RU2736948C1 - Multiplying artificial pulmonary ventilation apparatus - Google Patents

Multiplying artificial pulmonary ventilation apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2736948C1
RU2736948C1 RU2020122133A RU2020122133A RU2736948C1 RU 2736948 C1 RU2736948 C1 RU 2736948C1 RU 2020122133 A RU2020122133 A RU 2020122133A RU 2020122133 A RU2020122133 A RU 2020122133A RU 2736948 C1 RU2736948 C1 RU 2736948C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
stator
windows
sections
rotation
Prior art date
Application number
RU2020122133A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Дмитриевич Свияженинов
Original Assignee
Евгений Дмитриевич Свияженинов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Дмитриевич Свияженинов filed Critical Евгений Дмитриевич Свияженинов
Priority to RU2020122133A priority Critical patent/RU2736948C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2736948C1 publication Critical patent/RU2736948C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H31/00Artificial respiration or heart stimulation, e.g. heart massage
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/18Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid actuated by a float
    • F16K31/30Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid actuated by a float actuating a gate valve or sliding valve

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Percussion Or Vibration Massage (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely to a multiplying artificial pulmonary ventilation apparatus. Apparatus includes a stationary stator and a rotor sliding on its inner surface, which contains gas under excessive pressure. Stator and rotor in longitudinal direction are made in two sections with uniformly distributed in circumferential direction windows, one section of which (compression one) is interconnected with compressed oxygen mixture, and other one (atmospheric one) with ambient medium. Both sections of stator have n identical windows of angular value γsconnected with respiratory tubes of inhalation and exhalation, which at other ends are connected with tees of patients. Both rotor sections have L windows of angular value γra=β/(1+b/a)-γsfor compression section and γrb=β/(1+a/b)-γs– for atmospheric, where β=2π/L, these sections of the rotor-slide valve are turned relative to each other by an angle β/(1+b/a) and separated by bearing circular plate. Rotor speed makes f=ν/L, where ν – required respiratory rate, a/b – ratio of inhalation and exhalation duration, all stator windows, except for one pair, can be plugged in order to convert the artificial pulmonary ventilation device from multichannel to individual.EFFECT: effective operation in individual mode with possibility of connection of several patients, achieving optimal mode of artificial pulmonary ventilation apparatus by respiratory circuit maintenance, efficient distribution of oxygen mixture.4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для принудительной вентиляции дыхательной системы больных в условиях вспышки пандемии и других чрезвычайных ситуаций, когда стремительный рост числа заболевших «захлестывает» возможности здравоохранения. Аппарат искусственной вентиляции легких (ИВЛ) - это весьма высокотехнологичное дорогостоящее медицинское оборудование, предназначенное для принудительной подачи кислородной газовой смеси в легкие пациентов, страдающих дыхательной недостаточностью. В настоящее время это - единственный способ сохранения жизни больных, обеспечивающий насыщение крови кислородом и удаление из нее углекислого газа, пока проводятся восстановительные лечебные процедуры /Горячев А.С., Савин И.А. Основы ИВЛ. Руководство для врачей. Москва, 2019; Полупан А.А., Горячев А.С., Савин И.А. Асинхронии и графика ИВЛ. Москва, 2017; Сатишур О.Е. Механическая вентиляция легких. Москва, 2006; Кассиль В.Л., Выжигина М.А., Лескин Г.С. Искусственная и вспомогательная вентиляция легких Москва, 2004; Лебединский К.М., Мазурок В.А., Нефедов А.В. Основы респираторной поддержки. СПб, 2008; Chang D.W. Clinical Application of Mechanical Ventilation. 3rd Edition, 2006; Hess D.R., Kacmarek R.M. Essentials of Mechanical Ventilation. 2nd Edition, 2002; Papadakos P.J., Lachmann B. Mechanical Ventilation: Clinical Applications and Pathophysiology, 2008; Pilbeam S.P., Cairo J.M. Mechanical Ventilation: Physiological and Clinical Applications. 4th Edition 2006; Tobin M.J. Principles and Practice of Mechanical Ventilation. 3rd edition, McGraw-Hill 2013; MacIntyre N.R., Branson R.D. Mechanical ventilation. 2nd edition, Saunders Elsevier, 2009; Chatburn R.L. Fundamentals of Mechanical Ventilation: A Short Course on the Theory and Application of Mechanical Ventilators. 2nd Edition 2004/. The invention relates to medicine and can be used for forced ventilation of the respiratory system of patients in the context of a pandemic outbreak and other emergencies, when the rapid growth in the number of cases "overwhelms" health care opportunities. An artificial lung ventilation apparatus (ALV) is a very high-tech expensive medical equipment designed to force the supply of an oxygen gas mixture into the lungs of patients suffering from respiratory failure. At present, this is the only way to preserve the life of patients, ensuring the saturation of the blood with oxygen and the removal of carbon dioxide from it, while restorative medical procedures are being carried out / Goryachev A.S., Savin I.A. Fundamentals of mechanical ventilation. A guide for doctors. Moscow, 2019; Polupan A.A., Goryachev A.S., Savin I.A. Asynchrony and ventilation schedule. Moscow, 2017; Satishur O.E. Mechanical ventilation of the lungs. Moscow, 2006; Kassil V.L., Vyzhigina M.A., Leskin G.S. Artificial and assisted ventilation of the lungs Moscow, 2004; Lebedinsky K.M., Mazurok V.A., Nefedov A.V. Respiratory support basics. SPb, 2008; Chang D.W. Clinical Application of Mechanical Ventilation. 3rd Edition, 2006; Hess D.R., Kacmarek R.M. Essentials of Mechanical Ventilation. 2nd Edition, 2002; Papadakos P. J., Lachmann B. Mechanical Ventilation: Clinical Applications and Pathophysiology, 2008; Pilbeam S.P., Cairo J.M. Mechanical Ventilation: Physiological and Clinical Applications. 4th Edition 2006; Tobin M.J. Principles and Practice of Mechanical Ventilation. 3rd edition, McGraw-Hill 2013; MacIntyre N.R., Branson R.D. Mechanical ventilation. 2nd edition, Saunders Elsevier, 2009; Chatburn R.L. Fundamentals of Mechanical Ventilation: A Short Course on the Theory and Application of Mechanical Ventilators. 2nd Edition 2004 /.

Целью изобретения является создание очень простого надежного экономичного аппарата ИВЛ, работающего в режиме принудительного дыхания по времени, призванного восполнить внезапный недостаток штатного оборудования при катастрофических пандемиях, приводящих к массовой дыхательной недостаточности населения. Особенностью предложенной конструкции является отсутствие вентилятора, что повышает надежность и экономичность, и возможность в случае чрезвычайных ситуаций подключения к одному аппарату нескольких пациентов. Аппарат, в частности, может работать и как индивидуальное средство ИВЛ, при отключении всех дыхательных контуров, кроме одного, путем простой заглушки окон статора.The aim of the invention is to create a very simple, reliable, economical ventilator operating in the forced breathing mode in time, designed to compensate for the sudden lack of standard equipment in catastrophic pandemics leading to mass respiratory failure of the population. A feature of the proposed design is the absence of a ventilator, which increases reliability and efficiency, and the possibility of connecting several patients to one device in case of emergency. The device, in particular, can work as an individual ventilation device, when all breathing circuits, except one, are turned off by simply plugging the stator windows.

Указанная цель достигается благодаря применению в конструкции медленно вращающегося золотника, обеспечивающего быстрое переключение дыхательных контуров от источника газа под давлением, который выполняет функцию скользящих клапанов, регулирующих одновременную работу всех каналов поступления и отвода газовой смеси. Медленное вращение ротора-золотника снижает мощность сил трения и тепловыделения при его скольжении по поверхности статора, что открывает возможности его применения даже для больших диаметров устройства.This goal is achieved due to the use of a slowly rotating spool in the design, which ensures rapid switching of the breathing circuits from the pressurized gas source, which acts as sliding valves that regulate the simultaneous operation of all channels for supplying and removing the gas mixture. Slow rotation of the spool rotor reduces the power of frictional forces and heat generation when it slides over the stator surface, which opens up the possibility of its application even for large device diameters.

Аппараты, позволяющие успешно проводить ИВЛ одновременно нескольким пациентам, экстренно были созданы в 2020г. в Российской Федерации благодаря наличию бактерицидных фильтров, обеспечивающих 99,9% защиту от бактерий и вирусов /Электронный ресурс https://www.interfax.ru/russia/701318/. Перед госкорпорацией Ростех была поставлена задача рассмотреть возможность разработки опытных образцов одноразовых комплектов контуров вентиляции легких для двух, трех или четырех пациентов по аналогу зарубежных. Разработка представляет собой систему одноразовых дыхательных контуров, переходников и фильтров для вентиляции легких до четырех пациентов, исключающую перекрестное заражение между ними /Электронный ресурс https://tass.ru/ekonomika/8104865/.Devices that allow to successfully carry out mechanical ventilation simultaneously to several patients were urgently created in 2020. in the Russian Federation due to the presence of bactericidal filters that provide 99.9% protection against bacteria and viruses / Electronic resource https://www.interfax.ru/russia/701318/. The state corporation Rostec was tasked with considering the possibility of developing prototypes of disposable sets of lung ventilation circuits for two, three or four patients, similar to foreign ones. The development is a system of disposable breathing circuits, adapters and filters for ventilation of the lungs of up to four patients, excluding cross contamination between them / Electronic resource https://tass.ru/ekonomika/8104865/.

Итак, предлагается использовать золотниковый принцип подачи кислородно-воздушной смеси, но не традиционно распространенный в пневматических системах возвратно-поступательный, а наиболее простой и надежный - медленно вращающийся. Применение вращающихся золотниковых пульсаторов до сих пор сдерживалось следующим обстоятельством. С ростом частоты вращения золотника увеличивается окружная скорость на его наружной поверхности трения, и механизм скольжения сопрягающихся поверхностей - ротора и статора,- осложняется ростом мощности сил трения, значительным тепловыделением, трудностями смазки, износом сопрягающихся поверхностей и нарушениями плотности их взаимного прилегания. Следовательно, многократное снижение частоты вращения золотниковых пульсаторов, на порядок и более, при сохранении функциональности, весьма принципиально, ибо открывает возможности их широкого внедрения.So, it is proposed to use the spool principle of supplying an oxygen-air mixture, but not traditionally widespread in pneumatic systems, reciprocating, but the simplest and most reliable - slowly rotating. The use of rotating spool pulsators has so far been constrained by the following circumstance. With an increase in the rotational speed of the spool, the peripheral speed on its outer friction surface increases, and the sliding mechanism of the mating surfaces - the rotor and stator - is complicated by an increase in the power of friction forces, significant heat release, lubrication difficulties, wear of the mating surfaces and violations of the density of their mutual adhesion. Consequently, a multiple decrease in the rotational speed of spool pulsators, by an order of magnitude or more, while maintaining functionality, is very important, because it opens up the possibility of their widespread implementation.

Вращающийся золотниковый аппарат ИВЛ включает в себя неподвижный статор и вращающийся ротор, расположенный внутри статора по его оси симметрии. Функция статора - равномерное размещение по окружности n дыхательных контуров, воспринимающих из ресивера и передающих далее по трубкам вдоха через тройники пациентов кислородную смесь и выводящих через трубки выдоха в атмосферу отработанную углекислотную смесь, а ротора - периодическое последовательное распределение этих дозированных порций газа по дыхательным контурам. Окна статора и ротора выполнены в виде щелевых отверстий. При использовании на роторе только одного окна большая часть времени вращения ротора-золотника расходуется не на выполнение его главной функции - подачи и отвода газа под давлением на окна статора, а на совершенно непроизводительные холостые повороты своего единственного окна ротора к очередному окну статора. Это влечет высокие обороты ротора и малое время совмещения окон ротора и статора для выполнения основной функции. Недопустимо резко снижается функциональность и надежность устройства из-за значительного механического тепловыделения, трудностей смазки, износа сопрягающихся поверхностей и нарушений плотности их взаимного прилегания.The rotating spool ventilator includes a stationary stator and a rotating rotor located inside the stator along its axis of symmetry. The function of the stator is the uniform placement of n breathing circuits around the circumference, which receive the oxygen mixture from the receiver and transmit the oxygen mixture through the patient's tees through the inspiratory tubes and discharge the spent carbon dioxide mixture into the atmosphere through the exhalation tubes, and the rotor is the periodic sequential distribution of these dosed portions of gas along the breathing circuits. The stator and rotor windows are made in the form of slotted holes. When only one window is used on the rotor, most of the rotation time of the spool rotor is spent not on performing its main function - supplying and removing gas under pressure to the stator windows, but on completely unproductive idle turns of its only rotor window to the next stator window. This entails high rotor speeds and a short time for alignment of the rotor and stator windows to perform the main function. The functionality and reliability of the device is unacceptably sharply reduced due to significant mechanical heat generation, difficulties in lubrication, wear of mating surfaces and violations of the density of their mutual adhesion.

Таким образом, сдерживающим фактором применения вращающихся золотников являлась высокая частота их вращения.Thus, the limiting factor for the use of rotating spools was their high rotation frequency.

Задачей заявляемого изобретения является многократное снижение частоты вращения ротора золотникового аппарата ИВЛ за счет использования многооконного ротора, при котором полный цикл подачи свежего газа в дыхательные контуры пациентов и вывода из них отработанного осуществляется за время не полного оборота ротора, а только за время весьма малого его поворота, что устраняет перечисленные выше проблемы внедрения вращающихся золотников.The objective of the claimed invention is a multiple reduction in the rotational speed of the spool valve rotor due to the use of a multi-window rotor, in which a full cycle of supplying fresh gas to the respiratory circuits of patients and removing waste gas from them is carried out during not a complete revolution of the rotor, but only during a very small rotation of the rotor , which eliminates the problems of the introduction of rotating spools listed above.

Необходим учет обслуживания замкнутых оконечных устройств, которыми для аппарата ИВЛ являются дыхательные контуры пациентов. Импульсы свежего газа поступают из области повышенного давления в дыхательные трубки вдоха, а отработанного - выходят в атмосферную среду через трубки выдоха с заданными частотой и соотношением длительностей вдоха-выдоха.It is necessary to take into account the maintenance of closed terminal devices, which are the patient's breathing circuits for the ventilator. Fresh gas impulses come from the area of increased pressure into the breathing tubes of the inhalation, and the spent gas goes out into the atmosphere through the exhalation tubes at a given frequency and the ratio of the durations of inhalation-exhalation.

Поставленная задача решается тем, что статор и ротор золотникового аппарата ИВЛ в продольном направлении выполнены двухсекционными, а именно, компрессионными и атмосферными. Обе секции статора - как компрессионная, так и и атмосферная - одинаковые, их окна служат для соединения с трубками вдоха и выдоха, а компрессионная и атмосферная секции ротора - различные. Одна секция ротора сообщена с кислородной смесью под определенным постоянным давлением ресивера, а другая - с атмосферной средой, при этом обе эти секции золотника имеют одинаковое число окон, но длины окон различны, повернуты друг относительно друга и разделены несущей круговой пластиной. Сопутствующим эффектом является простота, надежность и экономичность конструкции, а также многоканальность - возможность дополнительного подключения сразу нескольких пациентов.The problem is solved by the fact that the stator and rotor of the spool valve ventilator in the longitudinal direction are made in two sections, namely, compression and atmospheric. Both sections of the stator - both compression and atmospheric - are the same, their windows are used to connect to the tubes of inhalation and exhalation, and the compression and atmospheric sections of the rotor are different. One section of the rotor is communicated with the oxygen mixture under a certain constant pressure of the receiver, and the other with the atmospheric environment, while both of these sections of the spool have the same number of windows, but the lengths of the windows are different, rotated relative to each other and separated by a bearing circular plate. A concomitant effect is simplicity, reliability and economy of the design, as well as multichannel - the possibility of additional connection of several patients at once.

Изложенная сущность поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез аппарата ИВЛ, на фиг. 2 - поперечные разрезы по двум сечениям секций A-A и B-B, сообщающихся с компрессионной и атмосферной камерами соответственно, на фиг. 3 - временные развертки площади открытия S попеременно открывающихся-закрывающихся окон статора, соединяющихся с трубками вдоха и выдоха, и давлений P в дыхательных путях пациентов для соотношений длительностей вдоха-выдоха 1/1 и 2/3.The stated essence is illustrated by drawings, where FIG. 1 shows a longitudinal section of the ventilator, FIG. 2 is a cross-section through two sections of sections A-A and B-B communicating with the compression and atmospheric chambers, respectively, in FIG. 3 - time scans of the opening area S of the alternately opening-closing stator windows connected to the tubes of inspiration and expiration, and the pressures P in the airways of patients for the ratio of the durations of inspiration-expiration 1/1 and 2/3.

Схема мультипликаторного аппарата ИВЛDiagram of the multiplier ventilator

Мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких (фиг. 1, 2) состоит из вращающегося двухсекционного ротора-золотника 1, каждая продольная секция которого снабжена равномерно распределенными по окружности L окнами 2, 3, где L = 1, 2, 3,… - любое натуральное число - коэффициент мультипликации. Ротор-золотник 1 скользит внутри двухсекционного статора 4 с одинаковыми продольными секциями. Две секции ротора 1 и статора 4 отдельно изображены на поперечных разрезах A-A и B-B (фиг. 2). Обе секции статора 4 одинаковы и снабжены n равномерно распределенными по его окружности окнами 5, 6 угловой величины γ

Figure 00000001
с подсоединенными к ним n дыхательными контурами, где n = 1, 2, 3,… - натуральное число - количество каналов. При n = 1 устройство работает как обычный аппарат ИВЛ индивидуального пользования. Дополнительные каналы n > 1 подсоединяются путем простого открытия заглушек окон статора и служат для одновременного обслуживания нескольких пациентов в случае чрезвычайных ситуаций. Каждый дыхательный контур в простейшем варианте состоит из трубки вдоха 7 и трубки выдоха 8. Одними концами дыхательные трубки вдоха 7 и выдоха 8 соединены с компрессионным 5 и атмосферным 6 окнами статора, а на других концах - замыкаются посредством тройника пациента 9. Обе продольные секции ротора-золотника 1 размещены на несущей круговой пластине 10, которая вращается с малой, по сравнению с требуемой частотой дыхания, частотой f посредством приводного вала 11. Несущая круговая пластина 10 разделяет полости двух секций ротора 1, сообщающихся соответственно с двумя камерами: компрессионной - ресивером 12, - накопительной емкостью сжатой кислородной смеси, предназначенной для принудительной подачи пациентам, и атмосферной 13, сообщающейся с внешней средой для вывода отработанного газа. Компрессионная секция ротора имеет окна 3 угловой величины γ
Figure 00000002
= β/(1+b/a) - γ
Figure 00000003
, а атмосферная - окна 2 с углом γ
Figure 00000004
= β/(1+a/b) - γ
Figure 00000003
, где a/b - соотношение длительностей вдоха и выдоха, β = 2π/L, и эти две секции ротора-золотника повернуты друг относительно друга на угол β/(1+b/a) (фиг. 2).The multiplier artificial lung ventilation apparatus (Fig. 1, 2) consists of a rotating two-section rotor-spool 1, each longitudinal section of which is equipped with windows 2, 3 evenly distributed around the circumference L, where L = 1, 2, 3, ... is any natural number - multiplication factor. The spool rotor 1 slides inside a two-section stator 4 with the same longitudinal sections. The two sections of the rotor 1 and stator 4 are shown separately in cross-sections AA and BB (FIG. 2). Both sections of the stator 4 are the same and are equipped with n windows 5, 6 evenly distributed around its circumference of the angular value γ
Figure 00000001
with n breathing circuits connected to them, where n = 1, 2, 3, ... is a natural number - the number of channels. For n = 1, the device operates like a conventional personal ventilator. Additional channels n> 1 are connected by simply opening the stator window plugs and serve to serve several patients at the same time in case of emergency. Each breathing circuit in the simplest version consists of an inhalation tube 7 and an exhalation tube 8. At one end of the inhalation tubes 7 and exhalation 8 are connected to the compression 5 and atmospheric 6 windows of the stator, and at the other ends they are closed by means of the patient's tee 9. Both longitudinal sections of the rotor - the spool 1 is placed on a bearing circular plate 10, which rotates at a low, compared to the required breathing rate, frequency f by means of the drive shaft 11. The bearing circular plate 10 separates the cavities of two sections of the rotor 1, communicating respectively with two chambers: the compression chamber - by the receiver 12 , - a storage tank of a compressed oxygen mixture, intended for forced supply to patients, and atmospheric 13, communicating with the external environment to remove the waste gas. The compression section of the rotor has windows of 3 angular values γ
Figure 00000002
= β / (1 + b / a) - γ
Figure 00000003
, and atmospheric - windows 2 with angle γ
Figure 00000004
= β / (1 + a / b) - γ
Figure 00000003
, where a / b is the ratio of the durations of inhalation and exhalation, β = 2π / L, and these two sections of the spool rotor are rotated relative to each other by an angle β / (1 + b / a) (Fig. 2).

Принцип работы мультипликаторного аппарата ИВЛThe principle of operation of the multiplier ventilator

Для пояснения принципа работы мультипликаторного аппарата ИВЛ, анализа переключений компрессионной и атмосферной секций и результирующих давлений в дыхательных путях пациентов служат фиг. 2 и 3. На фиг. 3 изображены временные развертки работы аппарата ИВЛ для соотношения длительностей вдоха-выдоха a/b = 1 и a/b = 2/3. Для определенности показан режим работы для аппарата ИВЛ с 4 дыхательными контурами, n = 4. Аппараты с другим числом каналов - количеством дыхательных контуров, - работают совершенно аналогично.To explain the principle of operation of the multiplier ventilator, to analyze the switching of the compression and atmospheric sections and the resulting pressures in the patient's airways, Fig. 2 and 3. FIG. 3 shows the time base of the ventilator for the ratio of the durations of inhalation-exhalation a / b = 1 and a / b = 2/3. For the sake of clarity, the mode of operation is shown for a ventilator with 4 breathing circuits, n = 4. Devices with a different number of channels - the number of breathing circuits - operate in exactly the same way.

Направление вращения ротора-золотника 1 показано круговой стрелкой, помеченной буквой f (фиг. 1, 2). Далее f будет обозначать также частоту вращения ротора 1. Угловая частота вращения ротора 1 обозначена через ω и составляет ω = 2πf.The direction of rotation of the spool rotor 1 is shown by a circular arrow marked with the letter f (Fig. 1, 2). Further, f will also denote the rotational speed of the rotor 1. The angular rotational speed of the rotor 1 is denoted by ω and is ω = 2πf.

Работает устройство следующим образом. При вращении ротора 1 поочередно открываются (включаются) и закрываются (выключаются) окна компрессионной (сечение A-A) и атмосферной (B-B) секций статора 4 (фиг. 1, 2). Дыхательная смесь из ресивера 12 поступает через окно 5, трубку вдоха 7 на тройник пациента 9 и в его дыхательные пути, а затем через тройник 9, трубку выдоха 8 и окно 6 выводится в атмосферу 13 (фиг. 1). Для любого из дыхательных контуров временные развертки площади S открытия окон статора 5, 6, соединяющихся соответственно с трубками вдоха 7, выдоха 8, и давлений P в тройниках пациентов 9 и их дыхательных путях для соотношений тактов вдоха-выдоха a/b = 1 и a/b = 2/3 изображены на фиг. 3.The device works as follows. When the rotor 1 rotates, the windows of the compression (section A-A) and atmospheric (B-B) sections of the stator 4 are alternately opened (turned on) and closed (turned off) (Figs. 1, 2). Respiratory mixture from the receiver 12 enters through the window 5, the inhalation tube 7 to the patient's tee 9 and into his airways, and then through the tee 9, the exhalation tube 8 and the window 6 is discharged into the atmosphere 13 (Fig. 1). For any of the respiratory circuits, the time scans of the area S of the opening of the stator windows 5, 6, which are connected, respectively, with the tubes of inspiration 7, expiration 8, and pressures P in the tees of patients 9 and their airways for the ratio of the strokes of inspiration-expiration a / b = 1 and a / b = 2/3 are shown in FIG. 3.

Пусть в начальный момент времени включается окно компрессионной секции (фиг. 2). Газ под действием градиента давления начинает поступать из компрессионной камеры 12 через окно 5, трубку вдоха 7 на тройник пациента 9 и далее - в его дыхательные пути (фиг. 1). Переменная во времени площадь S открывающегося окна 5 статора как функция времени представляет собой часть меандра, расположенного в положительной полуплоскости (на фиг. 3 отмечена через A-A, по обозначению поперечного сечения на фиг. 1, 2). Когда окно 5 компрессионной секции выключается, синхронно включается окно 6 атмосферной секции. Тогда газ под действием градиента давления из дыхательных путей через тройник пациента 9, трубку выдоха 8 и окно 6 выходит в атмосферную камеру 13. Теперь переменная во времени площадь S открывающегося окна статора 6 как функция времени представляет собой часть меандра в отрицательной полуплоскости (на фиг. 3 помечена как B-B, по обозначению соответствующего поперечного сечения на фиг. 1, 2).Let the window of the compression section be switched on at the initial moment of time (Fig. 2). Gas under the action of a pressure gradient begins to flow from the compression chamber 12 through the window 5, the inhalation tube 7 to the tee of the patient 9 and then into his airway (Fig. 1). The time-varying area S of the opening window 5 of the stator as a function of time is a part of a meander located in the positive half-plane (in Fig. 3 marked through A-A, according to the designation of the cross-section in Fig. 1, 2). When the compression section window 5 is turned off, the atmospheric section window 6 will turn on synchronously. Then the gas under the action of the pressure gradient from the airways through the patient's tee 9, the exhalation tube 8 and the window 6 enters the atmospheric chamber 13. Now the time-varying area S of the opening window of the stator 6 as a function of time is a part of the meander in the negative half-plane (in Fig. 3 is marked as BB by the designation of the corresponding cross-section in FIGS. 1, 2).

Такому временному закону площади открытия окон статора 5, 6 отвечает вполне определенная временная развертка давления P на тройнике пациента 9 и в его дыхательных путях, в том же масштабе времени также представленная на фиг. 3. Это - меандр сжатия, - положительного избыточного давления, сменяющийся нулевым избыточным давлением при переключении дыхательного контура с компрессионной камеры 12 на атмосферную 13.This time law of the opening area of the stator windows 5, 6 corresponds to a well-defined time base of pressure P on the tee of the patient 9 and in his airways, on the same time scale also shown in Fig. 3. This is the meander of compression, - positive overpressure, alternating with zero overpressure when switching the breathing circuit from the compression chamber 12 to atmospheric 13.

Для рассматриваемого дыхательного контура фаза вдоха начинается с нулевого момента времени и заканчивается моментом безразмерного времени (ω/β)t = γ

Figure 00000005
/β = (γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
)/β = 1/(1+b/a). Далее с момента времени (ω/β)t = γ
Figure 00000005
/β = (γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
)/ β = 1/(1+b/a) и до (ω/β)t = 1 длится фаза выдоха. Процесс периодичен и повторяется с периодом (ω/β)T = 1.For the breathing circuit under consideration, the inspiratory phase begins from time zero and ends with a dimensionless time moment (ω / β) t = γ
Figure 00000005
/ β = (γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
) / β = 1 / (1 + b / a). Further, from the moment of time (ω / β) t = γ
Figure 00000005
/ β = (γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
) / β = 1 / (1 + b / a) and until (ω / β) t = 1 the exhalation phase lasts. The process is periodic and repeats with a period (ω / β) T = 1.

Так, для соотношения длительностей вдоха-выдоха a/b = 1 фаза вдоха начинается с нулевого момента времени и заканчивается моментом безразмерного времени (ω/β)t = 1/2. Далее с момента времени (ω/β)t = 1/2 и до (ω/ β)t = 1 длится фаза выдоха. Процесс периодичен и повторяется с периодом (ω/β)T = 1.So, for the ratio of the durations of inspiration-expiration a / b = 1, the inspiration phase begins from the zero point in time and ends with the moment of dimensionless time (ω / β) t = 1/2. Then, from the moment of time (ω / β) t = 1/2 and until (ω / β) t = 1, the exhalation phase lasts. The process is periodic and repeats with a period (ω / β) T = 1.

Для соотношения длительностей вдоха-выдоха a/b = 2/3 фаза вдоха начинается с нулевого момента времени и заканчивается моментом безразмерного времени (ω/β)t = 2/5. Далее с момента времени (ω/β)t = 2/5 и до (ω/β)t = 1 длится фаза выдоха. Процесс периодичен и повторяется с периодом (ω/β)T = 1.For the ratio of the durations of inspiration-expiration a / b = 2/3, the inspiration phase begins from the zero point in time and ends with the moment of dimensionless time (ω / β) t = 2/5. Then, from the moment of time (ω / β) t = 2/5 and up to (ω / β) t = 1, the exhalation phase lasts. The process is periodic and repeats with a period (ω / β) T = 1.

Вращающаяся часть представленного аппарата ИВЛ имеет осевую симметрию L порядка, т.е. при повороте ее вокруг оси вращения на угол β = 2π/L она совмещается сама с собой. Именно это и обеспечивает полный цикл работы всех дыхательных контуров не за полный период вращения ротора-золотника, а только за его 1/L часть, обуславливая эффект мультипликации.The rotating part of the presented ventilator has an axial symmetry of the L order, i.e. when it is rotated around the axis of rotation at an angle β = 2π / L, it aligns with itself. This is what ensures the full cycle of operation of all breathing circuits, not for the full period of rotation of the rotor-spool, but only for its 1 / L part, causing the effect of multiplication.

Технические характеристики мультипликаторного аппарата ИВЛ. Сводка основных формулTechnical characteristics of the multiplier ventilator. Summary of basic formulas

Главными характеристиками аппаратов ИВЛ являются частота дыхания ν и соотношение длительностей вдоха-выдоха a/b на каждом дыхательном контуре. Отметим, что отношение длительностей вдоха-выдоха a/b в англоязычной литературе традиционно обозначается через i/e (от англ. “inspiration” - вдох, “exspiration” - выдох).The main characteristics of ventilators are the respiratory rate ν and the ratio of the durations of inspiration-expiration a / b on each breathing circuit. Note that the ratio of the durations of inhalation-exhalation a / b in the English-language literature is traditionally denoted by i / e (from the English “inspiration” - inhalation, “exspiration” - exhalation).

Частота дыхания ν на каждом контуре определяется исключительно частотой вращения f ротора-золотника:The respiration rate ν on each circuit is determined exclusively by the rotational speed f of the spool rotor:

ν = Lf.ν = Lf.

Соотношение длительностей вдоха-выдоха a/b определяется отношением конструктивных углов γ

Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
и γ
Figure 00000007
= γ
Figure 00000008
+ γ
Figure 00000003
:The ratio of the durations of inspiration-expiration a / b is determined by the ratio of design angles γ
Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
and γ
Figure 00000007
= γ
Figure 00000008
+ γ
Figure 00000003
:

a/b = γ

Figure 00000005
Figure 00000007
.a / b = γ
Figure 00000005
/ γ
Figure 00000007
...

Здесь γ

Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
и γ
Figure 00000007
= γ
Figure 00000008
+ γ
Figure 00000003
- суммарные угловые величины окон ротора и статора для компрессионной и атмосферной секций соответственно, связанные соотношением:Here γ
Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
and γ
Figure 00000007
= γ
Figure 00000008
+ γ
Figure 00000003
- the total angular values of the rotor and stator windows for the compression and atmospheric sections, respectively, related by the ratio:

γ

Figure 00000005
+ γ
Figure 00000007
= β.γ
Figure 00000005
+ γ
Figure 00000007
= β.

Тогда имеем: Then we have:

a/b = γ

Figure 00000005
/(β - γ
Figure 00000005
) = β/γ
Figure 00000007
- 1,a / b = γ
Figure 00000005
/ (β - γ
Figure 00000005
) = β / γ
Figure 00000007
- 1,

b/a = γ

Figure 00000007
/(β - γ
Figure 00000007
) = β/γ
Figure 00000005
- 1,b / a = γ
Figure 00000007
/ (β - γ
Figure 00000007
) = β / γ
Figure 00000005
- 1,

гдеWhere

γ

Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
- суммарная угловая величина окон ротора γ
Figure 00000006
и статора γ
Figure 00000003
для компрессионной секции,γ
Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
is the total angular value of the rotor windows γ
Figure 00000006
and stator γ
Figure 00000003
for the compression section,

γ

Figure 00000007
= γ
Figure 00000008
+ γ
Figure 00000003
- суммарная угловая величина окон ротора γ
Figure 00000008
и статора γ
Figure 00000003
для атмосферной секции,γ
Figure 00000007
= γ
Figure 00000008
+ γ
Figure 00000003
is the total angular value of the rotor windows γ
Figure 00000008
and stator γ
Figure 00000003
for the atmospheric section,

β = 2π/L,β = 2π / L,

L - число окон ротора.L is the number of rotor windows.

Формулы для выбора конструктивных углов γ

Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
и γ
Figure 00000007
= γ
Figure 00000008
+ γ
Figure 00000003
:Formulas for choosing design angles γ
Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
and γ
Figure 00000007
= γ
Figure 00000008
+ γ
Figure 00000003
:

γ

Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
= β/(1+b/a),γ
Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
= β / (1 + b / a),

γ

Figure 00000007
= γ
Figure 00000008
+ γ
Figure 00000003
= β/(1+a/b).γ
Figure 00000007
= γ
Figure 00000008
+ γ
Figure 00000003
= β / (1 + a / b).

Время замкнутого состояния τ (время перекрытия окон секции ротора и статора) составляет:The closed state time τ (the time of overlapping the windows of the rotor and stator section) is:

τ

Figure 00000005
= a/(a+b)/ ν = γ
Figure 00000005
/β/ν = (1 - γ
Figure 00000007
/β)/ν - для компрессионной секции,τ
Figure 00000005
= a / (a + b) / ν = γ
Figure 00000005
/ β / ν = (1 - γ
Figure 00000007
/ β) / ν - for the compression section,

τ

Figure 00000007
= b/(a+b)/ ν = γ
Figure 00000007
/β/ν = (1 - γ
Figure 00000005
/β)/ν - для атмосферной.τ
Figure 00000007
= b / (a + b) / ν = γ
Figure 00000007
/ β / ν = (1 - γ
Figure 00000005
/ β) / ν - for atmospheric.

Частные случаи конструктивного исполнения ротора, приводящие к особым физическим волновым явлениямSpecial cases of the design of the rotor, leading to special physical wave phenomena

1. Пусть число окон ротора L кратно числу окон статора n, т.е. ротор содержит L = mn окон, где m - любое натуральное число: m = 1, 2, 3,…. Тогда все n дыхательных контуров по времени работают синфазно, или синхронно (одновременно), и пульсация на них носит характер стоячей волны. Полный цикл работы устройства осуществляется за время поворота ротора на угол 2π/(mn). Расчетные формулы примут вид:1. Let the number of rotor windows L be a multiple of the number of stator windows n, i.e. the rotor contains L = mn windows, where m is any natural number: m = 1, 2, 3,…. Then all n respiratory circuits in time work in phase, or synchronously (simultaneously), and the pulsation on them has the character of a standing wave. The complete cycle of operation of the device is carried out during the rotor rotation at an angle of 2π / (mn). Calculation formulas will take the form:

ν = mnf ,ν = mnf,

τ

Figure 00000005
= a/(a+b)/(mnf) - для компрессионной секции,τ
Figure 00000005
= a / (a + b) / (mnf) - for the compression section,

τ

Figure 00000007
= b/(a+b)/(mnf) - для атмосферной. τ
Figure 00000007
= b / (a + b) / (mnf) - for atmospheric.

2. Пусть ротор содержит L = mn+1 окон. Тогда все n дыхательных контуров по времени работают последовательно с одинаковым отставанием по фазе, и пульсация на них носит характер бегущей волны, частота вращения которой ровно в mn+1 раз превышает частоту вращения ротора. Направление вращения этой волны пульсаций совпадает с направлением вращения ротора. Поэтому назовем генерируемую волну пульсаций на всех дыхательных контурах попутной, или прямой. Полный цикл работы устройства осуществляется за время поворота ротора на угол 2π/(mn+1). Расчетные формулы примут вид:2. Let the rotor contain L = mn + 1 windows. Then all n respiratory circuits in time operate sequentially with the same phase lag, and the pulsation on them has the character of a traveling wave, the rotation frequency of which is exactly mn + 1 times the rotor rotation frequency. The direction of rotation of this wave of pulsations coincides with the direction of rotation of the rotor. Therefore, we will call the generated wave of pulsations on all respiratory circuits associated, or direct. The complete cycle of operation of the device is carried out during the rotor rotation at an angle of 2π / (mn + 1). Calculation formulas will take the form:

ν = (mn+1)f ,ν = (mn + 1) f,

τ

Figure 00000005
= a/(a+b)/(mn+1)/f - для компрессионной секции,τ
Figure 00000005
= a / (a + b) / (mn + 1) / f - for the compression section,

τ

Figure 00000007
= b/(a+b)/(mn+1)/f - для атмосферной. τ
Figure 00000007
= b / (a + b) / (mn + 1) / f - for atmospheric.

3. Пусть ротор содержит L = mn-1 окон. Тогда все n дыхательных контуров также работают последовательно с одинаковым отставанием по фазе, и пульсация на них носит характер бегущей волны, частота вращения которой ровно в mn-1 раз превышает частоту вращения ротора. Но направление вращения этой волны пульсаций противоположно направлению вращения ротора. Поэтому назовем генерируемую волну пульсаций на всех дыхательных контурах встречной, или обратной. Расчетные формулы примут вид:3. Let the rotor contain L = mn-1 windows. Then all n breathing circuits also operate sequentially with the same phase lag, and the pulsation on them has the character of a traveling wave, the rotation frequency of which is exactly mn-1 times the rotor rotation frequency. But the direction of rotation of this wave of pulsations is opposite to the direction of rotation of the rotor. Therefore, we will call the generated wave of pulsations on all breathing circuits counter, or reverse. Calculation formulas will take the form:

ν = (mn-1)f ,ν = (mn-1) f,

τ

Figure 00000005
= a/(a+b)/(mn-1)/f - для компрессионной секции,τ
Figure 00000005
= a / (a + b) / (mn-1) / f - for the compression section,

τ

Figure 00000007
= b/(a+b)/(mn-1)/f - для атмосферной.τ
Figure 00000007
= b / (a + b) / (mn-1) / f - for atmospheric.

Примеры расчета многоканальных мультипликаторных аппаратов ИВЛExamples of calculating multichannel multiplier ventilators

Итак, основными характеристиками аппаратов ИВЛ являются частота дыхания ν и соотношение длительностей вдоха-выдоха a/b на каждом дыхательном контуре пациента.So, the main characteristics of ventilators are the respiratory rate ν and the ratio of the durations of inhalation-exhalation a / b on each patient's breathing circuit.

Частота дыхания ν определяется частотой вращения f ротора-золотника, которая допускает простое изменение в рабочем режиме:The respiration rate ν is determined by the rotational frequency f of the spool rotor, which allows a simple change in the operating mode:

ν = Lf .ν = Lf.

Соотношение длительностей вдоха-выдоха a/b: The ratio of the durations of inspiration-expiration a / b:

a/b = γ

Figure 00000005
/(β - γ
Figure 00000005
) , гдеa / b = γ
Figure 00000005
/ (β - γ
Figure 00000005
), where

β = 2π/L,β = 2π / L,

тогда для синхронной вентиляции имеем:then for synchronous ventilation we have:

ν = mn f ,ν = mn f,

a/b = γ

Figure 00000005
/(2π/(mn) - γ
Figure 00000005
),a / b = γ
Figure 00000005
/ (2π / (mn) - γ
Figure 00000005
),

для прямой:for straight line:

ν = (mn+1) f ,ν = (mn + 1) f,

a/b = γ

Figure 00000005
/(2π/(mn+1) - γ
Figure 00000005
),a / b = γ
Figure 00000005
/ (2π / (mn + 1) - γ
Figure 00000005
),

для обратной:for reverse:

ν = (mn-1) f ,ν = (mn-1) f,

a/b = γ

Figure 00000005
/(2π/(mn-1) - γ
Figure 00000005
)a / b = γ
Figure 00000005
/ (2π / (mn-1) - γ
Figure 00000005
)

где γ

Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
- суммарная угловая величина окон ротора γ
Figure 00000006
и статора γ
Figure 00000003
для компрессионной секции.where γ
Figure 00000005
= γ
Figure 00000006
+ γ
Figure 00000003
is the total angular value of the rotor windows γ
Figure 00000006
and stator γ
Figure 00000003
for the compression section.

Таким образом, соотношение длительностей вдоха-выдоха a/b определяется конструктивным углом γ

Figure 00000005
и числами m, n. Thus, the ratio of the durations of inspiration-expiration a / b is determined by the design angle γ
Figure 00000005
and numbers m, n.

1. Пример расчета режима синхронной вентиляции, когда работа всех дыхательных контуров синфазна и образует на них стоячую волну, частота которой в mn раз превышает частоту вращения ротора.1. An example of calculating the mode of synchronous ventilation, when the work of all breathing circuits is in phase and forms a standing wave on them, the frequency of which is mn times higher than the rotor speed.

В качестве первого примера рассчитаем схему синхронной вентиляции для 4-контурного статора, n = 4, посредством mn-оконного золотника ротора, для последовательных значений коэффициента m = 1, 2, 3. Пусть требуемая частота дыхания на каждом из дыхательных контуров статора составляет 20 тактов в минуту, или ν = .33 Гц, т.е. период дыхания - 3 с. Тогда период вращения T и частота вращения f ротора составят: As a first example, we calculate the synchronous ventilation scheme for a 4-circuit stator, n = 4, by means of an mn-windowed rotor spool, for successive values of the coefficient m = 1, 2, 3. Let the required breathing rate on each of the stator breathing circuits be 20 strokes per minute, or ν = .33 Hz, i.e. breathing period - 3 s. Then the period of rotation T and the frequency of rotation f of the rotor will be:

Figure 00000009
Figure 00000009

2. Пример расчета режима прямой вентиляции, когда последовательность работы дыхательных контуров совпадает с направлением вращения ротора и образует на этих контурах вращающуюся волну, частота вращения которой в mn+1 раз превышает частоту вращения ротора. 2. An example of calculating the direct ventilation mode, when the sequence of the breathing circuits coincides with the direction of rotation of the rotor and forms a rotating wave on these circuits, the rotation frequency of which is mn + 1 times the rotation frequency of the rotor.

В качестве второго примера рассчитаем схему прямой вентиляции для 4-контурного статора, n = 4, посредством mn+1-оконного золотника ротора, для последовательных значений коэффициента m = 1, 2, 3. Пусть требуемая частота дыхания на каждом из дыхательных контуров статора составляет 20 тактов в минуту, или ν = .33 Гц, т.е. период дыхания - 3 с. Тогда период вращения T и частота вращения f ротора составят: As a second example, we calculate the direct ventilation scheme for a 4-circuit stator, n = 4, by means of mn + 1-window rotor spool, for successive values of the coefficient m = 1, 2, 3. Let the required respiratory rate on each of the stator breathing circuits be 20 cycles per minute, or ν = .33 Hz, i.e. breathing period - 3 s. Then the period of rotation T and the frequency of rotation f of the rotor will be:

Figure 00000010
Figure 00000010

3. Пример расчета режима обратной вентиляции, когда последовательность работы дыхательных контуров противоположна направлению вращения ротора и образует на контурах вращающуюся волну, частота вращения которой в mn-1 раз превышает частоту вращения ротора.3. An example of calculating the reverse ventilation mode, when the sequence of operation of the breathing circuits is opposite to the direction of rotation of the rotor and forms a rotating wave on the circuits, the rotation frequency of which is mn-1 times the rotation frequency of the rotor.

В качестве третьего примера рассчитаем схему обратной вентиляции для 6-контурного статора, n = 6, посредством mn-1-оконного золотника ротора, для последовательных значений коэффициента m = 1, 2, 3. Пусть требуемая частота дыхания на каждом из дыхательных контуров статора по-прежнему составляет 20 циклов в минуту, или ν = .33 Гц, период дыхания - 3 с. Тогда период вращения T и частота вращения f ротора составят: As a third example, we calculate the reverse ventilation scheme for a 6-circuit stator, n = 6, by means of an mn-1-window rotor spool, for successive values of the coefficient m = 1, 2, 3. Let the required respiratory rate on each of the stator breathing circuits along - is still 20 cycles per minute, or ν = .33 Hz, the breathing period is 3 s. Then the period of rotation T and the frequency of rotation f of the rotor will be:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Общий вывод. Учитывая, что для однооконного ротора период вращения составлял бы 3 с, видим, что для мультипликаторного ротора период вращения увеличивается на порядок и более. Таким образом, наглядно виден эффект мультипликации частоты дыхания, проявляющийся в mn, mn+1 или mn-1-кратном снижении требуемых частот вращения ротора многооконного золотника. Это обусловлено тем, что все время вращения многооконного ротора эффективно расходуется на совершение главной его функции - последовательной генерации импульсов давления на окнах статора, а непроизводительное холостое вращение ротора только лишь для поворота его единственного окна к следующим окнам статора полностью исключено. General conclusion. Considering that for a single-window rotor the rotation period would be 3 s, we see that for a multiplier rotor the rotation period increases by an order of magnitude or more. Thus, the effect of breathing rate multiplication is clearly visible, which manifests itself in mn, mn + 1 or mn-1-fold decrease in the required rotor speeds of the multi-window spool. This is due to the fact that the entire rotation time of the multi-window rotor is effectively spent on its main function - the sequential generation of pressure pulses on the stator windows, and the unproductive idle rotation of the rotor just to turn its only window to the next stator windows is completely excluded.

Отметим, что вышеприведенные таблицы для 4-оконного статора при синхронной и прямой вентиляции и 6-оконного при обратной - весьма похожи. Это подтверждает, что и синхронная с коэффициентом мультипликации mn, и прямая mn+1, и обратная mn-1 вентиляция, обладают одинаковой эффективностью.Note that the tables above for a 4-window stator with synchronous and direct ventilation and a 6-window stator with reverse ventilation are very similar. This confirms that the ventilation synchronous with the multiplication factor mn, and the forward mn + 1, and the reverse mn-1 ventilation have the same efficiency.

Когда n мало, например, 4, как в первом и втором примерах, выгоднее использовать синхронную или прямую вентиляцию, когда же n велико, например, 6, как во втором примере, - обратную, потому что конструктивно ширина окон ротора при этом получается приблизительно одна и та же.When n is small, for example, 4, as in the first and second examples, it is more advantageous to use synchronous or direct ventilation, when n is large, for example, 6, as in the second example, it is reverse, because the structural width of the rotor windows is approximately one and the same.

Главное, что увеличением коэффициента мультипликации L можно неограниченно снижать скорости скольжения ротора-золотника по поверхности статора, чтобы подавить мощность сил трения и тепловыделение, из-за которых до сих пор вращательные золотники малоупотребительны в машиностроении по сравнению с возвратно-поступательными (начиная с золотников паровых двигателей), несмотря на их большую простоту, надежность и экономичность, а также отсутствие зон залипания золотников в окрестностях их нулевых скоростей.The main thing is that by increasing the multiplication factor L, it is possible to unlimitedly reduce the sliding speed of the rotor-spool over the stator surface in order to suppress the power of friction forces and heat generation, due to which rotary spools are still of little use in mechanical engineering in comparison with reciprocating spools (starting with steam spools engines), despite their great simplicity, reliability and efficiency, as well as the absence of sticking zones of spools in the vicinity of their zero speeds.

Так приходим к понятию мультипликации, означающему, что малая частота вращения ротора дает высокую частоту волны реакции статора. Эта волна может быть стоячей, как в случае синхронной вентиляции, или бегущей, как в случаях прямой или обратной вентиляции. Дополнительным «бонусом» является возможность изменения направления вращения волны реакции статора на противоположное направлению вращения ротора.So we come to the concept of multiplication, which means that a low rotor speed gives a high frequency of the stator response wave. This wave can be standing, as in the case of synchronous ventilation, or traveling, as in the case of direct or reverse ventilation. An additional "bonus" is the ability to change the direction of rotation of the stator response wave to the opposite direction of the rotor rotation.

Выводы. Технический результатConclusions. Technical result

1. Многоканальный мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких позволяет, прежде всего, эффективно работать и в индивидуальном режиме. При возникновении чрезвычайных ситуаций представленный аппарат ИВЛ сразу приспособлен к подключению нескольких пациентов. Число каналов определяется количеством открытых окон статора n.1. The multichannel multiplier artificial lung ventilation apparatus allows, first of all, to work effectively in an individual mode. In the event of emergencies, the presented ventilator is immediately adapted to the connection of several patients. The number of channels is determined by the number of open stator windows n.

2. Благодаря эффекту мультипликации удается использовать наиболее простые и надежные медленно вращающиеся золотники, выполняющие функции постоянно вращающихся скользящих клапанов, обеспечивающие требуемые частоты дыхания. При низких скоростях вращения роторов-золотников подавляется мощность сил трения и тепловыделение, что обуславливает их функциональность. Достигнут оптимальный режим аппарата ИВЛ с вращающимся многооконным ротором-золотником по критерию обслуживания дыхательных контуров. Мультипликативный коэффициент определяется количеством окон ротора L.2. Due to the effect of multiplication, it is possible to use the simplest and most reliable slow-rotating spools, which function as constantly rotating sliding valves that provide the required respiratory rates. At low speeds of rotation of rotors-spools, the power of frictional forces and heat generation are suppressed, which determines their functionality. The optimal mode of the ventilator with a rotating multi-window rotor-spool has been achieved according to the criterion of servicing the breathing circuits. The multiplicative factor is determined by the number of rotor windows L.

3. Определены особые режимы мультипликаторных стоячих и бегущих вращающихся волн работы дыхательных контуров устройства, причем вращающиеся волны могут быть как попутные, так и встречные относительно направления вращения ротора.3. Specific modes of multiplier standing and traveling rotating waves of operation of the respiratory circuits of the device have been determined, and the rotating waves can be both concurrent and opposite with respect to the direction of rotation of the rotor.

4. Варьирование частоты дыхания осуществляется путем простого изменения частоты вращения двухсекционного ротора-золотника. Соотношение длительностей вдоха-выдоха определяются соотношением углов окон компрессионной и атмосферной секций.4. Varying the respiratory rate is carried out by simply changing the rotational speed of the two-section rotor-spool. The ratio of the durations of inspiration-expiration is determined by the ratio of the angles of the windows of the compression and atmospheric sections.

5. Применено наиболее простое экономичное золотниковое распределение кислородной смеси под небольшим избыточным давлением сразу по нескольким дыхательным контурам. Пневматическая энергия расходуется только на питание дыхательных контуров, тогда как активация механизма аппарата ИВЛ осуществляется наиболее простым приводом постоянного медленного вращения, что оптимизирует форму кривых давления в дыхательных контурах по критерию купирования дыхательной недостаточности.5. The simplest economical spool distribution of the oxygen mixture under a small overpressure is applied to several breathing circuits at once. Pneumatic energy is consumed only for feeding the respiratory circuits, while the activation of the ventilator mechanism is carried out by the simplest drive of constant slow rotation, which optimizes the shape of the pressure curves in the breathing circuits according to the criterion of relief of respiratory failure.

6. Предложенное устройство особенно эффективно для реализации высокочастотной ИВЛ, когда другие средства затруднительны.6. The proposed device is especially effective for the implementation of high-frequency mechanical ventilation when other means are difficult.

7. Устройство отличает простота, надежность и экономичность, что повышает мобилизационные возможности разворачивания техники при внезапных пандемиях.7. The device is distinguished by simplicity, reliability and economy, which increases the mobilization capabilities of deploying equipment in case of sudden pandemics.

Использованная литератураReferences

1. Горячев А.С., Савин И.А. Основы ИВЛ. Москва, 2019.1. Goryachev A.S., Savin I.A. Fundamentals of mechanical ventilation. Moscow, 2019.

2. Полупан А.А., Горячев А.С., Савин И.А. Асинхронии и графика ИВЛ. Москва, 2017.2. Polupan A.A., Goryachev A.S., Savin I.A. Asynchrony and ventilation schedule. Moscow, 2017.

3. Сатишур О.Е. Механическая вентиляция легких. Москва, 2006.3. Satishur O.E. Mechanical ventilation of the lungs. Moscow, 2006.

4. Кассиль В.Л., Выжигина М.А., Лескин Г.С. Искусственная и вспомогательная вентиляция легких Москва, 2004.4. Kassil V.L., Vyzhigina M.A., Leskin G.S. Artificial and auxiliary ventilation of the lungs Moscow, 2004.

5. Лебединский К.М., Мазурок В.А., Нефедов А.В. Основы респираторной поддержки. СПб, 2008.5. Lebedinsky K.M., Mazurok V.A., Nefedov A.V. Respiratory support basics. SPb, 2008.

6. Chang D.W. Clinical Application of Mechanical Ventilation. 3rd Edition, 2006.6. Chang D.W. Clinical Application of Mechanical Ventilation. 3rd Edition, 2006.

7. Hess D.R., Kacmarek R.M. Essentials of Mechanical Ventilation. 2nd Edition, 2002.7. Hess D.R., Kacmarek R.M. Essentials of Mechanical Ventilation. 2nd Edition, 2002.

8. Papadakos P.J., Lachmann B. Mechanical Ventilation: Clinical Applications and Pathophysiology, 2008.8. Papadakos P.J., Lachmann B. Mechanical Ventilation: Clinical Applications and Pathophysiology, 2008.

9. Pilbeam S.P., Cairo J.M. Mechanical Ventilation: Physiological and Clinical Applications. 4th Edition 2006.9. Pilbeam S.P., Cairo J.M. Mechanical Ventilation: Physiological and Clinical Applications. 4th Edition 2006.

10. Tobin M.J. Principles and Practice of Mechanical Ventilation. 3rd edition, McGraw-Hill 2013.10. Tobin M.J. Principles and Practice of Mechanical Ventilation. 3rd edition, McGraw-Hill 2013.

11. MacIntyre N.R., Branson R.D. Mechanical ventilation. 2nd edition, Saunders Elsevier, 2009.11. MacIntyre N.R., Branson R.D. Mechanical ventilation. 2nd edition, Saunders Elsevier, 2009.

12. Chatburn R.L. Fundamentals of Mechanical Ventilation: A Short Course on the Theory and Application of Mechanical Ventilators. 2nd Edition 2004.12. Chatburn R.L. Fundamentals of Mechanical Ventilation: A Short Course on the Theory and Application of Mechanical Ventilators. 2nd Edition 2004.

13. Электронный ресурс https://www.interfax.ru/russia/701318.13. Electronic resource https://www.interfax.ru/russia/701318.

14. Электронный ресурс https://tass.ru/ekonomika/8104865.14. Electronic resource https://tass.ru/ekonomika/8104865.

Claims (4)

1. Мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких, включающий неподвижный статор и скользящий по его внутренней поверхности ротор, содержащий газ под избыточным давлением, статор и ротор в продольном направлении выполнены двухсекционными, с равномерно распределенными в окружном направлении окнами, одна секция которых, компрессионная, сообщена со сжатой кислородной смесью, а другая - атмосферная - с внешней средой, при этом обе секции статора имеют n одинаковых окон угловой величины
Figure 00000013
, соединенных с дыхательными трубками вдоха и выдоха, которые на других концах соединены с тройниками пациентов, обе секции ротора имеют L окон угловой величины
Figure 00000014
для компрессионной секции и
Figure 00000015
- для атмосферной, где β=2π/L, эти секции ротора-золотника повернуты относительно друг друга на угол β/(1+b/a) и разделены несущей круговой пластиной, при этом частота вращения ротора составляет f=ν/L, где ν - требуемая частота дыхания, a/b - отношение длительностей вдоха и выдоха, все окна статора, кроме одной пары, могут быть заглушены для преобразования аппарата ИВЛ из многоканального в индивидуальный.
1. Multiplier artificial lung ventilation device, including a fixed stator and a rotor sliding along its inner surface containing gas under excess pressure, the stator and the rotor in the longitudinal direction are made in two sections, with evenly distributed in the circumferential direction windows, one section of which, compression, communicates with compressed oxygen mixture, and the other - atmospheric - with the external environment, while both stator sections have n identical windows of angular magnitude
Figure 00000013
connected to the breathing tubes of inhalation and exhalation, which at the other ends are connected to the tees of the patients, both sections of the rotor have L windows of angular size
Figure 00000014
for the compression section and
Figure 00000015
- for atmospheric, where β = 2π / L, these sections of the spool rotor are rotated relative to each other at an angle β / (1 + b / a) and separated by a circular bearing plate, while the rotor speed is f = ν / L, where ν is the required respiratory rate, a / b is the ratio of the durations of inspiration and expiration, all stator windows, except for one pair, can be muted to convert the ventilator from multichannel to individual.
2. Мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких по п.1, отличающийся тем, что L=mn, где m=1, 2, 3, … - любое натуральное число, тогда все n дыхательных контуров работают синхронно и образуют стоячую волну, частота которой в mn раз превышает частоту вращения ротора.2. The multiplier artificial lung ventilation apparatus according to claim 1, characterized in that L = mn, where m = 1, 2, 3, ... is any natural number, then all n respiratory circuits work synchronously and form a standing wave, the frequency of which is mn times the rotor speed. 3. Мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких по п.1, отличающийся тем, что L=mn+1, где m=1, 2, 3, … - любое натуральное число, тогда все n дыхательных контуров работают последовательно с одинаковым сдвигом по фазе и образуют бегущую волну, частота вращения которой в mn+1 раз превышает частоту вращения ротора, и направление вращения этой волны совпадает с направлением вращения ротора.3. The multiplier artificial ventilation apparatus according to claim 1, characterized in that L = mn + 1, where m = 1, 2, 3, ... is any natural number, then all n respiratory circuits operate sequentially with the same phase shift and form a traveling wave, the rotation frequency of which is mn + 1 times higher than the rotor rotation frequency, and the direction of rotation of this wave coincides with the direction of rotation of the rotor. 4. Мультипликаторный аппарат искусственной вентиляции легких по п.1, отличающийся тем, что L=mn-1, где m=1, 2, 3, … - любое натуральное число, тогда все n дыхательных контуров работают последовательно с одинаковым сдвигом по фазе и образуют бегущую волну, частота вращения которой в mn-1 раз превышает частоту вращения ротора, а направление вращения этой волны противоположно направлению вращения ротора.4. The multiplier artificial lung ventilation apparatus according to claim 1, characterized in that L = mn-1, where m = 1, 2, 3, ... is any natural number, then all n respiratory circuits operate sequentially with the same phase shift and form a traveling wave, the rotation frequency of which is mn-1 times higher than the rotation frequency of the rotor, and the direction of rotation of this wave is opposite to the direction of rotation of the rotor.
RU2020122133A 2020-06-29 2020-06-29 Multiplying artificial pulmonary ventilation apparatus RU2736948C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020122133A RU2736948C1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Multiplying artificial pulmonary ventilation apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020122133A RU2736948C1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Multiplying artificial pulmonary ventilation apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2736948C1 true RU2736948C1 (en) 2020-11-23

Family

ID=73543529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020122133A RU2736948C1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Multiplying artificial pulmonary ventilation apparatus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2736948C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1140782A1 (en) * 1982-05-06 1985-02-23 Одесский Медицинский Институт Им.Н.И.Пирогова Apparatus for artificial ventilation of lungs
SU1210828A1 (en) * 1983-05-18 1986-02-15 Одесский Медицинский Институт Им.Н.И.Пирогова Apparatus for artificial respiration
WO1994027553A1 (en) * 1993-05-24 1994-12-08 Dranez Anstalt Fluid control valve especially for use in lung ventilators
RU2069556C1 (en) * 1991-12-23 1996-11-27 Валентин Федорович Погорелов Apparatus for artificial ventilation of lungs
US20160279362A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 Ventec Life Systems, Inc. Ventilator with integrated oxygen production
RU2651702C1 (en) * 2016-10-27 2018-04-23 Евгений Дмитриевич Свияженинов Rotating control valve
RU2698385C1 (en) * 2018-10-12 2019-08-26 Евгений Дмитриевич Свияженинов Multiplicative spool pulsator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1140782A1 (en) * 1982-05-06 1985-02-23 Одесский Медицинский Институт Им.Н.И.Пирогова Apparatus for artificial ventilation of lungs
SU1210828A1 (en) * 1983-05-18 1986-02-15 Одесский Медицинский Институт Им.Н.И.Пирогова Apparatus for artificial respiration
RU2069556C1 (en) * 1991-12-23 1996-11-27 Валентин Федорович Погорелов Apparatus for artificial ventilation of lungs
WO1994027553A1 (en) * 1993-05-24 1994-12-08 Dranez Anstalt Fluid control valve especially for use in lung ventilators
US20160279362A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 Ventec Life Systems, Inc. Ventilator with integrated oxygen production
RU2651702C1 (en) * 2016-10-27 2018-04-23 Евгений Дмитриевич Свияженинов Rotating control valve
RU2698385C1 (en) * 2018-10-12 2019-08-26 Евгений Дмитриевич Свияженинов Multiplicative spool pulsator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7377278B2 (en) Intra-thoracic collateral ventilation bypass system and method
US7896008B2 (en) Lung reduction system
US9238115B2 (en) Systems and methods for therapeutic intrathoracic pressure regulation
EP2976124B1 (en) Portable ventilator secretion management system
US7533667B2 (en) Methods and devices to assist pulmonary decompression
EP1500374A1 (en) Methods and devices to accelerate wound healing in thoracic anastomosis applications
RU2735759C1 (en) Multiplicator-spool valve of artificial pulmonary ventilation
RU2736948C1 (en) Multiplying artificial pulmonary ventilation apparatus
EA034744B1 (en) Device for stimulating tracheobronchial air
WO2016057847A1 (en) Percussive ventilator breathing head and system and method
GALLAGHER et al. Intermittent inspiratory chest tube occlusion to limit bronchopleural cutaneous airleaks
RU2747255C1 (en) Artificial lung ventilation device
RU2755972C1 (en) Device of artificial ventilation of lungs
CN212369396U (en) Constant-current type low-ineffective-cavity breathing machine
CN210844786U (en) Internal medicine is clinical with respiratory device
JP2023536793A (en) Devices and related methods for ventilation
KR20220160047A (en) Apparatus and method for convertible volume and pressure controlled lung protection ventilation
US10124136B2 (en) Devices and methods for delivering air to a patient
CN213941806U (en) Portable severe first aid respiratory device
ES2973587T3 (en) Cough device that uses video animation to help patients carry out their treatment, particularly in inex mode
US20240122492A1 (en) Intrapleural pressure regulating device
RU2108084C1 (en) Device for artificial pulmonary ventilation
Shadaab et al. A simplified low-cost portable ventilator design
RU2068684C1 (en) Artificial pulmonary ventilation apparatus
JPS6311974Y2 (en)