ВАКУУМНЫЙ НАСОС УСТРОЙСТВА СБОРА И ОБРАБОТКИ РАНЕВОЙ КРОВИ

Полезная модель относится к медицинской технике, в частности к устройствам сбора и обработки раневой крови пациента во время операции с целью ее возврата в кровеносное русло пациента для минимизации кровопотери и снижения потребности в донорской крови.
Одним из основных функциональных элементов такого устройства является вакуумный насос, который обеспечивает с помощью разреженного воздуха сбор раневой крови в соответствующую емкость. Эффективность функционирования устройства сбора и обработки раневой крови существенно зависит от производительности и коэффициента полезного действия вакуумного насоса.
По принципу действия вакуумные насосы, применяемые в устройствах сбора раневой крови, относятся к насосам вытеснения (т.н. объемные насосы), в частности к поршневым (мембранным) насосам приводного типа. Рабочий орган таких насосов выполнен в виде совершающего возвратно-поступательное движение поршня или мембраны. Привод поршня осуществляется от электродвигателя через кривошипно-шатунный (кулисный) механизм.
По существу подобный механизм представляет собой кинематическую цепь, т.е. систему звеньев (элементов, входящих в состав механизма), связанных между собой кинематическими парами, причем под связями, в соответствии с общепринятой терминологией [1], принято считать ограничение, налагаемое на положение и скорости точек механической системы. Связи в рассматриваемой кинематической цепи осуществляются за счет непосредственного механического контакта поверхностей тел, образующих звенья, что приводит к существенным энергетическим потерям на трение.
Указанный недостаток, существенно снижающий эффективность устройства сбора и обработки раневой крови, свойственен и вакуумному насосу в составе устройства «Агат», выбранного в качестве прототипа [2]. У указанного вакуумного насоса преобразование подводимой электрической энергии в возвратно-поступательное движение мембраны происходит в два этапа: вначале в кинематическую энергию вращения вала электродвигателя, а затем - в возвратно-поступательное движение рабочего органа посредством кривошипно-шатунного механизма, закрепленного на валу электродвигателя. Оба преобразования вносят существенные энергетические потери - электродвигатель до 50%, а кривошипно-шатунный механизм - порядка 10%. При этом значительная часть энергии потерь преобразуется в вибрацию и шум, что для медицинской техники крайне нежелательно.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении коэффициента полезного действия вакуумного насоса путем уменьшения его потерь на трение и шумы с целью улучшения потребительских свойств устройства сбора и обработки раневой крови. Указанная задача реализуется за счет выполнения связи исполнительного звена (поршня вакуумного насоса) с источником энергии при отсутствии между его звеньями непосредственного механического контакта посредством т.н. магнитной связи [1].
Как и вакуумный насос устройства сбора и обработки раневой крови, выбранный в качестве прототипа [2], заявляемый насос содержит связанное с источником энергоснабжения задающее звено и исполнительное звено возвратно-поступательного движения. Отличие от прототипа состоит в том, что исполнительное звено снабжено постоянным магнитом, а задающее звено выполнено в виде подключенного к блоку питания и управления охватывающего исполнительное звено соленоида. Следует отметить, что с целью уменьшения акустических шумов исполнительное звено выполнено в виде двух раздельных рабочих цилиндров, соосно и оппозитно установленных поршней, снабженных разнонаправленными, идентичными по массе постоянными магнитами. Соленоид задающего звена снабжен двухсекционной обмоткой. Предложенный принцип магнитной связи задающего и исполнительного звеньев (при отсутствии между ними механического контакта) вакуумного насоса, предназначенного для использования в устройстве сбора и обработки раневой крови, используется впервые и позволяет существенно увеличить эффективность функционирования устройства и снизить его шум.
На фиг.1 представлена блок-схема варианта конкретного исполнения вакуумного насоса устройства сбора и обработки раневой крови. В данном случае исполнительное звено вакуумного насоса выполнено в виде двух поршней 1 и 2, установленных в рабочих цилиндрах 3 и 4 соответственно. Поршни 1 и 2 снабжены разнонаправленными (т.е. обращенными друг к другу одноименными полюсами) идентичными по массе и магнитным свойствам постоянными магнитами 5 и 6, установленными внутри поршней 1 и 2, соответственно. Сумма масс поршня 1 с магнитом 5 равна сумме масс поршня 2 с магнитом 6. На внешней поверхности рабочих цилиндров 3 и 4 установлена обмотка соленоида 7, подключенного к блоку питания и управления 8. Ограничители рабочего хода поршней 1 и 2 выполнены в виде пружин 9 и 10. Согласование работы поршней 1 и 2 достигается регулировкой усилия пружин 9 и 10. Управление работой поршней 1 и 2 осуществляется с помощью датчиков Холла 11 и 12, которыми снабжена обмотка соленоида 7. Датчики Холла для измерения магнитных полей хорошо известны [3] и используются в измерительной технике и автоматике, а потому их применение в данном случае подробного пояснения не требует.
Предлагаемый вакуумный насос устройства сбора и обработки раневой крови работает следующим образом. Обмотка соленоида 7 при включении блока 8 формирует магнитное поле. Взаимодействие магнитных полей соленоида 7 и магнитов 5 и 6 поршней 1 и 2 осуществляет их взаимное смещение.
Пружины 9 и 10 осуществляют синхронизацию движения поршней 1 и 2. Совместное воздействие на поршни 1 и 2 магнитов 5 и 6 и пружин 9 и 10 обеспечивает их оппозитное возвратно-поступательное движение в режиме, определяемом блоком 8.
На фиг.2 представлена блок-схема альтернативного варианта исполнения вакуумного насоса устройства сбора и обработки раневой крови. В данном конкретном случае исполнительное звено вакуумного насоса, выполненного в виде двух поршней 1 и 2, установленных в рабочих цилиндрах 3 и 4, соответственно. Поршни 1 и 2 снабжены разнонаправленными (обращенными друг к другу одноименными полюсами) идентичными по массе и магнитным свойствам постоянными магнитами 5 и 6, установленными внутри поршней 1 и 2, соответственно. Сумма масс поршня 1 с магнитом 5 равна сумме масс поршня 2 с магнитом 6. На внешней поверхности рабочих цилиндров 3 и 4 установлена обмотка соленоида 7, подключенного к блоку питания и управления 8. Ограничители рабочего хода поршней 1 и 2 выполнены в виде постоянных магнитов 9 и 10. Согласование работы поршней 1 и 2 достигается регулировкой положения магнитов 9 и 10. Обмотка соленоида 7 снабжена датчиками Холла 11 и 12.
Предлагаемый вариант позволяет увеличить рабочий объем и производительность насоса за счет дополнительных камер 13 и 14, а так же использовать его в качестве вакуумного насоса и компрессора одновременно.
Отсутствие непосредственного механического контакта элементов исполнительного и задающего звеньев обеспечивает существенное снижение энергетических потерь и, соответственно, высокий коэффициент полезного действия заявляемого вакуумного насоса и повышение эффективности функционирования устройства сбора и обработки раневой крови в целом.
Промышленная применяемость заявляемого вакуумного насоса подтверждается возможностью его многократного повторения в процессе изготовления в серийном производстве с применением стандартного оборудования, современных материалов и технологии.
Литература
1. А.Ф.Крайнев «Словарь-справочник по механизмам», М., «Машиностроение», 1987 г.
2. Аутогемогемотрансфузер «АГАТ», КЮФУ2.933.012 ТУ, 2005 г.
3. Политехнический словарь. Изд. «Советская Энциклопедия» М 1976 г.