УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для воздействия на обрабатываемый объект высоким гидростатическим давлением, в частности на дермальный матрикс, с целью его децеллюляризации, и может быть преимущественно использована в биологии и медицине.
Так, известны устройства (см. Kobelco Technology Review, No 36, Nov. 2018, c.67), применяемые, в частности, для обработки пищевых продуктов высоким гидростатическим давлением (до 700 МПа) с целью их стерилизации. Под действием указанного высокого давления происходит разрушение клеток микроорганизмов, а структура клеток продукта сохраняется.
В указанном источнике информации описано устройство, включающее емкость, заполняемую гидравлической средой, внутри которой размещается обрабатываемый биологический объект. Указанная емкость сообщена с системой нагнетания гидравлической среды, обеспечивающей создание в емкости высокого гидростатического давления.
В указанном источнике информации также описано устройство, относящееся к так называемым устройствам гидростатического прессования, содержащее заполняемую гидравлической средой прессовочную камеру с размещаемым в ней обрабатываемым биологическим объектом и пресс-поршень, на который воздействует нагрузка, обуславливающая непосредственное прессующее воздействие пресс-поршня на гидравлическую среду.
Устройство гидравлического прессования не требует наличия сложной системы нагнетания гидравлической жидкости и в этой связи является более простым по конструкции и удобным в обслуживании.
Известно использование устройств высокого гидростатического давления для обработки биологических материалов, применяемых в биологии и медицине, в частности, для обработки образцов свиной кожи (см. Hindai Publishing Corporation. BioMed Research International. Vol.2015, Article ID587247. http://dx.doi.org/10.11.1155/2015/587247].
Обработку образцов кожи осуществляли с использованием устройств, описанных в вышеуказанной статье (см. Kobelco Technology Review, No 36 Nov.2018,c.67].
Образцы кожи упаковывали в пластиковые пакеты, наполненные физиологическим раствором или дистиллированной водой, и погружали в гидравлическую среду.
Осуществляли воздействие на образцы кожи высоким гидростатическим давлением (100 и 200 МПа) с целью децеллюляризации кожи и получения дермального матрикса, используемого, в частности, при лечении ожоговых ран.
В результате обработки образцов кожи сверхвысоким гидростатическим давлением была достигнута практически полная инактивация клеток кожи.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) заявляемой полезной модели выбрано устройство для гидростатического прессования, используемое для обработки пищевых продуктов, в частности, тунца (см. JPH02171172(A)).
Данное устройство содержит прессовочную камеру, предназначенную для заполнения ее гидравлической жидкостью и для размещения в ней обрабатываемого объекта. Устройство также содержит пресс-поршень, установленный в прессовочной камере с возможностью осевого перемещения, под воздействием прикладываемой к пресс-поршню нагрузки, создаваемой гидравлическим прессом. Пресс-поршень снабжен кольцевым гидравлическим уплотнителем, обеспечивающим герметизацию рабочего объема прессовочной камеры.
В результате воздействия высокого гидростатического давления на помещенный в емкости продукт достигается его стерилизация.
В устройствах гидростатического прессования, работающих в условиях сверхвысокого давления, к которым относится и ближайший аналог заявляемой полезной модели, чрезвычайно нежелательным, прежде всего с точки зрения обеспечения их эксплуатационной надежности, является наличие воздуха, даже в незначительном его количестве, под прессующей поверхностью пресс-поршня в начале цикла прессования. Присутствие остатков воздуха под прессующей поверхностью в прессовочной камере может быть обусловлено захватом воздуха при вводе пресс-поршня в прессующую камеру, а также неровностью поверхности конструктивных деталей устройства и прочими причинами.
При сжатии воздуха под действием сверхвысокого давления в нем происходит накопление потенциальной энергии, что может привести, при нарушении герметичности устройства, к взрыву, обусловленному расширением предварительно сжатого воздуха.
Кроме того, наличие остатков воздуха под прессующей поверхностью пресс-поршня в прессовочной камере после заполнения ее гидравлической средой приводит к необходимости «лишнего хода» пресс-поршня под нагрузкой, который он совершает до момента достижения поверхности гидравлической среды.
Техническим результатом заявляемой полезной модели, является повышение эксплуатационной надежности устройства.
Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве для гидростатического прессования, включающем прессовочную камеру, предназначенную для заполнения ее гидравлической средой и для размещения в ней обрабатываемого объекта, и установленный в прессовочной камере с возможностью осевого перемещения пресс-поршень, снабженный гидравлическим уплотнителем, согласно полезной модели в теле пресс-поршня выполнен сквозной канал для выпуска воздуха, входное отверстие которого расположено на прессующей поверхности пресс-поршня, а выходное отверстие расположено на наружной поверхности пресс-поршня, при этом выходное отверстие сквозного канала снабжено запорным клапаном.
Заявляемое устройство относится к устройствам гидростатического прессования и содержит прессовочную камеру, предназначенную для заполнения ее рабочего объема гидравлической средой (вода), и пресс-поршень, предназначенный для передачи давления на гидравлическую среду, создаваемого прикладываемой к нему нагрузкой. Таким образом, конструкция устройства обеспечивает возможность воздействия на размещаемый в прессовочной камере обрабатываемый объект сверхвысоким гидростатическим давлением, обусловленным непосредственным прессующим воздействием пресс-поршня на гидравлическую среду.
Наличие в теле пресс-поршня сквозного канала для выпуска воздуха, входное отверстием которого расположено на прессующей поверхности пресс -поршня, а выходное отверстие находится на наружной поверхности пресс-поршня, обеспечивает возможность прохождения через указанный канал воздуха.
Соответственно, с помощью указанного канала при осевом перемещении пресс-поршня обеспечивается удаление наружу воздуха, находящегося под прессующей поверхностью пресс-поршня в прессовочной камере, присутствие которого обусловлено захватом воздуха при вводе пресс-поршня в прессующую камеру, а также неровностью поверхности конструктивных деталей устройства и прочими причинами.
Удаление воздуха из указанной зоны позволяет избежать возникновения взрывоопасной ситуации при эксплуатации устройства. В противном случае, воздух, сжимаемый пресс-поршнем, накапливает потенциальную энергию, что, при нарушении герметичности устройства, может привести к возникновению взрыва вследствие быстрого расширения воздуха.
При этом наличие сквозного канала позволяет судить о моменте достижения пресс-поршнем уровня гидравлической среды (вода) в прессовочной камере по ее появлению в выходном отверстии.
Возможность фиксации указанного момента позволяет контролировать рабочий процесс и прикладывать нагрузку к пресс-поршню после вытеснения остатков воздуха из прессовочной камеры и тем самым избежать его сжатия пресс-поршнем. Это важно для обеспечения безопасности и повышения эксплуатационной надежности устройства.
Кроме того, оказывается возможным избежать «лишнего хода» пресс-поршня и связанных с этим энергетических затрат.
Наличие запорного клапана в выходном отверстии сквозного канала позволяет открывать указанный канал перед началом рабочего хода пресс-поршня перекрывать указанный канал при осуществлении рабочего хода пресс-поршня, что является необходимым для обеспечения герметичности рабочего объема прессовочной - камеры.
На фигуре представлен общий вид заявляемого устройства.
Устройство содержит прессовочную камеру 1, предназначенную для заполнения ее полости гидравлической средой (вода) 2. В полости камеры 1 установлен с возможностью осевого перемещения пресс-поршень 3. Пресс-поршень 3 снабжен гидравлическим уплотнением 4, выполненным, в частности, в виде кольцевого уплотнителя, изготовленного из гидроизоляционного и воздухонепроницаемого материала.
В теле пресс-поршня 3 выполнен ориентированный вдоль его продольной оси Г-образный сквозной канал 5, входное отверстие (на чертеже позицией не обозначено) которого расположено на прессующей поверхности 6 пресс-поршня 3, а выходное отверстие (на фигуре позицией не обозначено) расположено на наружной боковой поверхности пресс-поршня 3 в зоне, превышающей верхнюю поверхность прессовочной камеры 1 при осуществлении им рабочего хода.
Выходное отверстие сквозного канала 5 снабжено запорным клапаном 7.
Камера 1 предназначена также для размещения в ее полости обрабатываемого образца 8, в частности, образца свиной кожи, помещенного в полиэтиленовый пакет 9, заполненный физиологическим раствором.
Пресс - поршень 3 связан с действующей на него нагрузкой, осуществляемой, в частности, от гидравлического пресса (на фигуре не показан).
Устройство работает следующим образом.
В открытую прессовочную камеру 1 помещают герметичный пакет 9 с образцом дермы 8.
Заливают в прессовочную камеру 1 воду и вводят в нее пресс-поршень 3. Открывают запорный клапан 7.
Вводят пресс-поршень 3 в прессовочную камеру 1 до появления воды в выходном отверстии канала 5 (в запорном клапане 7). Закрывают запорный клапан 7.
Прикладывают требуемую нагрузку на пресс-поршень 3, в частности, от гидравлического пресса, в течение требуемого времени. Пресс-поршень 3 создает давление, передаваемое на гидравлическую среду - воду.
Тем самым осуществляют воздействие давлением на образец 8 дермы.
В частности, на образец дермы воздействуют давлением порядка 150 МПа в течение 1 минуты.
Снимают нагрузку.
Открывают запорный клапан 7, извлекают пресс-поршень 3 из прессовочной камеры 1. Извлекают пакет 9 из прессовочной камеры 1.
В результате проведенных испытаний подтверждена эксплуатационная надежность устройства.