RU2110062C1

RU2110062C1 - Pump for liquid chromatography

Info

Publication number: RU2110062C1
Application number: RU94002635A
Authority: RU
Inventors: А.Ю. Радченко; Г.Б. Владыкин; В.И. Орлов; М.И. Ткачев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Цвет"
Priority date: 1994-01-26
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 1998-04-27

Abstract

FIELD: supply of liquid to chromatograph. SUBSTANCE: pump for liquid chromatography has mobile body housing two cylinders, mobile and immobile plungers installed in cylinders and forming working cavities connected in series. Inlet, transition and outlet conduits are made in mobile body. Flat valve pairs are mounted in transition and inlet conduits and include cases, sleeves, seats and discs with sealing bands put into sleeve. Disc of valve pair is manufactured in the form of round plane-parallel plate and sealing band is located on butt of seat facing disc. Internal diameter of band equals diameter of flow conduit of seat and internal surface of cylindrical surface of sleeve has N vertical grooves and N radial grooves in bottom of sleeve with number of radial grooves equal to number of vertical grooves both with same and equal to 2π/N angular distance both between radial grooves and vertical grooves with radial grooves in bottom of sleeve passing into vertical conduits of internal cylindrical surface of sleeve. At least two flat valve pairs are mounted in series in transition and inlet conduits. EFFECT: enhanced operational reliability and efficiency of pump. 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам подачи жидкости, а именно к насосам, применяемым для подачи жидкости в жидкостной хроматографии. The invention relates to liquid supply devices, and in particular to pumps used to supply liquid in liquid chromatography.

Известен насос, содержащий неподвижный корпус с выполненными в нем двумя цилиндрами, два подвижных плунжера, установленные в цилиндрах и образующие рабочие полости, соединенные последовательно, выполненные в неподвижном корпусе входной, переходный и выходной каналы, шариковые клапанные пары, установленные в переходном и входном каналах [1]. A known pump containing a stationary housing with two cylinders made in it, two movable plungers installed in the cylinders and forming working cavities connected in series, made in the stationary housing of the input, transition and output channels, ball valve pairs installed in the transition and input channels [ one].

Недостатком рассматриваемого насоса является то, что в насосах подобного типа невозможно добиться высокой стабильности расхода вследствие наличия перетоков через шариковые клапанные пары. Перетоки через шариковые клапанные пары связаны с некруглостью шарика и уплотнительного пояска на седле. Другим недостатком шариковых клапанных пар является малый объем и вес шарика, что затрудняет переход с одной жидкости на другую и приводит к частым отказам вследствие засорения. The disadvantage of the pump in question is that in pumps of this type it is impossible to achieve high flow rate stability due to the presence of flows through ball valve pairs. Flows through ball valve pairs are associated with the non-circularity of the ball and the sealing strip on the seat. Another disadvantage of ball valve pairs is the small volume and weight of the ball, which makes it difficult to switch from one liquid to another and leads to frequent failures due to clogging.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является насос, содержащий подвижный корпус с выполненными в нем двумя цилиндрами, подвижный и неподвижный плунжеры, установленные в цилиндрах и образующие рабочие полости, соединенные последовательно, выполненные в подвижном корпусе входной, переходный и выходной каналы, плоскостные клапанные пары, установленные в переходном и входном каналах и включающие корпус, стакан, седло и расположенный в стакане диск с уплотнительным кольцевым пояском [2]. Конструктивно плоскостная клапанная пара состоит из диска и седла. Диск и седло изготавливают, как правило, из корунда или сапфира. Уплотнение плоскостных клапанных пар в рассматриваемом насосе осуществляется по плоскости кольцевого пояска диска, прилегающего к плоскости седла. Внутренний диаметр кольцевого пояска больше диаметра проходного канала седла из-за возможного перемещения диска в горизонтальной плоскости. Диск имеет боковые пазы для протока жидкости. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a pump containing a movable housing with two cylinders made in it, movable and fixed plungers installed in the cylinders and forming working cavities connected in series, input, transition and output channels made in the movable housing, plane valve pairs installed in the transition and inlet channels and including a housing, a glass, a saddle and a disk located in the glass with a sealing ring girdle [2]. Structurally, a flat valve pair consists of a disk and a saddle. The disk and saddle are made, as a rule, of corundum or sapphire. The sealing of plane valve pairs in the pump in question is carried out along the plane of the annular belt of the disk adjacent to the plane of the saddle. The inner diameter of the annular girdle is larger than the diameter of the passage channel of the saddle due to the possible movement of the disk in the horizontal plane. The disk has side grooves for fluid flow.

Такая конструкция клапанной пары чрезвычайно сложна и часто приводит к раскалыванию диска, особенно при работе на больших давлениях, что снижает надежность насоса. This design of the valve pair is extremely complex and often leads to cracking of the disk, especially when operating at high pressures, which reduces the reliability of the pump.

Недостатком рассматриваемого насоса является также невозможность добиться высокой стабильности расхода. Это связано со значительными пульсациями давления в моменты открывания и закрывания клапанных пар. При отрыве друг от друга плоских поверхностей кольцевого пояска диска от плоскости седла происходит вакуумный разрыв. При этом сила, необходимая для открывания клапанной пары, пропорциональна площади прилегания по пояску диска, и на открытие клапанной пары необходимо приложить дополнительное давление. Поэтому, чем уже поясок и чем меньше диаметр пояска, тем меньше перепад давления на клапанной паре при ее открытии и тем меньше влияние работы клапанов на стабильность расхода. Однако внутренний диаметр кольцевого пояска диска больше диаметра канала седла, и при уменьшении ширины пояска появляются перетоки через клапанную пару. При закрывании клапанной пары также происходят пульсации давления. Это связано с большой инерционностью клапанной пары. Большая инерционность обусловлена большим гидродинамическим сопротивлением клапанной пары, связанным с турбулентностью потока, возникающей при обтекании жидкостью кольцевого пояска диска. Второй причиной нестабильности расхода насоса является наличие перетоков через клапанную пару, вызванных загрязнением клапанной пары механическими микропримесями. При этом перетоки через клапанные пары, связанные с загрязнением, - величина непостоянная, так как во время работы насоса засорение клапанной пары может меняться во времени. Установка последовательно двух плоскостных клапанных пар в таком насосе позволяет устранить перетоки через клапанные пары, связанные с засорением механическими примесями. Однако это приводит к удвоению пульсаций давления в моменты открывания и закрывания клапанных пар, связанных с большой инерционностью рассматриваемой плоскостной клапанной пары, что в свою очередь еще более отрицательно сказывается на стабильности расхода насоса. The disadvantage of this pump is also the inability to achieve high flow rate stability. This is due to significant pressure pulsations at the moments of opening and closing of valve pairs. When the flat surfaces of the annular belt of the disk are torn apart from the plane of the saddle, a vacuum rupture occurs. In this case, the force required to open the valve pair is proportional to the area of fit along the belt of the disk, and additional pressure must be applied to open the valve pair. Therefore, the narrower the belt and the smaller the diameter of the belt, the smaller the pressure drop across the valve pair when it is opened and the less the effect of the valves on the flow rate stability. However, the inner diameter of the annular rim of the disk is larger than the diameter of the seat channel, and when the width of the rim decreases, flows through the valve pair appear. When closing the valve pair, pressure pulsations also occur. This is due to the large inertia of the valve pair. The large inertia is due to the high hydrodynamic resistance of the valve pair, associated with the turbulence of the flow that occurs when a liquid flows around an annular disk band. The second reason for the instability of the pump flow is the presence of flows through the valve pair, caused by contamination of the valve pair with mechanical impurities. At the same time, the flows through the valve pairs associated with contamination are variable, since during the operation of the pump the clogging of the valve pair can change in time. The installation of two planar valve pairs in series in such a pump allows eliminating overflows through valve pairs associated with blockage by mechanical impurities. However, this leads to a doubling of pressure pulsations at the moments of opening and closing of valve pairs associated with the high inertia of the considered plane valve pair, which in turn affects the stability of the pump flow even more negatively.

Целью изобретения является повышение надежности и стабильности расхода насоса. The aim of the invention is to increase the reliability and stability of the pump flow.

Поставленная цель достигается тем, что в насосе для жидкостной хроматографии, содержащем подвижный корпус с выполненными в нем двумя цилиндрами, подвижный и неподвижный плунжеры, установленные в цилиндрах и образующие рабочие полости, соединенные последовательно, выполненные в подвижном корпусе входной, переходный и выходной каналы, плоскостные клапанные пары, установленные в переходном и входном каналах и включающие корпус, стакан, седло и расположенный в стакане диск с уплотнительным пояском, диск клапанной пары выполнен в виде круглой плоскопараллельной пластины, а уплотнительный кольцевой поясок расположен на обращенном к диску торце седла, при этом внутренний диаметр пояска равен диаметру проходного канала седла, причем на внутренней цилиндрической поверхности стакана выполнены N вертикальных пазов и N радиальных пазов на дне стакана при количестве радиальных пазов, равном количеству вертикальных пазов, при одинаковом и равном 2π/N угловом расстоянии, как между радиальными пазами, так и между вертикальными пазами, и при радиальных пазах дна стакана, переходящих в вертикальные пазы внутренней цилиндрической поверхности стакана, кроме того, в переходном и входном каналах установлены последовательно не менее двух плоскостных клапанных пар. This goal is achieved by the fact that in a liquid chromatography pump containing a movable housing with two cylinders made in it, movable and fixed plungers installed in the cylinders and forming working cavities connected in series, inlet, transition and output channels are made in the movable housing, planar valve pairs installed in the transition and inlet channels and including a housing, a glass, a saddle and a disk with a sealing girdle located in the glass, the valve pair disk is made in the form of a circle flat parallel plate, and the sealing ring girdle is located on the end face of the saddle, the inner diameter of the girdle is equal to the diameter of the passage channel of the saddle, with N vertical grooves and N radial grooves on the bottom of the cup with the number of radial grooves equal to the number of vertical grooves, with the same and equal 2π / N angular distance, both between radial grooves and between vertical grooves, and with radial grooves of the bottom of the cup, passing vertical grooves of the inner cylindrical surface of the glass, moreover, in the transient and the inlet channels are arranged in series at least two planar valve pairs.

Повышение надежности насоса обеспечивается тем, что корундовый диск выполнен в виде круглой плоскопараллельной пластины без уплотнительного кольцевого пояска и радиальных пазов на боковой поверхности диска. Такая конструкция диска является более надежной, исключающей раскалывание диска при работе на высоких давлениях. Improving the reliability of the pump is ensured by the fact that the corundum disk is made in the form of a round plane-parallel plate without a sealing ring girdle and radial grooves on the side surface of the disk. This design of the disk is more reliable, eliminating the splitting of the disk when working at high pressures.

Повышение стабильности расхода насоса обеспечивается также исполнением корундового диска в виде круглой плоскопараллельной пластины без уплотнительного кольцевого пояска, расположением уплотнительного кольцевого пояска на торце седла, обращенном к диску, и равенством внутренних диаметров проходного канала седла и уплотнительного кольцевого пояска. Improving the stability of the pump flow is also ensured by the execution of the corundum disk in the form of a round plane-parallel plate without a sealing ring belt, the location of the sealing ring belt on the end face of the saddle facing the disk, and the equality of the internal diameters of the passage channel of the saddle and the sealing ring belt.

В предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом площадь прилегания диска по кольцевому пояску седла меньше за счет меньшего диаметра уплотнительного кольцевого пояска. Поэтому сила, необходимая для открывания клапанной пары, и перепад давления на клапанной паре при ее открывании уменьшается, за счет чего стабильность расхода насоса повышается. In the proposed design, compared with the prototype, the contact area of the disk along the annular belt of the saddle is less due to the smaller diameter of the sealing ring belt. Therefore, the force required to open the valve pair, and the pressure drop across the valve pair when it opens, decreases, due to which the stability of the pump flow rate increases.

Предлагаемая плоскостная клапанная пара насоса вследствие расположения уплотнительного кольцевого пояска на торце седла, а не на диске, как в прототипе, и равенства внутренних диаметров проходного канала седла и уплотнительного кольцевого пояска, имеет меньшее гидродинамическое сопротивление и, соответственно, имеет меньшую инерционность, что также обеспечивает уменьшение пульсаций давления при работе клапанной пары и повышение стабильности расхода насоса. The proposed planar valve pair of the pump due to the location of the sealing ring girdle on the end of the seat, and not on the disk, as in the prototype, and the equality of the inner diameters of the passage channel of the seat and the sealing ring girdle, has less hydrodynamic resistance and, accordingly, has a lower inertia, which also provides reducing pressure pulsations during valve pair operation and increasing pump flow stability.

Уменьшению гидродинамического сопротивления клапанной пары и повышению стабильности расхода насоса способствует расположение радиальных пазов на дне и вертикальных пазов на внутренней цилиндрической поверхности стакана при радиальных пазах дна стакана, переходящих в вертикальные пазы внутренней цилиндрической поверхности стакана. The decrease in the hydrodynamic resistance of the valve pair and the increase in the stability of the pump flow rate are facilitated by the arrangement of radial grooves at the bottom and vertical grooves on the inner cylindrical surface of the cup with radial grooves of the bottom of the cup turning into vertical grooves of the inner cylindrical surface of the cup.

Повышение стабильности расхода насоса обеспечивается постановкой последовательно не менее двух плоскостных клапанных пар во входном канале и не менее двух плоскостных клапанных пар в переходном канале насоса, тем самым практически исключается одновременное засорение обеих клапанных пар. Improving the stability of the pump flow rate is ensured by setting sequentially at least two planar valve pairs in the inlet channel and at least two planar valve pairs in the transition channel of the pump, thereby simultaneously eliminating the simultaneous clogging of both valve pairs.

На фиг. 1 схематично изображена насосная головка с последовательным соединением рабочих полостей, подвижным корпусом, подвижным и неподвижным плунжером; на фиг.2 - конструкция сдвоенной плоскостной клапанной пары входного канала; на фиг. 3 - стакан клапанной пары. In FIG. 1 schematically shows a pump head with a serial connection of the working cavities, a movable housing, a movable and fixed plunger; figure 2 - design of a double planar valve pair of the input channel; in FIG. 3 - a glass of valve pair.

Насосная головка (фиг. 1) состоит из подвижного корпуса 1, содержащего цилиндры 5 и 11, неподвижный плунжер 2 и подвижный плунжер 10, имеющие уплотнения 3 и 9. Насосная головка имеет во входном канале 12 две плоскостные клапанные пары 13 и 14, в переходном канале 6 установлены две аналогичные плоскостные клапанные пары 7 и 8. Выходной канал 4 клапанных пар не имеет и соединяется непосредственно на нагрузку 20. Клапанные пары состоят из седла клапана 17 и 24, герметично вклеенных в корпуса 16 и 19 и дисков из корунда или сапфира 18 и 23, вложенных в стаканы 21 и 26. Дно стаканов 21 и 26 выполнено конусным, а внутренняя боковая поверхность стакана и его дно имеют вертикальные и радиальные пазы для протока жидкости. Радиальные и вертикальные пазы равномерно расположены на дне и на внутренней цилиндрической поверхности стакана (например, при угловом расстоянии между пазами 90^o). Радиальные пазы на дне стакана переходят в вертикальные пазы на внутренней цилиндрической поверхности стакана при равном количестве радиальных и вертикальных пазов. Герметичность сборки обеспечивается прокладками 15, 22 и 25. Сдвоенная плоскостная клапанная пара переходного канала имеет аналогичную конструкцию.The pump head (Fig. 1) consists of a movable housing 1 containing cylinders 5 and 11, a fixed plunger 2 and a movable plunger 10 having seals 3 and 9. The pump head has two plane valve pairs 13 and 14 in the inlet channel 12, in the transition Channel 6 has two similar planar valve pairs 7 and 8. The output channel 4 does not have valve pairs and is connected directly to the load 20. The valve pairs consist of valve seats 17 and 24, hermetically glued into bodies 16 and 19 and corundum or sapphire disks 18 and 23, nested in glasses 21 and 26. Days about glasses 21 and 26 is made conical, and the inner side surface of the glass and its bottom have vertical and radial grooves for the fluid flow. Radial and vertical grooves are evenly located on the bottom and on the inner cylindrical surface of the glass (for example, with an angular distance between the grooves of 90 ^o ). The radial grooves at the bottom of the glass turn into vertical grooves on the inner cylindrical surface of the glass with an equal number of radial and vertical grooves. The tightness of the assembly is ensured by gaskets 15, 22 and 25. The double planar valve pair of the transition channel has a similar design.

Насос работает следующим образом. Корпус 1 и подвижный плунжер 10 совершают возвратно-поступательные движения от двух идентичных кулачков 31, 32, расположенных на одном валу 33 и установленных относительно друг друга со смещением на 180^o. При движении корпуса 1 влево происходит нагнетание жидкости в нагрузку через выходной канал 4 из цилиндра 5, клапанные пары 7 и 8 в этот момент закрыты, в это же время подвижный плунжер 10 движется в обратную сторону от корпуса, и в цилиндр 11 всасывается жидкость через входной канал 12 и клапанные пары 13 и 14. При движении корпуса 1 вправо подвижный плунжер 10 движется влево, в это время клапанные пары 13 и 14 закрыты, жидкость из цилиндра 11 через клапанные пары 7 и 8 и переходный канал 6 выдавливается в цилиндр 5 и через выходной канал 4 на нагрузку.The pump operates as follows. The housing 1 and the movable plunger 10 reciprocate from two identical cams 31, 32 located on one shaft 33 and mounted relative to each other with an offset of 180 ^o . When the housing 1 moves to the left, liquid is injected into the load through the outlet channel 4 from the cylinder 5, valve pairs 7 and 8 are closed at this moment, at the same time, the movable plunger 10 moves in the opposite direction from the housing, and liquid is sucked into the cylinder 11 through the inlet channel 12 and valve pairs 13 and 14. When the housing 1 moves to the right, the movable plunger 10 moves to the left, at this time the valve pairs 13 and 14 are closed, fluid from the cylinder 11 through valve pairs 7 and 8 and the transition channel 6 is extruded into the cylinder 5 and through output channel 4 to the load.

Клапанные пары (фиг. 2) устанавливаются вертикально, так, чтобы диски из корунда 18 и 23 под действием силы тяжести лежали на кольцевом уплотнительном пояске 29 седла клапана 17 и 24. При поступлении жидкости снизу через проходной канал седла 30 в открытом состоянии клапанных пар диски из корунда приподнимаются и жидкость свободно протекает через клапанную пару. Радиальные пазы 27 и 28, выполненные в конусном дне и внутренней боковой поверхности стаканов (фиг. 3), исключают перекрытие выпускного отверстия дна стакана диском из корунда и уменьшают гидродинамическое сопротивление клапанной пары. Valve pairs (Fig. 2) are installed vertically, so that the disks of corundum 18 and 23 under the influence of gravity lie on the annular sealing girdle 29 of the valve seat 17 and 24. When liquid enters from below through the passage channel of the seat 30 in the open state of the valve pair, the disks rise from corundum and fluid flows freely through the valve pair. Radial grooves 27 and 28, made in the conical bottom and inner side surface of the cups (Fig. 3), eliminate the overlapping of the outlet opening of the bottom of the cup with a corundum disk and reduce the hydrodynamic resistance of the valve pair.

В закрытом состоянии клапанных пар диски из корунда прижимаются к кольцевому уплотнительному пояску седла клапана за счет перепада давлений на клапанной паре. При засорении одной из клапанных пар насос остается в рабочем состоянии за счет того, что есть дополнительная герметично закрывающаяся клапанная пара, способствующая промывке засорившейся. Поэтому практически одновременное засорение обеих клапанных пар не наблюдается, и это способствует повышению стабильности расхода в 10 раз. При этом известная конструкция с одинарными плоскостными клапанными парами имеет нестабильность расхода 0,5%, а предлагаемая конструкция позволяет получить нестабильность расхода не хуже 0,05%. In the closed state of valve pairs, corundum disks are pressed against the annular sealing strip of the valve seat due to the pressure differential across the valve pair. If one of the valve pairs becomes clogged, the pump remains in operation due to the fact that there is an additional hermetically sealed valve pair, which helps to wash the clogged one. Therefore, almost simultaneous clogging of both valve pairs is not observed, and this contributes to an increase in flow stability by 10 times. Moreover, the known design with single planar valve pairs has a flow instability of 0.5%, and the proposed design allows to obtain flow instability no worse than 0.05%.

Источники информации:
1. Проспект фирмы Biotronik HPLC pump mod. BT 3020, ФРГ.Sources of information:
1. Prospectus from Biotronik HPLC pump mod. BT 3020, Germany.

2. Хроматограф жидкостный серии "Цвет-300", модель 306. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 5Е1.550.138 ТО. Дзержинское ОКБА, Дзержинск Горьковской области, 1981, с.1, 15,19. 2. Liquid chromatograph of the Tsvet-300 series, model 306. Technical description and instruction manual 5Е1.550.138 ТО. Dzerzhinsk OKBA, Dzerzhinsk, Gorky Region, 1981, p. 1, 15.19.

Claims

A liquid chromatography pump comprising a movable housing with two cylinders made in it, movable and fixed plungers installed in cylinders and forming working cavities connected in series, input, transition and output channels made in a movable housing, plane valve pairs installed in the transition and the input channels and including a housing, a glass, a saddle and a disk with a sealing girdle located in the glass, characterized in that the valve pair disk is made in the form of a round plane parallel ohm plate, and the sealing ring girdle is located on the saddle end facing the disk, while the inner diameter of the girdle is equal to the diameter of the passage channel of the saddle, with N vertical grooves and N radial grooves on the bottom of the cup with the number of radial grooves equal to the number of vertical grooves, with the same and equal 2π / N angular distance both between the radial grooves and between the vertical grooves, and with the radial grooves of the bottom of the glass turning into vertical grooves the inner cylindrical surface of the glass, in addition, at least two planar valve pairs are installed in series in the transition and inlet channels.