CN110985714A - 一种uhplc液相泵超高压高精度单向阀 - Google Patents
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Abstract
一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，属于超高效液相色谱分析领域，也适用于其他液相色谱领域。在UHPLC系统中，单向阀的开启、关闭与柱塞的运动方向相配合完成液相泵的吸液与排液，其中单向阀的性能决定了液相泵流量的精度和稳定性。本发明采用了一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，通过解决单向阀的阀门运动收敛性难题，设计双球自重锤式单向阀，实现在超高压运行状态下单向阀关闭滞后角为零，从而实现了高精度控制；通过机械结构的解耦设计，减轻了单向阀与泵体之间的超高压静密封损伤，实现了高精度超高压液相泵的高密封性；单向阀采用过滤网内置结构，解决了单向阀与泵体间的多余物过滤。
Description
技术领域
本发明涉及一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，属于超高效液相色谱分析领域，也适用于其他液相色谱领域。
背景技术
单向阀是依靠流动介质自动开、闭阀球来防止流动介质倒流的阀门，主要用于控制流体介质向一个方向流动，反向则截止。UHPLC液相泵具有高精度、超高压和低脉动的运行要求，因此要求单向阀具有正向流动阻力损失小、反向密封性能好，且动作需灵敏可靠。目前国内常见的单向阀大部分服务于高效液相色谱系统(HPLC)，但随着快速液相色谱技术的高速发展及亚微米硅胶颗粒研发的成功，市场迫切需要超高效液相色谱系统(UHPLC)，这也对其中的单向阀组件提出了耐更高压力、高精度和高可控性的要求，因此需要研制适用于UHPLC液相泵的超高压高精度单向阀。
传统的单向阀通常采用单层球阀结构，且阀体内利用机械弹簧控制单向阀球体闭合，这种设计能够满足目前传统液相色谱的需求，但不适用于UHPLC系统，主要是不能满足高精度、高可靠性和超高压力要求，还存在机械弹簧可能存在振动导致单向阀不能及时关闭造成流量精度不准，多余物控制不当也可能造成单向阀球体无法及时关闭等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，通过解决单向阀的阀门运动收敛性难题，设计双球自重锤式单向阀，实现在超高压运行状态下单向阀关闭滞后角为零，从而实现了高精度控制；通过机械结构的解耦设计，减轻了单向阀与泵体之间的超高压静密封损伤，实现了高精度超高压液相泵的高密封性；单向阀采用过滤网内置结构，解决了单向阀与泵体间的多余物过滤。
本发明的技术解决方案是：一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，包括单向阀体、自重锤、宝石球结构、过渡阀座、阀芯过滤网、拧紧螺母和压紧螺钉；
所述宝石球结构包络宝石球体、阀座和等刚度垫片；自重锤、宝石球结构和过渡阀座安装于单向阀体的内腔；自重锤沿单向阀体轴向方向放置于单向阀体的顶部内腔内；宝石球结构位于自重锤的正下方，阀座安装在顶部内腔下侧的第二层内腔中，位于第二层内腔的顶部位置；宝石球体位于阀座的正上方，并与阀座上端面通过球面贴合；阀座的下端面与等刚度垫片上端面贴合；
所述阀芯过滤网位于等刚度垫片的下方，与等刚度垫片贴合；
所述拧紧螺母安装在单向阀体外侧，其内孔与单向阀体外圆柱面配合，通过轴向与径向的间隙配合，使拧紧螺母能够轻松旋转，并沿轴向具有一定的移动空间，确保单向阀在安装时能够实现单向阀体组件与压紧螺钉的运动解耦，单向阀体仅实现轴向移动与端面自定位；
压紧螺钉底部螺纹段配合连接。
进一步地，所述宝石球结构设有两个，两个宝石球结构通过过渡阀座和另外的一个等刚度垫片贴合；过渡阀座与上层宝石球结构的等刚度垫片贴合，另外的一个等刚度垫片与过渡阀座贴合，另外的一个等刚度垫片与下层宝石球结构的阀座贴合。
进一步地，所述过渡阀座顶部设有偏心通孔，所述偏心通孔形成介质的偏心，通过所述偏心流道流通的介质实现加速宝石球体的旋转，保持下层宝石球结构的宝石球体的自洁性能。
进一步地，所述阀芯过滤网位于下层宝石球结构的等刚度垫片的下方，与等刚度垫片贴合。
进一步地，还包括单向阀垫片；所述单向阀垫片安装于单向阀体顶端外侧的沉孔内，用于防止在压力下单向阀体失稳。
进一步地，所述单向阀垫片的材料为PEEK材料。
进一步地，所述自重锤用于保证宝石球体的运动滞后角为零。
进一步地，所述自重锤的圆周方向设有多道沟槽，自重锤靠近单向阀体顶端的配合面上设有槽道作为介质的流道。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)双层单向球阀
采用单向球阀设计技术，设计了一种双层单向球阀，其中一层为自重球阀，通过偏心流道加速球的旋转，保持了自重球的自洁性能，同时另一层球采用自重锤方式，以保证球的运动滞后角为零，实现了单向阀的可靠开启与关闭功能。自重锤设计可以有效的降低传统的机械弹簧设计中自振或疲劳失效带来的精度损失，同时自重锤设计可以通过质量与形状严格控制开启压力。
(2)结构分体
压紧螺钉与单向阀体形成分体结构，使得在工作加载时单向阀垫片只承受压缩而不承受扭转，该设计保持了原始状态形貌的吻合性，利于密封，同时PEEK材料不会受到剪切破坏而导致单向阀功能失效。在压紧螺钉的上下端面镀金或其他减膜处理，减小摩擦系数，有利于单向阀工作加载时自定位。
(3)等刚度薄片金属密封
在两套阀座和阀体间采用了等刚度薄片金属密封，以防止脆性的陶瓷阀座损坏，并且保证了阀座与阀体间配合间隙可能造成的泄露，同时这种软质惰性金属薄片可重复使用，利于单向阀维护，该密封与连接处PEEK密封形成了刚度的匹配，保证了单向阀系统密封的有效性。
(4)可拆卸过滤网
为了防止宝石球体与阀座配合面因多余物垫起，导致单向阀压力不准，单向阀在流动介质入口处增加了过滤网组件，该组件可以有效的过滤流动介质存在的多余物，并方便安装与拆卸，有利于单向阀定时清理与维护。
附图说明
图1为本发明剖视图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进行进一步解释和说明。
一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，详述如下：
(1)如图1所示，一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀由单向阀垫片1、单向阀体2、自重锤3、宝石球体4、阀座5、等刚度垫片6、过渡阀座7、阀芯过滤网8、压紧螺钉9和拧紧螺母10组成。
(2)如附图1所示，为了实现单向阀可靠密封，单向阀体组件采用了两层宝石球结构，包络单向阀体2、自重锤3、宝石球体4、阀座5、等刚度垫片6和过渡阀座7。其中，单向阀体2作为结构件为自重锤3、宝石球体4、阀座5、等刚度垫片6和过渡阀座7提供安装空间。自重锤3沿轴向方向自由安装于单向阀体2的顶部内腔内；第一层宝石球结构位于自重锤3的正下方，包括1个阀座5和1个宝石球体4，阀座5安装在单向阀体2的第二层内腔中，位于第二层内腔的最顶部位置；宝石球体4位于阀座5的正上方，并与阀座5与宝石球体通过球面贴合；第一层宝石结构下端面与1个等刚度垫片6上端面贴合；过渡阀座7具有偏心小孔特征的端面和位于第一层宝石结构下方的第一个等刚度垫片6下端面贴合；第二个等刚度垫片6与过渡阀座7具有大孔特征的端面贴合；第二层宝石球结构与第一层宝石球结构相同，宝石球体4和阀座5配合面贴合，并保持宝石球体4沿轴向方向安装与单向阀体2的第二层内腔内，阀座5与宝石球体4配合的端面与第二个等刚度垫片6的下端面贴合。
(3)如附图1所示，单向阀垫片1安装为单向阀体2上端沉孔内，为了防止在超高压力下单向阀失稳，单向阀垫片设计时在合理的范围内尽量减小直径，单向阀垫片1采用PEEK材料。
(4)如附图1所示，压紧螺钉9安装在单向阀体组件外侧，压紧螺钉9内孔与单向阀体2外圆柱面配合，设计适当的轴向与径向配合间隙，确保拧紧螺母能够轻松旋转，并沿轴向具有一定的移动空间，确保单向阀在安装时能够实现单向阀体组件与压紧螺钉9的运动解耦，单向阀体仅实现轴向移动与端面自定位。
(5)如附图1所示，拧紧螺母组件包括阀芯过滤网8和拧紧螺母10，阀芯过滤网8安装在拧紧螺母10轴端端面内的沉孔内。拧紧螺母组件与单向阀体组件通过螺纹连接，通过调节拧紧力矩实现单向阀体组件的内部密封。
(6)为了保证单向阀可靠密封，单向阀体组件内采用了两层宝石球结构，第二层为自重球阀，通过过渡阀座7的偏心流道加速球的旋转，保持了自重球的自洁性能，第一层采用自重锤预载方式，以保证球的运动滞后角为零，实现了单向阀的可靠开启与关闭功能。过渡阀座7的偏心孔同时还保证了保持球体4运动过程中介质流动的通畅性。自重锤3在圆周方向增加多道沟槽，并在自重锤3靠近阀体2出口的配合面增加槽道，实现自重锤重量控制的同时也增加了流道，保证介质流动的通畅性。
(7)在两层宝石球结构之间采用了等刚度垫片6，以防止垫片变形不一致导致脆性的陶瓷阀座损坏和端面配合处间隙造成局部泄漏。等刚度垫片采用软质惰性金属薄片，可重复使用，利于单向阀维护。
(8)为了防止宝石球体4与阀座5配合面因多余物垫起，导致单向阀压力不准，采用阀芯过滤网8进入单向阀内腔的流体介质进行多余物控制，为了确保UHPLC系统工作稳定，还可定期清理或更换阀芯过滤网8。
(9)为了防止宝石球体4与阀座5配合面因磨损导致单向阀压力不准，同时为了满足UHPLC系统单向阀高背压的使用要求，阀座5和过渡阀座7采用了氧化锆，具有机械强度高、韧性高、硬度高、抗腐蚀和抗磨损性强、摩擦性好和生物兼容性好的优点。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，其特征在于：包括单向阀体(2)、自重锤(3)、宝石球结构、过渡阀座(7)、阀芯过滤网(8)、拧紧螺母(9)和压紧螺钉(10)；
所述宝石球结构包络宝石球体(4)、阀座(5)和等刚度垫片(6)；自重锤(3)、宝石球结构和过渡阀座(7)安装于单向阀体(2)的内腔；自重锤(3)沿单向阀体(2)轴向方向放置于单向阀体(2)的顶部内腔内；宝石球结构位于自重锤(3)的正下方，阀座(5)安装在顶部内腔下侧的第二层内腔中，位于第二层内腔的顶部位置；宝石球体(4)位于阀座(5)的正上方，并与阀座(5)上端面通过球面贴合；阀座(5)的下端面与等刚度垫片(6)上端面贴合；
所述阀芯过滤网(8)位于等刚度垫片(6)的下方，与等刚度垫片(6)贴合；
所述拧紧螺母(9)安装在单向阀体(2)外侧，其内孔与单向阀体(2)外圆柱面配合，通过轴向与径向的间隙配合，使拧紧螺母能够轻松旋转，并沿轴向具有一定的移动空间，确保单向阀在安装时能够实现单向阀体组件与压紧螺钉(9)的运动解耦，单向阀体仅实现轴向移动与端面自定位；
压紧螺钉(10与单向阀体(2)底部螺纹段配合连接。
2.根据权利要求1所述的一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，其特征在于：所述宝石球结构设有两个，两个宝石球结构通过过渡阀座(7)和另外的一个等刚度垫片(6)贴合；过渡阀座(7)与上层宝石球结构的等刚度垫片(6)贴合，另外的一个等刚度垫片(6)与过渡阀座(7)贴合，另外的一个等刚度垫片(6)与下层宝石球结构的阀座(5)贴合。
3.根据权利要求2所述的一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，其特征在于：所述过渡阀座(7)顶部设有偏心通孔，所述偏心通孔形成介质的偏心，通过所述偏心流道流通的介质实现加速宝石球体(4)的旋转，保持下层宝石球结构的宝石球体(4)的自洁性能。
4.根据权利要求2所述的一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，其特征在于：所述阀芯过滤网(8)位于下层宝石球结构的等刚度垫片(6)的下方，与等刚度垫片(6)贴合。
5.根据权利要求1所述的一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，其特征在于：还包括单向阀垫片(1)；所述单向阀垫片(1)安装于单向阀体(2)顶端外侧的沉孔内，用于防止在压力下单向阀体(2)失稳。
6.根据权利要求5所述的一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，其特征在于：所述单向阀垫片(1)的材料为PEEK材料。
7.根据权利要求1所述的一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，其特征在于：所述自重锤(3)用于保证宝石球体(4)的运动滞后角为零。
8.根据权利要求1所述的一种UHPLC液相泵超高压高精度单向阀，其特征在于：所述自重锤(3)的圆周方向设有多道沟槽，自重锤(3)靠近单向阀体(2)顶端的配合面上设有槽道作为介质的流道。
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