PL185111B1 - Urządzenie przepływowe - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie przeplywowe z elementem przeplywowym, które w czasie eksploatacji poddawane jest dzialaniu plynu o duzym ci- snieniu obejmujace uchwyt posiadajacy wgle- bienie, wewnatrz którego umieszczony jest element przeplywowy, przy czym uchwyt styka sie z owym elementem po stronie, gdzie panuje niskie cisnienie, a ponadto zawierajace elasto- merowy element profilowany, który otacza wzdluz calego obwodu element przeplywowy i który ma co najmniej jedna wolna powierzch- nie, narazona na dzialanie plynu pod cisnie- niem, w trakcie dzialania urzadzenia, zna- mienny tym, ze wglebienie (2) ma ksztalt stoz- ka scietego o srednicy wiekszej od strony zla- cza wysokiego cisnienia, niz od strony zlacza cisnienia niskiego i tym, ze element profilowa- ny (5) ma ksztalt stozka scietego o zarysie ze- wnetrznym odpowiadajacym wewnetrznemu zarysowi uchwytu (1, 8) i zarysie wewnetrznym odpowiadajacym zewnetrznemu zarysowi ele- mentu przeplywowego (6). F i g . 4 a PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie przepływowe pracujące w warunkach wysokiego ciśnienia, obejmujące urządzenie do mocowania mikrostrukturalnej dyszy, to jest wytwarzanej z wykorzystaniem techniki mikrominiaturowej. Dysza taka znajduje zastosowanie w przypadku aerozoli wykorzystywanych w medycynie do przeprowadzania inhalacji i umożliwiających rozpylanie bez stosowania propelentów aerozolowych.

Dysze tego rodzaju znane są przykładowo z W094/07607. Ich charakterystyczną cechą jest to, że pozwalają one na wytworzenie inhalowanych kropelek o średnicy około 5 pm, przy czym płyn, który ma zostać rozpylony, znajduje się pod wysokim ciśnieniem (między 5 a 40 i więcej MPa aż do 60 MPa) i rozpylany jest przez dyszę, której otwór ma średnicę poniżej 10 pm. Dysze tego rodzaju mogą być przykładowo wytwarzane z cienkich płytek krzemowych i szklanych. Ich wymiary zewnętrzne mierzone są w milimetrach. Typową dyszę stanowi przykładowo prostopadłościan wykonany z dwóch płytek, o długości krawędzi 1,1 x 1,5 x 2,0 mm. Rozpylacze stosowane w aerozolach nie wykorzystujących propelentów aerozolowych, w przypadku których wykorzystać by można urządzenia mocujące dyszę według wynalazku, znane są przykładowo z WO91/14468.

Element przepływowy to taki element, który wystawiony jest na działanie płynu znajdującego się pod ciśnieniem, przy czym zwiększone ciśnienie panuje też wewnątrz samego elementu, przykładowo w otworze dyszy. Element przepływowy tego rodzaju zamocowany być może przykładowo poprzez szczelne wciśnięcie w element mocujący z twardego materiału, gdy materiał elementu przepływowego pod wpływem działania sił mechanicznych nie rozpada się lub nie też nie ulega nadmiernym odkształceniom. W obszarze wysokiego ciśnienia stosuje się uszczelki z odkształcalnego materiału, przykładowo miedzi lub innego twardego tworzywa, które ściskane jest z dużą siłą. Szczelne mocowanie elementów konstrukcyjnych wykonanych z kruchego materiału wymaga znacznego nakładu środków i szczególnej stćarrnności. Przed elementem przepływowym tego rodzaju nie można stawiać zbyt trudnych zadań.

Opis patentowy US 3 997 111 przedstawia urządzenie tnące strumieniem płynu, z pomocą którego wytwarzany jest strumień płynu poruszający się z dużą prędkością, wykorzystywany do cięcia, wiercenia lub obróbki ubytkowej materiału. Korpus dyszy ma kształt cylindra i wykonany jest przykładowo z szafiru lub korundu. Korpus dyszy obejmuje cylindryczny pierścień, wykonany ze sprężystego tworzywa sztucznego. Pierścień ten jest wprasowany w pierścieniowe wybranie obudowy dyszy i uszczelnia korpus dyszy względem jej obudowy.

W opisie patentowym USA nr 4313570 przedstawiony jest uchwyt dyszy dla urządzenia do cięcia strumieniem wody, w którym korpus dyszy otoczony jest pierścieniem wykonanym z tworzywa elestomerowego, który to pierścień usytuowany jest w wybraniu uchwytu. Wybranie to ma kształt cylindryczny. Przekrój poprzeczny pierścienia jest prostokątny. Powierzchnia boczna wybrania, jak również zewnętrzna i wewnętrzna powierzchnia pierścienia są usytuowane koncentrycznie w stosunku do osi korpusu dyszy i są równoległe zarówno do tej osi jak i względem siebie.

Opis USA nr 4334637 ujawnia konstrukcję uchwytu dyszy, posiadającego otwór, w którym osadzona jest elastyczna, pierścieniowa uszczelka z wkładką. Uszczelka ta w przekroju poprzecznym posiądą kształt prostokątny. Płyn znajdujący się pod ciśnieniem nie wchodzi zatem w kontakt z uszczelką, ponieważ kierowany jest on bezpośrednio z przewodu do wkładki.

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie przepływowe z elementem przepływowym, które w czasie eksploatacji poddawane jest działaniu płynu o dużym ciśnieniu. Urządzenie to obejmuje uchwyt posiadający wgłębienie, wewnątrz którego umieszczony jest element przepływowy, przy czym uchwyt styka się z owym elementem po stronie, gdzie panuje niskie ciśnienie. Elastomerowy element profilowany, otacza wzdłuż całego obwodu element przepływowy i ma co najmniej jedna wolną powierzchnię, narażoną na działanie płynu pod ciśnieniem, w trakcie działania urządzenia.

Istota wynalazku polega na tym, że wgłębienie uchwytu ma kształt stożka ściętego o średnicy większej od strony złącza wysokiego ciśnienia, niż od strony złącza ciśnienia niskiego. Poza tym, element profilowany ma kształt stożka ściętego o zarysie zewnętrznym odpowiadającym wewnętrznemu zarysowi uchwytu i zarysie wewnętrznym odpowiadającym zewnętrznemu zarysowi elementu przepływowego.

Korzystnie, urządzenie według wynalazku wyposażone jest w element przepływowy z odpornego na zużycie, twardego, szczególnie kruchego materiału, czyli krzemu, szkła, ceramiki, kamieni szlachetnych, to znaczy szafiru, rubinu, diamentu, a korzystnie z materiału ciagliwego to znaczy tworzywa sztucznego, metalu, a zwłaszcza miedzi, miedzi chromowanej na twardo, mosiądzu, aluminium, stali, stali o utwardzonej powierzchni, a korzystnie z połączenia tych materiałów.

Element przepływowy stanowi element wieloczęściowy, składający się z połączonych na stałe części, lub element jednoczęściowy, przy czym krzemowy, czy szklany element przepływowy stanowi element mikrostrukturalny i posiada układ kanalików. Urządzenie według wynalazku zawiera elastomerowy profilowany element z gumy, korzystnie syntetycznej lub z poliuretanu. Rozwiązanie według wynalazku proponuje konstrukcję urządzenia mocującego elementu przepływowego, które mogłoby też być wykorzystywane w przypadku ełe4

185 111 mentów przepływowych wykonanych z odpornego na zużycie, twardego a przy tym kruchego materiału i które nie powodowałoby nazbyt dużego punktowego naprężenia materiału elementu przepływowego.

Profilowany element z elastomeru może być również wytwarzany w miejscu, w którym mocowany jest element przepływowy. Profilowany element z elastomeru tego rodzaju zachowuje się podobnie do nieściśliwego płynu. Jest on dokładnie dopasowany do uchwytu i elementu przepływowego.

Profilowany element z elastomeru wystawiony jest na działanie ciśnienia płynu jedynie z jednej strony, a nie w miejscach, gdzie dopasowany jest on do uchwytu i elementu przepływowego. Profilowany element z elastomeru umożliwia wyrównywanie ciśnienia od działywującego na element przepływowy. Profilowany element z elastomeru pozbawiony jest wolnej powierzchni po stronie, gdzie panuje niskie ciśnienie.

W elemencie przepływowym znajdować się mogą puste przestrzenie, wgłębienia lub systemy kanalików, przykładowo system dyszy.

Uchwyt wykonany być może niemal z dowolnego materiału, zwłaszcza z metalu lub tworzywa sztucznego. Stanowić go może bryła obrotowa lub bryła o dowolnej innej formie. Wytwarzany on być może w procesie obróbki plastycznej, odlewania lub obróbki skrawaniem.

W przypadku profilowanego elementu z elastomeru, przykładowo w formie cylindra, celowe może być poddanie go ciągłemu działaniu sił mechanicznych, wywołujących naprężenie wstępne. W tym też celu wykorzystać można urządzenia do pasowania wtłaczanego lub też jedną (lub więcej) brył wyporowych, naciskających na profilowany element z elastomeru.

Urządzenie według wynalazku przynosi również dodatkowe korzyści, to znaczy w obrębie elementu przepływowego nie tworzą się nazbyt duże miejscowe spiętrzenia naprężeń, jako że w wyniku zastosowania tak zwanego płynnego mocowania, wysokość ciśnienia płynu wewnątrz i na zewnątrz elementu przepływowego utrzymuje się praktycznie na tym samym poziomie.

Siły wywołane przez uchwyt i ciśnienie płynu i przeniesione przez dopasowany profilowany element z elastomeru na element przepływowy nie powodują odkształcenia tego ostatniego. Element konstrukcyjny z ciągliwego w pewnym zakresie materiału może być tak samo mocowany jak taki sam element, tyle że wykonany z kruchego materiału.

Mocowanie elementu przepływowego pozostaje szczelne i wtedy, gdy spada ciśnienie płynu lub wytwarza się (niewielkie) podciśnienie i nie reaguje na dynamiczne obciążenie wysokociśnieniowe, przykładowo w wyniku nagłego wzrostu ciśnienia.

Element przepływowy i profilowany element z elastomeru zamontować można w nieskomplikowany sposób w uchwycie, nie powodując przy tym ich uszkodzeń i nie ponosząc kosztów związanych z regulacją. W przypadku elementu przepływowego nie istnieje ryzyko przełamu kruchego, zaś w przypadku profilowanego elementu z elastomeru nie ma ryzyka związanego z wysunięciem się z uchwytu.

Urządzenie to znajduje zwłaszcza zastosowanie w przypadku miniaturowego elementu przepływowego.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia cylindryczny uchwyt w widoku perspektywicznym, fig. 2 przedstawia profilowany element, również w widoku perspektywicznym, fig. 3 przedstawia element przepływowy w widoku perspektywicznym, fig. 4a i 4b przedstawiają przekrój poprzeczny przez urządzenie według wynalazku, wykonane zgodnie z dwoma różnymi przykładami wykonania, fig. 5 przedstawia mikrostrukturalny element przepływowy w formie dyszy. Na figurze 1 przedstawiono cylindryczny uchwyt 1 z metalu. Wyposażony jest on we wgłębienie 2 w kształcie ściętego stożka, którego średnica po stronie wysokiego ciśnienia jest nieco większa niż po stronie, gdzie panuje niskie ciśnienie. Uchwyt zaopatrzony jest w dnie 3 w otwór 4. Obudowa uchwytu może też mieć kształt ściętego stożka, zaś wgłębienie - kształt cylindryczny. Zgodnie z fig. 2, profilowany element 5 z elastomeru, dopasowany jest kształtem do uchwytu pokazanego na fig. 1 i do elementu przepływowego 6 pokazanego na fig. 3, wykonanego z dwóch prosto kątnych płytek połączonych wzdłuż powierzchni styku. Przynajmniej jedna z tych płytek obejmuje system kanalików 1, który zaopatrzony jest w dysze po stronie, gdzie panuje niskie ciśnienie.

Przekroje wzdłużne przez urządzenie według wynalazku, przedstawione na fig. 4a i 4b zostały przeprowadzone wzdłuż tej samej płaszczyzny przechodzącej przez oś i równolegle do jednego z boków elementu. Uchwyt 8 wyposażony jest w pierścień 9, wystający poza krawędź profilowanego elementu 5 z elastomeru.

W przykładzie wykonania według fig 5, mikrostrukturalny element przepływowy w formie dyszy 10, obejmuje płytkę bazową 11 i płytkę pokrywową 12. Dla pełnej jasności obie płytki przedstawiono oddzielnie. Jednak w gotowym urządzeniu płytki te są ze sobą trwale połączone, dzięki czemu rozpylany płyn dostaje się przez filtr 13 po stronie wlotu 16 (gdzie panuje wyższe ciśnienie) do dyszy 10, a następnie poprzez wąskie kanaliki 17 i oba szersze kanaliki 15 do wylotu 14 dyszy (gdzie panuje niższe ciśnienie). Płytki 11 i 12 wykonane być mogą z krzemu lub szkła.

Poniżej zostanie omówiony przykład mocowania miniaturowej dyszy rozpylającej.

Urządzenie to obejmuje cylindryczny uchwyt ze stali o zewnętrznej średnicy wynoszącej

3.2 mm i wysokości 2,6 mm. Wykonano w nim wgłębienie o wewnętrznej średnicy wynoszącej

2.3 mm po stronie, gdzie panuje wysokie ciśnienie, i 2,1 mm po stronie, gdzie panuje niskie ciśnienie. Dno uchwytu ma 0,4 mm grubości i wyposażone jest w otwór o średnicy 0,8 mm.

Elastomerowy profilowany element z gumy silikonowej ma formę ściętego stożka.

Przed osadzeniem w uchwycie charakteryzuje się on średnicą wynoszącą 2,3 mm po stronie, gdzie panuje wysokie ciśnienie, i 2,2 mm po stronie, gdzie panuje niskie ciśnienie, zaś jego wysokość wynosi 1,8 mm. Na całej długości symetrycznie do osi przebiega wgłębienie o szerokości 1,0 mm i długości 1,4 mm.

Element przepływowy stanowi prostopadłościan złożony z dwóch płytek krzemowych, o wymiarach 1,1 mm szerokości, 1,5 mm długości i 2,0 mm wysokości. Na powierzchni styku płytek element ten wyposażony jest w płaskie trójkątne wgłębienie o wysokości 400 pm, zakończone kanalikiem o szerokości 50 pm, wysokości 50 pm i długości 200 pm.

Urządzenie to przymocowane jest do pojemnika, w którym przechowywany jest rozpylany płyn. Ciśnienie tego płynu wewnątrz elementu przepływowego wynosi 32 MPa.

185 Ul

Fig.4b

Fig.4a

185 111

Fig. 5

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie przepływowe z elementem przepływowym, które w czasie eksploatacji poddawane jest działaniu płynu o dużym ciśnieniu obejmujące uchwyt posiadający wgłębienie, wewnątrz którego umieszczony jest element przepływowy, przy czym uchwyt styka się z owym elementem po stronie, gdzie panuje niskie ciśnienie, a ponadto zawierające elastomerowy element profilowany, który otacza wzdłuż całego obwodu element przepływowy i który ma co najmniej jedną wolną powierzchnię, narażoną na działanie płynu pod ciśnieniem, w trakcie działania urządzenia, znamienny tym, że wgłębienie (2) ma kształt stożka ściętego o średnicy większej od strony złącza wysokiego ciśnienia, niż od strony złącza ciśnienia niskiego i tym, że element profilowany (5) ma kształt stożka ściętego o zarysie zewnętrznym odpowiadającym wewnętrznemu zarysowi uchwytu (1, 8) i zarysie wewnętrznym odpowiadającym zewnętrznemu zarysowi elementu przepływowego (6).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wyposażone jest ono w element przepływowy (6) z odpornego na zużycie, twardego, szczególnie kruchego materiału, czyli krzemu, szkła, ceramiki, kamieni szlachetnych, to znaczy szafiru, rubinu, diamentu, a korzystnie z materiału ciągiiwego to znaczy tworzywa sztucznego lub metalu, a zwłaszcza miedzi, miedzi chromowanej na twardo, mosiądzu, aluminium, stali, stali o utwardzonej powierzchni, a korzystnie z połączenia tych materiałów.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element przepływowy (6) stanowi element wieloczęściowy, składający się z połączonych na stałe części.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element przepływowy (6) stanowi element jednoczęściowy.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że krzemowy, czy szklany element przepływowy (6) posiada układ kanalików (7).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że krzemowy, czy szklany element przepływowy (6) stanowi element mikrostrukturalny i posiada układ kanalików (7).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera elastomerowy profilowany element (5) z gumy, korzystnie syntetycznej.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera elastomerowy profilowany element (5) z poliuretanu.