Клапан для поддержания постоянного давления
Назначение: область медицинской техники, а именно аппараты для проведения искусственной и вспомогательной вентиляции легких. Задача: создание простого и удобного в эксплуатации, обладающего малыми габаритами и весом клапана, обеспечивающего постоянный перепад давления при значительных изменениях величины проходящего через него потока газа. Сущность. Аппарат состоит из вертикально расположенной трубы с отверстиями в боковых стенках, суммарная площадь которых превышает площадь сечения трубы. Внутри трубы свободно перемещается цилиндр, диаметр которого равен внутреннему диаметру трубы. Вес цилиндра уравновешивается давлением газового потока, которое в этом случае определяется весом цилиндра и не зависит от величины потока. При изменении величины потока цилиндр, опускаясь или поднимаясь, изменяет площадь открытых отверстий в стенке трубы, сохраняя перепад давления. Величину давления можно регулировать, изменяя вес цилиндра (добавляя или извлекая грузы в полость цилиндра). Движение цилиндра в трубе ограничено упорами. В крайних положениях цилиндра отверстия в трубе либо полностью перекрыты, либо полностью открыты.
Полезная модель относится к медицине, а именно к аппаратам искусственной вентиляции легких.
В современной медицине широко используются различные методы искусственной вентиляции легких(ИВЛ) и вспомогательной вентиляции легких (ВВЛ).
При реализации некоторых методов ИВЛ и ВВЛ требуется поддерживать в дыхательных путях пациента постоянное положительное давление (методы СРАР, PEEP) относительно атмосферного [1,2].
Для создания постоянного положительного давления используются различные клапанные механизмы ([2], стр.90), ([3], стр.123): гидростатического давления, пневматические, пружинные; - пропускающие поток в одном направлении при давлении в потоке, превышающем атмосферное.
Клапан гидростатического давления представляет собой трубу, опущенную в воду на глубину равную необходимому давлению (в см. H2О). Газовый поток выходит из трубы, преодолевая давление столба воды. Достоинством данной конструкции является простота, а недостатком - большое динамическое сопротивление, вызывающее значительное изменение давления при изменении потока. Кроме того, наличие сосуда с водой делает неудобным использование данного клапана, воздух выходит из трубы отдельными пузырями, вначале вытесняя воду из трубы. Из-за этого давление в магистрали скачкообразно меняется даже при постоянном потоке.
Пружинный клапан представляет собой подпружиненную с одной стороны диафрагму, перекрывающую газовую магистраль. Под действием газового потока диафрагма, преодолевая сопротивление пружины, открывается, образуя щель, через которую выходит поток газа. Недостатком данной конструкции является зависимость давления в магистрали от величины потока.
Пневматический клапан в простейшем случае представляет собой пневмодроссель - сужение в газовой магистрали, - создающий сопротивление на пути газового потока и, соответственно, повышенное давление. Для уменьшения изменения давления при изменении потока, вызванного дыханием пациента, создают опорный газовый поток через дроссель, намного превышающий поток пациента. Недостатком данной конструкции является повышенный расход дыхательной смеси и необходимость постоянного контроля над величиной опорного потока.
Для устранения недостатков рассмотренных конструкций предлагается клапан постоянного давления выполнить в виде вертикально расположенной трубы, в стенках которой имеются отверстия с суммарной площадью большей сечения трубы. Внутри трубы свободно перемещается цилиндр с диаметром равным внутреннему диаметру трубы. Величина перемещения цилиндра ограничена упорами, причем в крайних положениях цилиндра отверстия в стенках трубы либо полностью перекрыты, либо полностью открыты.
Конструкция клапана (в разрезе) изображена на рис.1. При работе газовый поток, проходящий по трубе, поднимает цилиндр и выходит через отверстия в стенке трубы. Поскольку вес цилиндра уравновешивается давлением газа на его дно, то можно определить давление в газовой магистрали как:
Р = mg/S, где
Р - давление газа;
m - масса цилиндра;
S - площадь поперечного сечения трубы;
g - ускорение свободного падения.
Так как вес цилиндра и площадь поперечного сечения трубы постоянны, то и давление газа в трубе постоянно и не зависит от его расхода. При изменении расхода изменяется положение цилиндра в трубе, приоткрывая или призакрывая отверстия в стенке трубы.
Укладывая в полость цилиндра (или извлекая из нее) дополнительные грузы можно регулировать давление в магистрали.
Проведенный поиск показал отсутствие аналогичных решений и позволяет сделать вывод о том, что заявляемая конструкция не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. она соответствует критерию «новизна».
Заявляемое устройство может найти применение в медицине при реализации аппаратов ИВЛ и ВВЛ с режимами СРАР, PEEP.
Опытный образец клапана был испытан в составе аппарата ВВЛ (по типу СРАР) и подтвердил свою работоспособность - незначительные изменения давления при значительных изменениях потока.
Источники информации:
1. Кассиль В.Л., Лескин Г.С., Выжигина М.А. Респираторная поддержка. М., «Медицина», 1997 г.
2. Колесниченко А.П., Грицан А.И. Основы респираторной поддержки в анестезиологии, реанимации и интенсивной терапии., Красноярск, КрасГМА, 2000 г.
3. Гальперин Ю.С., Бурлаков Р.И. Наркозно-дыхательная аппаратура., М., ЗАО «ВНИИМП-Вита», 2002 г.
1. Клапан постоянного положительного давления, отличающийся тем, что выполнен в виде вертикально расположенной трубы с отверстиями в стенке, суммарная площадь которых превышает сечение трубы и которые могут перекрываться свободно перемещающимся внутри трубы цилиндром с диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, а вес которого уравновешивается давлением газа на его дно, причем движение цилиндра внутри трубы ограничено упорами, при движении между которыми цилиндр полностью перекрывает и открывает отверстия.
2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что цилиндр содержит полость, в которую могут устанавливаться и извлекаться грузы для изменения веса цидиндра и соответственно давления газа.
