包括過渡部分(未示出)，例如彎曲的過渡部分(未示出)。本文所使用的尺寸是示例性的，雖然所公開的布置是有利的，但尺寸不應(yīng)被認(rèn)為受限于本文示出的示例。
因此，其他實(shí)施方式也在所附權(quán)利要求 的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于高壓分析設(shè)備的閥，所述閥包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子具有定子密封表面， 所述定子密封表面具有至少一個(gè)定子端口，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子密封表面，所述轉(zhuǎn)子密封表面具有至少一個(gè)溝道，所述轉(zhuǎn)子能夠相對于所述定子移動(dòng)以將所述轉(zhuǎn)子溝道選擇性地移動(dòng)成與所述定子端口對準(zhǔn)或不對準(zhǔn)，由此打開或關(guān)閉所述閥，其中，所述定子端口由通道提供，所述通道具有第一部分和第二部分，所述第一部分從所述定子密封表面垂直地延伸，所述第二部分從所述第一部分沿著不同于垂直于所述定子密封表面的方向延伸。
2.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述第一通道部分的尺寸或直徑或截面等于或小于所述第二通道部分的尺寸或直徑或截面。
3.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述第一通道部分的尺寸或直徑或截面是所述第二通道部分的尺寸或直徑或截面的10%到90%。
4.如權(quán)利要求3所述的閥，其中，所述第一通道部分的尺寸或直徑或截面是所述第二通道部分的尺寸或直徑或截面的40%到60%。
5.如權(quán)利要求4所述的閥，其中，所述第一通道部分的尺寸或直徑或截面是所述第二通道部分的尺寸或直徑或截面的大約50%。
6.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述第二通道部分優(yōu)選地以相對于所述第一部分的一角度延伸。
7.如權(quán)利要求6所述的閥，其中，所述角度在I度和90度之間。
8.如權(quán)利要求7所述的閥，其中，所述角度在10度和50度之間。
9.如權(quán)利要求8所述的閥，其中，所述角度在20度和40度之間。
10.如權(quán)利要求9所述的閥，其中，所述角度為大約30度。
11.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述定子包括突起，所述突起限定了所述所述轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子能夠相對于所述定子旋轉(zhuǎn)以將所述溝道選擇性地移動(dòng)成與所述定子端口對準(zhǔn)或不對準(zhǔn)，由此打開或關(guān)閉所述閥。
12.如權(quán)利要求I所述的閥，其中，所述定子或轉(zhuǎn)子包括兩個(gè)或更多個(gè)端口或溝道或通道。
13.一種在根據(jù)前述任一權(quán)利要求的閥中使用的定子，所述定子具有定子密封表面，所述定子密封表面具有至少一個(gè)定子端口，其中，所述定子端口由通道提供，所述通道具有第一部分和第二部分，所述第一部分從定子密封表面垂直地延伸，所述第二部分從所述第一部分沿著與其不同的方向延伸。
14.一種分析系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求I的閥。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的分析系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)是液體層析系統(tǒng)。
全文摘要
一種高壓閥，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子具有定子密封表面，所述定子密封表面具有至少一個(gè)定子端口，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子密封表面，所述轉(zhuǎn)子密封表面具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子端口或溝道。所述轉(zhuǎn)子能夠相對于所述定子移動(dòng)以將所述轉(zhuǎn)子端口或溝道選擇性地移動(dòng)成與所述定子端口對準(zhǔn)和/或不對準(zhǔn)，由此打開和/或關(guān)閉所述閥。所述定子端口由通道提供，所述通道具有第一部分和第二部分，所述第一部分從所述定子密封表面垂直地延伸，所述第二部分從所述第一部分沿著不同于垂直于所述定子密封表面的方向延伸。
文檔編號F16K11/074GK102933883SQ201180029486
公開日2013年2月13日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月16日
發(fā)明者R.L.基恩, M.勒梅林 申請人:沃特世科技公司