RU2552501C1

RU2552501C1 - Breathing gas flow generator

Info

Publication number: RU2552501C1
Application number: RU2014123782/14A
Authority: RU
Inventors: Борис Владимирович Смоляров; Евгений Алексеевич Гончаров
Original assignee: Борис Владимирович Смоляров; Евгений Алексеевич Гончаров
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2015-06-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: breathing gas flow generator comprises an electric drive with electronic control unit and breathing bag with inlet and outlet return valves. Weight is attached hermetically to the upper edge of the breathing bag. The lower edge of the breathing bag is attached to the generator housing. By flexible coupling the weight is connected to the electric drive shaft. Flexible coupling is made so that it may be wound to the electric drive shaft several times. The electric drive control unit is designed to ensure reversive rotation of the electric drive shaft at controlled angular speed in both directions.

EFFECT: invention allows simplifying design of the breathing gas flow generator, increasing its reliability.

1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для создания аппаратов искусственной вентиляции легких (ИВЛ) и наркозно-дыхательной аппаратуры (НДА).The present invention relates to medical equipment and can be used to create devices for artificial lung ventilation (mechanical ventilation) and anesthesia-respiratory equipment (NDA).

Известны аппараты ИВЛ и НДА, содержащие в качестве генератора потока дыхательного газа гофрированный мех с впускными и выпускными обратными клапанами, а также механизм преобразования вращательного движения вала электропривода в возвратно-поступательное движение дыхательного меха, за счет чего и формируется поток дыхательного газа. При этом механизмы, обеспечивающие возвратно-поступательное движение меха (мехов), в НДА и аппаратах ИВЛ использовались самые разные.Known ventilator and NDA apparatus, containing corrugated fur with inlet and outlet check valves as a respiratory gas flow generator, as well as a mechanism for converting the rotational movement of the electric drive shaft into the reciprocating movement of the respiratory fur, which forms the flow of respiratory gas. At the same time, the mechanisms providing the reciprocating movement of the fur (bellows) were used in the NDA and ventilation machines very different.

Так в аппарате ИВЛ «Фаза-1», выпускавшемся Воронежским механическим заводом (г. Воронеж), использовался «качающийся подшипник» (так называемый «пьяный подшипник») - см. http:/ru.m.wikipedia.org/wiki.So in the ventilator "Phase-1", manufactured by the Voronezh Mechanical Plant (Voronezh), used "swinging bearing" (the so-called "drunk bearing") - see 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.The disadvantage of this device is the complexity of the design, requiring the use of bearings, and mounted on the shaft obliquely, and the bearings require periodic lubrication, which is inconvenient in operation, etc.

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 «Dräger» (производство - Германия) и др. Недостатком пневматического привода также является сложность конструкции, требующая использования специального дополнительного компрессора.Many ventilators and NDAs use a pneumatic bellows actuator, which consists in the fact that the respiratory bellows is enclosed in a tight “bell”, into which air is supplied (or sucked out) under a certain pressure. This principle is used in ventilation devices of the “RO-6” type, manufactured by the Krasnogvardeets plant (St. Petersburg), as well as in devices of the “Dräger” type (manufactured in Germany), etc. The disadvantage of the pneumatic drive is also the design complexity. requiring the use of a special additional compressor.

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 плоскопараллельного движения мехов.In the ventilators “Phase-5”, “Phase-21”, as well as in the NDA “Phase-23”, manufactured by OJSC “Ural Instrument-Making Plant” (Ekaterinburg), the original crank mechanism - ANALOG is used. The disadvantage of this solution is the complexity of the design, requiring the use of numerous bearings, as well as a spring-spring mechanism to ensure plane-parallel movement of the bellows.

Наиболее близким к предлагаемому по настоящему изобретению устройству является устройство для генерирования потока газа для искусственной вентиляции легких по патенту РФ №2506097 С2 с приоритетом от 25.11.2011 г., МПК А61М 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.Closest to the device according to the present invention is a device for generating a gas stream for artificial ventilation of the lungs according to the patent of the Russian Federation No. 2506097 C2 with a priority of 11.25.2011, IPC A61M 16/10 - PROTOTYPE. In this device, the injection and removal of the gas stream is carried out by abruptly changing the direction of the vortex flow, which is created by the impeller. The disadvantage of this technical solution is the design complexity, since a very high-speed impeller (approximately 30,000 rpm) is necessary to ensure the required gas pressure during inspiration (up to 0.1 atm), which predetermines the need for precision bearings, their lubrication systems, noise insulation, etc. .

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.The aim of the present invention is to simplify the design of the respiratory gas flow generator in the ventilator and NDA in a wide range of changes in its performance, as well as improving the reliability of its operation.

Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению над дыхательным мехом расположен сочлененный с ним груз, который соединен посредством элемента гибкой связи непосредственно с валом электропривода, с возможностью многократного наматывания упомянутого гибкого элемента на вал электропривода, а электронный блок управления электроприводом выполнен с возможностью обеспечивать реверсивное вращение вала электропривода с контролируемой угловой скоростью в обоих направлениях.This goal is achieved by the fact that according to the invention, a load connected to it is located above the breathing fur, which is connected via a flexible coupling directly to the electric drive shaft, with the possibility of repeatedly winding the flexible element onto the electric drive shaft, and the electronic control unit of the electric drive is configured to provide reverse rotation electric drive shaft with controlled angular speed in both directions.

Схематически предлагаемое устройство изображено на прилагаемом чертеже, гдеSchematically, the proposed device is shown in the attached drawing, where

1. Дыхательный мех.1. Respiratory fur.

2. Корпус аппарата.2. The body of the device.

3. Груз.3. Cargo.

4. Впускной обратный клапан.4. Intake check valve.

5. Выпускной обратный клапан.5. Exhaust check valve.

6. Гибкий элемент.6. Flexible item.

7. Вал электропривода.7. Electric drive shaft.

8. Электропривод с блоком управления.8. Electric drive with control unit.

Дыхательный мех 1 представляет собой гофрированный элемент, предпочтительно цилиндрической формы, изготовленный из резины и расположенный таким образом, что его ось имеет вертикальную ориентацию. Нижняя кромка дыхательного меха 1 герметично прикреплена к жесткому корпусу аппарата 2, а к верхней кромке прикреплен груз 3, вес которого рассчитывается таким образом, чтобы он мог создать давление внутри воздушного пространства дыхательного меха 1, равное максимально допустимому давлению в дыхательном контуре пациента (т.е. примерно 80÷100 см водного столба).The respiratory fur 1 is a corrugated element, preferably of cylindrical shape, made of rubber and positioned so that its axis has a vertical orientation. The lower edge of the respiratory fur 1 is hermetically attached to the rigid body of the device 2, and a load 3 is attached to the upper edge, the weight of which is calculated so that it can create a pressure inside the air space of the respiratory fur 1 equal to the maximum allowable pressure in the patient's respiratory circuit (i.e. e. approximately 80 ÷ 100 cm of water).

В нижней части дыхательного меха 1 размещены впускной обратный клапан 4 и выпускной обратный клапан 5.An inlet check valve 4 and an outlet check valve 5 are located in the lower part of the respiratory fur 1.

К грузу 3 прикреплен гибкий элемент 6, который может быть выполнен, например, в виде ленты из синтетического или тканного материала. Толщина такой ленты может быть примерно 0,2÷0,5 мм, ширина примерно 10÷15 мм, а прочность - выдерживать нагрузку, равную весу груза с двух-трехкратным запасом. Гибкий элемент 6 жестко крепится непосредственно к валу 7 электропривода с блоком управления 8, закрепленного на корпусе аппарата 2.A flexible element 6 is attached to the load 3, which can be made, for example, in the form of a tape of synthetic or woven material. The thickness of such a tape can be about 0.2 ÷ 0.5 mm, width about 10 ÷ 15 mm, and strength - withstand a load equal to the weight of the cargo with two to three times the margin. The flexible element 6 is rigidly attached directly to the shaft 7 of the electric drive with a control unit 8, mounted on the housing of the device 2.

Функционирует предлагаемое устройство следующим образом.The proposed device operates as follows.

Во время цикла выдоха с помощью блока управления обеспечивают вращение вала 7 электропривода с блоком управления 8, например, по часовой стрелке. При этом гибкий элемент 6 наматывается на вал электропривода 7 и тянет за собой груз 3 и сочлененный с ним дыхательный мех 1. В результате объем меха увеличивается, в нем возникает разрежение, и свежая дыхательная смесь засасывается внутрь дыхательного гофрированного меха 1 через впускной обратный клапан 4.During the exhalation cycle, using the control unit, the shaft 7 of the electric drive is rotated with the control unit 8, for example, clockwise. In this case, the flexible element 6 is wound on the shaft of the electric actuator 7 and pulls the load 3 and the respiratory fur 1. The resulting fur volume increases, a vacuum develops in it, and the fresh breathing mixture is sucked into the corrugated respiratory fur 1 through the inlet check valve 4 .

После окончания цикла выдоха и перехода к циклу вдоха с помощью блока управления обеспечивается контролируемое вращение вала электропривода 7 в обратном направлении (например, против часовой стрелки). При этом груз 3 гравитационным усилием (своим весом) воздействует на дыхательный мех 1, он начинает двигаться вниз, уменьшая свой объем. При этом создается избыточное давление дыхательной смеси, и она через выпускной обратный клапан 5 поступает к пациенту.After the end of the exhalation cycle and the transition to the inspiration cycle using the control unit, a controlled rotation of the shaft of the electric drive 7 in the opposite direction (for example, counterclockwise) is ensured. In this case, the load 3 by gravitational force (its weight) acts on the respiratory fur 1, it begins to move down, reducing its volume. In this case, an excess pressure of the respiratory mixture is created, and it enters the patient through the exhaust check valve 5.

Объем подаваемой пациенту дыхательной смеси определяется ходом дыхательного меха, который пропорционален количеству оборотов вала электропривода 7, а скорость дыхательного потока пропорциональна угловой скорости вращения вала электропривода 7. При этом и количество требуемых оборотов вала, и скорость его вращения задаются посредством электронного блока управления электроприводом 8.The volume of the respiratory mixture supplied to the patient is determined by the stroke of the respiratory fur, which is proportional to the number of revolutions of the drive shaft 7, and the respiratory flow rate is proportional to the angular speed of rotation of the drive shaft 7. Moreover, both the number of required revolutions of the shaft and its rotation speed are set using the electronic control unit of the electric drive 8.

В дальнейшем циклы вдох - выдох повторяются с заданной частотой.Further inspiration - expiration cycles are repeated at a given frequency.

Поскольку в предлагаемом техническом решении механизм преобразования вращательного движения вала электропривода в возвратно-поступательное движение дыхательного гофрированного меха, кроме гибкой связи, фактически не имеет промежуточных кинематических механизмов (шестеренок, шкивов, кривошипов, рычагов, многочисленных подшипников, требующих периодической смазки, и т.п.), то конструкция генератора потока дыхательного газа значительно упрощается, а надежность его функционирования, соответственно, повышается.Since in the proposed technical solution the mechanism for converting the rotational motion of the electric drive shaft into the reciprocating movement of the respiratory corrugated fur, in addition to flexible communication, actually has no intermediate kinematic mechanisms (gears, pulleys, cranks, levers, numerous bearings requiring periodic lubrication, etc. .), the design of the respiratory gas flow generator is greatly simplified, and the reliability of its operation, respectively, increases.

По данной схеме изготовлен макет предлагаемого генератора потока дыхательного газа, предварительные испытания которого подтвердили его реализуемость в конструкциях аппаратов ИВЛ и НДА.According to this scheme, a mock-up of the proposed respiratory gas flow generator was made, preliminary tests of which confirmed its feasibility in the designs of mechanical ventilation apparatus and NDA.

Claims

A respiratory gas flow generator comprising an electric drive with an electronic control unit and a breathing bellows with inlet and outlet check valves, characterized in that a load is inserted into it, hermetically attached to the upper edge of the respiratory fur, while the lower edge of the respiratory fur is attached to the generator housing, cargo by means of flexible coupling it is connected to the electric drive shaft, flexible coupling is made with the possibility of multiple winding on the electric drive shaft, and the electric drive control unit is made with the possibility of Strongly provide reverse rotation of the drive shaft at a controlled angular velocity in both directions.