ГЕНЕРАТОР ПОТОКА ГАЗА В ДЫХАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ

Настоящее техническое решение относится к медицинской технике и может быть использовано для создания аппаратов искусственной вентиляции легких (ИВЛ) и наркозно-дыхательной аппаратуры (НДА).
Известны аппараты ИВЛ и НДА, содержащие в качестве генератора потока дыхательного газа гофрированный мех с впускными и выпускными обратными клапанами, а также механизмы преобразования вращательного движения вала электропривода в возвратно-поступательное движение дыхательного меха, за счет чего и формируется (генерируется) поток дыхательного газа. При этом механизмы, обеспечивающие возвратно-поступательное движение меха (мехов) в НДА и аппаратах ИВЛ использовались самые разные.
Так в аппарате ИВЛ «Фаза-1», выпускавшимся Воронежским механическим заводом (г. Воронеж), использовался «качающийся подшипник» (так называемый, «пьяный подшипник») - см. http:/ru.m.wikipedia.org/wiki.
Недостатком такого устройства является сложность конструкции, требующей использования подшипников, причем устанавливаемых на валу наклонно, а подшипники требуют периодической смазки, что неудобно в эксплуатации и т.п.
Во многих аппаратах ИВЛ и НДА используется пневматический привод дыхательных мехов, заключающийся в том, что дыхательный мех заключается в герметичный «колокол», в который периодически подается (или отсасывается) воздух под определенным давлением. Этот принцип используется в аппаратах ИВЛ типа «РО-6», выпускавшихся заводом «Красногвардеец» (г. С. Петербург), а также в аппаратах типа «Drager» (производство - Германия) и др. Недостатком пневматического привода также является сложность конструкции, требующая использования специального дополнительного компрессора, а также низкий энергетический КПД.
В аппаратах ИВЛ «Фаза-5», «Фаза-21», а также в НДА «Фаза-23», выпускаемых ОАО «Уральский приборостроительный завод» (г. Екатеринбург) используется оригинальный кривошипно-шатунный механизм - АНАЛОГ. Недостатком такого решения является сложность конструкции, требующей использование многочисленных подшипников, а также рессорно-пружинного механизма для обеспечения плоско-параллельного движения мехов.
Наиболее близким к предлагаемому по настоящему изобретению устройству является «Устройство для генерирования потока газа для искусственной вентиляции легких» по патенту РФ №2506097 C2 с приоритетом от 25.11.2011 г., МПК A61M 16/10 - ПРОТОТИП. В данном устройстве нагнетание и удаление потока газа осуществляется посредством скачкообразного изменения направления вихревого потока, который создается крыльчаткой. Недостатком такого технического решения является сложность конструкции, так как для обеспечения требуемого давления газа при вдохе (до 0,1 атм) необходима очень высокооборотная крыльчатка (примерно 30000 об/мин), предопределяющая необходимость точных подшипников, системы их смазки, шумоизоляции и т.д.
Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции генератора потока дыхательных газов в аппаратах ИВЛ и НДА в широком диапазоне изменения его производительности, а также повышение надежности его функционирования.
Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению дыхательный мех жестко сочленен с приводным штоком, который в одном месте жестко соединен с односторонне-зубчатым кольцевым ремнем, входящим в зацепление с двумя шкивами, расположенными таким образом, что линия, соединяющая центра этих шкивов, параллельна оси штока, а плоская сторона зубчатого шкива касается поверхности приводного штока, причем один из зубчатых шкивов свободно в отношении вращения закреплен на оси, а второй - соединен с электроприводом, причем расстояние между осями шкивов больше, чем максимально требуемый осевой ход дыхательного меха, а блок управления электроприводом обеспечивает реверсивное вращение вала электродвигателя с контролируемой угловой скоростью в обоих направлениях.
Схематически предлагаемое устройство изображено на прилагаемой фигуре, где:
1. Дыхательный мех.
2. Корпус генератора потока газа.
3. Впускной клапан.
4. Выпускной клапан.
5. Приводной шток.
6. Односторонне-зубчатый ремень.
7. Приводной зубчатый шкив
8. Электропривод с блоком управления.
9. Опорный зубчатый шкив
Дыхательный мех 1 представляет собой гофрированный элемент, предпочтительно цилиндрической формы, изготовленный из резины. Верхняя часть этого дыхательного меха 1 прикреплена к корпусу генератора потока 2 (в котором расположены впускной клапан 3 и выпускной клапан 4), а нижняя ужесточенная часть - соединена с приводным штоком 5, который по скользящей посадке вставлен в корпус генератора потока 2. Рядом с приводным штоком 5 расположен односторонне-зубчатый ремень 6 (изготовленный из армированного пластика), который натянут и входит в зацепление с двумя зубчатыми шкивами: приводным шкивом 7 (сочлененным с электроприводом с блоком управления 8) и опорным шкивом 9,свободно вращающимся на своей оси. Оси зубчатых шкивов 7 и 9 расположены таким образом по отношению к приводному штоку 5, что линия, соединяющая центра этих шкивов, параллельна оси приводного штока 5, а плоская сторона односторонне-зубчатого ремня 6 касается поверхности приводного штока 5, и в одном месте жестко соединена с ним, причем расстояние между осями зубчатых шкивов 7 и 9 больше, чем максимально требуемый осевой ход дыхательного меха 1.
Функционирует предлагаемое устройство следующим образом:
Во время цикла вдоха с помощью блока управления обеспечивают вращение с требуемой угловой скоростью вала электропривода с блоком управления 8 и связанного с ним приводного зубчатого шкива 7 - по часовой стрелке. При этом гибкий односторонне-зубчатый ремень 6, находящийся в зацеплении с приводным зубчатым шкивом 7, также начнет вращаться по часовой стрелке, а прямолинейная часть односторонне-зубчатого ремня 6 и связанный с ним в одном месте приводной шток 5 начнут двигаться вверх, сжимая дыхательный мех 1. В результате объем дыхательного меха 1 уменьшается с соответствующей требуемой скоростью, в нем возникает избыточное давление дыхательного газа, и свежая дыхательная смесь через выпускной клапан 4 поступает в дыхательный контур к пациенту. После завершения цикла вдоха и с началом цикла выдоха электропривод с блоком управления 8 останавливается, а затем начинается его вращение в противоположную сторону - против часовой стрелки. Соответственно, односторонне-зубчатый ремень 6, приводной шток 5 и связанная с ним нижняя часть дыхательного меха 1 начнут двигаться вниз. В результате объем дыхательного меха 1 увеличивается, в нем возникает разрежение и свежая дыхательная смесь через впускной клапан 3 засасывается внутрь дыхательного меха, подготавливая его к последующему циклу вдоха.
Объем генерируемой (подаваемой) пациенту дыхательной смеси определяется ходом дыхательного меха 1, который пропорционален количеству оборотов вала электропривода с электронным управлением 8, а скорость дыхательного потока пропорциональна угловой скорости вращения вала электропривода с электронным управлением 8. При этом и количество требуемых оборотов вала электропривода с электронным управлением 8, и скорость и направление его вращения задаются посредством электронного блока управления электроприводом 8.
В дальнейшем циклы вдох - выдох повторяются с требуемой частотой.
Поскольку в предлагаемом техническом решении механизм преобразования вращательного движения вала электропривода в возвратно-поступательное движение дыхательного меха, кроме гибкого односторонне-зубчатого ремня, фактически не имеет промежуточных механизмов (кривошипов, рычагов, многочисленных подшипников, требующих периодической смазки, и т.п.), то конструкция генератора потока дыхательного газа значительно упрощается, а энергетический КПД и надежность его функционирования соответственно повышается.
По данной схеме изготовлен макет предполагаемого генератора потока дыхательного газа, предварительные испытания которого подтвердили его реализуемость в конструкциях аппаратов ИВЛ и НДА.