鸭嘴隔垫

文档序号:789240 发布日期:2021-04-09 浏览:8次 >En<

阅读说明:本技术 鸭嘴隔垫 (Duckbilled spacer ) 是由 C.A.卡里斯尔 M.M.马雷 D.L.琼斯 E.J.海尼 D.S.哈巴德 于 2018-12-17 设计创作,主要内容包括:一种包含鸭嘴阀组件的隔垫包括从隔垫的主体延伸到鸭嘴阀组件的多个弹性体肋。当插入注入端口腔中时,隔垫的主体与腔之间的过盈配合产生的力通过肋传递到鸭嘴阀组件。肋构造成当针穿过鸭嘴阀组件时在铰接点处可逆地塌陷,并且间隔开以帮助将针在鸭嘴阀组件中对中。肋通过降低处于较高入口压力的压缩力的集中来减少鸭嘴阀组件上的磨损,同时保持足够的压缩力以在较低入口压力下关闭鸭嘴阀组件。(A septum containing a duckbill valve assembly includes a plurality of elastomeric ribs extending from a body of the septum to the duckbill valve assembly. When inserted into the injection end mouth, the forces generated by the interference fit between the body of the septum and the cavity are transferred through the ribs to the duckbill valve assembly. The ribs are configured to reversibly collapse at the hinge point as the needle passes through the duckbill valve assembly and are spaced apart to help center the needle in the duckbill valve assembly. The ribs reduce wear on the duckbill valve assembly by reducing the concentration of compressive forces at higher inlet pressures, while maintaining sufficient compressive forces to close the duckbill valve assembly at lower inlet pressures.)

鸭嘴隔垫

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月3日提交的美国临时专利申请序列号No.62/714,231、“DUCKBILL SEPTUM”的优先权,其通过引用并入本文。

技术领域

包含鸭嘴阀组件的隔垫包括从隔垫的主体延伸到鸭嘴阀组件的多个弹性体肋。当插入注入端口腔中时,隔垫的主体与腔之间的过盈配合产生的力通过肋传递到鸭嘴阀组件。肋构造成当针穿过鸭嘴阀组件时在铰接点处可逆地塌陷,并且间隔开以帮助将针在鸭嘴阀组件中对中。肋通过降低处于较高入口压力的压缩力的集中来减少鸭嘴阀组件上的磨损,同时保持足够的压缩力以在较低入口压力下关闭鸭嘴阀组件。

背景技术

气相色谱仪(“GC”:Gas chromatography)是一种广泛使用的具有高灵敏度的分析技术。通常,将液体样品通过弹性体密封件(通常由硅橡胶或其他弹性体制成的“隔垫”)注入热注入端口,在此处样品在惰性气流中蒸发,当气流扫过色谱柱时,组分被分离。用高灵敏度检测器检测从色谱柱上洗脱下来的组分。注入物的惰性和重复性对于维持高水平的检测准确性至关重要。

隔垫的主要目的是密封以防止载气泄漏,从而使样品正确地通过色谱柱洗脱。理想情况下,隔垫必须针对高达数百次注入而用作有效的气密密封,每次注入都需要针刺穿隔垫的厚度。隔垫可能会暴露于从环境温度到接近300℃的温度范围内,并会暴露于高达100psi的气压。隔垫的插入注入端口中的部分所经历的温度和压力可以分别称为入口温度和入口压力。

当前实验室中使用的GC隔垫在很大程度上满足可靠密封的要求,并且基本上遵循单一的基本设计:弹性体材料制成的实心盘或塞子,针刺穿该实心盘或塞子以注入样品。尽管此基本设计确实可以有效地起到密封作用,但迄今为止尚未解决的一个问题是无意将污染颗粒引入GC入口。针反复穿过隔垫会磨损隔垫并使针变粗糙,从而导致颗粒状的隔垫材料和金属细屑从针被刷入入口。隔垫材料在色谱基线上增加了挥发性污染物,其表现为干扰来自样品组分的期望峰的峰,并且隔垫材料和金属细粉均可能充当吸附剂或催化剂,在组分能够被检测到之前而在入口中去除或降解了组分。

在市场上可获得至少一种机械密封件,其通过用模制的鸭嘴阀组件代替实心弹性体盘来显着减少颗粒的产生(美国专利号4,954,149和5,531,810)。对于每次注射,鸭嘴阀组件都会打开,因为钝头或“子弹头”针延伸穿过该组件。移除针后,该组件通过以下的组合闭合:(1)由于针的存在而变形的橡胶鸭嘴阀组件的松弛,(2)在GC入口内部施加再阀组件上的气压,和(3)固定到鸭嘴阀组件的金属弹簧(在美国专利号为4,954,149中)或夹子(在美国专利号5,531,810中)被偏压以迫使组件闭合。闭合组件的第一种机制取决于橡胶的固有弹性。随着橡胶长时间暴露于GC入口内部的升高的温度,橡胶会变硬,因此弹性会随着时间的推移而降低。第二种闭合机制可能不足以充分闭合,尤其是在较低压力下使用机械密封时。较软的橡胶更容易松弛,并且对气压更敏感,但对磨损和硬化也更敏感。较硬的橡胶具有更强的耐磨性,但较不易松弛且对气压的响应较弱。这样,这些参考文献依靠机械弹簧或夹子在抽出针后可靠地闭合鸭嘴阀组件。但是,机械弹簧和夹子必须制造成精确的公差,并正确地附接到隔垫,因为过硬的弹簧或过紧的夹子可能会增加隔垫的磨损,并且过分柔韧或不正确地附接的弹簧或夹子可能无法提供足够的密封性并允许泄漏。此外,在现有技术的机械密封中,机械弹簧和夹子是相对昂贵的部件,并且还增加了产品的复杂性。

美国专利号4,954,149中设想的另一种方法是用一对相对的径向肋来代替金属弹簧以闭合鸭嘴。所述肋由与隔垫的外边缘邻接并垂直于鸭嘴孔口布置的实心材料组成。这种布置增加了在弹性体材料上的磨擦力,其中应力消除的唯一方式是在垂直于缝隙的方向上压缩橡胶。这样,肋的作用类似于使用实心材料塞子,因为两种设计都限制了鸭嘴唇在插入针时沿垂直于缝隙的方向变形。

发明内容

本发明的目的是通过提供新颖的鸭嘴隔垫来减少GC入口中的污染并在低压下提供改进的密封。该鸭嘴隔垫包括从隔垫的主体延伸到鸭嘴阀组件的多个弹性体肋。当插入注入端口腔中时,隔垫的主体与腔之间的过盈配合产生的力通过肋传递到鸭嘴阀组件,从而提供密封力。

提供该概述是为了介绍对一些概念的选择,这些概念在详细描述和此处包含的附图中进一步详细描述。该概述并非旨在标识所要求保护的主题的任何主要或必要特征。所描述的特征中的一些或全部可以存在于相应的独立或从属权利要求中,但是除非在特定权利要求中明确叙述,否则不应解释为限制。本文描述的每个实施例不一定旨在解决本文描述的每个目的,并且每个实施例不必包括所描述的每个特征。根据本文所包含的详细描述和附图,本发明的其他形式、实施例、目的、优点、益处、特征和方面对于本领域技术人员将变得显而易见。此外,在本概述部分以及本申请的其他地方描述的各种装置和方法可以表示为大量不同的组合和子组合。本文考虑了所有这些有用、新颖和创造性的组合和子组合,应认识到这些组合中的每一个的明确表达都是不必要的。

附图说明

参考下面的描述并结合附图,将对本发明有更好的理解。

图1A描绘了鸭嘴隔垫的第一实施例的顶部透视图。

图1B描绘了图1A的隔垫的仰视图。

图1C描绘了图1A的隔垫的侧视图,其相对侧与之相同。

图1D描绘了图1A的隔垫的端视图,其相对端与之相同。

图1E描绘了沿图1C的线E-E的图1A的隔垫的剖视图。

图2A描绘了鸭嘴隔垫的第二实施例的顶部透视图。

图2B描绘了图2A的隔垫的仰视图。

图2C描绘了图2A的隔垫的侧视图,其相对侧与之相同。

图2D描绘了图2A的隔垫的端视图,其相对侧与之相同。

图2E描绘了沿着图2C的线E-E的隔垫的剖视图。

图2F是显示在多次注射之后第二实施例的隔垫的鸭嘴阀组件的内表面的照片。

图2G是显示第二实施例隔垫的仰视图的照片,其中针延伸穿过阀组件。

图3A描绘了鸭嘴隔垫的第三实施例的顶部透视图。

图3B描绘了图3A的隔垫的仰视图。

图3C描绘了图3A的隔垫的底部透视图。

图3D描绘了沿着图3C的线D-D的隔垫的剖视图。

图3E描绘了沿着图3C的线E-E的隔垫的剖视图。

图4是第一实施例隔垫和第三实施例隔垫在1psi,3psi和5psi的压力环境中经受的压缩应力(N/mm2或MPa)的曲线图。

图5是第一实施例隔垫和第三实施例隔垫在20psi,25psi和30psi的压力环境下经受的压缩力(N/mm2或MPa)的曲线图。

图6A描绘了延伸穿过第三方鸭嘴隔垫的针的仰视图。

图6B描绘了图6A中的第三方隔垫的底部侧面透视图。

图6C描绘了图6A中的第三方隔垫的底部端部透视图。

图7是施加到延伸穿过第一实施例鸭嘴隔垫,第二实施例鸭嘴隔垫和第三方鸭嘴隔垫(左图)和第三实施例鸭嘴隔垫(右图)的针上的接触力的示意图。

图8是在针插入时具有模拟弹簧力的第一实施例隔垫(模拟第二实施例的鸭嘴隔垫)(左图)和第三实施例的隔垫(右面板)所经受的冯·米塞斯应力的曲线图。

图9A描绘了鸭嘴隔垫的第四实施例的顶部透视图。

图9B描绘了图9A的隔垫的仰视图。

图9C描绘了图9A的隔垫的底部透视图。

图9D描绘了沿着图9C的线D-D的隔垫的剖视图。

图9E描绘了沿着图9C的线E-E的隔垫的剖视图。

图10是第一实施例的隔垫和第四实施例的隔垫在1psi,3psi和5psi的压力环境中经受的压缩应力(N/mm2或MPa)的曲线图。

图11是第一实施例隔垫和第四实施例隔垫在20psi,25psi和30psi的压力环境下经受的压缩力(N/mm2或MPa)的曲线图。

图12是在针插入时具有模拟弹簧力的第一实施例的隔垫(模拟第二实施例的鸭嘴隔垫)(左图)和第四实施例的隔垫(右图)所经受的冯·米塞斯应力的曲线图。

具体实施方式

为了促进对本发明原理的理解,现在将参考附图中示出的所选实施例,并且将使用特定语言来描述它们。然而,将理解的是,由此并不意图限制本发明的范围;如本发明所属领域的技术人员通常会想到的,所描述或图示的实施例的任何改变和进一步的修改,以及如本文所图示的本发明的原理的任何进一步的应用都是可以预期的。尽管对本领域技术人员显而易见的是,为了清楚起见可能未示出一些特征或特征的某些组合,但是详细示出了本发明的至少一个实施例。

除非另有说明,否则本文中对“发明”的任何引用均是对一系列发明的实施例的引用,没有单个实施例包括所有实施例中都必须包括的特征。此外,尽管可能引用了本发明的一些实施例提供的“优点”,但是其他实施例可能不包括那些相同的优点,或者可以包括不同的优点。本文描述的任何优点都不应解释为限制任何权利要求。

特定量(空间尺寸,无量纲参数等)可在本文中明确或隐含使用,除非另有说明,否则这些特定量仅作为示例提供,并且为近似值。除非另有说明,否则关于特定物质组成的讨论(如果存在)仅作为示例提供,并且不限制其他物质组成,尤其是具有类似特性的其他物质的适用性。本文中使用的术语顶部和底部是指附图中所示的隔垫的方向,并且是指插入隔垫的顶部、穿过隔垫并从底部露出的针的运动。应当理解,隔垫可以以各种取向安装在配件上,使得插入点“顶部”可以侧向、成角度或上下颠倒地取向。

参照图1A-1E,鸭嘴隔垫10的第一实施例分两部分形成以便于制造。第一部分12具有轴向对称性,并且大体是圆柱形的,具有顶端14、底端16、在顶端14和底端16之间延伸的侧面18、第一直径20以及基本垂直于第一直径20延伸的轴线22。中心孔24沿着轴线22延伸。第一部分12还包括从侧面18延伸的凸缘28,凸缘28具有大于第一直径20的第二直径30。在一些实施例中,中心孔24包括沿孔24的长度的至少一个收缩部26,也称为“擦拭器”。当针插入穿过孔24时,这些收缩部26起到密封作用,并在机械上防止灰尘穿过孔24,从而在针依次通过每个收缩部26时从针上擦去灰尘。

鸭嘴隔垫10的第二部分32具有双向对称性,并且大体是圆柱形的,其具有顶端34、底端36、在顶端34和底端36之间延伸的侧面38以及从底端36向下延伸的鸭嘴阀组件40。第二部分32的上部部分42具有第一直径44,第二部分32的下部部分46具有第二直径48,第一直径44大于第二直径48。轴线22基本垂直于第一直径44和第二直径48延伸穿过第二部分32。第二部分32包括凹部50,凹部50的尺寸和形状设计成容纳第一部分12的凸缘28和底端16。凸缘28和凹部50之间的摩擦配合将第一部分12部分地保持在第二部分32内。鸭嘴阀组件40包括狭缝52,使得针可延伸到第一部分12的顶端14中,穿过中心孔24,进入凹部50,并穿过鸭嘴阀组件40,从狭缝52伸出。鸭嘴阀组件40进一步包括一对相对的侧面54和一个环绕的凹口56。

在没有机械弹簧或其他机构来帮助闭合鸭嘴阀组件40的情况下,发现鸭嘴隔垫10的第一实施例具有不希望的泄漏。如表1所示,鸭嘴隔垫10在承受仅1psi压力时立即泄漏,在承受5psi压力时在约300次注射后泄漏,并在承受3psi压力时最初泄漏和/或在40次注射后泄漏(测试在3psi下一式两份运行)。在发生重大泄漏之前,隔垫最好应进行至少一千次注射。

表格1:第一实施例鸭嘴隔垫的泄漏率—条件:1psi-5psi,入口275℃,螺母拧紧1/4圈经过第一次接触,23号锥尖针,注入甲醇。使用提供泄漏率(以毫升每分钟为单位)的流量计和电子泄漏检测器(泄漏率增加时显示0至最多7个灯)测量泄漏率。

参照图2A-2E,鸭嘴隔垫110的第二实施例与第一实施例10相同,但是还包括机械弹簧158。弹簧158部分地位于凹口56内,环绕鸭嘴阀组件,并且包括一对臂160,该一对臂160接触鸭嘴阀组件40的相对侧54,施加偏压鸭嘴阀组件40闭合的力。弹簧158优选地在鸭嘴阀组件40的任一侧上施加基本相等且相反的力,以将针保持在阀组件40的中心。弹簧158优选地被设计成在没有针时施加足够的力以可靠地闭合阀组件40,但是随着针插入和拔出,过大的力增加了橡胶鸭嘴阀组件40的磨损。图2F示出了该第二实施例的鸭嘴阀组件40的内部,以及由于以过大的闭合力重复地通过弹簧进行注射而引起的磨损。从阀组件上磨掉的材料可能会导致GC中的颗粒污染物和/或可能阻止鸭嘴阀组件的适当密封,从而导致泄漏。图2G示出了由于弹簧158提供非对称闭合力而使针162从第二实施例的鸭嘴隔垫110的狭缝偏心地伸出。除了这些问题之外,弹簧158的安装失误还可能导致隔垫110加速磨损或弹簧158的机械故障。

参照图3A-1E,鸭嘴隔垫210的第一实施例分两部分形成以便于制造。该第三实施例中的第一部分12与第一实施例10和第二实施例110中的第一部分12基本相同。如同其他设计,该第一部分12具有轴向对称性,并且大体是圆柱形的,具有顶端14、底端16、在顶端14和底端16之间延伸的侧面18、第一直径20以及在顶端14与底端16之间基本垂直于第一直径20延伸的轴线222。中心孔24沿着轴线222延伸。在一些实施例中,中心孔24包括沿孔24的长度的至少一个收缩部26。第一部分12还包括从侧面18延伸的凸缘28,凸缘28具有大于第一直径20的第二直径30。

鸭嘴隔垫210的第二部分232具有双向对称性,并且大体是圆柱形的,其具有顶端234、底端236、在顶端34和底端234之间延伸的侧面238。第二部分232的上部部分242具有第一直径244,第二部分232的下部部分246具有第二直径248,第一直径244大于第二直径248。在一些实施例中,第二直径248为大约5.38mm,当插入到标准尺寸的GC注入端口中时,这导致大约0.075mm的过盈配合。在一些实施例中,上部部分242的第一直径244为大约8.50mm。在某些实施例中,上部部分242具有大约1.5mm的高度,而下部部分246具有大约3.94mm的高度。在其他实施例中,隔垫210与GC注入端口之间的过盈配合可以通过其他方式来实现,例如内部护套、在GC注入端口中由隔垫210的垂直压缩产生的径向力或在本领域中已知的其他方式或机构。

轴线基本垂直于第一直径244和第二直径248延伸穿过第二部分232。第二部分232的顶端234包括凹部250,凹部250的尺寸和形状设计成容纳第一部分12的凸缘28和底端16。凸缘28和凹部250之间的摩擦配合将第一部分12部分地保持在第二部分232内。在其他实施例中,第一部分12和第二部分232可以经粘合剂、化学结合或本领域已知的其他方式接合。当接合时,第一部分12和第二部分232统称为隔垫的主体。

第二部分232的底端236包括由大致圆柱形的下部部分246限定的腔264。鸭嘴阀组件240位于腔264内。如图3C、3D和3E所示,鸭嘴阀组件240从底端236凹入约0.28mm,以避免鸭嘴阀组件240和GC入口之间的接触。鸭嘴阀组件240包括狭缝252,使得针可延伸到第一部分12的顶端14中,穿过中心孔24,从一部分12的底端16出来,进入凹部250,并穿过鸭嘴阀组件240,从狭缝252伸出。多个肋266从鸭嘴阀组件240延伸到腔264的内壁268。在所描绘的实施例中,两个肋266从鸭嘴阀组件240的每个侧面254延伸,每个肋在轴线222的任一侧上间隔开。

在使用时,至少将隔垫210的下部部分246定位在GC注入端口腔内。隔垫210和注射端口腔之间的预定过盈配合产生压缩力,该压缩力从侧面238通过肋266传递到鸭嘴阀组件240的相对侧面254。在一些实施例中,鸭嘴阀组件240的内部密封表面270上的大于约0.5MPa的压力提供了足够的密封,但是大于约2.5MPa的压力倾向于在重复注射时增加鸭嘴阀组件240的磨损。在其他实施例中,在隔垫210中使用较硬或较软的弹性体材料,较高或较低的压力可能足以提供足够的密封或可能导致磨损增加。肋266的几何形状的改变也可以被改变以增强在低压下的密封或在针插入和缩回期间(特别是在更高的压力下)使磨损最小化。

如在图3B和3C中最容易看到的,肋266的几何形状使鸭嘴阀组件240能够在针的移位过程中利用多种松弛模式,特别是压缩、弯曲和拉伸。当插入针时,沿每个肋骨的轴线产生压缩,从而减轻了一些应力,否则应力会导致不希望的磨损。此外,每个肋266包括固定到鸭嘴阀组件240的相对较薄部分267和固定到内壁268的相对较厚部分269,该较薄部分267和较厚部分269以不平行的角度布置,从而形成沿肋266的长度的几何铰接点271。在一些实施例中,较薄部分267的宽度为约0.375mm,而较厚部分269的宽度从其与较薄部分267接触时的约0.375mm增加到其与内壁268接触时的约0.98mm。在针穿过鸭嘴阀组件240插入时,较薄部分267可能会偏斜,使得肋围绕铰接点271弯曲。这些特征一起允许肋266偏转,从而在针插入通过鸭嘴阀组件240时容纳针。最后,沿着鸭嘴阀组件240的每个侧面254可达到拉伸松弛,这是因为材料可在垂直于狭缝252的方向上偏转进入肋266之间的可用空间以容纳针的圆周。由于这个原因,隔垫210包括在鸭嘴阀组件240的任一侧254上间隔开的两个肋266。在其他实施例中,隔垫210可在每侧254上包括附加或更少的肋,或者可利用能够弯曲的弯曲肋。

弹性体肋266还可在较高的操作压力下减小磨损的影响,因为肋减小了暴露于GC入口内部压力下的有效鸭嘴表面积。减少磨损的影响明显的范围是在约3psi至约100psi的操作压力之间。此外,肋266与针的角度允许密封表面270与针之间的额外接触区域,从而将压缩力集中度从两点减少到四点。在较高压力下鸭嘴阀组件240上的压缩力的减小因此导致密封表面270上的磨损减小。而且,肋266相对于针的角度提供了额外的定心,这是因为针由四个点支撑,而不是如先前设计那样仅由两个点支撑。在所描绘的实施例中,每个肋266的较薄部分267相对于狭缝252以大约67.5度的角度定向。在其他实施例中,取决于隔垫210的期望特性,该角度可以不垂直于狭缝(即,不是90度),在5度与85度之间,或者在30度与75度之间。例如,较高的角度可以更有效地将压缩力传递给鸭嘴阀组件,并且更适合于在用于操作压力较低的GC的隔垫中使用,而较低的角度可能更适合于在用于操作压力较高的GC的隔垫中使用。

实验证据表明,鸭嘴隔垫的第三实施例在闭合鸭嘴阀组件方面表现出比第一实施例(缺少用以促进闭合的弹簧或肋)更好的性能。现在参考图4,使用有限元分析来验证过盈配合概念在低压时的密封的有效性。分析显示了鸭嘴密封唇的俯视图,与鸭嘴隔垫的第一实施例和第三实施例相比,描绘了在密封表面方向上的压缩应力。不受理论的束缚,假定作用在密封表面上的压缩应力越高,则在低操作压力下密封性能应越好。在这些结果中,白色表示基本上没有压缩应力,而深色表示更高的压缩应力。结果表明,第三实施例的鸭嘴隔垫在1psi时提供的鸭嘴唇的压缩应力大于第一实施例的鸭嘴隔垫10在5psi时获得的压缩应力。

现在参照图5,与第一实施例相比,有限元分析显示了鸭嘴隔垫的第三实施例在密封表面方向上的压缩应力的减小。分析显示了鸭嘴密封唇的俯视图,与鸭嘴隔垫的第一实施例和第三实施例相比,描绘了在密封表面方向上的压缩应力。在这些结果中,白色表示基本上没有压缩应力,而深色表示更高的压缩应力。结果表明,鸭嘴隔垫的第三实施例被计算为在30psi时提供与鸭嘴隔垫的第一实施例在20psi时相似的压缩应力。在这些较高的压力下,优选较低的压缩应力以减少磨损。

当针插入组件时,鸭嘴阀组件会在针周围变形。图6A、图6B和图6C示出了第三方鸭嘴隔垫310围绕针362变形以产生凸出的“菱形”形状。这种变形是基于在狭缝352的相对侧上针362和隔垫310之间的两个接触点。力的这种布置在图7中的作图中示意性地示出。相比之下,如图7的右图所示,鸭嘴隔垫的第三实施例在对应于肋的位置的四个接触点周围变形。

有限元分析显示,在针插入每个隔垫中时,与第三实施例鸭嘴隔垫相比,假设施加的弹簧力为0.15N(模拟弹簧的作用,如第二实施例鸭嘴隔垫),第一实施例鸭嘴隔垫的冯·米塞斯应力降低了。图8示出了描述冯·米塞斯应力的相应隔垫的底视图。在这些结果中,白色表示基本上没有冯·米塞斯应力,而深色则表明有更多的冯·米塞斯应力。如图所示,第三实施例的鸭嘴隔垫不仅具有较低的冯·米塞斯应力集中,而且由于增加的接触点而具有更好的针定心。

参照图9A-9E,鸭嘴隔垫310的第四实施例分两部分形成以便于制造。该第四实施例中的第一部分312整体类似于第一、第二和第三实施例10、110、210中的第一部分12,但是包括在凸缘328上方的缩短的上部部分。如同其他设计,该第一部分312具有轴向对称性,并且大体是圆柱形的,具有顶端314、底端316、在顶端314和底端316之间延伸的侧面318、第一直径320以及在顶端314与底端316之间基本垂直于第一直径320延伸的轴线322。中心孔324沿着轴线322延伸。在一些实施例中,中心孔324包括沿孔324的长度的至少一个收缩部326,也称为“擦拭器”。当针插入穿过孔324时,这些收缩部326起到密封作用,并在机械上防止灰尘穿过孔324,从而在针依次通过每个收缩部326时从针上擦去灰尘。第一部分312还包括从侧面318延伸的凸缘328,凸缘328具有大于第一直径320的第二直径330。

鸭嘴隔垫310的第二部分332具有双向对称性,并且大体是圆柱形的,其具有顶端334、底端336、在顶端34和底端334之间延伸的侧面338。第二部分332的上部部分342具有第一直径344,第二部分332的下部部分346具有第二直径348,第一直径344大于第二直径348。在一些实施例中,第二直径348为大约10.35mm,当插入到标准尺寸的GC注入端口中时,这导致大约0.145mm的过盈配合。在一些实施例中,上部部分342的第一直径344为大约11.72mm。在某些实施例中,上部部分342具有大约1.75mm的高度,而下部部分346具有大约2.9mm的高度。在其他实施例中,隔垫310与GC注入端口之间的过盈配合可以通过其他方式来实现,例如内部护套、在GC注入端口中由隔垫310的垂直压缩产生的径向力或在本领域中已知的其他方式或机构。

轴线基本垂直于第一直径344和第二直径348延伸穿过第二部分332。第二部分332的顶端334包括凹部350,凹部250的尺寸和形状设计成容纳第一部分312的凸缘328和底端316。凸缘328和凹部350之间的摩擦配合将第一部分312部分地保持在第二部分332内。在其他实施例中,第一部分312和第二部分332可以经粘合剂、化学结合或本领域已知的其他方式接合。当接合时,第一部分312和第二部分332统称为隔垫的主体。

第二部分332的底端336包括由大致圆柱形的下部部分346限定的腔364。鸭嘴阀组件340位于腔364内。如图9C、9D和9E所示,鸭嘴阀组件340从底端336凹入约0.55mm,以避免鸭嘴阀组件340和GC入口之间的接触。鸭嘴阀组件340包括狭缝352,使得针可延伸到第一部分312的顶端314中,穿过中心孔24,从底部组件340出来,从狭缝352伸出。

多个肋366从鸭嘴阀组件340延伸到腔364的内壁368。在所描绘的实施例中,两个肋366从鸭嘴阀组件340的每个侧面354延伸,每个肋在轴线322的任一侧上间隔开。

在使用时,至少将隔垫310的下部部分346定位在GC注入端口腔内。隔垫310和注射端口腔之间的预定过盈配合产生压缩力,该压缩力从侧面338通过肋366传递到鸭嘴阀组件340的相对侧面354。如结合第三实施例隔垫210所指出的,鸭嘴阀组件340的内部密封表面370上的大于约0.5MPa的压力提供了足够的密封,但是大于约2.5MPa的压力倾向于在重复注射时增加鸭嘴阀组件340的磨损。在其他实施例中,在隔垫310中使用较硬或较软的弹性体材料,较高或较低的压力可能足以提供足够的密封或可能导致磨损增加。肋366的几何形状的改变也可以被改变以增强在低压下的密封或在针插入和缩回期间(特别是在更高的压力下)使磨损最小化。

如在图9B和9C中最容易看到的,肋366的几何形状使鸭嘴阀组件340能够在针的移位过程中利用多种松弛模式,特别是压缩、弯曲和拉伸,如上文结合第三实施例隔垫310所述的那样。当插入针时,沿每个肋骨的轴线产生压缩,从而减轻了一些应力,否则应力会导致不希望的磨损。每个肋366包括固定到鸭嘴阀组件340的相对较薄部分367和固定到内壁368的相对较厚部分369,该较薄部分367和较厚部分369以不平行的角度布置,从而形成沿肋366的长度的几何铰接点371。在一些实施例中,较薄部分367的宽度为约0.375mm,而较厚部分369的宽度从其与较薄部分367接触时的约0.375mm增加到其与内壁368接触时的约2.11mm。在针穿过鸭嘴阀组件340插入时,较薄部分367可能会偏斜,使得肋围绕铰接点371弯曲。这些特征一起允许肋366偏转,从而在针插入通过鸭嘴阀组件340时容纳针。最后,沿着鸭嘴阀组件340的每个侧面354可达到拉伸松弛,这是因为材料可在垂直于狭缝352的方向上偏转进入肋366之间的可用空间以容纳针的圆周。由于这个原因,隔垫310包括在鸭嘴阀组件340的任一侧354上间隔开的两个肋366。在其他实施例中,隔垫310可在每侧354上包括附加或更少的肋,或者可利用能够弯曲的弯曲肋。

弹性体肋366还可在较高的操作压力下减小磨损的影响,因为肋减小了暴露于GC入口内部的压力的有效鸭嘴表面积。减少磨损的影响明显的范围是在约3psi至约100psi的操作压力之间。此外,肋366与针的角度允许密封表面370与针之间的额外接触区域,从而将压缩力集中度从两点减少到四点。在较高压力下鸭嘴阀组件340上的压缩力的减小因此导致密封表面370上的磨损减小。而且,肋366相对于针的角度提供了额外的定心,这是因为针由四个点支撑,而不是如先前设计那样仅由两个点支撑。在所描绘的实施例中,每个肋366的较薄部分367相对于狭缝352以大约60度的角度定向。在其他实施例中,取决于隔垫310的期望特性,该角度可以不垂直于狭缝(即,不是90度),在5度与85度之间,或者在30度与75度之间。例如,较高的角度可以更有效地将压缩力传递给鸭嘴阀组件,并且更适合于在用于操作压力较低的GC的隔垫中使用,而较低的角度可能更适合于在用于操作压力较高的GC的隔垫中使用。

实验证据表明,鸭嘴隔垫的第四实施例在闭合鸭嘴阀组件方面表现出比第一实施例(缺少用以促进闭合的弹簧或肋)更好的性能。现在参考图10,使用有限元分析来验证过盈配合概念在低压时的密封的有效性。与鸭嘴隔垫的第一实施例和第四实施例相比,分析显示了描绘沿密封表面的方向的压缩应力的鸭嘴密封唇的俯视图。不受理论的束缚,假定作用在密封表面上的压缩应力越高,则在低操作压力下密封性能应越好。在这些结果中,白色表示基本上没有压缩应力,而深色表示更高的压缩应力。结果表明,第四实施例的鸭嘴隔垫在1psi下提供的鸭嘴唇的压缩应力大于第一实施方式的鸭嘴隔垫10在5psi时获得的压缩应力。

现在参照图11,与第一实施例相比,有限元分析显示了鸭嘴隔垫的第四实施例在密封表面方向上的压缩应力的减小。与鸭嘴隔垫的第一实施例和第四实施例相比,分析显示了描绘沿密封表面的方向的压缩应力的鸭嘴密封唇的俯视图。在这些结果中,白色表示基本上没有压缩应力,而深色表示更高的压缩应力。结果表明,鸭嘴隔垫的第四实施例被计算为在30psi时提供与鸭嘴隔垫的第一实施例在20psi时相似的压缩应力。在这些较高的压力下,优选较低的压缩应力以减少磨损。

有限元分析显示,在针插入每个隔垫中时,与第四实施例鸭嘴隔垫相比,假设施加的弹簧力为0.15N(模拟弹簧的作用,如第二实施例鸭嘴隔垫),第一实施例鸭嘴隔垫的冯·米塞斯应力降低了。图12示出了描述冯·米塞斯应力的相应隔垫的底视图。在这些结果中,白色表示基本上没有冯·米塞斯应力,而深色则表明有更多的冯·米塞斯应力。如图所示,第四实施例的鸭嘴隔垫不仅具有较低的冯·米塞斯应力集中,而且由于增加的接触点而具有更好的针定心。

如对本领域技术人员而言,在回顾了本公开之后将显而易见的是,对肋厚度、肋几何形状或过盈配合的修改将允许鸭嘴阀组件240、340接受各种规格的钝头/子弹头针类型以及调整所需的性能特征,例如可操作的压力范围和磨损率(通过调整闭合力)。本文公开的隔垫210、310的第三和第四实施例的形状和尺寸设计成适配两种常见类型的GC入口。应该理解的是,可以使用其他实施例或所公开实施例的修改来适配其他尺寸的GC入口。此外,测试表明,肋接合的面积比在1.0625至3.50的范围内,在隔垫210、310的第三和第四实施例中提供了较好的性能水平。肋接合的面积比定义为接合腔264、364的内壁268、368的肋266、366的表面积除以接合鸭嘴阀组件240、340的肋266、366的表面积。

在段落X1,X2和X3中表示本公开的不同实施例的各个方面,如下所述:

X1:本公开的一个实施例包括一种隔垫,所述隔垫包括:由弹性的弹性体材料形成的主体,所述主体包括中心轴线;所述主体中的腔,所述腔包括内壁;所述腔中的鸭嘴阀组件;以及从所述鸭嘴阀组件延伸到所述内壁的多个肋。

X2:本公开的另一个实施例包括一种使用气相色谱法隔垫的方法,所述方法包括:提供具有由弹性的弹性体材料形成的主体的隔垫,所述主体具有:顶端;底端;以及在所述顶端与所述底端之间延伸的至少一个侧面;所述底端中的腔,所述腔包括内壁;所述腔中的鸭嘴阀组件,所述鸭嘴阀组件包括狭缝;以及从所述鸭嘴阀组件延伸到所述内壁的多个肋,其中所述多个肋中的每个从所述鸭嘴阀组件相对于所述狭缝以非垂直角度延伸;并将所述底端插入GC注入端口中,其中GC注入端口和主体之间的过盈配合向侧面施加压缩力,所述压缩力通过肋传递到所述鸭嘴阀组件。

X3:本公开的另一实施例包括一种使用气相色谱法隔垫的方法,所述方法包括:提供具有由弹性体材料形成的主体的隔垫,所述主体具有:顶端;底端;以及在所述顶端与所述底端之间延伸的至少一个侧面;所述底端中的腔,所述腔包括内壁;所述腔中的鸭嘴阀组件;以及从所述鸭嘴阀组件延伸到所述内壁的多个肋,其中从所述鸭嘴阀组件延伸的所述多个肋中的每个包括铰接点;并将所述底端插入GC注入端口中,其中GC注入端口和主体之间的过盈配合向侧面施加压缩力,所述压缩力通过肋传递到所述鸭嘴阀组件。

其他实施例包括与以下方面中的一个或多个相结合的、在前述段落X1、X2或X3中的任何一个中描述的特征:

其中,鸭嘴阀组件在腔中从底端凹入。

其中,主体包括第一部分和第二部分,该第一部分具有顶端、底端、在顶端和底端之间延伸的侧面以及从侧面延伸的凸缘,第二部分具有顶端、底端、在顶端和底端之间延伸的侧面以及顶端中的凹部,该凹部的尺寸和形状设计成可容纳第一部分的凸缘和底端。

其中,腔位于第二部分的底端。

其中,鸭嘴阀组件从第二部分的底端在腔内凹入。

其中,第一部分包括沿中心轴线延伸的中心孔。

其中,中心孔包括至少一个收缩部。

其中,鸭嘴阀组件包括狭缝,并且其中隔垫被构造为使得针可顺序插入到第一部分的顶端中,穿过中心孔、第一部分的底端、凹部和鸭嘴阀组件,从狭缝伸出。

其中,所述鸭嘴阀组件包括狭缝,并且其中所述隔垫被构造成使得针可以沿着所述中心轴线顺序插入第一部分的底端,穿过中心孔、所述第一部分的底端、凹部和鸭嘴阀组件,从狭缝伸出。

其中,第二部分大体是圆柱形的,并且包括具有第一直径的上部部分和具有第二直径的下部部分,第一直径大于第二直径,并且其中第二直径的尺寸设置成至少部分地适配在气相色谱仪注入端口内。

其中,所述多个肋中的每一个包括铰接点。

其中,所述多个肋中的每一个包括附接到鸭嘴阀组件的较薄部分和附接到内壁的较厚部分。

其中,所述多个肋中的每个肋的肋接合的面积比在1.0625至3.50的范围内。

其中,鸭嘴阀组件包括一对相对的侧面且包括狭缝,并且其中至少一个肋从鸭嘴阀组件的每个侧面相对于狭缝以非垂直的角度延伸。

其中,角度在5度至85度范围内。

其中,角度在30度至75度范围内。

其中,至少两个肋从鸭嘴阀组件的每个侧面延伸,这些肋彼此间隔开。

还包括将针插入隔垫的顶端并穿过鸭嘴阀组件,该针从狭缝伸出,其中,在所述插入过程中,所述多个肋中的每个围绕每个肋中的铰接点弯曲。

还包括将针插入隔垫的顶端并穿过鸭嘴阀组件,其中,在所述插入期间,所述多个肋中的每个围绕每个肋中的铰接点弯曲。

给出前述详细描述主要是为了清楚理解,并且因此不应理解为不必要的限制,因为本领域技术人员在阅读本公开后可以进行修改,并且可以在不脱离本发明的精神的情况下进行修改。尽管在此说明了特定的空间尺寸,但是这些特定的数量仅作为示例给出。如果在本文中使用参考系统,则参考系统通常指的是各种方向(例如,顶部,底部,上部,下部,向前,向后,向左,向右等),其仅用于帮助读者理解本公开的各个实施例,而不应被解释为限制性的。其他参考系统可以用于描述各种实施例。

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