НАСОС ДЛЯ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Российский патент 1998 года по МПК G01N30/22 

Изобретение относится к устройствам подачи жидкости, а именно к насосам, применяемым для подачи жидкости в жидкостной хроматографии.

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].

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.

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.

Такая конструкция клапанной пары чрезвычайно сложна и часто приводит к раскалыванию диска, особенно при работе на больших давлениях, что снижает надежность насоса.

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.

Целью изобретения является повышение надежности и стабильности расхода насоса.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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%.

Источники информации:
1. Проспект фирмы Biotronik HPLC pump mod. BT 3020, ФРГ.

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.

Использование: для подачи жидкости в хроматограф. Сущность изобретения: насос для жидкостной хроматографии содержит 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. 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, и 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 угловом расстоянии как между радиальными пазами, так и между вертикальными пазами, и при радиальных пазах на дне стакана, переходящих в вертикальные пазы внутренней цилиндрической поверхности стакана, кроме того, в переходном и входном каналах установлены последовательно не менее двух плоскостных клапанных пар. 3 ил.

Насос для жидкостной хроматографии, 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 пояском, отличающийся тем, что 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.