CN107121519A - 一种内置流通通道结构的切换阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置流通通道的阀结构，包括由这一结构构成的3通到多通道、高压液体或气体的阀结构。其中包括：连接管路的阀定子和本发明专利内置流通通道切换阀结构的阀转子。定子结构与目前技术没有什么区别，而转子与目前技术相比有本质的变化。该转子成功的将传统的表面弧形槽改为内置流通通道的斜孔，从根本上解决了阀定子和阀转子不对称造成的端面磨损和阀在工作时有压力和没有压力时对转动时带来的端面压力不均匀性以及弧形槽结构容易产生漏液等关键问题。

Description

一种内置流通通道结构的切换阀

技术领域：

本发明总涉及到一种新型阀结构，可用于气体和液体的阀结构，特别涉及到在色谱分析仪器中高压进样阀的阀结构的应用。

背景技术：

液体或气体的切换阀在各个领域都有广泛应用，在化学分析仪器特别是色谱类化学分析仪器上起到非常重要的作用。切换阀在色谱类分析仪器中是用来将检测的样品通过阀的切换定量送的仪器中进行样品分析。随着色谱的发展，系统的压力越来越高，特别是超高压色谱给切换阀提出了更高的要求，同时还要保证阀的长期耐用性，因为切换阀是在高压下靠转动摩擦来实现的。

现有技术切换阀的结构一般是采用由具有螺纹孔和端面孔构成的定子和由弧形槽构成的转子来实现阀的切换。它目前存在着三个主要问题：

1.切换阀中两个端面是非对称的(定子的端面是孔，转子的端面是弧形槽)，在阀切换过程中会造成由于不对称产生的磨损，大大降低了切换阀的使用寿命。

2.由于切换阀常常用在高压系统中，弧形槽内的高压液体会产生与端面相反的作用力，而在使用过程中，压力是随着切换阀连接的负载不同而不同，不同的系统有不同的压力，那么在切换阀组装中，如果端面压的过紧，空压时切换会很吃力，如果端面压的不紧，高压时会造成阀的漏液。

3.切换阀转子上的弧形槽结构容易产生漏液，因为弧形槽的整个弧形边沿都可能与端面边沿产生漏液。

内置流通通道结构的新型阀结构很好的解决了以上的几个问题。

第一：因为内置流通通道结构切换阀转子的端面同样是孔结构，所以使得两个端面完全对称，而对称结构使得两个端面磨损降到最低。

第二：由于切换阀转子和定子是孔对孔结构，使得在高压状态时产生的端面之间的压力降底到原来的数倍，从而大大降低了高压和常压时的压差对转动时产生的影响。

第三：由于两个接触的端面都是孔的结构，阀转子表面的孔到转子边沿产生漏液的可能要比弧形槽形结构也大大降低。所以从根本上解决目前切换阀结构的三大问题。

发明内容：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种与现有技术完全不同的内置流通通道内孔结构构成的切换阀转子，将流路从表面调整到转子内部，使得端面只留下孔结构，从而解决了现有技术存在的问题，其结果是减少了切换阀定子和转子的两个端面之间的磨损并将高低压使用时产生压力差的影响降到最低并且在高压时更有效的防止切换阀端面漏液的可能，在不改变其它部件的条件下极大的提升了阀的整体性能和质量。

技术方案：

为了克服目前高压切换阀存在的问题，本发明提供了一种将切换阀现有技术中的转子上的弧形槽流路结构改成内置流通通道的孔结构，从而将转子表面的流路调整到转子内部，从结果看首先解决了两个端面非对称引起的端面磨损从而延长了切换阀的使用寿命，其次解决了现有技术中弧形槽带来的压力影响，最后很大程度上降低了切换阀在高压时漏液的可能。这三个问题都是切换阀最核心的问题，换句话说，这个技术如果应用在目前切换阀的结构上必将阀的性能提高一个档次，而且由于本发明只是更换独立的转子部件，其他部件不受如何影响，这就给切换阀的生产厂家升级产品带来极大的方便同时将改造成本将到最低。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明专利的具体实施中的技术方案，下面结合附图对本发明专利进行介绍和说明。因为本发明专利可以涉及到从3通阀到多通阀的多种结构，而下面说明只是本发明中最有代表性的六通阀和12通阀为例，所以只要使用本发明专利所描述的内置流通通道结构的阀转子结构都属于本发明专利的保护范围，其中还包括未来用3D打印机完成的类似结构如U字形结构等也都属于本发明专利的保护范围。

图1为具有本发明专利技术构成的转子示意图。

图2为现有技术十二通阀的转子结构的示意图。

图3为具有本发明专利技术构成的转子示意图。

图4为具有本发明专利技术构成的透明转子示意图。

图5为12通切换阀工作原理的示意图。

图6为具有本发明专利成品的爆炸视图。

图7为具有本发明专利的成品结构图。

图8为切换阀在实际色谱类仪器应用的原理图。

图9为切换阀在实际色谱类仪器应用的原理图。

图10为本专利高压六通阀转子的机械图。

附图标记：

1-阀转子弧形槽；2-阀转子弧形槽；3-阀转子弧形槽；

4-阀内置V形孔1；5-阀内置V形孔2；6-阀内置V形孔3

7-阀转子；8-阀定子；9-阀螺纹孔1；10-阀螺纹孔2；11-阀螺纹孔3；

9-1-阀定子表面孔1；10-1-阀定子表面孔2；11-1-阀定子表面孔3；12-1-阀定子表面孔4；13-1-阀定子表面孔5；14-1-阀定子表面孔6；

30-阀定子；31-控制角度阀体；32-顶部阀体；33-转子固定转轴；34-阀转子；35-蝶形弹簧垫；36-阀体2；37-切换阀压力调节螺母；38-阀体固定螺钉

21-样品进样注射器；22-六通切换阀；23-样品定量环；24-分离柱；25-检测器；26-泵；27-溶液

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进一步说明。在下面描述过程中关于机械尺寸和位置的表述和术语都是为了将本发明专利讲述清楚，所以不能作为对本发明专利的限制条件。这就意味着只要没有创新的设计条件下，只在位置、尺寸、加工方法和形状上变化或调整都属于本发明专利的保护范围。

图2为现有技术切换阀的转子结构示意图，它是用同心的弧形槽构成，如果是六通切换阀则有三个弧形槽，如果是12通阀则有六个弧形槽。

图3是本发明专利转子的示意图。为了表达的更清楚，图4还用透明的方式将内置流通通道结构的转子内部图表达出来。可以看出本发明专利转子的表面与现有技术转子的表面结构完全不同，本发明专利转子的表面与定子表面完全一致，都是孔结构。

图5是12通切换阀的工作过程示意图。图5a是12通切换阀示意图的侧面图，它是由切换阀定子8和切换阀转子7两部份固定在一起构成的。其中阀定子8中的上端螺纹孔与表面孔一一联通，即螺纹孔9与表面孔9-1联通、螺纹孔10与表面孔10-1联通和螺纹孔11与表面孔11-1联通。

现有技术组成的阀的工作过程如下：当切换阀处在原始位置时，见图5b，转子上弧形槽1将定子上的孔9-1与14-1联通。弧形槽2将定子上的孔10-1与11-1联通和弧形槽3将定子上的孔121和13-1联通，其它同理。

当转子顺时针(也可以设计成逆时针)旋转30度时，转子上的弧形槽1将定子上的孔9-1与10-1联通、弧形槽2将定子上的孔11-1与12-1联通、弧形槽3将定子上的孔13-1与14-1联通，完成切换功能。

具有本专利的转子组成的阀的工作过程如下：当切换阀处在原始位置时，见图5b，转子上V形孔1将定子上的孔14-1与9-1联通。转子上V形孔2将定子上的孔10-1与11-1联通和转子上的V形孔3将定子上的孔12-1和13-1联通，其它同理。

当转子顺时针(也可以设计成逆时针)旋转30度时，转子上的V形孔1将定子上的孔9-1与10-1联通、转子上的V形孔2将定子上的孔11-1与12-1联通、转子上的V形孔3将定子上的孔13-1与14-1联通，完成切换功能。

可以看出，以上完成阀的切换作用是一样的，但具有本专利对比现有技术有着非常明显的优势。

首先因为切换阀在工作时是两个端面滑动完成的，而且为了保证切换阀能够在高压下工作，两个端面必须压的非常紧，由于现有技术转子是弧形槽结构与定子是非对称面接触，那么定子在转子弧形槽的位置产生的变形就会沿着弧形槽的位置对转子进行磨损，这将大大降低切换阀的使用寿命。

第二切换阀在高压下工作时，两个端面过压一般可达50MPa，这个压强会起到将两个端面向相反方向推动，而这个压强过大会造成切换阀的泄露。

在系统压强一定时，两个端面的压力的大小与受力面成正比。所以可以通过计算来比较本发明与现有技术之间的差别。

下面我们用高压六通阀对比两个结构的差别：

弧形的总面积公式：S＝(S1-S2)+S3

S1＝nπR1²/360 S2＝nπR2²/360 S3＝πR3²

n为弧形槽的角度，R1为长弧半径，R2为短弧半径，R3为弧两边两个半圆的半径。S1为60度弧形槽外沿构成的扇形面积、S2为60度弧形槽内沿构成的扇形面积而S3为两个半孔构成的面积。我们假设孔的直径是1mm，弧形半径是3mm.

弧形槽的面积是：

S1＝nπR²/360＝60x3.14x3.5²＝6.41mm²

S2＝nπR²/360＝60x3.14x2.5²＝3.27mm²

S3＝πR²＝3.14x0.5²＝0.785

又因为弧形槽是一个半圆槽，与槽的平面面积差1.57倍S＝1.57x(6.41-3.27)+0.785＝5.7148

两个V子形表面孔的面积和是：

S＝2xπR²＝2x3.14x0.5²＝1.57

压力公式：F＝PS

如果系统压强是40MPa即4kg/mm²

设：F1为现有技术转子的压力

F2为本专利技术转子的压力

F1＝4kg/mm²x5.7148mm²＝22.86Kg

F2＝4kg/mm²x1.57mm²＝6.28Kg

从计算结果可以看出，两种结构的压力差为3.64倍，即系统压强对端面的影响也相差3.64倍，本发明专利的优势非常明显。

第三因为切换阀是在高压状态下工作的，所以密封是切换阀最重要的指标。从以上分析弧形槽的平面面积是孔的3.64倍，在高压工作状态下面积越大它的边沿漏液的可能越大。在多路切换阀的应用中，弧形槽的数量还会增加(例如12通切换阀的弧形槽的个数达到6个)这就更大程度上增加了漏液的机会，而本发明专利是将原来在表面的弧形槽调整到转子内部，表面只留下与定子相同的孔结构，显而易见将切换阀漏液的可能降到最低。

图7是使用本发明制作的高压六通进样阀产品，这种结构的高压六通阀被大量使用在化学分析仪器中作为定量进样的关键部件。

如图6所示，六通阀是由阀定子部分30、转动角度限位阀体31、固定阀体32、转子转动轴33、阀转子34、蝶形弹簧35和阀体压力控制固定螺母38组成。

其中阀体31中有带30度角度的槽来定位阀定子转动的角度，内置流通通道结构的阀转子34被固定在转动轴33上。

图8是使用高压六通阀构成的色谱类仪器的进样方式。工作方式简述如下：要检测的样品由注射器21推进六通进样阀22，样品通过进样阀孔1流经转子上的V字形孔到阀孔2，经阀孔2样品输送到样品定量环23，多余的样品经阀孔5和V形孔到阀孔6排出。泵系统26将27瓶中的试剂推到六通进样阀孔3，经V形孔和阀孔4进分离柱24到样品检测系统25进行检测。

图9是使用高压六通阀构成的色谱类仪器的装样方式。工作方式简述如下：转动六通进样阀切换到装样方式，泵系统输送的试剂载体经阀孔3和V形孔到阀孔2后将定量环中预先装好的待检测样品经阀孔5和V形孔到阀孔4推到色谱分离柱中进行样品分离，分离后的样品送到检测器中进行检测。

图10是本发明专利的内置流通通道结构的转子，为加工方便两个孔的夹角为40度。为了表达清楚图10下面给出了剖切图。其他两个V形孔同理。

当然上述内容仅为本发明专利实施的一个案例，不能被认为用于限定对本发明专利的实施范围。本发明专利也并不仅限于上述举例，尽管参照前述各实施举例对本发明进行详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替代；而这些修改或者替代，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范围。所以，本技术领域的普通技术人员在本发明专利实质范围内所做出的变化与改进等，均应属于本发明专利涵盖范围。

Claims (4)

1.一种采用内置流通通道结构的阀转子所构成的切换阀，其特征在于：用内置流通通道结构的转子(34)代替传统的弧形槽结构(1)的转子，这种内置流通通道(5)结构的转子和其他部件构成了新型的切换阀。

2.根据权利要求1所述内置流通通道结构的转子和其他部件构成了新型的切换阀，其特征在于：与内置流通通道结构类似结构如：内置U形结构所构成的转子并与定子和其他部件构成的切换阀。

3.根据权利要求1所述内置流通通道结构的转在子和其他部件构成了新型的切换阀，其特征在于内置流通通道结构的转子与定子和其它部件所构成的高压、中压、低压、液体阀或气体切换阀。

4.根据权利要求1所述内置流通通道结构的转在子和其他部件构成了新型的切换阀，其特征在于用其它加工工艺将阀转子的流通形式改在阀转子内部实现的切换阀。