具有节流能力的超高压紧凑型阀的制作方法

本申请要求申请日为2015年9月11日提交的、名称为具有节流能力的超高压紧凑型阀的美国临时专利申请62/217，634的优先权，出于种种目的在此其全部内容引入参考。

技术领域

本发明涉及一种紧凑型高压阀内的高压流体流动的控制，其中所述的流体流动需要被停止、启动或调整。

背景技术：

在科学和工业的许多领域中高压(例如，大于20,000磅/平方英寸)应用日益增长。对于许多应用来说停止和启动流动的需求是基本的控制要求。这些应用可涉及处于毫升/分钟或加仑/秒的流动。高压开关阀通常是迫使销进入孔以停止流动的装置。一种简单的阀的例子将是一手动地操作阀1000，其中螺钉1010被旋转以驱动销1020进入孔(座)1030以停止流动，如图1所示。

为了远程地操作阀，销上的力通常由和销对准的致动器产生。各种的商业高压阀使用弹簧、空气和液压动力发生器的组合。阀的机械弹簧和气压(空气)的压力控制是常见的。典型的阀可以使用弹簧来关闭阀和空气压力来对抗弹簧力的作用以打开阀。

关闭阀所需要的力正比于座内销的横截面。例如100,000磅/平方英寸处的0.100英寸的座/销接触直径将需要至少785磅的闭合力。与90磅/平方英寸的普通空气压力供给一起工作，将需要至少3.5英寸内径的气动活塞。摩擦因子分解和安全系数，可以选择直径至少为4至5英寸的气动活塞。对于许多过程，这样的物理的大型阀是不切实际的。此外，一些机器人应用需要紧凑型阀的使用由于空间限制。台式设备需要紧凑型阀其可安装在仪器柜内部。

为了克服气动活塞的尺寸问题，更高压力的液压(例如2000磅/平方英寸)流体可被使用。然而，这增加了更多的复杂的设备(液压泵和液压控制阀)和涉及杂乱的液压流体。这种方法也不适合于小规模应用的台式因为液压动力通常不方便。

需要一种紧凑型高压阀系统，其结构较小并且通过处于低的力的致动器操作，及优选地通过小的直接电控致动器操作。

此外，新的高压应用正在开发中，其需要超过了开-关功能。在恒定的流动速率或恒定的压力条件下这些应用需要流动的精确控制。

例如，在高性能液相色谱(HPLC)系统中所使用的固定转速曲轴箱泵将代表输送恒定流动速率的恒定排量泵。此泵将提供恒定流量从零压力直到泵的设计压力极限。所获得的压力取决于限制区进入泵的流动路径。其他恒定流动速率泵包括由排量式均化器驱动的机械式曲轴。这些泵中的一些能够以多达40,000磅/平方英寸的压力驱动流动。

不同的泵型是增压泵。增压泵输出恒定的压力，而不是流动速率。它将提供恒定压力从没有流量直到泵的设计流量极限。例如，基于均化器的气动增压器是一恒定的压力泵。

技术实现要素：

本发明的一个方面涉及一种高压阀，其包括壳体，所述壳体具有腔室，被配置为允许流体从中流过的第一端口，被配置为允许流体从中流过的第二端口，所述腔室提供所述第一端口和第二端口之间的流体连通；在腔室内在打开位置和闭合位置之间可移动的销，其中所述第一端口和第二端口在打开位置处于流体连通，在闭合位置不处于流体连通；具有联接到所述销的第一端部和第二端部的杆，所述杆具有可枢转地固定到壳体的枢转点；连接到所述杆的第二端部和被配置为在所述打开位置和所述闭合位置之间移动所述销的可变力发生器；和联接到所述可变力发生器的控制器，所述控制器被配置为调整由可变力发生器施加到杆的第二端部上的力，以控制所述销在所述打开位置和所述闭合位置之间的移动。

在一些实施方案中，所述销被偏置到打开位置，和所述可变力发生器被配置成使在杆的第一端部产生的力足以将所述销移动到所述闭合位置。

在一些实施方案中，所述销通过空气压力和弹簧中的一个被偏置到所述打开位置。

在一些实施方案中，第一传感器被配置以感应所述第一端口的第一压力，和第二传感器被配置以感应所述第二端口的第二压力，所述控制器被配置成基于所述第一压力和所述第二压力之间的差来调整力。

在一些实施方案中，所述的高压阀进一步包括固定到所述壳体的座，其中所述销被配置为接合所述座以调整所述第一端口和所述第二端口之间的流体连通，当所述的销处于所述闭合位置时所述座被配置成密封地接合所述的销。

在一些实施方案中，所述可变力发生器是由外部控制的空气压力作用于其上的气动活塞。

在一些实施方案中，所述可变力发生器是机电的装置。

在一些实施方案中，所述机电的装置是音圈致动器和步进电机中的一个。

在一些实施方案中，所述销接合陶瓷球，当销处于所述闭合位置时，所述陶瓷球被配置成密封地接合固定到所述壳体的座。

在一些实施方案中，所述高压阀被配置为以如腔室内所测量的至少20,000磅/平方英寸的压力操作。

在一些实施方案中，所述枢转点被置于离所述杆的第一端部比离所述杆的第二端部更近。

在一些实施方案中，所述杆被配置成使得在所述杆的第一端部上的力至少是由所述可变力发生器施加到所述杆的第二端部上的力的五倍。

本发明的另一个方面涉及一种高压阀，其包括具有腔室和被配置为允许流体从中流过的第一端口的第一壳体；具有被配置为允许流体从中流过的第二端口的第二壳体；在第一壳体的腔室内在打开位置和闭合位置之间可移动的销，其中所述第一端口和第二端口在打开位置处于流体连通，在闭合位置不处于流体连通；具有杆的第三壳体，所述杆具有联接到销的第一端部和第二端部，所述杆具有可枢转地固定到第三壳体的枢转点；所述第一壳体，所述第二壳体和所述第三壳体可固定在一起；连接到所述杆的第二端部和被配置为在所述打开位置和所述闭合位置之间移动销的可变力发生器；和联接到所述可变力发生器的控制器，所述控制器被配置为调整由可变力发生器施加到杆的第二端上的力，以控制销在所述打开位置和所述闭合位置之间的移动。

在一些实施方案中，所述销被偏置到打开位置，和所述可变力发生器被配置成使在杆的第一端部产生的力足以将所述销移动到所述闭合位置。

在一些实施方案中，所述销通过空气压力和弹簧中的一个被偏置到所述打开位置。

在一些实施方案中，所述的高压阀进一步包括被配置以感应所述第一端口的第一压力的第一传感器，和被配置以感应所述第二端口的第二压力的第二传感器，所述控制器被配置成基于所述第一压力和所述第二压力之间的差来调整力。

在一些实施方案中，所述的高压阀进一步包括固定到所述第二壳体的座，其中所述销被配置为接合所述座以调整所述第一端口和所述第二端口之间的流体连通，当所述销处于所述闭合位置时所述座被配置成密封地接合所述的销。

在一些实施方案中，所述可变力发生器是由外部控制的空气压力作用于其上的气动活塞。

在一些实施方案中，所述可变力发生器是机电的装置。

在一些实施方案中，所述机电的装置是音圈致动器和步进电机中的一个。

在一些实施方案中，所述销接合陶瓷球，当所述销处于所述闭合位置时，所述陶瓷球被配置成密封地接合固定到所述壳体的座。

在一些实施方案中，所述高压阀被配置为以如腔室内所测量的至少20,000磅/平方英寸的压力操作。

在一些实施方案中，所述枢转点被置于离所述杆的第一端部比离所述杆的第二端部更近。

在一些实施方案中，所述杆被配置成使得在所述杆的第一端部上的力至少是由可变力发生器施加到所述杆的第二端部上的力的五倍。

附图说明

附图不旨在按比例绘制。在附图中，在不同的图中示出的每个相同的或几乎相同的部件由同样的数字表示。为了清楚的目的，在每个附图中不是每个部件都被标记。在附图中：

图1是手动地操作阀的横截面视图；

图2是显示模块化阀门设计的本发明的一个实施方案的超高压紧凑型阀的透视图；

图3是图2所示的阀的横截面视图；

图4是本发明的另一个实施方案的超高压紧凑型阀的透视图，其使用音圈致动器操作；

图5是图4所示的阀的横截面视图；

图6是本发明的另一个实施方案的超高压紧凑型阀的透视图，其使用步进电机操作，和使用位移传感器监测；

图7是图2所示的阀的分解透视图；

图8是控制系统的框图；

图9是节流组件的一个实施方案的另一横截面视图；

图10是节流组件的另一个实施方案的另一横截面视图；

图11是节流组件的另一个实施方案的横截面视图；

图12A是节流组件的插入件的一个实施方案的横截面视图；和

图12B是图12A的实施方案的横截面视图。

具体实施方式

本发明涉及一种紧凑型超高压阀的设计，其中操作压力大于20,000磅/平方英寸和其中液体流动需要被停止、启动或控制在限定的压差以产生高的液体剪切应力。高的液体剪切应力通常用于消散压力能，均化，混合，破碎液体悬浮物，或在液体中产生快速温度升高。

更具体地，本发明涉及一种利用杆以减少操作该阀所需的力发生器的紧凑型阀的设计。

本发明包括包含具有至少五比一的力倍增器效果的杆放大力发生器。放大的力允许阀使用较少的致动力以较高的阀压力操作。这意味着对于气动地操作阀，将需要更小的直径的气动活塞。由于气动活塞是最大的物理组件，这是阀的尺寸重要的简化。

本发明的阀的模块化结构允许要安装的组件进行不同组合来实现不同的阀功能。例如阀组件能够被严格地安装用于开-关应用或用于控制的流量操作。

对于恒定的流动速率和恒定的压力类型的两种泵，本发明提供了一种能够以有限压差动态地建立打开流动、停止流动以及控制流动的阀。在恒定的压力泵系统中，在达到最大泵功率之前该阀允许最大的可能的流动速率。在恒定的流动速率泵系统中，在达到最大泵功率之前该阀允许最大的可能的压力。

图2示出了本发明实施例的高压阀组件，整体上以100表示。阀组件100包括第一壳体40，第二壳体50和第三壳体30。第三壳体30包含内部的气缸和安装位置，包括用于杆2的枢转支撑。第三壳体30被连接到高压包含的壳体(第一壳体40和第二壳体50)。第一壳体40和第二壳体50也可以被称为阀组件100的高压部分。第一壳体40，第二壳体50和第三壳体30被固定在一起，如在此进一步详细讨论，以形成高压阀组件100。

图3示出了第一壳体40具有腔室41和第一端口(或第一压盖)42，该第一端口42与腔室41流体连通，从而允许流体通过第一端口42流到腔室41中。第二壳体50具有第二端口(或第二压盖)54，当阀组件100打开时，其被配置成允许流体从腔室41流出和通过第二端口54。为了选择性地打开和关闭阀组件100，在第一壳体40的腔室41内在打开位置和闭合位置之间可移动的销20，其中所述的第一端口42和第二端口54在打开位置处于流体连通，在闭合位置不处于流体连通。图3示出了处于闭合位置的销20。

第一端口42和第二端口54可将阀组件100连接到外部管道或装置，用于存储或收集不论是流体被处理之前还是流体被处理之后的流体。待处理的材料可以从源头(未示出)提供至第一压盖42。

高压阀组件100包括固定到第二壳体40的座45。销20被配置成选择性地接合座45以调整第一端口42和第二端口54之间的流体连通。和阀组件100的实施方案一起，当销20处于闭合位置时，座45被配置为密封地接合销20。当销20处于打开位置时，在销20和座45之间限定一个间隙。

销20由支撑环(BUR)14引导，支撑环14由支撑环支撑12支撑。在支撑环14下面，销20也穿过包含弹性O形环17的高压密封件16的内径。在高压密封件16下面和朝向销20的较低的端部，由于销通过杆2的枢转上下移动，销20行进穿过金属导套18的内径。

座45通过使用机械螺钉52将第二壳体50固定到第一壳体40和通过使用机械螺钉53将第二壳体50固定到第三壳体30被保持在适当的位置上。由于块40内的锥形座45和锥形接受器47之间的小的角度差和螺钉52的力的结果通过高的金属对金属的接触应力座45被密封靠在上部块(第一壳体)40的圆周接触点44。在一个实施方案中，座45的锥形中央部分的锥角是36度当从座45的垂直轴线测量时，和第一壳体40内的锥形接受器47的锥角是40度当从第一壳体40的垂直轴线测量时。螺钉52、53被扭转到7和10英尺磅之间以产生充分的接触应力以在圆周接触点44密封阀组件100的腔室41。

在腔室41内的高压下，高压流体可以泄漏通过销20和金属导套18之间的间隙。如此高压导致相对地软的高压密封件16推压靠在支撑环14上。为了在销20周围形成密封以防止壳体泄漏，图3中高压密封件16在它的上端部上具有球形端几何形状。高压密封件16的球形端由支撑环14支撑，图3中支撑环具有在它的较低的面上的相配的凹的几何形状和下层(小于0.001英寸)间隙安装在支撑环和销20的内径之间。高压密封件16的球形端几何形状和支撑环14的凹的几何形状使得支撑环14的外径边缘膨胀以减少支撑环14的外径上的挤压间隙。弯曲的形状也将高压密封件16聚集在销20和支撑环14之间的界面内以密封销20 的上端部周围的区域当高压密封件16被暴露于高压时。高压密封件16凸的形状和支撑环14凹的形状促使支撑环14的凹的部分的外径壁向外张开，而高压密封件16同时在它的上端部上向内变形以密封销20和支撑环14之间的任何间隙。

在一些实施方案中，高压密封件16的端部几何形状可以是锥形的或弯曲的，而不是完美的球形。

在一些实施方案中，高压密封件16的上端是凸的形状不是球形。

在图2和3的实施方案中，销20由高强度的不锈钢制成，通常型号是440C。座45由17-4ph不锈钢制成，与弹性材料的O形环组合的密封件由超高分子量聚乙烯制成，和支撑环是轴承等级的镍青铜。17-4ph不锈钢支撑环支撑12用于传输高负荷到致动器主体。含压力壳体(第一壳体40和第二壳体50)由17-5ph不锈钢制成。第三壳体30由6061-T6铝制成。支撑环支撑12材料被选择以防止在支撑环14的高负荷下第三壳体30的相对较弱的铝的变形。

杆2和连接销115也由高强度不锈钢制成。连接销115在枢转点114将杆2连接到第三壳体30。另一连接销115将杆2连接到销保持器10。另一连接销115将杆2连接到轴4。

为了移动销20，第三壳体30具有一杆2，所述的杆2具有联接到销20上的第一端部110和联接到可变力发生器的第二端部112(例如，通过联接第二端部112到轴4)。杆2具有枢转地固定到第三壳体30的枢转点114。在图2和3中，枢转点114被置于离杆的第一端部比离杆的第二端部更近。这提供了机械优势使得通过杆2的第一端部110施加到销20的力比通过活塞6和活塞轴4施加到杆2的第二端部112的力大。

在一些实施方案中，高压阀组件100被配置成使得在杆2的第一端部110上的力至少是由可变力发生器施加到杆的第二端部上的力的五倍。

高压阀组件100可以被配置为以在腔室41内所测量的至少20,000磅/平方英寸的压力进行操作。

可变力发生器连接到杆2的第二端112上并且被配置成在打开位置和关闭位置之间移动销20。使用各种类型的力发生器是可能的，例如此处所讨论的那些。

在图3的实施方案中，具有活塞6的气缸21被用作可变力发生器。为了将销20移动到闭合位置，空气压力通过口8施加到内部空气缸21上和作用在活塞6上，并使得活塞6相对于空气缸21的下端处的基座9移动。活塞轴4向上推压在杆2的第二端部上，其绕枢转点114枢转，所以杆2的第一端部作用在被联接到销20的销保持器10上，从而移动销最终到闭合位置。

在高压阀组件100的一些实施方案中，销20通过空气压力和/或弹簧5被偏置到打开位置。图3示出了高压阀组件100其中销20通过弹簧5被偏置到打开位置。可变力发生器被配置成使在杆2的第一端部110产生的力足以将销20移动到闭合位置。当空气压力从口8移除时，内部弹簧5将向下拉动杆2的第二端部112和通过使得杆的第一端部110拉动销20远离阀座45打开阀。

在一些实施方案中，可选地或除弹簧偏压之外，直接的空气压力可以通过口7施加到活塞的顶部以偏置阀组件100到打开位置或通过使得活塞6向下移动可选择地打开阀组件，和向下拉动杆2的第二端部112。

在本发明的各种实施方案中，致动力源可以被改变为可选择的源。在图3中，可变力发生器是由外部控制的空气压力作用的气动活塞。在图4-6中，可变力发生器是机电装置。

本发明允许具有高可控性的力发生器的使用。常规的空气缸精确地控制力的能力受限由于活塞密封件的摩擦。活塞密封件的摩擦限制气缸控制力的能力。控制的限制由密封件的静摩擦设定。低或无摩擦力发生器允许阀的更高的可调分辨率。例如，使用音圈致动器(VCA)，例如，如在本发明中所讨论的，允许更精确地控制。由于VCA没有内部密封件，可以获得非常低的摩擦。VCA还可以允许控制力更快速的变化。对某些应用来说，如组件的高压疲劳试验，这可以用来快速脉冲阀。杆的使用允许较低功率VCA的使用。没有力放大杆2，将需要更大的VCA，增加了成本和尺寸。

可选择地，其它的低的力产生装置可以用于操作阀组件；例如，具有或不具有反馈的步进电机和导螺杆可以用于操作简单的开关阀。此外，当使用具有精确位置的监测时，控制流动速率可以通过精确地设置销的位置来实现。在图6中，可变力发生器是一步进电机。

图4和5示出了本发明的另一实施方案的阀组件，整体上以200表示，其中可变力发生器是一音圈致动器(VCA)60。第三壳体30与杆2和图3的实施方案100中的第三壳体30与杆2相同，除了在实施方案200中之外，第三壳体30被配置为代替气缸21支撑VCA。在实施方案200中，VCA60被简单地保持在第三壳体30上的适当位置通具有螺纹栓62的可调节的夹具61。具有接近零摩擦的VCA60允许精确地控制作用在销20上的力。由VCA60施加在杆2的第二端部112上的力通过数字或模拟电路和基于来自于在阀的前面和后面的两个压力传感器的数据的软件控制。这允许压差的非常迅速的闭环控制。这样的传感器在与图8有关的进一步细节中讨论。

为了减少机电致动器如VCA60的负载循环，偏压弹簧63可被用来为杆2提供恒定的力。偏压弹簧63减少VCA60的功耗。

在一些实施方案中，例如图5所示的阀组件200，销20a包括端部66，该端部66接合被配置为密封地接合座65的陶瓷球22，其被固定在第一壳体40和第二壳体50之间，当销20a和球22处于闭合位置时。在上述的实施方案中，图2和3的先前的销20和座45被另一闭合形式替换如接合在阀座65的上端上的凹孔内的球22的销20a。通过控制由销20a的下端部66施加到球22上的力，在阀内可以产生控制的压降如通过相对于第二压盖54处的压力第一压盖42处的压力所测量的。压降将产生液体剪切应力和流体加热。例如液体剪切应力将用于破裂(使分裂)多孔材料，如组织，血细胞，或液体中悬浮的DNA。为了减少侵蚀，球22可以由坚韧的陶瓷如转化增韧氧化锆(TTZ)制成。陶瓷球22比金属销具有更好地对恒定的侵蚀力的阻力。

在相对较高的压降下，液体温度的增加可以显著地获得特定的效果。例如，在足够的高压，为了如微生物的失活和液体食品灭菌可以产生非常快速的液体加热。

在图5中，座65通过使用螺钉52将第二壳体50固定到第一壳体40和通过使用螺钉53将第二壳体50固定到第三壳体30被保持在适当位置上。由于块40内的锥形座和锥形接受器之间的小的角度差和螺钉52、53的力的结果通过高的金属对金属的接触应力座65被密封靠在上部块(第一壳体)40的圆周接触点64。在一个实施方案中，座65的锥形中央部分的锥角是36度当从座65的垂直轴线测量时，和第一壳体40内的锥形接受器67的锥角是40度当从第一壳体40的垂直轴线测量时。螺钉52、被扭转到7和10英尺磅之间以产生充分的接触应力以在圆周接触点64密封阀的腔室41。

在腔室41内的高压下，高压流体可以泄漏通过销20a和金属导套18之间的间隙。如此高压导致相对地软的高压密封件16推压靠在支撑环14上。为了在销20a周围形成密封以防止壳体泄漏，图5中高压密封件16在它的上端部上具有球形端几何形状。高压密封件16的球形端由支撑环14支撑，图5中支撑环具有在它的较低的面上的相配的凹的几何形状和下层(小于0.001英寸)间隙安装在支撑环和销20a的内径之间。高压密封件16的球形端几何形状使得支撑环14的外径边缘膨胀以减少支撑环14的外径上的挤压间隙。弯曲的形状也将高压密封件16聚集在销20a和支撑环14之间的界面内以密封销20a的上端部周围的区域。

高压密封件16的凸形状和支撑环14的凹形状促使支撑环14的凹部分的外径壁向外张开，而高压密封件16同时在它的上端部上向内变形以密封销20a和支撑环14之间的任何间隙。

在一些实施方案中，高压密封件16的端部的几何形状可以是锥形的或弯曲的，而不是完美的球形。

在一些实施方案中，高压密封件16的上端是凸的形状不是球形。

在另一个实施方案中，图6所示的阀组件，整体上以300表示，包括具有导螺杆72的步进电机致动器70，其可被用作可变力发生器以产生通过枢转杆2操作阀所需的力。杆2的使用增加了致动器70的位置精度。

在图6所示的阀组件300的实施方案中，示出了灵敏的外部位置传感器74。灵敏的外部位置传感器74是用于测量销20的精确位置为了反馈控制。例如，位置传感器74可用于感测销本身、杆2的第一端部110或销保持器10的位置。传感器74被固定到传感器壳体75，传感器壳体被固定到第三壳体30。还可以理解，位置信息也可以从图6的实施方案中的内置的步进电机70的内置的传感器或图4和5的实施方案中的内置VCA60获得。

在图2-7所示的阀组件的每个实施方案中，第一壳体40，第二壳体50和第三壳体30可固定在一起。图3示出了螺钉53将第三壳体30固定到第二壳体50。另一螺钉52将第一壳体40固定到第二壳体50。图7示出了图2和3的高压阀的分解透视图。螺钉52延伸穿过第一壳体40和第二壳体50，并且被容纳在第三壳体30内以确保第一壳体40，第二壳体50和第三壳体30在固定的空间关系中。

为了控制可变力发生器，控制器(控制系统)400被联接到可变力发生器上。图8示出了联接到VCA动作阀实施方案200的VCA60的控制器400。控制器400被配置为调节由可变力发生器施加到杆2的第二端部112上的力，其在阀实施方案200中是VCA60，以控制销20a在打开位置和闭合位置之间的运动。控制器400基于由第一传感器402和第二传感器404提供的压力信息操作。在一个实施方案中，第一传感器402被配置成感应第一端口42的第一压力的，和第二传感器404被配置成感应第二端口54的第二压力。控制器400被配置成基于所述第一压力和所述第二压力之间的差来调整施加到杆2的第二端部上的力。

为了控制第一压盖42和第二压盖54之间的产品流动，施加到杆2上的力的总量借助调整空气压力或借助调整致动器(如VCA)的电功率可以不同。压力换能器可被用在阀的入口和出口两侧以测量压差。图8示出了第一压力传感器402位于第二压力传感器404的上游。如果下游压力为基本上大气压力，将只需要一个压力换能器。类似地，温度传感器可被用在阀的入口(例如，在第一端口42)和出口(例如，在第二端口54)两侧以测量温度差，其是能量耗散的指示器。

类似地，压力传感器可被用在阀的入口(例如，在第一端口42)和出口(例如，在第二端口54)两侧以测量压差，其是能量耗散的指示器。

控制系统400可被用来控制图2和3的实施方案100，图4和5的阀组件200，或图6的阀组件300。

控制系统400可被配置为使可变力发生器允许、阻止或改变第一端口42和第二端口54之间的流动。控制系统400可被配置为使可变力发生器影响销20与阀座45之间的恒定间隙。控制系统400也可以或可选择地被配置为使可变力发生器影响第一端口42和第二端口54之间的恒定压差。

在图8中，控制系统400包括处理器，存储器元件，电源，和存储在存储器元件上的指令，其指示控制系统400的处理器以提供致动信号至音圈动作阀组件400的音圈致动器60。

在一些实施方案中，第三壳体30可以独立地提供给第一壳体40和第二壳体50的用户。由于模块化结构，第三壳体30可以与各种包括由销密封的阀的组件一起使用。

尽管附图示出了第一壳体40，第二壳体50，和第三壳体30被分别形成，但是在其它实施方案中可以提供一不具有这种模块化结构的壳体。例如，在一些实施方案中第二壳体50和第三壳体30可整体地形成。

如本文所使用的，可变力发生器可以是活塞，音圈致动器，导螺杆，或用于施加负载的另一设备。

以非常低的流动速率和高压精确地控制液体流动的其它方法可以使用在本发明的高压阀组件的实施方案中。

如果恒定压力源已被给定(如压力增压泵)，那么控制流动速率的能力依赖于调整流体穿过的开口的能力。使用固定的开口像圆形的开口(一孔)，在特定的压力，流动速率是固定的。使用孔上的销，在理想的情况下，随着开口间隙被调节，流动速率被调节。开口越小，流动速率越低。

如果恒定流动源(如恒定排量泵，如高效液相色谱(HPLC)泵)已被给定，那么控制压力的能力依赖于调整流体穿过的开口的能力。使用固定的开口像圆形的开口(一孔)，在特定的压力，流动速率是固定的。在理想的情况下，开口越小，压力越大。

调整流体流动穿过的开口的方法不同于将简单的金属销按压到金属孔上，以保持陶瓷球靠在金属孔上。另外的方法是可能的。像陶瓷较硬的材料比金属具有更好的耐磨性当受到与高压泵相关的非常高的能量流体流动时。高的能量流动通常产生气穴和其他侵蚀力，其能够很快磨损较软的材料，如钢。穿过开口的压差越大，侵蚀力越大。控制流动或压力的能力通常被称为节流。

图9的节流组件500，图10的节流组件600，以及图11的节流组件700每个可以用来取代在图3的座45和销20，图5的座65、销20a和球22的适当位置。

在图9所示的节流组件500的一个实施方案中，陶瓷球510被置于腔室541内并且有选择性地接合陶瓷插入件530，以通过调整陶瓷球510和陶瓷插入件530之间的间隙520密封陶瓷插入件530上的陶瓷圆形开口。在节流组件500的实施方式中，图3的金属座45被包含陶瓷插入件530的金属插入件保持器540代替，和图3的销20被销505代替以接合陶瓷球510。陶瓷插入件530和球510之间的接触表面都是陶瓷材料，和因此，陶瓷插入件530和球510的流体侵蚀可被防止或减少。为了将陶瓷插入件530固定在金属插入件保持器540中，陶瓷插入件530过盈配合安装在限定在金属座内的插入件接收器的内径和通过压力配合(或热收缩)产生的陶瓷插入件530的外径之间。陶瓷插入件530和金属插入件保持器540的外径之间的接触应力优选至少为预期的最大流体压力的大小的1.5倍。这种高压缩力，在陶瓷插入件530的内径上施加的高压缩应力进一步减少了陶瓷插入件530的侵蚀破坏。

在图10所示的节流组件600的另一实施方案中，陶瓷球515被置于具有锥形内表面的陶瓷管插入件550的内部。通常，为了非常精细地控制流体通道开口，因此在陶瓷球515(或者其它障碍物)和座上的表面之间需要精确的间隙。用于将球置于座上的方法，通过远离座的非常小的距离球的运动将将大大增加球和座之间的间隙。为了流动的非常精细的控制，在节流组件600内，陶瓷球515在锥形陶瓷管插入件550内轴向移动。如果锥形陶瓷管插入件550的内表面的锥度是低角度，陶瓷球515沿锥形陶瓷管插入件550的纵向轴线的运动将只是逐渐地增加陶瓷球515的外表面和锥形陶瓷管插入件550的内表面之间的间隙。这提高了精细流体流动控制因为需要陶瓷球515的更大的运动以由一个给定的量来改变间隙。锥形陶瓷管插入件550通过过盈配合被保持在金属插入件保持器560内。过盈配合产生压缩剩余应力其进一步防止锥形陶瓷管插入件550的内表面侵蚀损坏。金属插入件保持器560被用于建立与第一壳体40的密封。当没有负荷被施加到陶瓷管插入件550时，陶瓷管插入件550可具有不具有锥形内表面的几何形状。在这样的例子中，锥形陶瓷管插入件550的内表面的锥度由陶瓷管插入件550上的插入件保持器560的不均匀的压缩创建。通过在陶瓷管插入件550上提供压缩应力，陶瓷管插入件550的内表面上的缓变锥度可被提供，否则将难以通过机械加工而形成。例如，通过调整陶瓷管插入件550周围的压缩应力可产生每英寸0.00001英寸或更大的受控制的锥度。例如在它的中央部分直管的压缩可使得管的内表面具有“砂漏”形状。陶瓷球515在该锥形陶瓷管插入件550内的线性运动将节流流动至精确的水平。例如，销525可以被用来引起陶瓷球515从一个方向接近“砂漏”形状的狭窄区域进行节流流动。

在图11所示的节流组件700的另一实施方案中，陶瓷棒570在具有锥形内表面的锥形陶瓷管580内轴向移动。锥形陶瓷管580通过过盈配合被保持在金属插入件保持器590内。在某些情况下，当阀内所需的压降不应该是瞬间时，陶瓷棒570可用于代替陶瓷球作为在锥形陶瓷管580内的障碍物。产生的开口是具有长度的环形的间隙，长度为环形间隙的多倍。这产生保持在环形的间隙内的层式的流动和避免环形的间隙内的空化。这是特别地重要的当试图破碎具有长分子链的物质时，如脱氧核糖核酸(DNA)。在其他情况下，陶瓷棒570的使用，如与球相比，可以简单地产生较长的阀寿命因为流体能量被耗散在较大的区域并引起较少的侵蚀。

参照图12A和12B，在节流组件的另一实施方案中，陶瓷棒810在具有恒定内径的陶瓷管820内可轴向移动。由于棒810具有l.985毫米的外径和陶瓷管具有2.000毫米的内径，7.5微米的间隙830可以提供在陶瓷棒810和陶瓷管820之间。在某些情况下，陶瓷管内的陶瓷棒的长度可用于控制流量。因为在图12A和12B之间间隙的长度从L1被缩短至L2，有较少的障碍物和因此流量可以被控制。这种原理也可与图11的节流组件700相结合。

不同的方法可以用于产生在图9的陶瓷插入物530，图10的陶瓷管插入件550和图11的陶瓷管插入件580上的轴向不均匀的压缩。这些包括在陶瓷管插入件和相应的插入件保持器之间的直接的过盈配合。在一实施方案中，陶瓷管插入件的外径比限定在插入件保持器内的插入件接收器的内径大0.002英寸。当陶瓷管插入件下降到限定在插入件保持器内的插入件接收器时，过盈配合将引起插入的陶瓷管插入件内径在陶瓷管插入件的下端收缩0.0008英寸。可选的方法包括在安装到阀内的期间插入件保持器上的压缩应力的应用。例如，由于在插入件保持器540的外锥形表面和第一壳体40内的接受器47之间的锥度差，推进插入件保持器540进入接受器47或从接受器收回插入件保持器540能够调整在圆周接触点44处的这些锥形表面之间的接触的压缩力。类似地，由于在插入件保持器560的外锥形表面和第一壳体40内的接受器47之间的锥度差，推进插入件保持器560进入接受器47或从接受器收回插入件保持器560能够调整在圆周接触点44处的这些锥形表面之间的接触的压缩力。类似地，由于在插入件保持器590的外锥形表面和第一壳体40内的接受器47之间的锥度差，推进插入件保持器590进入接受器47或从接受器收回插入件保持器590能够调整在圆周接触点44处的这些锥形表面之间的接触的压缩力。插入件保持器的外表面上的压缩力被传递到安装在插入件保持器内的陶瓷管插入件，引起陶瓷管插入件的内表面变形，使得内表面沿着陶瓷管插入件的长度逐渐变细。

一些实施方案在它们应用时不限于结构的细节和在下面描述中所提出的或者在附图中所示出的零件布置。此外，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的和不应该被视为限制。“包括”，“包含”或“具有”，“含有”，“涉及”和此处其变化的使用应该是包括其后列出的项目和其等同以及附加的项目。

因此至少一个实施方案的若干方面被描述，但是应理解对本领域技术人员而言各种改变、修改和改进将是显而易见的。这样的改变、修改和改进意在是本发明的一部分，并意在本发明的范围之内。相应地，前面的描述和附图仅仅是作为示例。