WO2024054133A2 - Centrigufal compressor for an artificial ventilator - Google Patents
Centrigufal compressor for an artificial ventilator Download PDFInfo
- Publication number
- WO2024054133A2 WO2024054133A2 PCT/RU2023/050254 RU2023050254W WO2024054133A2 WO 2024054133 A2 WO2024054133 A2 WO 2024054133A2 RU 2023050254 W RU2023050254 W RU 2023050254W WO 2024054133 A2 WO2024054133 A2 WO 2024054133A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- elements
- flow
- outlet
- centrifugal compressor
- outlet channel
- Prior art date
Links
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 claims description 9
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 8
- 238000005399 mechanical ventilation Methods 0.000 claims 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
Definitions
- the group of inventions relates to centrifugal pumping devices and can be used in the medical industry.
- a centrifugal compressor containing an impeller installed in a housing having inlet and outlet channels, while in the outlet channel a flow former is longitudinally installed, made in the form of a flat L-shaped element, the height of which is equal to the inner diameter of the outlet channel [US5536140A, publication date: 07/16/1996 IPC: F04D 29/42; F04D 29/66].
- the disadvantage of the known technical solution is reduced efficiency due to increased pressure losses in the outlet channel due to local resistance exerted by the flow former of the proposed design, as a result of which flow separation is accompanied by intense vortex formation.
- centrifugal compressor containing an impeller installed in a housing having inlet and outlet channels, while in the outlet channel a flow former is installed longitudinally, consisting of two flat elements located in the outlet channel diametrically opposite to each other and having a presumably rectangular form [W02006106744A1, publication date: 10/12/2006, IPC: F04D 29/28; F04D 29/44].
- the advantage of the prototype over the known technical solution is its higher efficiency due to the presence of free space between the elements of the flow former, which simultaneously allows structuring the flow and reducing the intensity of vortex formation.
- the disadvantage of the prototype is still the reduced efficiency due to the fact that the rectangular shape of the shaper element leads to a sharp collision of the flow with the end surface of the element, as a result of which the intensity of vortex formation in front of and behind this surface increases, which disrupts the structure of the flow and leads to its pulsation and increased noise levels, worsening the performance characteristics of the centrifugal compressor.
- the technical problem that the group of inventions is aimed at solving is the need to improve the performance characteristics of the centrifugal compressor of the artificial lung ventilation device.
- the technical result to which the group of inventions is aimed is to increase the efficiency of the centrifugal compressor of the artificial lung ventilation device with a concomitant reduction in noise level and maintaining the possibility of structuring the flow in the output channel.
- a centrifugal compressor of an artificial lung ventilation device contains an impeller installed in a housing having inlet and outlet channels, while a flow former consisting of two flat elements located diametrically opposite to each other is installed longitudinally in the outlet channel. Unlike the prototype, each of the elements of the flow former is made in the form of a circle segment.
- the housing of the centrifugal compressor of the artificial lung ventilation device is configured to install an impeller in it and has inlet and outlet channels, while a flow former consisting of two flat elements located diametrically opposite to each other is installed longitudinally in the outlet channel. Unlike the prototype, each of the elements of the flow former is made in the form of a circle segment.
- the housing of a centrifugal compressor provides a load-bearing function and can be made integral or dismountable.
- the housing of a centrifugal compressor can be made of any structural material that has sufficient strength, for example, polymer, and can be manufactured by casting.
- the housing of the centrifugal compressor is designed to accommodate an impeller and has inlet and outlet channels.
- the inlet and outlet channels provide supply and outlet of a gaseous medium from the housing.
- the cross-section of the outlet channel can have any shape, including round.
- the flow former consists of two flat elements, which makes it possible to structure the flow in the outlet channel and thereby increase the uniformity of air distribution throughout the flow volume.
- Each of the elements of the flow shaper is made in the form of a circle segment, which ensures an increase in the efficiency of the centrifugal compressor with a concomitant reduction in the noise level and maintaining the possibility of structuring the flow in the output channel.
- Each of the elements of the flow shaper can have a thickness from 0.8 to 1.2 mm, which further increases the efficiency of the centrifugal compressor and reduces the noise level.
- Each of the elements of the flow shaper can be made in the form of a circle segment, the radius of which can be from 15 to 40% of the transverse size of the outlet hole of the outlet channel, which is necessary to ensure optimal curvature of the end surfaces with which the flow collides and further increase efficiency centrifugal compressor.
- the height of each of the elements of the flow shaper can be from 10 to 30% of the transverse size of the outlet opening of the outlet channel, which further increases the efficiency of the centrifugal compressor with a concomitant reduction in noise level and maintaining the possibility of structuring the flow in the outlet channel. If the height of each of the elements of the flow former is less than 10% of the transverse size of the outlet opening of the outlet channel, then it will be insufficient to ensure the possibility of separation and structuring of the flow in the outlet channel. If the height of each of the elements of the flow shaper is more than 30% of the transverse size of the outlet opening of the outlet channel, then due to the blocking of the channel by the elements of the flow shaper, the pressure loss in it will be increased.
- the height of each of the elements of the flow shaper can be from 15 to 25% of the transverse size of the outlet opening of the outlet channel.
- the end surfaces of the flow former elements can be chamfered or rounded, allowing the flow to flow smoothly around them, which further increases the efficiency of the centrifugal compressor with a concomitant reduction in noise level. Additionally, to increase the efficiency of a centrifugal compressor, roundings can be made at the base of the flat elements of the flow former.
- the elements of the flow shaper are located diametrically opposite to each other, which ensures an increase in the efficiency of the centrifugal compressor with a concomitant reduction in noise level, while providing the ability to divide the flow into equal parts with the same air content by volume.
- the flow shaper elements can be located in one plane passing through the longitudinal axis of the output channel, which further increases the efficiency of the centrifugal compressor.
- the elements of the flow former can also be located relative to the axis of rotation of the impeller in such a way that the plane in which they are located is parallel to this axis, which further increases the efficiency centrifugal compressor.
- the flow shaper elements can be located relative to the outlet opening of the outlet channel in such a way that the transverse plane of symmetry of the flow shaper elements can be removed from the outlet opening by a distance that ranges from 50 to 100% of the transverse size of the outlet opening, which further increases the efficiency of the centrifugal compressor and ensures the possibility of obtaining a flow at the exit from the outlet channel with a uniform distribution of air throughout its volume. If the distance at which the transverse plane of symmetry of the elements of the flow former is removed from the outlet is less than 50% of the transverse size of the outlet, then it will be insufficient to stabilize the flow after its separation. If the distance at which the transverse plane of symmetry of the elements of the flow former is removed from the outlet is more than 100% of the transverse size of the outlet, then the risk will increase that the stabilized flow will have an uneven distribution of air throughout its volume.
- a group of inventions can be made from known materials using known means, which indicates its compliance with the patentability criterion of “industrial applicability”.
- the group of inventions is characterized by a set of essential features previously unknown from the prior art, characterized by the fact that each of the elements of the flow former is made in the form of a circle segment, which ensures a gradual collision of the separated flow with them as it moves inside the outlet channel, which reduces the intensity of vortex formation before the end the surface of the element and behind it, as a result of which the noise level is reduced and the pressure loss in the outlet channel is reduced.
- the group of inventions has a set of essential features previously unknown from the prior art, which indicates its compliance with the “novelty” patentability criterion.
- a centrifugal compressor with a flat L-shaped flow former that covers the outlet channel is known from the prior art. Also known from the prior art is a centrifugal compressor with a flow former made in the form of two flat rectangular elements.
- a centrifugal compressor is not known from the prior art, in which the flow shaper is made in the form of two flat segments of a circle, which significantly reduce vortex formation in the flow of the pumped gas mixture. This effect is especially important in the context of artificial lung ventilation devices, since it not only reduces the noise level of the compressor of such a device, but also reduces the risk of uneven distribution of air in the volume of the gas mixture pumped by the compressor into the patient’s lungs.
- inventions from a group of inventions are interconnected and form a single inventive concept, which indicates that the group of inventions meets the patentability criterion of “unity of invention.”
- Figure 1 Centrifugal compressor housing, top cross-sectional view.
- FIG. 1 Centrifugal compressor housing, front view.
- Fig.3 Output channel of the centrifugal compressor housing, side view, longitudinal section.
- the centrifugal compressor contains an impeller installed in a housing 1 made of plastic and having inlet and outlet channels.
- a flow former is installed inside the outlet channel 2, consisting of two flat elements 3 with a thickness of 1 mm, while the end surfaces of the elements 3 have roundings, which are also made at the base of the elements 3.
- Each of the two flat elements 3 is made on the surface of the channel 2 in the form of a circle segment , the radius of which is 40% of the internal diameter of the outlet.
- the height of each element 3 is 25% of the inner diameter of the outlet.
- Elements 3 are located in such a way that they lie in the same plane passing through the longitudinal axis of the output channel 2, and are diametrically opposite to each other, while the transverse plane of symmetry of each elements 3 is removed from the outlet of the outlet channel at a distance equal to the diameter of the outlet.
- the impeller of the centrifugal compressor begins to rotate and the flow of an oxygen-saturated gaseous medium enters the inlet channel, moving towards the impeller.
- the flows of the gaseous medium move along the blades of the impeller and are gradually fed into the outlet channel 2, where they form a common flow.
- the general flow moves inside the outlet channel 2 and, meeting elements 3, is divided into two flows parallel to each other, with the same air content in each of them.
- the elements 3 make it possible to separate the main flow without the formation of turbulence in it, due to the execution of each of the elements 3 in the form of a circle segment, which ensures a gradual collision with them of the main flow as it moves inside the outlet channel 2.
- the separated flows pass through the elements 3, they are combined into one common flow, where they are mixed with each other, and this flow has a uniform distribution of air over its volume at its exit from the outlet channel 2. This ensures a reduction in the noise of the centrifugal compressor, as well as a reduction in pressure losses in the outlet channel 2 of the centrifugal compressor.
- the compressor noise level was determined using a sound level meter installed at a distance of 100 cm from the compressor outlet.
- Pressure loss in the outlet channel was determined as the difference between the readings of pressure sensors installed at the beginning of the outlet channel and near its outlet.
- the uniformity of air distribution over the flow volume at the outlet of the outlet channel was determined as the difference between the readings of air content sensors installed at the outlet of the outlet channel diametrically opposite to each other.
- Table 1 shows the influence of the ratio of the radius that forms the elements of the flow shaper to the diameter of the outlet hole (R/D Bb ix.oTB.), the ratio of the height of the flow shaper elements to the diameter of the outlet hole (H/Out. holes) and the presence of rounding of the end surfaces of the flow former elements on the noise level, pressure loss in the outlet channel (DR) and the uniformity of air distribution over the flow volume at the exit from the outlet channel (Dg
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Anesthesiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Hematology (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- External Artificial Organs (AREA)
Abstract
The group of inventions relates to centrifugal pumping devices and can be used in the medical industry. The essence of the group of inventions lies in a centrifugal compressor containing an impeller mounted in a housing that has an inlet channel and an outlet channel, the outlet channel having a flow former mounted longitudinally therein which consists of two flat elements each in the shape of a circular segment. The group of inventions seeks to improve the efficiency of a centrifugal compressor in an artificial ventilator while at the same time reducing the amount of noise produced and still making it possible to structure the flow in the outlet channel.
Description
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР АППАРАТА ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ CENTRIFUGAL COMPRESSOR FOR A VENTILATOR
Г руппа изобретений относится к центробежным нагнетательным устройствам и может быть использована в медицинской отрасли промышленности. The group of inventions relates to centrifugal pumping devices and can be used in the medical industry.
Известен центробежный компрессор, содержащий рабочее колесо, установленное в корпус, имеющий входной и выходной каналы, при этом в выходном канале продольно установлен формирователь потока, выполненный в виде плоского L-образного элемента, высота которого равна внутреннему диаметру выходного канала [US5536140A, дата публикации: 16.07.1996 г. МПК: F04D 29/42; F04D 29/66]. A centrifugal compressor is known, containing an impeller installed in a housing having inlet and outlet channels, while in the outlet channel a flow former is longitudinally installed, made in the form of a flat L-shaped element, the height of which is equal to the inner diameter of the outlet channel [US5536140A, publication date: 07/16/1996 IPC: F04D 29/42; F04D 29/66].
Недостатком известного технического решения являются сниженный КПД ввиду повышенных потерь давления в выходном канале из-за местного сопротивления, оказываемого формирователем потока предложенной конструкции, вследствие чего разделение потока сопровождается интенсивным вихреобразованием. The disadvantage of the known technical solution is reduced efficiency due to increased pressure losses in the outlet channel due to local resistance exerted by the flow former of the proposed design, as a result of which flow separation is accompanied by intense vortex formation.
В качестве прототипа выбран центробежный компрессор, содержащий рабочее колесо, установленное в корпус, имеющий входной и выходной каналы, при этом в выходном канале продольно установлен формирователь потока, состоящий из двух плоских элементов, расположенных в выходном канале диаметрально противоположно друг относительно друга и имеющих предположительно прямоугольную форму [W02006106744A1 , дата публикации: 12.10.2006 г., МПК: F04D 29/28; F04D 29/44]. As a prototype, a centrifugal compressor was selected containing an impeller installed in a housing having inlet and outlet channels, while in the outlet channel a flow former is installed longitudinally, consisting of two flat elements located in the outlet channel diametrically opposite to each other and having a presumably rectangular form [W02006106744A1, publication date: 10/12/2006, IPC: F04D 29/28; F04D 29/44].
Преимуществом прототипа перед известным техническим решением является более высокий КПД за счет наличия между элементами формирователя потока свободного пространства, что одновременно позволяет структурировать поток и снизить интенсивность вихреобразования. The advantage of the prototype over the known technical solution is its higher efficiency due to the presence of free space between the elements of the flow former, which simultaneously allows structuring the flow and reducing the intensity of vortex formation.
Однако недостатком прототипа по-прежнему остается сниженный КПД из-за того, что прямоугольная форма элемента формирователя приводит к резкому столкновению потока с торцевой поверхностью элемента, вследствие чего повышается интенсивность вихреобразования перед этой поверхностью и за ней, что нарушает структуру потока и приводит к его пульсации и повышению уровня шума, ухудшая эксплуатационные характеристики центробежного компрессора. However, the disadvantage of the prototype is still the reduced efficiency due to the fact that the rectangular shape of the shaper element leads to a sharp collision of the flow with the end surface of the element, as a result of which the intensity of vortex formation in front of and behind this surface increases, which disrupts the structure of the flow and leads to its pulsation and increased noise levels, worsening the performance characteristics of the centrifugal compressor.
Техническая проблема, на решение которой направлена группа изобретений, заключается в необходимости улучшения эксплуатационных характеристик центробежного компрессора аппарата искусственной вентиляции легких.
Технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в повышении КПД центробежного компрессора аппарата искусственной вентиляции легких с сопутствующим снижением уровня шума и сохранением возможности структурирования потока в выходном канале. The technical problem that the group of inventions is aimed at solving is the need to improve the performance characteristics of the centrifugal compressor of the artificial lung ventilation device. The technical result to which the group of inventions is aimed is to increase the efficiency of the centrifugal compressor of the artificial lung ventilation device with a concomitant reduction in noise level and maintaining the possibility of structuring the flow in the output channel.
Сущность первого изобретения из группы изобретений заключается в следующем. The essence of the first invention from the group of inventions is as follows.
Центробежный компрессор аппарата искусственной вентиляции легких содержит рабочее колесо, установленное в корпус, имеющий входной и выходной каналы, при этом в выходном канале продольно установлен формирователь потока, состоящий из двух плоских элементов, расположенных диаметрально противоположно друг относительно друга. В отличие от прототипа каждый из элементов формирователя потока выполнен в виде сегмента круга. A centrifugal compressor of an artificial lung ventilation device contains an impeller installed in a housing having inlet and outlet channels, while a flow former consisting of two flat elements located diametrically opposite to each other is installed longitudinally in the outlet channel. Unlike the prototype, each of the elements of the flow former is made in the form of a circle segment.
Сущность второго изобретения из группы изобретений заключается в следующем. The essence of the second invention from the group of inventions is as follows.
Корпус центробежного компрессора аппарата искусственной вентиляции легких выполнен с возможностью установки в него рабочего колеса и имеет входной и выходной каналы, при этом в выходном канале продольно установлен формирователь потока, состоящий из двух плоских элементов, расположенных диаметрально противоположно друг относительно друга. В отличие от прототипа каждый из элементов формирователя потока выполнен в виде сегмента круга. The housing of the centrifugal compressor of the artificial lung ventilation device is configured to install an impeller in it and has inlet and outlet channels, while a flow former consisting of two flat elements located diametrically opposite to each other is installed longitudinally in the outlet channel. Unlike the prototype, each of the elements of the flow former is made in the form of a circle segment.
Корпус центробежного компрессора обеспечивает несущую функцию и может быть выполнен цельным или разборным. Корпус центробежного компрессора может быть выполнен из любого конструкционного материала, обладающего достаточной прочностью, например, из полимера, и может быть изготовлен методом литья. Корпус центробежного компрессора выполнен с возможностью установки в него рабочего колеса и имеет входной и выходной каналы. Входной и выходной каналы обеспечивают подвод и отведение от корпуса газовой среды. В поперечном сечении выходной канал может иметь любую форму, в том числе круглую. The housing of a centrifugal compressor provides a load-bearing function and can be made integral or dismountable. The housing of a centrifugal compressor can be made of any structural material that has sufficient strength, for example, polymer, and can be manufactured by casting. The housing of the centrifugal compressor is designed to accommodate an impeller and has inlet and outlet channels. The inlet and outlet channels provide supply and outlet of a gaseous medium from the housing. The cross-section of the outlet channel can have any shape, including round.
Формирователь потока состоит из двух плоских элементов, что обеспечивает возможность структурирования потока в выходном канале и повышения за счет этого равномерности распределения воздуха по объему потока. Каждый из элементов формирователя потока выполнен в виде сегмента круга, что обеспечивает повышение КПД центробежного компрессора с сопутствующим снижением уровня шума и сохранением возможности структурирования потока в выходном канале. Каждый из элементов формирователя потока может иметь толщину от 0,8 до 1 ,2 мм, что дополнительно повышает КПД центробежного компрессора и снижает уровень шума.
Каждый из элементов формирователя потока может быть выполнен в виде сегмента круга, радиус которого может составлять от 15 до 40% от величины поперечного размера выходного отверстия выходного канала, что необходимо для обеспечения оптимальной кривизны торцевых поверхностей, с которыми происходит столкновение потока, и дополнительного повышения КПД центробежного компрессора. The flow former consists of two flat elements, which makes it possible to structure the flow in the outlet channel and thereby increase the uniformity of air distribution throughout the flow volume. Each of the elements of the flow shaper is made in the form of a circle segment, which ensures an increase in the efficiency of the centrifugal compressor with a concomitant reduction in the noise level and maintaining the possibility of structuring the flow in the output channel. Each of the elements of the flow shaper can have a thickness from 0.8 to 1.2 mm, which further increases the efficiency of the centrifugal compressor and reduces the noise level. Each of the elements of the flow shaper can be made in the form of a circle segment, the radius of which can be from 15 to 40% of the transverse size of the outlet hole of the outlet channel, which is necessary to ensure optimal curvature of the end surfaces with which the flow collides and further increase efficiency centrifugal compressor.
Высота каждого из элементов формирователя потока может составлять от 10 до 30% от величины поперечного размера выходного отверстия выходного канала, что дополнительно повышает КПД центробежного компрессора с сопутствующим снижением уровня шума и сохранением возможности структурирования потока в выходном канале. В случае если высота каждого из элементов формирователя потока составит менее 10% от величины поперечного размера выходного отверстия выходного канала, то она будет недостаточной для обеспечения возможности разделения и структурирования потока в выходном канале. В случае если высота каждого из элементов формирователя потока составит более 30% от величины поперечного размера выходного отверстия выходного канала, то ввиду перекрытия канала элементами формирователя потока потери давления в нем будут увеличены. Дополнительно для повышения КПД центробежного компрессора с сопутствующим снижением уровня шума и сохранением возможности структурирования потока в выходном канале высота каждого из элементов формирователя потока может составлять от 15 до 25% от величины поперечного размера выходного отверстия выходного канала. The height of each of the elements of the flow shaper can be from 10 to 30% of the transverse size of the outlet opening of the outlet channel, which further increases the efficiency of the centrifugal compressor with a concomitant reduction in noise level and maintaining the possibility of structuring the flow in the outlet channel. If the height of each of the elements of the flow former is less than 10% of the transverse size of the outlet opening of the outlet channel, then it will be insufficient to ensure the possibility of separation and structuring of the flow in the outlet channel. If the height of each of the elements of the flow shaper is more than 30% of the transverse size of the outlet opening of the outlet channel, then due to the blocking of the channel by the elements of the flow shaper, the pressure loss in it will be increased. Additionally, to increase the efficiency of a centrifugal compressor with a concomitant reduction in noise level and maintaining the possibility of structuring the flow in the outlet channel, the height of each of the elements of the flow shaper can be from 15 to 25% of the transverse size of the outlet opening of the outlet channel.
Торцевые поверхности элементов формирователя потока могут иметь фаски или скругления, обеспечивающие возможность плавного обтекания их потоком, что дополнительно повышает КПД центробежного компрессора с сопутствующим снижением уровня шума. Дополнительно для повышения КПД центробежного компрессора у основания плоских элементов формирователя потока могут быть выполнены скругления. The end surfaces of the flow former elements can be chamfered or rounded, allowing the flow to flow smoothly around them, which further increases the efficiency of the centrifugal compressor with a concomitant reduction in noise level. Additionally, to increase the efficiency of a centrifugal compressor, roundings can be made at the base of the flat elements of the flow former.
Элементы формирователя потока расположены диаметрально противоположно друг относительно друга, что обеспечивает повышение КПД центробежного компрессора с сопутствующим снижением уровня шума, обеспечивая при этом возможность разделения потока на равные части с одинаковым содержанием воздуха по их объему. Элементы формирователя потока могут быть расположены в одной плоскости, проходящей через продольную ось выходного канала, что дополнительно повышает КПД центробежного компрессора. При этом элементы формирователя потока так же могут быть расположены относительно оси вращения рабочего колеса таким образом, что плоскость в которой они расположены параллельна этой оси, что дополнительно повышает КПД
центробежного компрессора. Элементы формирователя потока могут быть расположены относительно выходного отверстия выходного канала таким образом, что поперечная плоскость симметрии элементов формирователя потока может быть удалена от выходного отверстия на расстояние, которое составляет от 50 до 100% от величины поперечного размера выходного отверстия, что дополнительно повышает КПД центробежного компрессора и обеспечивает возможность получения на выходе из выходного канала потока с равномерным распределением воздуха по его объему. В случае если расстояние, на которое поперечная плоскость симметрии элементов формирователя потока удалена от выходного отверстия составит менее 50% от величины поперечного размера выходного отверстия, то оно окажется недостаточным для стабилизации потока после его разделения. В случае если расстояние, на которое поперечная плоскость симметрии элементов формирователя потока удалена от выходного отверстия составит более 100% от величины поперечного размера выходного отверстия, то увеличится риск того, что стабилизированный поток будет обладать неравномерным распределением воздуха по его объему. The elements of the flow shaper are located diametrically opposite to each other, which ensures an increase in the efficiency of the centrifugal compressor with a concomitant reduction in noise level, while providing the ability to divide the flow into equal parts with the same air content by volume. The flow shaper elements can be located in one plane passing through the longitudinal axis of the output channel, which further increases the efficiency of the centrifugal compressor. In this case, the elements of the flow former can also be located relative to the axis of rotation of the impeller in such a way that the plane in which they are located is parallel to this axis, which further increases the efficiency centrifugal compressor. The flow shaper elements can be located relative to the outlet opening of the outlet channel in such a way that the transverse plane of symmetry of the flow shaper elements can be removed from the outlet opening by a distance that ranges from 50 to 100% of the transverse size of the outlet opening, which further increases the efficiency of the centrifugal compressor and ensures the possibility of obtaining a flow at the exit from the outlet channel with a uniform distribution of air throughout its volume. If the distance at which the transverse plane of symmetry of the elements of the flow former is removed from the outlet is less than 50% of the transverse size of the outlet, then it will be insufficient to stabilize the flow after its separation. If the distance at which the transverse plane of symmetry of the elements of the flow former is removed from the outlet is more than 100% of the transverse size of the outlet, then the risk will increase that the stabilized flow will have an uneven distribution of air throughout its volume.
Группа изобретений может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость». A group of inventions can be made from known materials using known means, which indicates its compliance with the patentability criterion of “industrial applicability”.
Группа изобретений характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что каждый из элементов формирователя потока выполнен в виде сегмента круга, что обеспечивает постепенное столкновение с ними разделяемого потока по мере его движения внутри выходного канала, при котором снижается интенсивность вихреобразования перед торцевой поверхностью элемента и за ней, вследствие чего снижается уровень шума и уменьшаются потери давления в выходном канале. The group of inventions is characterized by a set of essential features previously unknown from the prior art, characterized by the fact that each of the elements of the flow former is made in the form of a circle segment, which ensures a gradual collision of the separated flow with them as it moves inside the outlet channel, which reduces the intensity of vortex formation before the end the surface of the element and behind it, as a result of which the noise level is reduced and the pressure loss in the outlet channel is reduced.
Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении КПД центробежного компрессора аппарата искусственной вентиляции легких с сопутствующим снижением уровня шума и сохранением возможности структурирования потока в выходном канале, тем самым улучшаются его эксплуатационные характеристики. Thanks to this, the achievement of a technical result is achieved, which consists in increasing the efficiency of the centrifugal compressor of the artificial lung ventilation device with a concomitant reduction in noise level and maintaining the possibility of structuring the flow in the output channel, thereby improving its operational characteristics.
Группа изобретений обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «новизна». The group of inventions has a set of essential features previously unknown from the prior art, which indicates its compliance with the “novelty” patentability criterion.
Из уровня техники известен центробежный компрессор с плоским L-образным формирователем потока, перекрывающим выходной канал. Также из уровня техники известен центробежный компрессор, с формирователем потока, выполненным в виде двух плоских прямоугольных элементов.
Однако из уровня техники не известен центробежный компрессор, у которого формирователь потока выполнен в виде двух плоских сегментов круга, существенным образом снижающих вихреобразование в потоке перекачиваемой газовой смеси. Такой эффект особенно важен в разрезе аппаратов искусственной вентиляции легких, поскольку за счет него не только снижается уровень шума компрессора такого аппарата, но и снижается риск неравномерного распределения воздуха в объеме перекачиваемой компрессором в легкие пациента газовой смеси. Таким образом указанные эффекты, проявляющиеся в аппарате искусственной вентиляции легких с компрессором по группе изобретений, позволяют существенно снизить риск возникновения как косвенного, так и прямого негативного влияния на здоровье пациента, тем самым оказывая положительное влияние на ход лечебных или реабилитационных мероприятий. Ввиду этого группа изобретений соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень». A centrifugal compressor with a flat L-shaped flow former that covers the outlet channel is known from the prior art. Also known from the prior art is a centrifugal compressor with a flow former made in the form of two flat rectangular elements. However, a centrifugal compressor is not known from the prior art, in which the flow shaper is made in the form of two flat segments of a circle, which significantly reduce vortex formation in the flow of the pumped gas mixture. This effect is especially important in the context of artificial lung ventilation devices, since it not only reduces the noise level of the compressor of such a device, but also reduces the risk of uneven distribution of air in the volume of the gas mixture pumped by the compressor into the patient’s lungs. Thus, these effects, manifested in a ventilator with a compressor according to the group of inventions, can significantly reduce the risk of both indirect and direct negative effects on the patient’s health, thereby having a positive impact on the course of treatment or rehabilitation measures. In view of this, the group of inventions meets the patentability criterion of “inventive step”.
Изобретения из группы изобретений связаны между собой и образуют единый изобретательский замысел, что свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию патентоспособности «единство изобретения». Inventions from a group of inventions are interconnected and form a single inventive concept, which indicates that the group of inventions meets the patentability criterion of “unity of invention.”
Группа изобретений поясняется следующими фигурами. The group of inventions is illustrated by the following figures.
Фиг.1 - Корпус центробежного компрессора, вид сверху поперечный разрез.Figure 1 - Centrifugal compressor housing, top cross-sectional view.
Фиг.2 - Корпус центробежного компрессора, вид спереди. Figure 2 - Centrifugal compressor housing, front view.
Фиг.З - Выходной канал корпуса центробежного компрессора, вид сбоку, продольный разрез. Fig.3 - Output channel of the centrifugal compressor housing, side view, longitudinal section.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути группы изобретений ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящая группа изобретений ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом. To illustrate the possibility of implementation and a more complete understanding of the essence of the group of inventions, a variant of its implementation is presented below, which can be changed or supplemented in any way, while the present group of inventions is in no way limited to the presented variant.
Центробежный компрессор содержит рабочее колесо, установленное в корпус 1 , выполненный из пластика и имеющий входной и выходной каналы. Внутри выходного канала 2 установлен формирователь потока, состоящий из двух плоских элементов 3 толщиной 1 мм, при этом торцевые поверхности элементов 3 имеют скругления, которые также выполнены у основания элементов 3. Каждый из двух плоских элементов 3 выполнен на поверхности канала 2 в виде сегмента круга, радиус которого составляет 40% от внутреннего диаметра выходного отверстия. Высота каждого элемента 3 составляет 25% от внутреннего диаметра выходного отверстия. Элементы 3 расположены таким образом, что они лежат в одной плоскости, проходящей через продольную ось выходного канала 2, и диаметрально противоположны друг другу, при этом поперечная плоскость симметрии каждого из
элементов 3 удалена от выходного отверстия выходного канала на расстояние равное диаметру выходного отверстия. The centrifugal compressor contains an impeller installed in a housing 1 made of plastic and having inlet and outlet channels. A flow former is installed inside the outlet channel 2, consisting of two flat elements 3 with a thickness of 1 mm, while the end surfaces of the elements 3 have roundings, which are also made at the base of the elements 3. Each of the two flat elements 3 is made on the surface of the channel 2 in the form of a circle segment , the radius of which is 40% of the internal diameter of the outlet. The height of each element 3 is 25% of the inner diameter of the outlet. Elements 3 are located in such a way that they lie in the same plane passing through the longitudinal axis of the output channel 2, and are diametrically opposite to each other, while the transverse plane of symmetry of each elements 3 is removed from the outlet of the outlet channel at a distance equal to the diameter of the outlet.
Группа изобретений работает следующим образом. The group of inventions works as follows.
Рабочее колесо центробежного компрессора начинает вращаться и поток газовой кислородонасыщенной среды поступает во входной канал, двигаясь к рабочему колесу. Потоки газовой среды движутся вдоль лопаток рабочего колеса и постепенно подаются внутрь выходного канала 2, где они образуют общий поток. Общий поток движется внутри выходного канала 2 и, встречаясь с элементами 3, разделяется на два параллельных друг другу потока, с одинаковым содержанием воздуха в каждом из них. При этом элементы 3 позволяют разделить основной поток без образования в нем завихрений, за счет выполнения каждого из элементов 3 в виде сегмента круга, что обеспечивает постепенное столкновение с ними основного потока по мере его движения внутри выходного канала 2. После прохождения разделенными потоками элементов 3, они соединяются в один общий поток, где перемешиваются между собой, и этот поток имеет равномерное распределение воздуха по его объему на выходе его из выходного канала 2. При этом обеспечивается снижение шума центробежного компрессора, а также уменьшение потерь давления в выходном канале 2 центробежного компрессора. The impeller of the centrifugal compressor begins to rotate and the flow of an oxygen-saturated gaseous medium enters the inlet channel, moving towards the impeller. The flows of the gaseous medium move along the blades of the impeller and are gradually fed into the outlet channel 2, where they form a common flow. The general flow moves inside the outlet channel 2 and, meeting elements 3, is divided into two flows parallel to each other, with the same air content in each of them. In this case, the elements 3 make it possible to separate the main flow without the formation of turbulence in it, due to the execution of each of the elements 3 in the form of a circle segment, which ensures a gradual collision with them of the main flow as it moves inside the outlet channel 2. After the separated flows pass through the elements 3, they are combined into one common flow, where they are mixed with each other, and this flow has a uniform distribution of air over its volume at its exit from the outlet channel 2. This ensures a reduction in the noise of the centrifugal compressor, as well as a reduction in pressure losses in the outlet channel 2 of the centrifugal compressor.
Для подтверждения достижения группой изобретений технического результата был проведен опыт, описанный ниже. To confirm that the group of inventions achieved a technical result, the experiment described below was carried out.
Уровень шума компрессора определялся при помощи шумомера, установленного на расстоянии 100 см от выходного отверстия компрессора. Потери давления в выходном канале определялись как разница между показаниями датчиков давления, установленных в начале выходного канала и вблизи его выходного отверстия. Равномерность распределения воздуха по объему потока на выходе из выходного канала определялась как разница между показаниями датчиков содержания воздуха, установленных на выходе из выходного канала диаметрально противоположно друг другу. The compressor noise level was determined using a sound level meter installed at a distance of 100 cm from the compressor outlet. Pressure loss in the outlet channel was determined as the difference between the readings of pressure sensors installed at the beginning of the outlet channel and near its outlet. The uniformity of air distribution over the flow volume at the outlet of the outlet channel was determined as the difference between the readings of air content sensors installed at the outlet of the outlet channel diametrically opposite to each other.
В Таблице 1 представлено влияние отношения радиуса, которым образованы элементы формирователя потока, к диаметру выходного отверстия (R/DBbix.oTB.), отношения высоты элементов формирователя потока к диаметру выходного отверстия (Н/Овых.отв.) и наличия скругления торцевых поверхностей элементов формирователя потока на уровень шума, потери давления в выходном канале (ДР) и равномерность распределения воздуха по объему потока на выходе из выходного канала (Дг|в).
Table 1 shows the influence of the ratio of the radius that forms the elements of the flow shaper to the diameter of the outlet hole (R/D Bb ix.oTB.), the ratio of the height of the flow shaper elements to the diameter of the outlet hole (H/Out. holes) and the presence of rounding of the end surfaces of the flow former elements on the noise level, pressure loss in the outlet channel (DR) and the uniformity of air distribution over the flow volume at the exit from the outlet channel (Dg|v).
Из Таблицы 1 видно, что все примеры выполнения компрессора и установленных в его выходном канале элементов формирователя потока по группе изобретений обладали удовлетворительным показателями уровня шума, потерь давления в выходном канале (характеризуют КПД центробежного компрессора) и равномерности распределения воздуха по объему потока на выходе из выходного канала, однако наилучшими показателями обладал компрессор по примеру 3, в котором торцевые поверхности элементов формирователя потока имели скругление. Таким образом обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении КПД центробежного компрессора аппарата искусственной вентиляции легких с сопутствующим снижением уровня шума и сохранением возможности структурирования потока в выходном канале, тем самым улучшаются его эксплуатационные характеристики.
From Table 1 it is clear that all examples of the compressor and the flow shaper elements installed in its output channel according to the group of inventions had satisfactory indicators of the noise level, pressure loss in the output channel (characterize the efficiency of a centrifugal compressor) and the uniformity of air distribution over the flow volume at the outlet channel, however, the compressor according to example 3, in which the end surfaces of the flow former elements had a rounding, had the best performance. This ensures the achievement of a technical result, which consists in increasing the efficiency of the centrifugal compressor of the artificial lung ventilation device with a concomitant reduction in noise level and maintaining the possibility of structuring the flow in the output channel, thereby improving its operational characteristics.
Claims
1. Центробежный компрессор аппарата искусственной вентиляции легких, содержащий рабочее колесо, установленное в корпус, имеющий входной и выходной каналы, при этом в выходном канале продольно установлен формирователь потока, состоящий из двух плоских элементов, расположенных диаметрально противоположно друг относительно друга, отличающийся тем, что каждый из элементов формирователя потока выполнен в виде сегмента круга. 1. A centrifugal compressor of an artificial lung ventilation device, containing an impeller installed in a housing having inlet and outlet channels, while a flow former consisting of two flat elements located diametrically opposite to each other is installed longitudinally in the outlet channel, characterized in that Each of the elements of the flow former is made in the form of a circle segment.
2. Центробежный компрессор по п.1 , отличающийся тем, что толщина каждого из элементов формирователя потока составляет от 0,8 до 1 ,2 мм. 2. Centrifugal compressor according to claim 1, characterized in that the thickness of each of the elements of the flow former is from 0.8 to 1.2 mm.
3. Центробежный компрессор по п.1 , отличающийся тем, что каждый из элементов формирователя потока выполнен в виде сегмента круга, радиус которого составляет от 15 до 40% от величины поперечного размера выходного отверстия выходного канала. 3. The centrifugal compressor according to claim 1, characterized in that each of the elements of the flow former is made in the form of a circle segment, the radius of which is from 15 to 40% of the transverse size of the outlet opening of the outlet channel.
4. Центробежный компрессор по п.1 , отличающийся тем, что высота каждого из элементов формирователя потока составляет от 10 до 30% от величины поперечного размера выходного отверстия выходного канала. 4. The centrifugal compressor according to claim 1, characterized in that the height of each of the elements of the flow former is from 10 to 30% of the transverse size of the outlet opening of the outlet channel.
5. Центробежный компрессор по п.4, отличающийся тем, что высота каждого из элементов формирователя потока составляет от 15 до 25% от величины поперечного размера выходного отверстия выходного канала. 5. The centrifugal compressor according to claim 4, characterized in that the height of each of the elements of the flow former is from 15 to 25% of the transverse size of the outlet opening of the outlet channel.
6. Центробежный компрессор по п.1 , отличающийся тем, что торцевые поверхности каждого из элементов формирователя потока имеют скругления. 6. Centrifugal compressor according to claim 1, characterized in that the end surfaces of each of the elements of the flow former are rounded.
7. Центробежный компрессор по п.1 , отличающийся тем, что элементы формирователя потока расположены в одной плоскости, проходящей через продольную ось выходного канала и параллельной оси вращения рабочего колеса. 7. Centrifugal compressor according to claim 1, characterized in that the elements of the flow former are located in the same plane passing through the longitudinal axis of the outlet channel and parallel to the axis of rotation of the impeller.
8. Центробежный компрессор по п.1 , отличающийся тем, что элементы формирователя потока расположены относительно выходного отверстия выходного канала таким образом, что поперечная плоскость симметрии элементов формирователя потока удалена от выходного отверстия на расстояние, которое составляет от 50 до 100% от величины поперечного размера выходного отверстия. 8. Centrifugal compressor according to claim 1, characterized in that the elements of the flow shaper are located relative to the outlet of the outlet channel in such a way that the transverse plane of symmetry of the elements of the flow shaper is removed from the outlet by a distance that ranges from 50 to 100% of the transverse size outlet.
9. Корпус центробежного компрессора аппарата искусственной вентиляции легких, выполненный с возможностью установки в него рабочего колеса и имеющий входной и выходной каналы, при этом в выходном канале продольно установлен формирователь потока, состоящий из двух плоских элементов, расположенных диаметрально противоположно друг относительно друга, отличающийся тем, что каждый из элементов формирователя потока выполнен в виде сегмента круга. 9. The housing of a centrifugal compressor of a mechanical ventilation device, configured to install an impeller in it and having inlet and outlet channels, while in the outlet channel a flow former is installed longitudinally, consisting of two flat elements located diametrically opposite to each other, characterized in that that each of the elements of the flow former is made in the form of a circle segment.
8
8
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2022123683 | 2022-09-06 | ||
| RU2022123683A RU2790747C1 (en) | 2022-09-06 | Centrifugal compressor for artificial ventilation apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2024054133A2 true WO2024054133A2 (en) | 2024-03-14 |
| WO2024054133A3 WO2024054133A3 (en) | 2024-05-02 |
Family
ID=90191643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2023/050254 WO2024054133A2 (en) | 2022-09-06 | 2023-11-02 | Centrigufal compressor for an artificial ventilator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2024054133A2 (en) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7381129B2 (en) * | 2004-03-15 | 2008-06-03 | Airius, Llc. | Columnar air moving devices, systems and methods |
| ITBO20040742A1 (en) * | 2004-11-30 | 2005-02-28 | Spal Srl | CENTRIFUGAL FAN |
| JP4831811B2 (en) * | 2005-03-31 | 2011-12-07 | 三菱重工業株式会社 | Centrifugal blower |
| DE102010007570A1 (en) * | 2010-02-10 | 2011-08-11 | ThyssenKrupp Nirosta GmbH, 47807 | Product for fluidic applications, process for its preparation and use of such a product |
| RU2556361C1 (en) * | 2014-03-31 | 2015-07-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Уралтехнология" | Device of preparation of fluid medium flow for flowmeter |
-
2023
- 2023-11-02 WO PCT/RU2023/050254 patent/WO2024054133A2/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024054133A3 (en) | 2024-05-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10744244B2 (en) | Blood flow pump for ventricular assistance | |
| AU2020244568B2 (en) | Blower for breathing apparatus | |
| CN105682782B (en) | Disperser | |
| CN104728160B (en) | Radial-flow impeller and fan unit | |
| KR101125308B1 (en) | Pressurizing cenrrifugal pump | |
| KR101845319B1 (en) | Volute shaped pump casing for a centrifugal pump | |
| US20210077760A1 (en) | Blowing device and fluid control device | |
| WO2024054133A2 (en) | Centrigufal compressor for an artificial ventilator | |
| EP2282135A3 (en) | Ventilator | |
| KR20170097081A (en) | Air pipe for an intake tract of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle | |
| CN205779918U (en) | A kind of spiral case noise reducing mechanism and centrifugal blower | |
| RU2790747C1 (en) | Centrifugal compressor for artificial ventilation apparatus | |
| RU213935U1 (en) | Centrifugal compressor | |
| RU2368812C1 (en) | Deep-well multiphase pump | |
| PL216284B1 (en) | Single-jet centrifugal pump | |
| JP6258237B2 (en) | Centrifugal compressor | |
| RU2699860C2 (en) | Improved scroll for turbomachine, turbomachine comprising such scroll and method of operation | |
| CN114658689B (en) | Volute and centrifugal compressor | |
| US20220025902A1 (en) | Ventilation unit | |
| JPS6282300A (en) | Suction flow route of prewhirl type pump | |
| EP3193022B1 (en) | Centrifugal ventilating fan | |
| CN209959570U (en) | Centrifugal blower air inlet casing with higher air inlet efficiency and centrifugal blower | |
| US7497656B2 (en) | Supply pump | |
| US10532169B2 (en) | Small, low-noise side channel compressor, in particular for devices in ventilation therapy | |
| JP2018087514A (en) | Diffuser, discharge flow passage, and centrifugal turbomachine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 23863577 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |