CN110036291B - 具有集成面密封件的流体配件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于流体联接件的配件，所述配件包括管组件，所述管组件包括内管(62)、由可变形聚合物材料形成的中间管(64)以及由金属形成并且设置在所述中间管上方的外管(66)。所述内管具有内管端面和第一流体通道。所述中间管包括突起部分和中间管端面(70)。所述外管具有外管端面(72)和外表面。第一径向压接件和第二径向压接件(74，76)在距所述外管端面第一距离和第二距离处的所述外表面上形成。所述内管端面和所述外管端面共面，并且所述中间管端面(70)通过所述突起部分与所述内管端面和所述外管端面分离。压紧螺钉(86)的旋转向前驱动所述管组件，以在所述中间管端面(70)处形成面密封件。

Description

具有集成面密封件的流体配件

相关申请

本申请要求2016年10月5日提交且名称为“FLUIDIC FITTING WITH INTEGRALFACE SEAL”的美国临时申请No.62/404,567的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及流体联接件，诸如用于色谱系统的流体联接件。更具体地讲，本发明涉及一种具有集成面密封件的流体配件。

背景技术

化学分析系统通常包括适应高压的流体通道。例如，液相色谱系统(诸如设计用于超高效液相色谱

的系统)能够在可能超过18,000psi的压力下操作。此类系统中的流体通道可包括联接到其他部件的管材或使用常规联接件诸如标准压缩配件的管材。

UPLC系统的改善性能包括分离能力显著增加。使用用于获得液密密封件的常规联接件能够产生不利的色谱影响，诸如残留和峰拖尾，在系统测量中更容易观察到这些不利影响。在典型的联接件中，密封件沿着毛细管的侧面形成。例如，许多联接件使用环形密封元件，诸如具有圆锥外表面的套圈。为了形成液密联接件，将具有从端面移开的环形密封元件的毛细管插入到联接主体的塞孔中。塞孔由圆柱孔限定，该圆柱孔过渡到圆锥孔，然后过渡到较小直径的圆柱孔。流体通道从较小直径的圆柱孔底部处的表面延伸到联接主体中。圆锥孔的圆锥角大于环形密封元件的圆锥角，这使得在环形密封元件和圆锥孔的圆锥表面之间形成沿圆周接触的密封件。在环形密封元件和圆锥孔表面之间实现初始接触之后，由压紧螺钉施加的附加力使得在环形密封元件和毛细管外表面之间形成接触密封件。如果毛细管的端面不与圆柱孔的底部接触，则圆周接触密封件下方的毛细管的外表面和较小圆柱孔的侧壁之间的区域表示未波及体积。在色谱测量期间，分析物能被捕集在未波及体积中并且逐渐扩散到流体流中，从而劣化色谱测量数据。此外，在毛细管界面处可发生腐蚀，导致色谱测量的进一步劣化。

发明内容

在一个方面，本发明的特征在于提供了一种用于流体联接件的配件。该配件包括内管、中间管和外管。内管具有内管端面和第一流体通道。中间管由聚合物材料形成并且设置在内管长度的至少一部分上方。中间管包括具有长度的挤压部分和中间管端面。外管由金属形成并且设置在中间管上方。外管具有外管端面和外表面；位于距外管端面第一距离处的外表面上的延伸第一轴向长度的第一径向压接件；以及位于距外管端面第二距离处的外表面上的延伸第二轴向长度的第二径向压接件。外管端面与内管端面共面。中间管端面通过挤压部分长度与内管端面和外管端面分离。

在另一个方面，本发明的特征在于提供了一种形成用于流体联接件的配件的方法。该方法在管组件上操作，该管组件包括具有内管端面和流体通道的内管、由聚合物材料形成并且设置在内管长度的至少一部分上方且具有中间管端面的中间管以及由金属形成并且设置在中间管上方的外管。外管具有外管端面和外表面。内管端面、中间管端面和外管端面共面。该方法包括在距外管端面第一距离处的第一压接件长度上方的管组件上形成第一径向压接件，以将内管、中间管和外管彼此固定，并且挤压中间管的一部分使得中间管端面通过挤压长度与内管端面和外管端面分离。该方法还包括在距外管端面第二距离处的第二压接件长度上方的管组件上形成第二径向压接件。

附图说明

通过结合附图参考下面的描述，可以更好地理解本发明的上述优点和其他优点，附图中相同的附图标号是指各个附图中相同的元件和特征。为清楚起见，并非每个元件都在每个附图中标记。附图不一定按比例绘制，重点在于示出本发明的原理。

图1是用于液相色谱系统的旋转剪切密封阀的定子部分处的毛细管联接件的图示。

图2A是用于将两个流体通道彼此联接的常规配件的剖视图。

图2B是示出密封界面的图2A的常规配件的一部分的放大剖视图。

图3A是已知流体联接件的剖视图。

图3B是示出未压缩联接密封件的图3A的流体联接件的放大剖视图。

图4A是用于流体联接件的配件的一个实施方案的一部分的透视图。

图4B是图4A的配件的侧剖视图。

图4C是图4A的配件的端面视图。

图5是图4A的配件的沿着安装有保持环的径向压接件处的管组件轴的剖视图。

图6A是图4A的配件的安装有压紧螺钉的一部分的透视图。

图6B是图6A的配件的剖视透视图。

图7是示出图4A的配件插入到联接主体中以实现两个流体通道之间的面密封件的剖视侧视图。

具体实施方式

在本说明书中提到“一个实施方案”或“实施方案”表示结合实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本教导的至少一个实施方案中。对本说明书内的特定实施方案的引用不一定都指代相同的实施方案。

现在将参考如附图所示的本教导的实施方案来更详细地描述本教导。虽然结合各种实施方案和示例描述了本教导，但是本教导不旨在限制于此类实施方案。相比之下，本教导涵盖各种替代、修改和等同物，如本领域的技术人员将理解。能够访问本文教导的普通技术人员将认识到在本公开的范围内的附加实施方式、修改和实施方案，以及其他使用领域。

如本文所用，联接主体是指具有接收管组件的孔和接收来自管组件的流体或提供流体到管组件的流体通道的主体。例如，联接主体能够是设置在两个毛细管(或管组件)的端面之间以使流体能够从一个毛细管传递到另一个毛细管的结构。另选地，系统部件能包括联接主体。举例来说，用于液相色谱系统的进样器阀或色谱柱可包括联接主体，以联接去往或来自液相色谱系统的毛细管或另一个部件的流体。

管组件是指至少一个管(例如，毛细管)和附加结构，诸如设置在第一管内或第一管外的套管或第二管。如本文所用，保持环包括通常由金属形成并且形状类似于字母“C”的环或夹，但也可使用其他形状，包括标称正方形、矩形和锥形横截面形状。该形状允许环安装在圆柱零件上的压接件或凹槽中，以限制或防止轴向加载装置沿圆柱零件轴向运动。保持器环能略微从其初始直径打开，以使环能够在管的整个直径上方滑动，直到环移动到其中环返回(即“松弛”)至其初始形状和直径的压接件或凹槽中为止。保持环有时被称为环夹或C形夹。

图1是用于液相色谱系统的旋转剪切密封阀的定子部分12处的毛细管联接件10的视图。流体联接件10包括压紧螺母14和附加部件(不可见)。管16限定流体通道，该流体通道将流体从色谱系统部件传导到定子端口18中的一个或者从定子端口18传导到色谱系统部件。举例来说，色谱系统部件能够是进样阀或色谱柱。第二流体通道限定在定子部分12内并与旋转剪切密封阀的转子部分接合，以将第二流体通道与和其他定子端口18中的一个连通的第三流体通道联接或脱离联接。

图2A示出了能用于例如联接两个流体通道22和24的常规配件20的剖视图。例如，配件20能用于将图1的管16联接到旋转剪切密封阀中的内部流体通道。管26包括联接到联接主体28内的第二流体通道24的第一流体通道22。图2B是示出密封界面的图2A的一部分的放大视图。如图所示，双零件套圈30A和30B接合联接主体28的内圆锥表面和管26的外表面。在其他变型中，可使用单零件套圈。所得流体密封件能承受高流体压力(例如，大于15，000psi的压力)；然而，未波及体积32形成在围绕管26的孔的未占用区域中，并且在图中位于接触区域34(套圈零件30B与圆锥表面接触的位置)的右侧。未波及体积32的存在可导致样品残留。例如，当样品从第一流体通道22移动进入到第二流体通道24中，一些样品能扩散到未波及体积32中。随后，存在于未波及体积32中的样品能扩散回主流体流中并进入第二流体通道24。如果配件20与诸如图1所示的液相色谱系统的部件一起使用，则扩散回流体流中的流体样品(即，残留)能对色谱测量造成不利影响。

图3A是诸如美国专利公布No.2015/0369403(其公开内容以引用的方式并入本文)中所公开的流体联接件40的剖视图。图3B是联接密封件42的区域中的流体联接件40的放大剖视图。流体联接件40包括联接密封件42、管组件、压紧螺钉44和联接主体46。当旋转压紧螺钉44使得其推进到联接主体46中时，压紧螺钉44上的表面接合固定到管组件上的套图48的背表面。继续旋转压紧螺钉44导致将组合的套圈48和管组件作为一个整体进一步移动到塞孔中，直到联接密封件42与联接主体46的内密封表面50接触。进一步旋转导致联接密封件42轴向压缩，使得联接密封件42变形并流入联接主体46的未占用体积52中。这种变形并流入未占用体积52中可以防止毛细管54压缩或毛细管54损坏。

在为许多应用提供液密密封件的同时，流体联接件40要求联接密封件42具有大于管组件的直径，并且塞孔具有足够的尺寸以适应压缩时联接密封件42的变形形状。此外，联接密封件42是单独的部件，其在形成密封件之前必须附接到管组件的端部。需要小心以避免将联接密封件42与管组件分离并且防止联接组件在处理期间由于其尺寸小而有损失。

简而言之，本发明涉及用于流体联接件的配件。该配件包括管组件，该管组件包括内管、由聚合物材料形成的中间管和外金属管。中间管由聚合物材料制成，并且包括在压接工艺期间形成的挤压部分。挤压部分远离管组件的端部延伸。在配件安装期间，聚合物管的挤压部分抵靠联接主体的密封表面或其他装置变形，从而在由内管限定的流体通道和联接主体之间形成液密面密封件。

有利的是，该配件不需要套圈或单独的密封部件来建立流体密封件。此外，只要管组件能穿过联接主体使得中间管的挤压部分抵靠合适的密封表面压缩，就不需要联接主体的塞孔具有圆锥或其他专用的端口构型。由于密封件与管组件是一体的，因此避免了与处理小密封部件相关联的问题。此外，用配件实现的面密封件显著减少或消除了流体联接处的未波及体积。

图4A、4B和4C分别示出了用于流体联接件的配件60的实施方案的一部分的透视图、侧剖视图和端面视图。配件60包括具有内管62、中间管64和外管66的管组件。内管62包括流体通道以联接到另一个流体通道。用于在流体通道的端部和另一个流体通道的端部之间建立面密封件的压紧螺钉未示出。在优选的实施方案中，内管62是由熔融二氧化硅制成的毛细管。在其他实施方案中，内管62可以是不同类型的玻璃管或金属管，诸如钛管或不锈钢管。中间管64由聚合物材料诸如热塑性聚合物(例如聚醚醚酮(PEEK))形成。外管66优选地是不锈钢管，但可使用比聚合物材料更具刚性且具有合适的材料特性(例如延展性)的金属。中间管64具有略大于内管62的外径D₁的内径，以允许中间管64在内管62的端部上方滑动。外管66具有略大于中间管64的外径D₂的内径，以允许中间管64(和内管62)插入外管66中。在内管62和中间管64之间以及在中间管64和外管66之间提供了正间隙。例如，间隙可小于2.5μm(0.0001英寸)或者可为75μm(0.003英寸)或更大。中间管64具有长度L₁，并且外管66具有长度L₂。如图所示，中间管64的长度L₁超过外管66的长度L₂；然而，在其他实施方案中，长度L₁和L₂相同，或外管66的长度L₂可超过中间管64的长度L₁。

在应用产生所示管组件的径向压接工艺之前，三个管60、62和64相对于彼此布置，使得它们的端面68、70和72分别共面。优选地，端面68、70和72垂直于管轴线82并且在端面68、70和72没有刮痕和其他表面缺陷的情况下抛光。然后通过以下过程产生配件60：在外管66的外表面上形成具有压接件深度Δ₁和压接件长度L_C1的第一径向压接件74，随后形成具有压接件深度Δ₂和压接件长度L_C2的第二径向压接件76。如图所示，压接件深度Δ₁和Δ₂相等，压接件长度L_C1和L_C2相等，但这不是必须的。尽管在图4B中被示为在外管66的外表面的直径中呈近似阶梯状的示出，但在其他实施方案中，压接件74和76的剖面形状可包括左右压接件边缘处用于直径转变的更渐进的斜坡。另外，压接件74和76的“底部”可不如图所示那样平坦。

图4C中的虚线圆圈78和80分别指示第一径向压接件74的区域中(即，距外管端面72长度L₃处)的中间管64和外管66的后压接件减小的直径D₂’和D₃’。第一径向压接件74用于相对于中间管64和外管66固定或“捕获”内管62。另外，第一径向压接件74产生中间管64的所需应变，使得聚合物材料在更刚性的内管62和外管66之间平行于管组件轴82流动。由于聚合物材料的挤压，中间管端面70通过挤压长度Δ₃与内管端面68和外管端面72分离。聚合物材料的预定挤压长度Δ₃通过控制某些参数来实现，包括第一径向压接件74的压接件深度Δ₁和压接件长度L_C1以及第一径向压接件74距内管68和外管72的距离L₃。在一些实施方案中，挤压长度小于0.50mm(0.02英寸)。

在形成第一径向压接件74之后，第二径向压接件76在距外管端面72距离L₄处形成。第二径向压接件76使得能够安装保持环83(例如，C形夹)。图5示出了穿过安装的保持环83的剖视图。圆圈84指示外管直径D₃处外管66的外表面。保持环83具有等于或大于第二径向压接件76处外管66上的压接直径D₃’的内径D₄和大于外管直径D₃的外径D₅。因此保持环83能够安装在第二压接件76处并且沿着压接件76的长度L_C2自由轴向移动。

参考图6A，该图是安装有压紧螺钉86的图4A的配件60的一部分的透视图，并且参考图6B，该图是图6A的配件的剖视透视图。压紧螺钉86具有包括终止在底表面处的圆柱孔85的沉孔。当保持环83以松弛状态定位在第二径向压接件76中时，孔85的直径大于保持环83的外径D₅。沉孔还包括从孔85的底表面延伸到压紧螺钉86的相对端的通孔。通孔的直径大于外管直径D₃并且小于保持环83在其松弛状态时的外径。因此，压紧螺钉86能插入在管组件上方，使得管组件穿过通孔；然而，一旦保持环83安装在第二压接件76处，压紧螺钉86就能在图中从右到左轴向移动，直到孔85处的底表面接合保持环83。一旦压紧螺钉86抵靠第二压接件76的左侧将保持环83向上推动，就防止了压紧螺钉86沿管组件进一步轴向移动。

在将配件安装到联接主体87中期间依靠压紧螺钉86与保持环83的接合来获得如图7所示的面密封件。所示的联接主体87包括沉孔，该沉孔具有带底表面88的孔和从底表面88延伸的通孔，该通孔限定流体通道90以传导从管组件接收的流体。该孔的直径大于外管直径D₃，以使管组件能够插入到联接主体87中。为了密封两个流体通道，压紧螺钉86接合联接主体87的螺纹孔，并旋转该压紧螺钉直到压紧螺钉86中的孔85处的底表面与保持环83如上所述接触。进一步旋转压紧螺钉86将向左移动保持环83，直到保持环83与第二径向压接件76的左边缘接触。随后的旋转使保持环83完全进入压紧螺钉86的沉孔中，然后在中间管端面70(参见图6B)与联接主体87的底表面接触时向前驱动配件形成面密封件。此时，压紧螺钉86旋转的阻力增大。另外较小旋转压紧螺钉86使得压缩聚合物材料的挤压部分，从而在中间管端面70和联接主体87内的底表面88处提供流体面密封件。

虽然已参考具体的优选实施方案示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离以下权利要求所限定的本发明范围的情况下，可在形式和细节上进行各种改变。例如，上述一些实施方案包括压紧螺钉以将管组件推进到联接主体中，从而实现中间管的轴向压缩。应当认识到，可使用其他装置来实现中间管抵靠密封表面的压缩。另外，能在将压紧螺钉拧入联接主体之前建立保持环的安置和定位。

Claims (17)

1.一种用于流体联接件的配件，包括：

管组件，所述管组件包括：

内管，所述内管具有内管端面和第一流体通道；

中间管，所述中间管由聚合物材料形成并且设置在所述内管长度的至少一部分上方，所述中间管包括具有长度的挤压部分和中间管端面；和

外管，所述外管由金属形成并且设置在所述中间管上方，所述外管具有外管端面和外表面；第一径向压接件，所述第一径向压接件位于距所述外管端面第一距离处的所述外表面上并且延伸第一轴向长度；和第二径向压接件，所述第二径向压接件位于距所述外管端面第二距离处的所述外表面上并且延伸第二轴向长度，所述外管端面与所述内管端面共面，所述中间管端面通过所述挤压部分的所述长度与所述内管端面和所述外管端面分离。

2.根据权利要求1所述的配件，还包括保持环，所述保持环设置在所述第一径向压接件处的所述外管上。

3.根据权利要求2所述的配件，还包括压紧螺钉，所述压紧螺钉具有第一沉孔，所述第一沉孔具有第一孔，所述第一孔具有第一底表面和大于所述保持环在松弛状态时的直径的第一直径，所述第一沉孔具有第一通孔，所述第一通孔具有小于所述保持环的所述直径的第二直径并且从所述第一底表面延伸，所述第一底表面被构造成当所述压紧螺钉在所述管组件上方轴向推进时接触所述保持环。

4.根据权利要求3所述的配件，还包括联接主体，所述联接主体具有第二沉孔，所述第二沉孔具有第二孔，所述第二孔具有第二底表面和大于所述外管的直径的第三直径，所述第二沉孔具有第二通孔，所述第二通孔从所述第二底表面延伸并且限定第二流体通道，其中所述中间管端面与所述第二底表面接触，并且所述中间管处于压缩状态从而将所述第一流体通道密封到所述第二流体通道。

5.根据权利要求1所述的配件，其中所述内管端面包括抛光表面。

6.根据权利要求1所述的配件，其中所述内管由玻璃形成。

7.根据权利要求6所述的配件，其中所述内管是熔融二氧化硅毛细管。

8.根据权利要求1所述的配件，其中所述内管由金属形成。

9.根据权利要求8所述的配件，其中所述内管是不锈钢管。

10.根据权利要求1所述的配件，其中所述中间管由聚醚醚酮形成。

11.根据权利要求1所述的配件，其中所述外管由不锈钢形成。

12.根据权利要求1所述的配件，其中所述中间管的所述挤压部分的所述长度小于0.50mm。

13.一种形成用于流体联接件的配件的方法，所述方法包括：

对于包括内管、中间管和外管的管组件，所述内管具有内管端面和流体通道；所述中间管由聚合物材料形成并且设置在所述内管长度的至少一部分上方且具有中间管端面；以及所述外管由金属形成并且设置在所述中间管上方；所述外管具有外管端面和外表面，所述内管端面、所述中间管端面和所述外管端面彼此共面：

在距所述外管端面第一距离处的第一压接件长度上方的所述管组件上形成第一径向压接件，以将所述内管、所述中间管和所述外管彼此固定，并且挤压所述中间管的一部分使得所述中间管端面通过挤压长度与所述内管端面和所述外管端面分离；以及

在距所述外管端面第二距离处的第二压接件长度上方的所述管组件上形成第二径向压接件。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一径向压接件具有径向深度，并且其中所述挤压长度部分地由所述径向深度确定。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述挤压长度部分地由所述第一压接件长度确定。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述挤压长度部分地由距所述外管端面的所述第一距离确定。

17.根据权利要求13所述的方法，还包括在形成所述第一径向压接件之前，抛光所述内管端面、所述中间管端面和所述外管端面中的至少一者。

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