CN105431667A - 流体处理设备的清洁配件 - Google Patents

Abstract

一种用于生物制药设备的清洁配件(35)，包括长形的管状插入件(40)，该插入件包括主体管状部分(42)，其为圆柱形且终止于位于装置外壳(14)内的插槽底部的环状法兰(41)或环状物处。所述环状物的底部表面包括凹槽(53)，所述凹槽与垫圈(68)对接，所述垫圈在环状物和插槽的垫圈底部表面之间受挤压以防止流体进入该空间内。所述插槽的带螺纹部分与所述光滑表面的配件被向外地隔开，以在该空间内对接带螺纹的螺母(47)。带螺纹的螺母沿配件下滑，与插槽螺纹(49)相配合，其中所述螺母驱使该插槽进入并将配件紧紧保持在插槽中。

Description

流体处理设备的清洁配件

技术领域

本发明涉及一种清洁配件(sanitaryfitting)，用于将管道连接于流体处理设备，尤其用于生物制药行业。

背景技术

在生物制药行业中，特别需要在生物处理(BPE)设备上提供清洁配件。更为具体地，对于这类设备的机械密封可能具有对接到其上的流体管路，其供应在机械密封处使用的加压流体，从而有助于防止产品或工艺流体沿着轴(例如，泵)泄露。关于这一点，重要的是，流体处理设备的配件不允许污染物进入产品的流动和工艺流体中。正因为这些机械密封件应用环境的清洁，这些配件被称为清洁配件。例如，在生物医药市场中使用的流体加压机械密封中，在这类密封外壳中杜绝使用标准的带螺纹的配件已成为必要，因为带螺纹的配件可以捕获污染物，可能难以清洗，甚至不可清洗。

因此，以焊接清洁配件替代在密封外壳上钻孔和攻丝孔已被熟知，清洁配件被焊接于密封外壳上，并允许流体管路连接到密封处以利用密封流体对该密封加压。然而，焊接配件必须满足如前述已建立的标准中提到的严格的焊接要求，如ASME生物处理设备(ASMEBPE)标准。

在一个已知的实践中，清洁配件是被焊接到一段管道的套圈，其中套圈和0.5英寸的管道采用轨道焊机焊接，然后对焊接表面的内部和外部进行高光洁度的表面加工以与其余部分一致。焊接组件依次被焊接到密封外壳。管道的内部被磨光，以提高焊缝周围的表面光洁度；检查焊缝的内部和外部。

一旦完成焊接、打磨和检查并发现该部件已满足当前的质量要求时，它将被送去电抛光和/或钝化处理，其中电抛光必须经过外壳的检测。虽然最终的结构充分地运行，配件到密封外壳的焊接被证明是困难的，因为外壳必须被加工成处理准备以精密设计标准进行焊接。配件必须为焊接准备而被切割成适当的长度和斜边以使得管道能精确地与外壳配合。管道必须配合外壳，并在进行焊接时固定。由于空间的限制，焊接特别困难，没有填料可以添加，它必须是一个全焊透，焊工的手的轻微摇动将会导致外壳的“烧毁”。

如果电抛光暴露了焊接的问题，外壳必须报废或重新加工，如果需要重新焊接该部件，它又必须经过电抛光和/或钝化步骤。

综上所述，本发明的目的是提供一种适用于机械密封和其他流体处理设备的改进的清洁配件，特别是用于BPE行业。

发明内容

本发明涉及一种带螺纹的清洁配件，其无需焊接，且满足既定标准包括ASMEBPE标准的要求。所述带螺纹的清洁配件可以拧入密封或装置外壳的插槽中，且仍然保持如ASMEBPE标准要求的可清洗的、清洁的接合点。由于垫圈凹槽的形状以及螺纹暴露于可卡入螺纹的污染物中，通常认为在装配中拧入的配件(ascrewedinfitting)是不可清洗的。本发明的配件克服了这些困难，因为无螺纹的管状插入件被安装到接收插槽中，且包含一个垫圈和紧固件，保证了管状插件通过螺纹插入插槽但避免了在流体通路和螺纹所处的管状插件的外部之间有污染物通过。

更具体地，带螺纹的插槽形成在装置的外壳或所述插入件将连接的其他结构中。清洁配件包括一长形的管状插入件，其具有主体管状部分，所述主体管状部分是圆柱形的且终止于位于插槽底部的环状法兰或环状物处。环状物的底部表面包括凹槽，所述凹槽接纳(receive)垫圈，所述垫圈被压在环状物和插槽底部表面之间以防止流体进入此空间。插槽的带螺纹的内壁与具有光滑表面的插入件向外地隔开一空间，以在该空间内接纳设有外螺纹的螺母。所述螺母在所述配件中向下滑动，并与插槽螺纹相配合，其中螺母紧靠(abutagainst)环状物的顶部表面，并驱动配件插入其中并将插入件紧紧地保持在其中。

当螺母旋入和紧固后，环状物底部的O形圈向内朝由管状插件的内径及在密封外壳中形成的外壳孔定义的内部通道突出。这种O形圈的挤压使O形圈在轴向变形并在径向变宽，以将插入件和插槽之间的连接点处的任何缝隙最小化，否则这种缝隙能够产生一个口袋，当系统的其他部分排干流体时，污染物会保留在口袋中。

在螺母的顶部设有第二O形圈，用于密封螺纹从而不受环境灰尘和碎片的污染。由于六角螺母和管状插入件是分开的部件，当拧紧螺母时，管道可以弯曲成一个角度，并保持在适当的位置。

该配件的优点包括：对现有外壳无需额外的加工准备；配件可以提供为预焊接的和电抛光的；可以安装O型圈，从而装配时只需要旋入螺母；对制造商没有BPE焊接的要求；弯曲或损坏的管道或错误的长度可被更换而不会对外壳造成损坏；外壳可经一次电抛光而不影响焊接的配件；外壳和配件可以被更准确、快速地检查；运货容器可以更小(如果运送的是未安装配件的机械密封)。

本发明的其他目的和用途，及其变化形式，在阅读以下说明书和查看所附的附图之后将是明显的。

附图说明

图1是具有代表性机械密封的横截面视图。

图2是本发明清洁配件的侧视图。

图3是其等距视图。

图4是其横断面视图。

图5是其放大的视图。

图6是清洁配件底部局部放大视图。

图7是清洁配件顶部局部放大视图。

为了方便和参考，某些术语将在下列说明中使用，但并不会作为限制。例如，词语“向上地”，“向下地”，“向右地”和“向左地”将指代图中所参照的方向。词语“向内地”和“向外地”将分别指代朝向和远离所指的设置和其指定部分的几何中心。所述术语包括特别提到的词，其衍生物和相似意思的词语。

具体实施方式

参见图1，其中显示的是具有代表性的设备，该设备与本发明清洁配件10一起使用。所述设备优选为生物处理设备(BPE)的一个组件，该组件需要在其上安装清洁配件。用于该设备的优选的组件是机械密封件12，其安装在外壳14上，包围旋转轴15。生物处理设备可以被理解为具有不同的形式，因此，并不仅限于泵、压缩机或其他流体处理装置。

无论本发明的配件10安装到什么设备，从以下阐述中可知，其他种类的BPE设备和设备组件可以被用来与清洁配件进行装配。代表性形式的机械密封件12具有密封外壳16，密封外壳16以传统的方式安装到设备外壳14上。它在轴旋转时保持固定，并包括两对密封环17和18，密封环17和18在密封外壳16及轴15之间配合以防止流体从设备腔19泄露。在一个实施例中，所述设备腔19可以是流体泵的泵腔。

一般来说，关于密封环17和18，轴套21被安装在轴15上以与轴15一起旋转并且进而，该轴套21支撑其上的第一和第二旋转密封环22。此外，固定密封环23被支撑在密封外壳16上，从而当旋转密封环22(即，转子)在与轴15保持一致地旋转时，固定密封环23(即定子)保持固定。

机械密封件12进一步包括密封腔24，其限定为密封环22和23的径向外侧，从而限定了这些密封环22、23和密封外壳16内表面之间的径向空间。密封腔24通过进气口26设置有一个适当的缓冲区或气体障碍。

此外，用于密封外壳16的设备外壳14可能还包括额外端口27和28，在BPE设备运作时允许流体从其中流通。在图1的说明中，已知的清洁配件30被安装到每一个端口26、27和28，清洁配件30为常用设计。在每种情况下，清洁配件30被焊接到密封外壳16或甚至正如本申请背景技术中所探讨的通过合适的周边焊接31焊接到设备外壳14上。然而，因为以上已讨论的各种原因，清洁配件13的焊接是不可取的。

参见图2-4，本发明涉及一种创新的清洁配件35，其通过合适的改进被安装在设备外壳14或组件外壳16上，通过下文的讨论可看出这些改进。从本质上讲，创新的清洁配件35可安装在图1中的任意典型的端口26-28上，或安装在BPE装置中其他任意合适的端口上。

总体而言，图4显示了一个典型的组件外壳16，其包括合适的端口36，所述端口36包括排放口或流出开口37，其通向或排放入设备腔如密封腔24。流出开口37具有被设定的直径和光滑的内表面。端口36的外表面限定了安装插槽38，其开口向外，且定义了通过清洁配件35将流体供应到密封腔24的位置。一般而言，相对于排放口37，插槽38尺寸过大，且内部设有与清洁配件35相配合的螺纹。

参见图2-4，清洁配件包括管状插入件40，在其外部末端具有增大的环形法兰41，该环形法兰41适合于与BPE装置的其他组件的流体供应线相配合。例如，图1中清洁配件35被安装到端口26的位置，固定法兰41会对接到加压气体源，例如氮气，来向密封腔24提供气体。

管状插入件40包括管状主体42，其具有沿配件轴心44的长度方向轴向延伸穿过的中央通路43(图2)。优选地，所述通路43具有与流出开口37的直径紧密对应的直径，从而为供给的流体定义了一个相对光滑的流动路径。

主体42的内部末端终止于环形法兰或环形物46处，法兰46被设置成可滑动地收纳在插槽38中，插槽38将在图5-7中做进一步的描述。

此外，清洁配件35包括设有外螺纹的接头螺母47，该接头螺母47可沿着主体42滑动从而可向下滑动至与外壳插槽38的相应螺纹配合。螺母47可相对于主体42旋转，在螺母47旋入到位的过程中，主体42通常在插槽38内保持固定。如下所述，这将清洁配件35锁定在相应的外壳16上。

接着参见图5-7，外壳16设有排放端口36，该端口36进而在内部末端由入口孔37限定。入口孔37具有相对于外壳16总厚度相对较短的轴向高度。入口孔37具有光滑的环形表面，该环形表面沿其长度光滑，且通常与管道通路43的直径相配。薄的环形边缘48定义了插槽38的该内部部分，所述环形边缘48相对于向外暴露的带螺纹的插槽部分49径向地向内突出。

带螺纹的插槽部分49具有内螺纹，在图5-7中通常以虚线轮廓及参考数字50表示。如图6所示，该带螺纹的插槽部分49的直径大于排放口37的直径，从而带螺纹的插槽区域49能够接纳清洁配件35的环形法兰46和带螺纹的螺母47。

边缘48的内部表面形成有平底表面51及凸起的脊状物51。脊状物52环绕排放口37，并形成有环形垫圈凹槽53，该环形垫圈凹槽53的弧形表面54径向向内地位于插槽底部表面51。如图6所示，该底部表面51朝向环形配件法兰46。

如图5和图7所示，设有外螺纹的插槽部分49终止于开口55处，其中一个尖角或倒角56形成在插槽部分50及外壳表面57之间的接合点附近。

接着，对于管状插入件40，环形法兰46被制成适于与螺母47轴向紧靠的形状，所述螺母47将插入件40保持在插槽48中。更为具体地，配件插入件40的外部固定末端包括增大的厚壁法兰本体60，该本体的轴向长度远大于从本体径向向外放射状地突出的环形法兰46。该法兰本体60在内侧面由通路表面43定义，所述通路表面43沿着法兰本体60延伸且轴向地通入插槽开口37中。法兰本体60继而由外部表面61定义，外部表面61周向光滑且形成有其中设置有垫圈63的环形垫圈通道62。垫圈63优选为O形圈，尽管可选用其他合适的垫圈结构。正如将被描述的那样，垫圈63与螺母47相互适配。

在主体60的内部末端上设置有环形法兰46，由外部表面61径向地向外部突出且终止于外部法兰表面65。如图6所示，外部表面65的直径稍小于带螺纹的插槽部分50的直径，从而环形法兰46和相连的插入件40可以轴向地滑入插槽38直至底部法兰表面66紧靠底部插槽表面51。

环形法兰46的底部表面设有具有环形垫圈凹槽67，其具有一般在凹槽67两侧延伸的半圆形表面68(asemi-circularsurface68extendinggenerallyabouttwosidesofthegroove67)，但是向下地和径向向内地通入流体通路43中。垫圈凹槽67与O形环68对接，O形环68一般具有常规的圆形截面，但相对于凹槽67具有较大的尺寸，从而O形环68越过底部法兰表面66向下突出。

更为具体地，垫圈68为通常具有圆形截面的典型的O形圈结构。如前所述，垫圈68向下突出并越过底部法兰表面66，且在插入件40完全插入插槽38之前与底部插槽表面51相连。随着插入件40继续被插入插槽38中，如图6所示，O形垫圈67由于受到垫圈表面67A及相对的插槽表面51之间的轴向挤压而发生形变。O形垫圈67的形变在外侧受到垫圈表面67A的限制并受到底部插槽表面51的限制，但是由于在插入件40和插槽壁48之间形成了轴向空间70，O形垫圈67的形变径向地向内开放。垫圈67随后在径向方向上变宽且持续向空间70径向向内地突出。因此，垫圈67轴向压缩却在径向地变宽，从而使得插入件40和插槽38之间的接合点处的任何缝隙最小化。这防止了在这些组件之间形成任何显著的口袋(pocket)，所述口袋可能在当系统的其余部分排干时保留流体。

以这种方式，配件插入件40插入插槽38中导致由垫圈6形成的密封，该密封防止了通道43中的流体迁移进入在此垫圈67处的接合点内。因此，插入件40在其轴向内部末端处密封。

如图7所示，螺母47将插入件40可拆卸地固定于外壳16。关于这一点，螺母47包括圆柱形鼻部72和外部驱动部分73，外部驱动部分73优选形成有六角头(hex-head)结构从而允许使用传统工具将螺母47旋入插槽38。鼻部72具有外螺纹，所以如图6所示，包括螺纹74，螺纹74与互补的插槽螺纹50螺纹配合。驱动部分73和鼻部72定义了光滑的环形孔(bore)表面75，其面向相对的法兰本体60及其表面61，从而上述垫圈62能够密封住表面61和孔表面75之间的空间，防止污染物渗入该空间内。

当螺母47拧入插槽38，底部末端表面76(图6)与相对的环形法兰46的外侧法兰表面77紧靠，从而鼻部72轴向地驱使环形法兰46及其相连的插入件40轴向地顶住底部插槽表面51。旋转螺母47轴向地驱使法兰46并由此将插入件40保持在插槽38内。因为只有螺母47发生旋转，插入件40在适配的过程中不发生旋转，上述垫圈67与任何转动相隔离且在适配的过程中只产生轴向的压缩。这将垫圈67的形变限制到轴向压缩和径向变宽，垫圈67不发生圆周的形变。

如图5和图7所示，驱动部分73和带螺纹的鼻部72之间的内部表面或接合点包括环形垫圈通道78，该环形垫圈通道78在其内对接垫圈79。垫圈79在上述凹槽78和倒角56之间径向地作用，从而防止污染物和其他杂物进入螺纹50和74中。

由于螺母40和管状插入件40是分离的部件，在可旋转螺母40拧紧时，主要管道部分42可以弯曲成任意需要的角度并位于适当的位置。这是本发明的另一优点。

虽然为了说明目的已将本发明的特别优选实施例详细地披露，但是对于已披露的设备的变化或修改，包括部件的重新排列，均在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种用于设备外壳的带螺纹的清洁配件，包括：

无螺纹管状插入件，其可轴向地插入设备外壳的外壳插槽中，所述插入件具有轴向延伸的主体管状部分，所述插入件是圆柱形的且终止于末端，所述末端包括环状法兰，所述环状法兰从所述管状部分径向向外突出从而在安装后位于所述外壳插槽的底部，所述法兰包括垫圈，所述垫圈的位置使其在安装后与所述外壳插槽的相对面接触；及

螺母，其可在所述插入件上向下滑动以向下与所述法兰的顶部表面紧靠，所述螺母包括螺纹外缘表面，所述螺纹外缘表面可与所述装置插槽的相对的螺纹表面相配合，以驱使所述插入件插入外壳插槽并将所述插入件紧密地保持在其中。

2.如权利要求1所述的清洁配件，其中，所述法兰包括朝外的开口凹槽，所述开口凹槽容纳所述垫圈的位置用于所述法兰和所述外壳插槽的相对表面之间的密封接触，以防止流体进入该空间内。

3.如权利要求1所述的清洁配件，其中，所述垫圈从所述凹槽中突出以在安装后形成所述法兰和所述外壳插槽相对表面之间的挤压。

4.如权利要求3所述的清洁配件，其中，所述法兰具有底部表面，所述底部表面轴向地朝向并限定所述凹槽。

5.如权利要求4所述的清洁配件，其中，所述凹槽在轴向第一侧面上轴向地开口，及在径向第二侧面上径向地向内开口，以使得所述垫圈的任何形变部分被向内挤压。

6.如权利要求1所述的清洁配件，其中，所述螺母包括带螺纹的螺母表面，其在安装时可与带螺纹的插槽表面相配合，从而可被旋入所述插槽中以保持所述插入件。

7.如权利要求1所述的清洁配件，其中，所述螺母包括环状法兰，其朝向外且包括第二垫圈，所述第二垫圈朝向外，用于与所述装置外壳密封接触。

8.如权利要求7所述的清洁配件，其中，所述螺母的内表面和所述插入件的相对的外表面之间设置有第三垫圈。

9.一种用于向设备外壳提供清洁流体对接的设备外壳和带螺纹的清洁配件，包括：

带有内螺纹的外壳插槽，其位于所述设备外壳上，所述设备外壳定义了通向流体通路的开口，所述插槽具有朝向轴向向外的底部插槽表面和朝向径向向内的带螺纹的插槽表面；

管状插入件，其可轴向地插入所述外壳插槽中，具有轴向延伸的主体管状部分的所述插入件是圆柱形的且有外管表面，其中，所述外管表面与所述带螺纹的插槽表面之间限定了一径向空间，所述管状部分终止于末端，所述末端包括环状法兰，所述环状法兰从所述管状部分径向向外突出从而处于所述外壳插槽内，所述法兰包括环状垫圈，所述垫圈的位置使其与所述底部插槽表面相接触；及

带有外螺纹的螺母，其可在所述插入件上向下滑动以向下与所述法兰的顶部表面紧靠，所述螺母包括带螺纹的螺母表面，所述带螺纹的螺母表面与所述带螺纹的插槽表面相配合，并且其可旋入所述插槽中以驱使所述插入件轴向地插入所述插槽中。

10.如权利要求9所述的清洁配件，其中，所述法兰包括凹槽，所述凹槽接纳所述垫圈从而与所述底部插槽表面密封接触以防止流体进入。

11.如权利要求10所述的清洁配件，其中，所述垫圈从所述凹槽中轴向地突出，所述垫圈在所述法兰和所述底部插槽表面之间因所述螺母的旋转而被轴向地挤压。

12.如权利要求11所述的清洁配件，其中，所述法兰具有底部法兰表面，所述底部法兰表面轴向地朝向并定义所述凹槽。

13.如权利要求9所述的清洁配件，其中，所述凹槽在轴向第一侧面上轴向地开口，及在径向第二侧面上径向地向内开口，以允许在将所述螺母旋入所述插槽时所述垫圈的任何形变部分被向内挤压到所述内部的内部。

14.如权利要求9所述的清洁配件，其中，所述螺母包括环状法兰，其轴向向外突出且包括与所述设备外壳密封接触的第二垫圈。

15.如权利要求14所述的清洁配件，其中，所述螺母的内表面和所述插入件的相对外表面之间设置有第三垫圈。

16.如权利要求9所述的清洁配件，其中，所述设备外壳限定在机械密封件上。

17.一种包括设备外壳和带螺纹的清洁配件的清洁装配组件，用于提供与所述设备外壳的清洁流体对接，包括：

外壳插槽，位于所述设备的孔上，定义了通向流体通路的开口，所述插槽具有朝向轴向向外的底部插槽表面和朝向径向向内的带螺纹的插槽表面；

管状插入件，其可轴向地插入所述外壳插槽中，具有轴向延伸的主体管状部分的所述插入件是圆柱形且有光滑的外管表面，其中，所述光滑的外管表面与所述带螺纹的插槽表面之间限定了一径向空间，所述管状部分终止于可移除地位于所述插槽内的末端，其中所述末端包括径向地向外突出的环状法兰，所述法兰包括环状第一垫圈，所述环状第一垫圈的位置使其与所述底部插槽表面接触以密封所述插槽和所述法兰之间的区域；及

螺母，其沿着所述光滑的管道表面，所述螺母具有底部螺母表面，当所述螺母安装到所述插槽中时，所述底部螺母表面向下紧靠所述法兰的顶部法兰表面，所述螺母包括带螺纹的螺母表面，所述带螺纹的螺母表面与所述带螺纹的插槽表面配合，其中所述螺母被旋入所述插槽内以驱使所述插入件进入所述插槽中并将所述插入件紧密保持在其中。

18.如权利要求17所述的清洁装配组件，其中，所述带螺纹的插槽表面与所述光滑插入件表面向外隔开一空间，从而在该空间接纳所述螺母。

19.如权利要求18所述的清洁装配组件，其中，所述第一、第二和第三垫圈是O形垫圈。

20.如权利要求17所述的清洁装配组件，其中，所述第一垫圈从所述凹槽中轴向地突出，并因所述螺母的旋转而在所述法兰和所述底部插槽表面之间被轴向地挤压。