Устройство крепления элемента, подверженного воздействию текучей среды под давлением

(54) УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА, ПОДВЕРЖЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЮ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЬТ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Ф Приоритетные данные: (56) Ы 5 А 39971 11 8 з 1 195 36 903.3 ЕР-А-0046 б 64БЕРИНГЕР ИНГЕЛЬХАЙМ ИНТЕРНАЦИОНАЛЬ ГМБХИзобретение касается устройства креплеНИЯ ЗЛСМСНТЗ, ПОДВСрЖСЪП-[ОГО ВОЗДСЙСТВШО ТСкучей среды под давлением, в частности, сопел при их использовании в области высоких давлений. Особый интерес представляют крепежные устройства, предназначенные для микроструктурированных элементов, в частности, микроструктурированных сопел.Изобретение относится, в частности, к устройству крепления микроструктурированного сопла, т.е. изготовленного посредством микротехники, аналогичного тому, которое применяют в распылителях для получения медицинских аэрозолей без содержания газа-носителя и предНЗЗНЗЧЗСМЫМ ДЛЯ ИНГЗЛЯЦИИ.Такие сопла описаны, например, в публикации международной заявки 7/094/07607. Характерной особенностью этих сопел является то,что они позволяют получать капельки вещества,применяемого для ингаляции, со средним диаметром около 5 мкм, причем жидкость, находящаяся под высоким давлением от 50 до 400 бар(от 50.105 Па до 400105 Па) и более (при необходимости до 600-105 Па), распыляется посредством сопла с отверстием менее 10 мкм. Такие сопла могут изготавливаться, например, из тонКИХ КрСМНИСВЫХ ИЛИ СТСКЛЯННЫХ ПЛЗСТИНОК,имея при этом наружные размеры миллиметрового диапазона. Типичное сопло имеет вид, наПрИМСр, СОСТОЯЩСГО ИХ ДВУХ ПЛЗСТИНОК ПРЯМОугольного параллелепгшеда с длиной ребра 1,1 мм х 1,5 мм х 2,0 мм. Распылители для получения аэрозолей без газа-носителя, в которых могут найти применение устройства для крепления сопла, выполненные согласно изобретению,известны, например, из публикации международной заявки ИО 91/ 14468.В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства, предназначенного, предпочтительно, для закрепления элемента,подверженного воздействию текучей среды под ДЗВЛСНИСМ И ВЫПОЛНСННОГО ИЗ ИЗНОСОСТОЙКОГО,прочного и поэтому, как правило, хрупкого материала.Под элементом, подверженным воздействию текучей среды под давлеъшем, мы подразумеваем элемент, на который воздействует находящаяся под давлением текучая среда, причем давление присутствует в том числе и внутри элемента, например, в отверстии сопла. Такой элемент может герметично крепиться, например, запрессовкой в крепежном устройстве из твердого материала, когда материал такого элемента способен воспринимать механические нагрузки без разрушения или при допустимой степени деформации. В области высоких давлений применяются уплотнения из деформируемого материала, например, меди или другого твердого материала, которые подвергаются сжатию с большим усилием. При использовании элементов из хрупкого материала известныеспособы герметичного крепления элемента требуют значительных затрат и большой тщательности. О сроке службы закрепленного таким образом элемента, подверженного воздействию жидкости под давлением, можно располагать лишь мало достоверными сведениями.Следовательно, возникает задача создать устройство крепления элемента, подверженного воздействию текучей среды под давлением, которое пригодно также для элементов из износостойкого, твердого и поэтому, как правило,хрупкого материала и которое не вызывает в материале элемента недопустимо больших точечных напряжений.Указанная задача решена посредством вЬ 1 полненного согласно изобретению устройства крепления элемента, подверженного воздействию текучей среды под давлением, отличающегося тем, что содержит:- держатель С рЗСПОЛОЖСННЫМ ВНуТрИ НСГО элементом, подверженным воздействию текучей среды под давлением, соприкасающийся с этим элементом на его стороне низкого давления,- фасонную деталь из эластомера, внешний контур которой соответствует внутреннему контуру держателя, а внутренний контур внешнему контуру элемента, подверженного воздействию текучей среды под давлением, при этом- фасонная деталь из эластомера охватывает элемент, подверженный воздействию текучей среды под давлением по всему его периметру;- фасонная деталь из эластомера содержит по меньшей мере одну свободную поверхность,на которую воздействует находящаяся под давлением текучая среда.Фасонная деталь из эластомера изготавлиВЗСТСЯ ПрСДПОЧТИТСЛЬНО ЛИТЬСМ ПОД ДЗВЛСНИСМ,при этом эластомер заливают в форму без образования пузырьков, форма соответствует контурам держателя и элемента, подверженного воздействию текучей среды под давлением. Предпочтительно, чтобы затвердевание эластомера происходило под давлением.Фасонная деталь из эластомера может также быть изготовлена на месте, на котором она должна держать элемент, подверженный воздействию текучей среды под давлением.Такая эластомерная фасонная деталь ведет себя как несжимаемая ясидкость. Она точно соответствует держателю и элементу, подверженному воздействию текучей среды под давлением.Эластомерная фасонная деталь охватывает элемент, подверженный воздействию текучей среды, по всему его периметру. Давление жидКОСТИ ФЗСОЪШЭЯ ДСТЗЛЬ ИСПЫТЫВЗСТ ТОЛЬКО на напорной стороне, но не на сторонах, по которым она сопрягается с держателем и элементом,подверженным воздействию текучей среды под давлением. Эластомерная фасонная деталь обеспечивает компенсацию давления возле элемента, подверженного воздействию текучейсреды под давлением. У фасонной детали отсутствует свободная поверхность на стороне низкого давления. Эластомерная фасонная деталь может быть выполнена, например из натурального или синтетического каучука, такого как силиконовый или полиуретановый.Элемент, подверженный воздействию текучей среды под давлением, может быть изготовлен из износостойкого, твердого и поэтому,как правило, хрупкого материала (например, из кремния, стекла, керамики, драгоценного камня,например, сапфира, рубина, алмаза) или из пластичного материала с износостойкой твердой поверхностью (например, пластмассы, меди,твердо хромированной меди, латуни, алюминия,стали, стали с закаленной поверхностью). Он МОЖСТ бЫТЬ ИЗГОТОВЛСН МОНОЛИТНЫМ ИЛИ СОСТОЯТЬ ИЗ НССКОЛЬКИХ ЧЗСТСЙ, ПрИЧСМ ЭТИ части МОгут быть выполнены из разных материалов. Элемент, подверженный воздействию текучей среды под давлением, может содержать полости, выемки или каналы, образующие структуру сопла.Держатель может быть изготовлен практически из любого материала, предпочтительно,из металла или пластмассы, и представлять собой тело вращения или любое другое тело. Его можно изготовить обработкой давлением, резаНИСМ ИЛИ ЛИГЬСМ.Может оказаться целесообразным, например, в случае, когда эластомерная фасонная деталь имеет цилиндрическую форму, то целесообразно в этом случае фасонную деталь постоянно подвергать воздействию механического усилия, которым в фасонной детали создается предварительное напряжение. В этом случае целесообразно применение прессовой посадки или использование тела для вытеснения (или ряда тел для вытеснения), оказывающих давление на эластомерную фасонную деталь или внутри нее.- в элементе, подверженном воздействию текучей среды под давлением, не образуются зоны недопустимо высокого локального напряжения, так как благодаря "плавающему креплению" давление текучей среды внутри и снаружи элемента, подверженного воздействию текучей СрСДЫ ПОД ДЗВЛСНИСМ, ИМССТ практически ОДИнаковую величину;- усилия, вызываемые держателем и давлением текучей среды и передаваемые на элемент,подверженный воздействию текучей среды под давлением, через подходящую фасонную деталь, не вызывают деформации элемента, подверженного воздействию жидкости под давлением;- элемент, подверженный воздействию текучей среды под давлением и состоящий до известной степени из пластичного материала моЖСТ КрСПИТЬСЯ ТОЧНО ТЗК же, как И ЗЛСМСНТ, ПОД 000261верженный воздействию текучей среды под давлением и вьшолненный из хрупкого материала;- крепление элемента, подверженного воздействию текучей среды под давлением, сохраняется герметичным даже в том случае, когда давление текучей среды снижается или становится низким;- крепление выдерживает высокую динамичную нагрузку, вызываемую высоким давлеНИСМ И ИМПУЛЬСЗМИ ДЗВЛСНИЯ;- элемент, подверженный воздействию текучей среды под давлением, и эластомерная фасонная деталь монтируются в держателе просто, надежно и без подгонки. В отношении элемента, подверженного воздействию текучей среды под давлением, отсутствует опасность хрупкого разрушения, а в отношении эластомерной фасонной детали - опасность выпадения из держателя;- устройство специально предназначено для элемента, подверженного воздействию текучей среды под давлением и имеющего миъШатюрное исполнение.Устройство, выполненное согласно изобретению, в дальнейшем поясняется на примере описания фигур.На фиг.1 показан металлический цилиндрический держатель (1), вид в перспективе. В нем выполнено гнездо (2) в виде усеченного конуса, диаметр которого на стороне высокого давления несколько превышает диаметр на стороне низкого давления. В донной части (3) держателя предусмотрено наличие отверстия (4). Образующая держателя может иметь форму усеченного конуса, а гнездо может быть выполнено цилиндрическим.На фиг.2 представлена эластомерная фасонная деталь (5), форма которой соответствует форме держателя, показанного на фиг.1, и форме элемента, подверженного воздействию под давлением, показанного на фиг. 3.На фиг. 3 показан элемент (6), подверженный воздействию текучей среды под давлением,состоящий из двух прямоугольных пластин,соединенных между собой по поверхности контакта. По меньшей мере одна пластина имеет канальную структуру (7), содержащую сопло на стороне низкого давления.На фиг. 4 а и 4 Ь показаны продольные сечения другого варианта выполнения устройства,выполненные соответственно в осевой плоскости устройства и в плоскости, проходящей параллельно одной из сторон элемента, подверженного воздействию текущей среды под давлением. Держатель (8) снабжен кольцеобразным буртиком (9), выступающим за край эластомерной фасонной детали (5).На фиг.5 изображен микроструктурироВЗННЪ 1 И ЗЛСМСНТ, ПОДВСрЖСЪП-[ЫИ ВОЗДСИСТВШО текучей среды под давлением, в виде соплового устройства 10, состоящего из нижней пластины11 и верхней пластины 12. В собранном виде обе пластины прочно связаны между собой, в результате чего распыляемая Жидкость поступает через фильтровальное устройство 13 на стороне 16 впуска (другими словами на стороне высокого давления) в сопловое устройство 10 и далее по узким каналам 17 и по обоим более Широким каналам 15 к выпускному отверстию 14 сопла (на стороне низкого давления). Пластины 11 и 12 могут изготавливаться из кремния или стекла. Дополнительные детали сопла раскрыты в описании международной заявки УУО 94/07607, к описанию которой отсылаем.Пример : крепежное устройство распылительного сопла в миниатюрном исполнении.Такое устройство состоит из стального цилиндрического держателя с наружным диаметром 3,2 мм и высотой 2,6 мм. Держатель имеет выемку с внутренним диаметром 2,3 мм на стороне высокого давления и 2,1 мм на стороне низкого давления. Донная часть держателя имеет толщину 0,4 мм и содержит отверстие диаметром 0,8 мм.Эластомерная фасонная деталь выполнена из силиконового каучука и имеет форму усеченного конуса. Последний до своего размещения в держателе имеет диаметр 2,3 мм на стороне высокого давления и 2,2 мм на стороне низкого давления, и высоту 1,8 мм. По всей своей высоте он снабжен выемкой шириной 1,0 мм и длиной 1,4 мм, расположенной симметрично своей оси.Элемент, подверженный воздействию текучей среды под давлением, представляет собой прямоугольный параллелепипед шириной 1,1 мм, длиной 1,5 мм и высотой 2,0 мм, состоящий из двух кремниевых пластин. На поверхности контакта ПЛЗСТИН ЗЛСМСНТ, ПОДВСрЖСННЫЙ ВОЗдействию Жидкости под давлением, имеет плоскую выемку треугольной формы глубиной 400 мкм, сообщештую с каналом шириной 50 мкм,глубиной 50 мкм и длиной 200 мкм.Устройство крепится на сосуде с распь 1 ляемой жидкостью. Давление жидкости внутри жидкости под давлением, составляет 32 МПа1. Устройство для крепления элемента,подверженного воздействию текучей среды под давлением, содержащее держатель (1, 8), фасонную деталь (5) и элемент (6), подверженный воздействию текучей среды под давлением, отличающееся тем, что:- держатель (1, 8) выполнен с расположенным внутри него элементом (6), подверженным воздействию текучей среды под давлением, со 000261прикасающийся с этим элементом на его стороне низкого давления,- фасонная деталь (5) выполнена из эластомерного материала (эластомерная фасонная деталь), внешний контур которой соответствует внутреннему контуру держателя (1, 8), а внутреньшй контур которой соответствует внешнему контуру элемента, подверженного воздействию текучей среды под давлением, при этом эластомерная фасонная деталь (5) охватывает элемент(6), подверженный воздействию текучей среды под давлением, по всему его периметру, и- эластомерная фасонная деталь (5) содержит, по меньшей мере, одну свободную поверхность, на которую воздействует текучая среда под давлением.2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что элемент (6), подверженный воздействию текучей среды под давлением, выполнен из износостойкого твердого и поэтому, как правило,хрупкого материала (например кремния, стекла,керамики, драгоценного камня) или из пластичного материала (например пластмассы или металла, предпочтительно меди, твердо хромированной меди, латуни, алюминия, стали, стали с закаленной поверхностью) или из комбинации этих материалов.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что элемент (6), подверженный воздействию текучей среды под давлением, состоит из нескольких частей или элемент (6), подверженный воздействию текучей среды под давлением,выполнен как единое Целое.4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что эластомерная фасонная деталь (5) выполнена из натурального или синтетического каучука, такого как силиконовый или полиуретановый.5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что содержит микроструктурированный элемент (6), подверженньцй воздействию текучей среды под давлением и вЬ 1 полненный из кремния, стекла или кремния/стекла с канальной структурой (7).6. Устройство по одному из пп.1-5, отли чающееся тем, что содержит тело для вытеснения, сЖимающее эластомерную фасоштую деталь. 7. Устройство по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что элемент, подверженный воздейСТВШО ТСКУЧСЙ среды ПОД ДЗВЛСНИСМ, ВЫПОЛНСН в виде соплового устройства (10), состоящего из основной пластинки (11) и покрывающей пластины (12), выпуска (14) соплового типа для распыления предназначенных ДЛЯ ИНГЗЛЯЦИИ медицинских растворов.