PL181231B1

PL181231B1 - Electropneumatic pulsator

Info

Publication number: PL181231B1
Application number: PL96316481A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Domanowski; Roman Kustosz; Marek Swoboda; Henryk Swoboda
Original assignee: Fundacja Rozwoju Kardiochirurg
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2001-06-29
Also published as: PL316481A1

Abstract

Pulsator elektropneumatyczny posiadający wzmacniacz pneumatyczny umieszczony w przedzielonym nieruchomą przegrodą korpusie zaopatrzonym w co najmniej dwa króćce dla czynnika roboczego usytuowane po obu stronach przepony sterowanej za pośrednictwem elektromagnesu, znamienny tym, że ma obudowę (1), w której dolnej komorze (Kd) jest usytuowany wzmacniacz pneumatyczny (PA), a w górnej komorze (Kg) jest usytuowany elektropneumatyczny przetwornik (EC), składający się z głowicy elektromagnetycznej (3) wyposażonej w obrotowo posadowioną belkę (4) zakończoną elementem (4a) zamykającym dyszę (5a) opornika pneumatycznego i podpartą sprężyną (6) zakotwioną do górnej pokrywy (1a) obudowy (1), przy tym utworzona pomiędzy ścianką (5), w której jest osadzona dysza (5a) opornika pneumatycznego, a górną płaszczyzną zespołu membran (M) pneumatycznego wzmacniacza (PA) komora (X) jest zaopatrzona we wlotowy króciec (7) doprowadzający sprężone powietrze z zewnętrznego źródła nadciśnienia Psup+, natomiast pneumatyczny wzmacniacz (PA) jest wyposażony w zespół zaworów (V+, V-) zamykających połączenie między króćcem wyjściowym (10) a usytuowanym poniżej niego w komorze dolnej (Kd) króćcem (11) doprowadzającym powietrze z zewnętrznego źródła nadciśnienia Psup+ oraz odpowiednio między króćcem wyjściowym (10) i króćcem (9) umieszzzznymElectropneumatic pulsator having a pneumatic amplifier located in a body divided by a fixed partition, provided with at least two stub pipes for the working medium, located on both sides of the diaphragm controlled by an electromagnet, characterized by the fact that it has a housing (1) in which the amplifier is located in the lower chamber (Kd) pneumatic (PA), and in the upper chamber (Kg) there is an electro-pneumatic converter (EC), consisting of an electromagnetic head (3) equipped with a rotating beam (4) ending with an element (4a) closing the nozzle (5a) of a pneumatic resistor and a spring (6) anchored to the upper cover (1a) of the housing (1), here formed between the wall (5) in which the nozzle (5a) of the air resistor is mounted, and the upper plane of the membrane assembly (M) of the pneumatic amplifier (PA), the chamber ( X) is equipped with an inlet stub (7) for supplying compressed air from an external overpressure source Psup +, while the pn The eumatic amplifier (PA) is equipped with a set of valves (V +, V-) closing the connection between the outlet connector (10) and the connector (11) located below it in the lower chamber (Kd) supplying air from an external overpressure source Psup + and, respectively, between the outlet connector (10) and a fitting (9)

Description

Przedmiotem wynalazku jest pulsator elektropneumatyczny do regulowania przebiegu wytwarzanego ciśnienia sterującego pracą pomp membranowych, w szczególności pompy krwi jak i duplikatora pulsu, to jest pompą służącą, do wytwarzania zadanego w czasie przebiegu ciśnienia.The subject of the invention is an electropneumatic pulsator for regulating the course of the generated pressure which controls the operation of diaphragm pumps, in particular a blood pump and a pulse duplicator, i.e. a pump for generating a pressure set during the course.

Z polskiego opisu patentowego numer 162 779 jest znany pulsator posiadający obudowę z pokrywą wyposażoną w króciec, przy czym pomiędzy pokrywą a obudową jest usytuowana przepona mocowana śrubami, zaś na spodzie obudowy pomiędzy pierścieniami jest usytuowany resor. Przepona i resor są sprzężone trzpieniem mocowanym do przepony wyprofilowaną złączką, a do resoru nakrętką. Na pierścieniach, na spodzie obudowy jest posadowiony nabiegunnik, na którym jest umieszczony magnes, zaś na nim z kolei nabiegunnik, przy czym pomiędzy nabiegunnikami jest szczelina, w której jest usytuowana dolna część wyprofilowanej złączki z cewką, natomiast cewka jest zespolona z zaciskiem obudowy poprzez przewody. Trzpień w obu swoich częściach, górnej i dolnej jest usytuowany w łożyskach posadowionych w nabiegunniku. Ujawniony pulsator jest zasilany ze wzmacniacza mocy sterowanego generatorem, który jest sprzężony ze wskaźnikiem częstościomierza.Polish patent specification No. 162 779 discloses a pulsator having a housing with a cover provided with a pipe stub, a diaphragm fixed with bolts located between the cover and the housing, and a spring located on the bottom of the housing between the rings. The diaphragm and the spring are coupled with a pin attached to the diaphragm with a profiled coupling, and to the spring with a nut. On the rings, at the bottom of the housing, there is a pole piece, on which a magnet is placed, and a pole piece on it, while between the pole pieces there is a slot in which the bottom part of the profiled connector with the coil is located, while the coil is connected to the housing clamp through wires . The pin in both its upper and lower parts is located in bearings seated in the pole piece. The disclosed pulsator is powered from a generator controlled power amplifier that is coupled to a frequency counter indicator.

Z innego polskiego opisu patentowego numer 163 014 jest znany pulsator dwustronnego działania składający się z korpusu wyposażonego w dwa króćce. Wewnątrz korpusu, w jego jednej części jest usytuowana nieruchoma przegroda, która jedną krawędzią jest przymocowana do korpusu, zaś do drugiej krawędzi nieruchomej przegrody jest przymocowana półpanewka. Ponadto, we wnętrzu korpusu jest umieszczony wał, którego oś symetrii pokrywa się z osią symetrii półpanewki i osią symetrii co najmniej drugiej części korpusu,Another Polish patent specification No. 163 014 describes a double-acting pulsator consisting of a body equipped with two stub pipes. Inside the body, in one part of it, there is a fixed partition, which is attached to the body with one edge, and a half-shell is attached to the other edge of the fixed partition. Moreover, inside the body there is a shaft whose axis of symmetry coincides with the axis of symmetry of the half-shell and the axis of symmetry of at least the second part of the body,

181 231 przy czym do wału jest przymocowana ruchoma przegroda usytuowana wewnątrz korpusu w jego drugiej części. Króćce są usytuowane w korpusie w tej jego części, w której znajduje się nieruchoma przegroda, przy czym jeden króciec jest usytuowany po jednej stronie nieruchomej przegrody, a drugi koniec jest usytuowany po drugiej stronie nieruchomej przegrody.181 231 with a movable partition located inside the body in its second part fixed to the shaft. The stub pipes are positioned in the body in the part thereof where the fixed partition is provided, one socket being positioned on one side of the fixed partition and the other end being positioned on the other side of the fixed partition.

Nadto, z polskiego opisu patentowego numer 164 471 jest znany pulsator dwustronnego działania składający się z korpusu zaopatrzonego w dwa króćce, który jest wyposażony w zespół dwu tłoków połączonych z sobą oraz w napędowy mimośród usytuowany pomiędzy tymi tłokami. Napędowy mimośród jest połączony z zespołem dwu tłoków za pomocą korbowodu.Moreover, from Polish patent specification No. 164 471 there is known a double-acting pulsator consisting of a body provided with two stub pipes, which is equipped with a set of two pistons connected to each other and with a driving eccentric between these pistons. The driving eccentric is connected to the two piston unit by a connecting rod.

Z kolei polski opis patentowy o numerze 153 215 ujawnia konstrukcję wzmacniacza pneumatycznego.In turn, Polish patent specification No. 153 215 discloses the construction of a pneumatic amplifier.

Pulsator elektropneumatyczny według wynalazku posiada obudowę w kształcie walca, przedzieloną wewnątrz za pomocą zespołu membran na dwie komory i zamkniętą obustronnie pokrywami górną oraz dolną. W zaopatrzonej w króciec doprowadzający powietrze o z zewnętrznego źródła zasilającego komorze górnej, jest usytuowany przetwornik elektropneumatyczny, a w komorze dolnej jest umiejscowiony wzmacniacz elektropneumatyczny. Przetwornik elektropneumatyczny składa się z głowicy elektropneumatycznej wyposażonej w obrotowo posadowioną belkę podpartą sprężyną zakotwioną do górnej pokrywy obudowy. Belka jest zakończona na końcu swojego ramienia elementem zamykającym dyszę opornika pneumatycznego, który z kolei jest usytuowany ponad zespołem membran.The electropneumatic pulsator according to the invention has a cylinder-shaped housing, divided inside into two chambers by means of a set of membranes and closed on both sides with upper and lower covers. In the upper chamber provided with an air inlet pipe from an external source, an electropneumatic converter is located, and an electropneumatic amplifier is located in the lower chamber. The electropneumatic transducer consists of an electro-pneumatic head equipped with a rotatable beam supported by a spring anchored to the top cover of the housing. The beam ends at the end of its arm with an element that closes the nozzle of the pneumatic resistor, which in turn is located above the membrane assembly.

Pomiędzy ścianą, w której jest osadzona dysza opornika pneumatycznego, a górną płaszczyzną zespołu membran znajduje się komora, w której objętości magazynuje się medium robocze, przy czym komora ta jest zaopatrzona w króciec wlotowy doprowadzający sprężone powietrze z zewnętrznego źródła nadciśnieniowego. Usytuowany w dolnej komorze wzmacniacz pneumatyczny jest zamknięty od góry zespołem membran i jest wyposażony w zespół zaworów zamykających połączenie pomiędzy króćcem wyjściowym, a usytuowanym poniżej niego króćcem wlotowym, za pomocą którego jest doprowadzane powietrze z zewnętrznego źródła nadciśnienia, albo zamykających połączenie pomiędzy króćcem wyjściowym i usytuowanym powyżej niego, w zespole membran, króćcem wlotowym doprowadzającym powietrze z zewnętrznego źródła podciśnieniowego. Zespół zaworów osadzonych na wspólnym trzpieniu jest zaopatrzony w kompensującą sprężynę opartą swoimi końcami o dolną płaszczyznę zespołu membran oraz przegrodę usytuowaną wewnątrz komory dolnej, przy tym od dołu jest podparty sprężyną zakotwioną drugostronnie do dolnej pokrywy obudowy. Obie membrany zespołu membranowego są sztywno połączone z sobą. Pulsator jest zasilany sprężonym powietrzem z zewnętrznego źródła, w postaci kompresora lub z niezależnej sieci sprężonego powietrza.Between the wall, in which the air resistor nozzle is mounted, and the upper plane of the membrane assembly, there is a chamber in which the working medium is stored, which chamber is provided with an inlet connection for supplying compressed air from an external overpressure source. The pneumatic intensifier located in the lower chamber is closed at the top with a set of membranes and is equipped with a set of valves closing the connection between the outlet port and the inlet port located below it, through which air is supplied from an external source of overpressure, or closing the connection between the outlet port and the inlet port located below it. above it, in the diaphragm assembly, with an inlet port that supplies air from an external vacuum source. The set of valves mounted on a common spindle is provided with a compensating spring resting with its ends against the lower plane of the membrane assembly and a baffle located inside the lower chamber, while from below it is supported by a spring anchored at the other side to the lower housing cover. The two membranes of the diaphragm assembly are rigidly connected to each other. The pulsator is supplied with compressed air from an external source, in the form of a compressor or from an independent compressed air network.

Ujawniony pulsator jest przeznaczony do wytwarzania sygnału o regulowanej amplitudzie, czasie trwania i nachyleniu zbocza, to jest czasu narastania sygnału od wartości zerowej do wartości maksymalnej, której wartością graniczną jest wartość nadciśnienia zasilającego jak i czasu opadania od wartości maksymalnej do wartości minimalnej, której ekstremum jest zdeterminowane wartością podciśnienia zasilającego. Zadany przebieg sygnału jest wytwarzany przez przetwornik, który dzięki zastosowaniu głowicy elektromagnetycznej ma charakterystykę liniową, przy czym chwilowa wartość ciśnienia powietrza na wyjściu przetwornika jest zależna w ramach stabilnych ciśnień zasilania jedynie od natężenia prądu przepływającego przez uzwojenie głowicy. Opisany pulsator znajduje zastosowanie w symulatorach układów hydraulicznych, w tym układu krwionośnego, i jest przeznaczony do sterowania pracą membranowej pompy krwi, jak również nadaje się do sterowania pracą balonów wewnątrzaortalnych, a także duplikatora pulsu, to jest pompy, najczęściej hydraulicznej, służącej do wytwarzania zadanego w czasie przebiegu ciśnienia mogącej sterować przykładowo pracę testera zastawek sercowych.The disclosed pulsator is designed to produce a signal with adjustable amplitude, duration and slope, i.e., the rise time of the signal from a zero value to a maximum value, the limit of which is the value of the supply overpressure as well as the falling time from the maximum value to the minimum value, the extreme of which is determined by the value of the supply vacuum. The given signal waveform is produced by the converter, which, thanks to the use of an electromagnetic head, has a linear characteristic, whereby the instantaneous value of the air pressure at the converter's output depends, within the framework of stable supply pressures, only on the intensity of the current flowing through the head winding. The described pulsator is used in simulators of hydraulic systems, including the circulatory system, and is designed to control the operation of the diaphragm blood pump, as well as to control the operation of intra-aortic balloons, as well as a pulse duplicator, i.e. a pump, most often hydraulic, used to generate a given during the course of a pressure that can control, for example, the operation of a heart valve tester.

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczną budowę pulsatora elektropneumatycznego, a fig. 2 wykres przebiegu ciśnienia medium tłoczonego przez pulsator do zewnętrznego odbiornika.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a schematic structure of an electropneumatic pulsator, and Fig. 2 shows a diagram of the pressure course of the medium pumped by the pulsator to an external receiver.

Pulsator elektropneumatyczny według wynalazku posiada obudowę 1, w której górnej komorze Kg jest usytuowany przetwornik elektropneumatyczny EC, a w dolnej komorze Kd wzmacniacz pneumatyczny PA. Przetwornik elektropneumatyczny EC będący przetwornikiemThe electropneumatic pulsator according to the invention has a housing 1 in which an electropneumatic converter EC is located in the upper chamber Kg, and a pneumatic amplifier PA in the lower chamber Kd. EC electropneumatic converter as a converter

181 231 o regulowanej oporności pneumatycznej typu dysza-przesłona, składa się z głowicy elektromagnetycznej 3 wyposażonej w obrotowo posadowioną belkę 4 zakończoną elementem 4a zamykającym dyszę 5a opornika pneumatycznego i podpartą sprężyną 6 zakotwioną do górnej pokrywy la obudowy 1. Komora X utworzona pomiędzy ścianką 5, w której jest osadzona dysza 5a opornika pneumatycznego, a górną płaszczyzną zespołu membran M wzmacniacza pneumatycznego PA jest zaopatrzona we wlotowy króciec 7 doprowadzający powietrze w nadciśnieniu Psup+. Pneumatyczny wzmacniacz PA jest wyposażony w zespół zaworów V+ i V- zamykających połączenie między króćcem wyjściowym 10, a usytuowanym poniżej niego w komorze dolnej Kd króćcem 11 doprowadzającym powietrze w nadciśnieniu Psup+ z zewnętrznego źródła zasilającego oraz odpowiednio między króćcem wyjściowym 10 i króćcem 9 doprowadzającym powietrze w podciśnieniu Psup- umieszczonym w zespole membran M, przy czym zespół zaworów V+, V- jest podparty od dołu sprężyną 14 kotwioną do dolnej pokrywy 1b obudowy 1. Króćcami wlotowymi 2, 7, 9 i 11 jest podawane powietrze z zewnętrznego źródła zasilającego w postaci kompresora lub niezależnej sieci sprężonego powietrza. Membrany M są sztywno połączone z sobą, a zawory V+ oraz V- są osadzone na wspólnym trzpieniu 13, przy czym pomiędzy przegrodą 12 komory dolnej Kd i dolną membraną zespołu membran M jest umieszczona kompensująca sprężyna 15. Dodatkowo komora górna Kg jest wyposażona w króciec 2 doprowadzający powietrze w podciśnieniu Psup- z zewnętrznego źródła zasilającego.181 231 with adjustable pneumatic resistance of the nozzle-shutter type, it consists of an electromagnetic head 3 equipped with a rotatable beam 4 ending with an element 4a closing the nozzle 5a of the pneumatic resistor and supported by a spring 6 anchored to the upper cover 1a of the housing 1. The chamber X is formed between the wall 5, in which the nozzle 5a of the pneumatic resistor is seated, and the upper plane of the membrane assembly M of the pneumatic amplifier PA is provided with an inlet stub 7 for supplying air in positive pressure Psup +. The pneumatic amplifier PA is equipped with a set of valves V + and V- closing the connection between the outlet connector 10 and the connector 11, located below it in the lower chamber Kd, with the connector 11 supplying air in overpressure Psup + from an external supply source and, respectively, between the outlet connector 10 and the connector 9 supplying air in negative pressure Psup- located in the membrane assembly M, where the valve assembly V +, V- is supported from the bottom by a spring 14 anchored to the lower cover 1b of the housing 1. Inlet ports 2, 7, 9 and 11 are supplied with air from an external power source in the form of a compressor or an independent compressed air network. The M membranes are rigidly connected to each other, and the V + and V- valves are mounted on a common pin 13, with a compensating spring 15 between the baffle 12 of the lower chamber Kd and the lower diaphragm of the M membrane assembly. Additionally, the upper chamber Kg is equipped with a connector 2 supply air in negative pressure Psup- from an external power source.

Pulsator jest przeznaczony do wytwarzania ciśnienia o przebiegu zgodnym z przebiegiem przedstawionym na fig. 2, przy czym regulowane są zarówno amplituda sygnału Psys, Pdias, czas trwania cyklu T, czas trwania okresu tłoczenia Tsys i czas trwania okresu ssania Tdias, jak również nachylenie zbocza, to jest czas narastania sygnału od wartości 0 do wartości maksymalnej Psys, której wielkością graniczną jest wartość nadciśnienia Psup+ oraz analogicznie czas opadania zbocza impulsu od wartości Psys do wartości Pdias, której ekstremum jest zdeterminowane wartością podciśnienia Psup-.The pulsator is designed to generate pressure according to the course shown in Fig. 2, with both the amplitude of the Psys, Pdias signal, the duration of the cycle T, the duration of the discharge period Tsys and the duration of the suction period Tdias, as well as the slope of the slope are controlled. that is, the signal rise time from the value of 0 to the maximum value of Psys, the limiting value of which is the overpressure value Psup +, and analogically, the time of falling of the pulse slope from the value of Psys to the value of Pdias, the extreme of which is determined by the value of the negative pressure Psup-.

Żądany przebieg ciśnienia wyjściowego Pout wytwarzany jest przez przetwornik elektropneumatyczny, który dzięki zastosowaniu głowicy elektromagnetycznej 3 ma charakterystykę liniową, przy czym chwilowa wartość ciśnienia Pout jest zależna w ramach stabilnych ciśnień zasilania Psup+, Psup- jedynie od wartości natężenia prądu i(t) przepływającego przez uzwojenie głowicy elektromagnetycznej 3. W przypadku, w którym ciśnienie w objętości wyjściowej odbiornika zewnętrznego Pout, jakim jest przykładowo komora serca, ma wartość mniejszą niż ciśnienie wytwarzane przez przetwornik magazynowane w komorze X, zespół membran M zostaje przesuwany w dół otwierając zawór V+, wskutek czego króciec wyjściowy 10 zostaje połączony z króćcem 11 doprowadzającym powietrze w nadciśnieniu Psup+ aż do chwili wyrównania obu ciśnień. Natomiast w przypadku przeciwnym, to jest gdy ciśnienie w komorze X ma wartość mniejszą niż ciśnienie wyjściowe Pout zespół membran M unosi się ku górze powodując otwarcie zaworu V-, wskutek czego króciec wyjściowy 10 zostaje połączony z króćcem 9 doprowadzającym powietrze w podciśnieniu Psup-, aż do chwili wyrównania obu ciśnień.The desired waveform of the output pressure Pout is produced by an electropneumatic transducer, which, thanks to the use of the electromagnetic head 3, has a linear characteristic, whereby the instantaneous value of the pressure Pout depends on the stable supply pressures Psup +, Psup- only on the value of the current i (t) flowing through the winding electromagnetic head 3. In the case where the pressure in the output volume of the external receiver Pout, such as the heart ventricle, is lower than the pressure generated by the transducer stored in the X ventricle, the M diaphragm assembly is moved downwards, opening the V + valve, thereby the outlet 10 is connected to the overpressure air supply port 11 Psup + until both pressures are equalized. Conversely, that is, when the pressure in the chamber X is less than the output pressure Pout, the membrane assembly M rises upwards causing the valve V- to open, whereby the outlet port 10 is connected to the air port 9 under negative pressure Psup- until until both pressures are equalized.

181 231181 231

4α 6 4 FC 1α 3 Κ(.4α 6 4 FC 1α 3 Κ (.

Fig.1 ρFig. 1 ρ

Pdias ______Pdias ______

Psup- ---p----- —Psup- --- p ----- -

TsysTsys

Fig.2Fig.2

TdiasTdias

-4I-4I

IAND

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Mintage 60 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claim

Electropneumatic pulsator having a pneumatic amplifier located in a body divided by a fixed partition, provided with at least two stub pipes for the working medium, located on both sides of the diaphragm controlled by an electromagnet, characterized by the fact that it has a housing (1) in which the amplifier is located in the lower chamber (Kd) pneumatic (PA), and in the upper chamber (Kg) there is an electropneumatic converter (EC), consisting of an electromagnetic head (3) equipped with a rotating beam (4) ending with an element (4a) closing the nozzle (5a) of a pneumatic resistor and supported, a spring (6) anchored to the upper cover (1a) of the housing (1), formed between the wall (5) in which the nozzle (5a) of the pneumatic resistor is mounted, and the upper plane of the membrane assembly (M) of the pneumatic amplifier (PA). (X) is provided with an inlet connection (7) for supplying compressed air from an external overpressure source Psup +, while p the neumatic amplifier (PA) is equipped with a set of valves (V +, V-) closing the connection between the outlet connector (10) and the connector (11) located below it in the lower chamber (Kd) supplying air from an external overpressure source Psup + and, respectively, between the outlet connector (10) and a stub (9) placed in the assembly of membranes (M) and connecting this assembly (M) with the external source of vacuum Psup-, the assembly of valves (V +, V-) being supported from below by a spring (14) anchored to the lower the covers (1b) of the housing (1), and the diaphragms of the diaphragm assembly (M) are rigidly connected to each other, and the valves (V +) and (V-) are mounted on a common spindle (13), while between the partition (12) of the lower chamber ( Kd) and the lower diaphragm of the diaphragm assembly (M) there is a compensating spring (15), and additionally the upper chamber (Kg) is equipped with a stub (2) for supplying air in negative pressure Psup- from an external supply source.