[RU]

Смесительный кислородный клапан содержит корпус (6, 8, 16). Указанный корпус (6, 8, 16) имеет впускное отверстие (24) для кислорода, впускное отверстие (17) для воздуха и выпускное отверстие (20) для газовой смеси. В корпусе клапана (6, 8, 16) расположены смесительная камера (21), сообщающаяся с выпускным отверстием (20) для газовой смеси, кислородная камера (23), сообщающаяся с впускным отверстием (24) для кислорода, и воздушная камера (18), сообщающаяся с впускным отверстием (17) для воздуха. В кислородной камере (23) упруго расположено первое направляющее седло (7), а в воздушной камере (18) упруго расположено второе направляющее седло (15). У внутренних концов первого седла (17) и второго седла (15) расположены соответственно первый шар (9) и второй шар (12). Первый шар (9) и второй шар (12) соединены посредством стержня (10). У наружного конца первого седла (17) с возможностью перемещения расположен стержень (4), у наружной стороны стержня (4) расположена поворотная опора (3), а на наружной стороне опоры (3) расположен эвольвентный эксцентрик (2), присоединенный к выходному валу шагового двигателя (1). Преимущество указанного смесительного кислородного клапана заключается в простой конструкции, удобном монтаже и техническом обслуживании, низкой стоимости производства, способности к тонкой и точной регулировке пропорции кислорода и воздуха, а также способности к управлению дыхательным объемом в сочетании с обычным пропорциональным клапаном.

(57) Реферат / Формула:

Смесительный кислородный клапан содержит корпус (6, 8, 16). Указанный корпус (6, 8, 16) имеет впускное отверстие (24) для кислорода, впускное отверстие (17) для воздуха и выпускное отверстие (20) для газовой смеси. В корпусе клапана (6, 8, 16) расположены смесительная камера (21), сообщающаяся с выпускным отверстием (20) для газовой смеси, кислородная камера (23), сообщающаяся с впускным отверстием (24) для кислорода, и воздушная камера (18), сообщающаяся с впускным отверстием (17) для воздуха. В кислородной камере (23) упруго расположено первое направляющее седло (7), а в воздушной камере (18) упруго расположено второе направляющее седло (15). У внутренних концов первого седла (17) и второго седла (15) расположены соответственно первый шар (9) и второй шар (12). Первый шар (9) и второй шар (12) соединены посредством стержня (10). У наружного конца первого седла (17) с возможностью перемещения расположен стержень (4), у наружной стороны стержня (4) расположена поворотная опора (3), а на наружной стороне опоры (3) расположен эвольвентный эксцентрик (2), присоединенный к выходному валу шагового двигателя (1). Преимущество указанного смесительного кислородного клапана заключается в простой конструкции, удобном монтаже и техническом обслуживании, низкой стоимости производства, способности к тонкой и точной регулировке пропорции кислорода и воздуха, а также способности к управлению дыхательным объемом в сочетании с обычным пропорциональным клапаном.

---

PCT/CN2012/087405
МКИ: А61М 16/20, А61М 16/12
СМЕСИТЕЛЬНЫЙ КИСЛОРОДНЫЙ КЛАПАН
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение относится к медицинским устройствам и, более конкретно, к смесительному кислородному клапану.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Механическая вентиляция легких пациента может обеспечиваться работой медицинского оборудования, такого как аппарат искусственной вентиляции или наркозный аппарат. Что касается пациента, находящегося на излечении, в частности, пациента детского возраста и тяжелобольного пациента, весьма важным является управление объемом легочной вентиляции и регулирование концентрации кислорода. Точность и качество вентиляции зависит от точности, чувствительности и способности к тонкому и непрерывному регулированию концентрации кислорода как в отношении большого дыхательного объема взрослого человека, так и небольшого дыхательного объема ребенка.
[0003] Дыхательный объем относится в целом к объему воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого во время каждого дыхательного цикла в спокойном положении (т.е. положении без стимуляции), и зависит от возраста, пола, объемной поверхности, особенности дыхания и метаболизма в теле человека. Заданный дыхательный объем относится в целом к объему вдыхаемого воздуха. Заданный дыхательный объем, не являющийся постоянным, можно регулировать в соответствии с анализом кислотно-основного баланса крови пациента, при этом нормальным показателем считается величина в 8 - 10 мл/кг для взрослого человека и 10-15 мл/кг для ребенка.
[0004] В настоящее время обычный смесительный кислородный клапан выполнен таким образом, что состав воздушно-кислородной смеси управляется двумя пропорциональными клапанами управления потоком или клапанами с торцевым уплотнением. В первой из этих двух конструкций используют два пропорциональных клапана управления потоком, что, соответственно, повышает стоимость производства изделия. При этом в первой конструкции весьма сложно выполнять точное управление малым дыхательным объемом ребенка. Во второй из этих двух конструкций используют два клапана с
торцевыми уплотнениями, которые требуют точности изготовления и монтажа деталей, что, соответственно, усложняет производство и не обеспечивает качественное уплотнение, а также приводит к нестабильному пропорциональному соотношению при смешивании воздуха и кислорода.
[0005] На фиг.1 показан предложенный в китайском патентном документе № CN101766861А наркозный аппарат со смесительным модулем для воздуха и вентиляционным аппаратом, в котором указанный модуль содержит корпус 5а, содержащий смесительную камеру 52а, а также первую камеру 51а и вторую камеру 53а, расположенные на обоих сторонах смесительной камеры 52а и сообщающиеся с ней соответственно через первое и второе выпускные отверстия 512, 532 для газа, при этом через указанные камеры 51а, 52а и 53а вдоль осевого направления последовательно проходит внутренний вал 2а, имеющий буртик 22а, расположенный в смесительной камере 52а. Помимо этого, указанный модуль дополнительно содержит шаговый двигатель 9а, используемый для перемещения вала 2а в осевом направлении с одновременным изменением степени открытия первого и второго выпускных отверстий 512, 532 для газа путем осевого перемещения буртика 22а.
[0006] В приведенном выше решении используется шаговый двигатель 9а для управления поворотом и перемещением внутреннего вала 2а посредством трансмиссии, выполненной в виде трапецеидальной резьбовой трансмиссии и кинематической пары газосмесительного механизма в виде стопорной гайки 4а. Внутренний вал 2а газосмесительного механизма соединен с валом шагового двигателя 9а упругой муфтой 1а, у которой жесткость при кручении является достаточной для преобразования перемещения по спирали в линейное перемещение. Положение вала двигателя может определяться посредством фотореле За, концевой резьбы 6а и фотоэлектрической стопорной пластины 7а, и т.д., при этом шаговый двигатель 9а и внутренний вал 2а позиционированы посредством монолитной скобы 8а, два соосных отверстия которой обеспечивают коаксиальное расположение вала двигателя и внутреннего вала 2а. Смесительный механизм для воздуха и кислорода, расположенный за впускным модулем для воздуха, образует часть внутреннего воздушного тракта дыхательного аппарата перед его впускной трубкой для воздуха. Воздух и кислород, поступающие из внешних источников, проходят через указанный механизм, при этом шаговый двигатель 9а и муфта
обеспечивают точное управление положением вала 2а внутри указанной камеры с одновременным регулированием потоков воздуха и кислорода для обеспечения необходимой для пациента концентрации кислорода. После этого необходимый для пациента дыхательный объем выпускают во впускной воздуховод посредством пропорционального клапана.
[0007] Недостатки указанного выше решения заключаются, во-первых, в наличии недостаточного уплотнения, так как выпускные отверстия для воздуха и кислорода уплотнены только торцевым уплотнением посредством буртика 22а внутреннего вала 2а, во-вторых, такое торцевое уплотнение требует наличия плоскостности контактных поверхностей, что усложняет производство, и, в-третьих, вследствие сложности выравнивания центра вала 2а с центром вала двигателя может легко возникнуть несоосность указанного вала 2а с валом двигателя. Указанная несоосность приводит к недостаточному уплотнению между буртиком 22а и первым или вторым выпускным отверстием 512, 532 для газа, что в результате вызывает утечку газа и выход за требуемые пределы количественного соотношения составляющих газа.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Целью данного изобретения является решение проблем, связанных с высокими издержками производства, недостаточным уплотнением, сложностью производства и обработки, неточным управлением пропорции кислорода при смешивании, а также создание смесительного кислородного клапана, преимущество которого заключается в малом объеме, в простой конструкции, в удобной установке и техническом обслуживании, низкой стоимости производства, в постоянной и точной регулировке и управлении концентрацией кислорода при высоком давлении, а также в тонкой и точной регулировке и управлении пропорцией кислорода при смешивании. С помощью обычного пропорционального клапана предлагаемый смесительный кислородный клапан может обеспечить управление большим или малым дыхательным объемом.
[0009] Указанная выше цель изобретения может быть реализована с помощью следующего технического решения.
[0010] Смесительный кислородный клапан содержит корпус, имеющий впускное отверстие для кислорода, впускное отверстие для воздуха и выпускное отверстие для газовой смеси, смесительную камеру, сообщающуюся
с выпускным отверстием для газовой смеси, кислородную камеру, сообщающуюся с впускным отверстием для кислорода, и воздушную камеру, сообщающуюся с впускным отверстием для воздуха, расположенные в корпусе клапана. Смесительный кислородный клапан характеризуется тем, что в кислородной камере упруго расположен первый направляющий держатель, в воздушной камере упруго расположен второй направляющий держатель, на внутренних сторонах указанных первого и второго держателей расположены соответственно первый шар и второй шар, находящиеся в контакте с приводным стержнем шаров, на наружной стороне первого держателя с возможностью перемещения расположен приводной стержень, на наружном конце приводного стержня расположена поворотная опора, а на наружном конце указанной опоры расположен эвольвентный эксцентрик, соединенный с выходным валом шагового двигателя. Таким образом, поворот выходного вала шагового двигателя вызывает поворот эвольвентного эксцентрика, который обеспечивает далее поворот и смещение опоры в горизонтальном направлении для продвижения приводного стержня в осевом направлении, обеспечивая тем самым регулирование степени открытия выпускного отверстия воздушной камеры и выпускного отверстия кислородной камеры.
[0011] Предпочтительно клапанный корпус содержит первый корпус, второй корпус и третий корпус, расположенные последовательно, при этом смесительная камера, содержащая первый внутренний корпус и второй внутренний корпус клапана, расположена во втором корпусе, первый внутренний корпус и второй внутренний корпус клапана соединены с обеспечением сообщения друг с другом и образуют внутри воздушную камеру, причем кислородная камера расположена в первом корпусе, воздушная камера сообщается со смесительной камерой через выпускное отверстие для воздуха, расположенное в первом внутреннем корпусе клапана, а кислородная камера сообщается со смесительной камерой через выпускное отверстие для кислорода, расположенное во втором корпусе.
[0012] Предпочтительно наружная сторона первого направляющего держателя соединена с первым корпусом клапана первой пружиной, наружная сторона второго направляющего держателя соединена с третьим корпусом клапана второй пружиной, впускное отверстие для воздуха расположено в третьем корпусе клапана и сообщается с воздушной камерой, расположенной
во втором корпусе, а впускное отверстие для кислорода расположено в первом корпусе и сообщается с кислородной камерой, расположенной в первом корпусе.
[0013] Предпочтительно у одной стороны корпуса клапана расположены с прочным закреплением два шплинта, которые размещены один над другим и между которыми расположена указанная опора, при этом через шплинты и опору проходит штырь, соединяя их вместе, а приводной стержень расположен в первом корпусе, причем один конец приводного стержня проходит в кислородную камеру с опорой на наружную сторону первого направляющего держателя, а другой конец приводного стержня проходит между двумя шплинтами.
[0014] Кроме того, один конец выпускного отверстия для воздуха выполнен с сужающейся поверхностью, сопрягаемой со вторым шаром, а один конец выпускного отверстия для кислорода выполнен с сужающейся поверхностью, сопрягаемой с первым шаром, с обеспечением возможности создания надежного уплотнения и точного управления объемом вентиляции путем соединения между сужающейся поверхностью и шаром. При этом приводной стержень шаров расположен в смесительной камере, а два его конца, соответственно, проходят в выпускное отверстие для воздуха и выпускное отверстие для кислорода.
[0015] Кроме того, ось приводного стержня, центр первого шара, ось приводного стержня шаров и центр второго шара расположены на одной линии. Указанная конструкция может обеспечивать точное управление пропорцией смеси из воздуха и кислорода.
[0016] Кроме того, сила упругости второй пружины превышает силу упругости первой пружины, так что при нормальных условиях второй шар всегда закрывает выпускное отверстие для воздуха и, соответственно, конец указанного отверстия находится в закрытом состоянии, при этом первый шар отнесен от выпускного отверстия для кислорода и, соответственно, конец указанного отверстия находится в полностью открытом состоянии.
[0017] Предпочтительно на каждой контактной поверхности между первым корпусом и вторым корпусом, между вторым корпусом и вторым внутренним корпусом, между вторым внутренним корпусом и третьим корпусом, между вторым внутренним корпусом и первым внутренним корпусом
расположено уплотнительное кольцо.
[0018] Предпочтительно на контактной поверхности между приводным стержнем и первым корпусом расположено уплотнительное кольцо.
[0019] Предпочтительно на контактной поверхности между приводным стержнем и первым корпусом расположена уплотнительная диафрагма.
[0020] Данное изобретение имеет следующие преимущества. Шаговый двигатель используется для поворота эвольвентного эксцентрика, который в свою очередь обеспечивает поворот опоры с одновременным ее горизонтальным смещением для продвижения приводного стержня, чтобы можно было создать надежное уплотнение между шаром и сужающейся поверхностью корпуса клапана, а также обеспечить точное управление объемом вентиляции. Кроме того, в случае различных потоков угол поворота шагового двигателя может быть линейно преобразован в изменение газового потока, что обеспечивает хорошую механическую конструктивную базу для реализации автоматизированного управления. Уплотнение клапана является надежным и экономически эффективным, а также удобным для демонтажа и технического обслуживания благодаря использованию уплотнительного кольца в каждом уплотняемом участке указанного клапана. Поскольку ось приводного стержня, центр первого шара, ось приводного стержня шаров и центр второго шара расположены на одной линии, первый и второй шар могут использоваться для пропорционального открытия соответствующего выпускного отверстия с обеспечением тем самым высокой точности указанного клапана. С помощью пружин, расположенных в смесительном кислородном клапане, возможно обеспечение предварительного поджатия первого и второго держателей. Кроме того, сила поджима второй пружины превышает силу поджима первой пружины, обеспечивая тем самым плотное прижатие стержня к шарам с его двух сторон. В результате в нормальных условиях второй шар всегда закрывает выпускное отверстие для воздуха, при этом выпускное отверстие для воздуха находится в закрытом состоянии, в то время как первый шар отнесен от выпускного отверстия для кислорода, причем выпускное отверстие для кислорода находится в полностью открытом состоянии. С точки зрения предшествующего уровня техники предлагаемый смесительный кислородный клапан обладает преимуществами благодаря его малому объему, простой конструкции, удобной установке и техническому обслуживанию, низкой стоимости производства,
постоянной и точной регулировке и управлению концентрацией кислорода при высоком давлении, а также тонкой и точной регулировке и управлению пропорцией кислорода при смешивании. При использовании в сочетании с обычным пропорциональным клапаном предлагаемый смесительный кислородный клапан может обеспечивать управление большим или малым дыхательным объемом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0021] Ниже приведено подробное описание изобретения в соответствии с сопроводительными чертежами и вариантами выполнения.
[0022] Фиг.1 изображает схематический конструктивный вид известного смесительного кислородного клапана;
[0023] Фиг.2 изображает схематический вид сверху предложенного смесительного кислородного клапана;
[0024] Фиг.З изображает схематический разрез по линии А-А на фиг.2;
[0025] Фиг.4 изображает схематический вид сбоку предложенного смесительного кислородного клапана;
[0026] Фиг.5 изображает схематический разрез по линии В-В на фиг.4;
[0027] Фиг.6 изображает схематический вид эвольвентного эксцентрика предложенного смесительного кислородного клапана;
[0028] Фиг.7 изображает схематический вид, иллюстрирующий состояние с максимальным потоком кислорода в предложенном смесительном клапане;
[0029] Фиг.8 изображает схематический вид, иллюстрирующий рабочее положение шара у конца выпускного отверстия для воздуха и конусообразной поверхности в предложенном смесительном кислородном клапане;
[0030] Фиг.9 изображает схематический вид, иллюстрирующий рабочее положение шара у конца выпускного отверстия для кислорода и конусообразной поверхности в смесительном кислородном клапане в соответствии сданным изобретением;
[0031] Фиг. 10 показывает таблицу, содержащую количество шагов, выполненных шаговым двигателем, и концентрацию смешанного кислорода, вычисленную по формуле;
[0032] Фиг. 11 показывает график зависимости концентрации смешанного кислорода от количества шагов, выполненных шаговым двигателем, построенный в соответствии сданными, вычисленными по формуле; и
[0033] Фиг. 12 показывает график зависимости концентрации смешанного кислорода от количества шагов, выполненных шаговым двигателем, построенный в соответствии с фактическими экспериментальными данными.
[0034] Список номеров позиций
1 а - упругая муфта 4а - стопорная гайка 7а - фотоэлектрическая 8а - скоба стопорная пластина
22а - буртик 51 а - первая камера
53а - вторая камера 512-первое
выпускное отверстие для газа 1 - шаговый двигатель 2 - эвольвентный
эксцентрик
4 - приводной стержень 5 - первая пружина 7 - первый
направляющий держатель 10 - приводной стержень шаров
13 - вторая пружина
16 - третий корпус
клапана
19 - выпускное
отверстие для воздуха
22 - выпускное
отверстие для кислорода камера
25 - штырь 26 - шплинт
За - фотореле
6а - концевая резьба
9а - шаговый двигатель
52а - смесительная камера
532 - второе
выпускное
отверстие для газа
3 - опора
6 - вторая пружина 9 - первый шар
12 - второй шар
15 - второй направляющий держатель
18 - воздушная камера
21 - смесительная
камера
24 - впускное
отверстие для кислорода
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
[0035] В варианте выполнения, показанном на фиг.2 - 6, смесительный
кислородный клапан согласно данному изобретению содержит корпус, имеющий впускное отверстие 24 для кислорода, впускное отверстие 17 для воздуха и выпускное отверстие 20 для газовой смеси. В корпусе клапана расположена смесительная камера 21, сообщающаяся с указанным отверстием 20, кислородная камера 23, сообщающаяся с впускным отверстием 24 для кислорода, и воздушная камера 18, сообщающаяся с впускным отверстием 17 для воздуха. В кислородной камере 23 упруго расположен первый направляющий держатель 7, в воздушной камере 18 упруго расположен второй направляющий держатель 15, на внутренних сторонах первого и второго держателей 7, 15 расположены соответственно первый шар 9 и второй шар 12, находящиеся в контакте с приводным стержнем 10 шаров, на наружной стороне первого держателя 7 расположен с возможностью перемещения приводной стержень 4, на наружном конце приводного стержня 4 расположена поворотная опора 3, а на наружном конце указанной опоры 3 расположен эвольвентный эксцентрик 2, соединенный с выходным валом шагового двигателя 1. Таким образом, поворот выходного вала шагового двигателя 1 вызывает поворот эвольвентного эксцентрика 2, который далее обеспечивает поворот и смещение опоры 3 в горизонтальном направлении для продвижения приводного стержня 4 в осевом направлении, обеспечивая тем самым регулирование степени открытия выпускного отверстия воздушной камеры 18 и выпускного отверстия кислородной камеры 23.
[0036] Смесительный кислородный клапан, как показано на фиг.2 - 5, содержит первый корпус 6, второй корпус 8 и третий корпус 16, расположенные последовательно справа налево, при этом впускное отверстие 24 для кислорода, расположенное в первом корпусе 6, сообщается с кислородной камерой 23, расположенной внутри первого корпуса 6. Кроме того, второй корпус 8 содержит смесительную камеру 21, в которой также расположены первый внутренний корпус 11 и второй внутренний корпус 14 клапана. Первый внутренний корпус 11 и второй внутренний корпус 14 расположены напротив друг друга и соединены друг с другом с образованием между ними воздушной камеры 18. Кроме того, впускное отверстие 17 для воздуха, сообщающееся с воздушной камерой 18, расположено в третьем корпусе 16 клапана, выпускное отверстие 19 для воздуха расположено в первом внутреннем корпусе 11 клапана, а выпускное отверстие 22 для кислорода расположено во втором
внутреннем корпусе 14 клапана, при этом воздушная камера 18 сообщается со смесительной камерой 21 через указанное отверстие 19, а кислородная камера 23 сообщается со смесительной камерой 21 через указанное отверстие 22.
[0037] Первый держатель 7 у наружной стороны соединен с первым корпусом 6 первой пружиной 5, а у внутренней стороны снабжен углублением для установки в него первого шара 9. Второй держатель 15 у наружной стороны соединен с третьим корпусом 16 второй пружиной 13, а у внутренней стороны снабжен углублением для установки в него второго шара 12 с указанной внутренней стороны. Приводной стержень 10 шаров расположен между первым и вторым шарами 9, 12, при этом центры приводного стержня 10, первого шара 9 и второго шара 12 расположены на одной линии. Приводной стержень 10 расположен в смесительной камере 21, причем один конец стержня 10 проходит в выпускное отверстие 22 для кислорода, а другой конец проходит в выпускное отверстие 19 для воздуха, при этом силы упругости первой и второй пружин 5 и 13 прижимают друг к другу первый шар 9, стержень 10 и второй шар 12. Конец выпускного отверстия 22 для кислорода, которое соответствует первому шару 9, выполнен с сужающейся конусообразной поверхностью для обеспечения сопряжения с первым шаром 9, а конец выпускного отверстия 19 для воздуха, которое соответствует второму шару 12, выполнен с сужающейся конусообразной поверхностью для обеспечения сопряжения со вторым шаром 12. На наружной стороне первого корпуса 6 клапана расположены с прочным закреплением два шплинта 26, размещенные один над другим, при этом между двумя шплинтами 26, образующими посадочное гнездо, расположена опора 3. Через опору 3 и два шплинта 26 проходит штырь 25, соединяя их вместе, так что опоры 3 могут быть повернуты вокруг штыря 25. Внутри первого корпуса 6 расположен приводной стержень 4, один конец которого проходит в кислородную камеру 23 с опорой на наружную сторону первого держателя 7, а другой конец проходит между двумя шплинтами 26 с резьбовым присоединением к указанным шплинтам. При повороте и перемещении в горизонтальном направлении опоры 3 указанный шплинт и приводной стержень перемещаются в осевом направлении, обеспечивая тем самым возможность соединения первого держателя 7, первого шара 9, стержня 10 и второго шара 12 с обеспечением регулирования степеней открытия выпускного отверстия 19 для воздуха и выпускного отверстия 22 для кислорода. Для обеспечения
надежности указанного перемещения ось приводного стержня 4, центр первого шара 9, ось стержня 10 и центр второго шара 12 расположены на одной линии.
[0038] Для обеспечения плотного прижатия шаров к двум концам стержня 10 сила упругости второй пружины 13 превышает силу упругости первой пружины 5, в результате чего в нормальном положении (т.е., когда шаговый двигатель не работает) второй шар 12 закрывает выпускное отверстие 19 для воздуха под действием силы упругости второй пружины 13. При этом конец выпускного отверстия для воздуха находится в закрытом состоянии, а первый шар 9 отнесен от выпускного отверстия 22 для кислорода под действием силы упругости второй пружины 13, причем конец выпускного отверстия для кислорода находится в полностью открытом состоянии.
[0039] Для улучшения уплотнительных характеристик смесительного кислородного клапана у каждой контактной поверхности между приводным стержнем 4 и первым корпусом 6, между первым корпусом 6 и вторым корпусом 8, между вторым корпусом 8 и вторым внутреннем корпусом 14, между вторым внутренним корпусом 14 и третьим корпусом 16, а также между вторым внутренним корпусом 14 и первым внутренним корпусом 11 расположено уплотнительное кольцо. Такой способ уплотнения не только обеспечивает экономию в расходах, но и облегчает демонтаж и техническое обслуживание смесительного кислородного клапана.
[0040] Однако, поскольку долговременное перемещение приводного стержня 4 относительно первого корпуса 6 может легко привести к изнашиванию уплотнительного кольца, расположенного на контактной поверхности между приводным стержнем 4 и первым корпусом 6, требуется периодическая замена уплотнительного кольца. Соответственно, для обеспечения лучших уплотнительных характеристик и исключения периодической замены уплотнительного кольца на контактной поверхности между приводным стержнем 4 и первым корпусом 6 можно использовать уплотнительную диафрагму.
[0041] Чтобы обеспечить точное управление объемом вентиляции смесительного кислородного клапана, наружный контур эксцентрика в указанном клапане выполнен в форме эвольвенты. В этом случае угол в начале эвольвенты равен 0°, а угол в конце эвольвенты в направлении против часовой стрелки равен 350°. Как показано на фиг.6, от исходного угла в направлении
против часовой стрелки выполнена дуга с радиусом 15 мм, отмеченная углом 8°. Когда эксцентрик 2 поворачивается на угол 324°, происходит максимальное перемещение приводного стержня 4 на 1,2 мм. При этом перемещение X приводного стержня 4 может быть вычислено по формуле X = 15 + (t/350°) х 1,3, где t - угол поворота эксцентрика. Многочисленные проверки показывают, что рабочий угол поворота эксцентрика 2 предпочтительно равен 270°, т.е. концентрация кислорода будет уменьшена от 100% до 21% при пошаговом режиме двигателя в диапазоне 0-150 шагов (с интервалом 1,87за шаг). Когда эксцентрик 2 поворачивается на угол 270°, расстояние перемещения приводного стержня 4 в горизонтальном направлении составляет 270/350 х 1,3 = 10 мм, а при отработанном шаге двигателя с поворотом на угол 1,8° (т.е. один рабочий шаг) расстояние перемещения шара будет равно 1,8/350 х 1,3 = 0,0067 мм. Для обеспечения нормальной работы и простоты вычисления принято, что расстояние вышеуказанного горизонтального перемещения от положения в смесительном кислородном клапане, в котором кислород перекрыт, к положению, в котором перекрыт воздух, равно 1 мм.
[0042] Как показано на фиг.7 - 9, функциональная зависимость между концентрацией кислорода и величиной смещения приводного стержня 7 определяется следующим образом:
У кислород -
0,7х,
У воздух -
0,7(1 -X),
Экислород = 3,14{(Укислород + З)2 - 9} = 3,14{(0,7х + З)2 - 9}, sBo3flyx= 3,14{(уВОЗдУх+ З)2 - 9} = 3,14{(3,7 - 0,7х)2 - 9},
поток кислорода, проходящий через смесительный кислородный клапан за единицу времени = (расход потока х вкислород) + (расход потока х ввоздух х 21%),
функциональная зависимость между концентрацией Ог% кислорода в смеси и х определяется следующим образом: концентрация Ог% кислорода в смеси = {(расход потока х вкислород) + (расход потока х ввоздух х 21%)}/{(расход потока х вкислород) + (расход потока х ввоздух)} х 100%, это выражение можно записать в упрощенном виде
КОНЦеНТраЦИЯ 02% КИСЛОрОДа В СМеСИ = (Экислород + Эвоздух X 21%)/( Бкислород + Эвоздух) X 100%,
функциональная зависимость между шагами двигателя и концентрацией кислорода в смеси определяется следующим образом:
количество отработанных двигателем шагов Т = (1 - х)/0,007,
КОНЦеНТраЦИЯ 02% КИСЛОрОДа В СМеСИ = [(Бкислород + Эвоздух X 21%)/( Бкислород
+ Эвоздух)] х 100% = [3,14{(0,7х + 3) - 9} +3,14{(3,7 - 0,7х) - 9} х 21 %]/[3,14{(0,7х + 3) - 9} + 3,14{(3,7 - 0,7х) - 9}] х 100% = [0,5928х + 3,1122х + 0,9849]/[0,98х -0,98х + 4,69] х 100%, где
Укислород обозначает расстояние между первым шаром 9 и соответствующей сужающейся, или конусообразной поверхностью,
Увоздух обозначает расстояние между вторым шаром 12 и соответствующей сужающейся, или конусообразной поверхностью,
х обозначает расстояние перемещения шара в горизонтальном направлении,
Экислород обозначает площадь поперечного сечения для вентиляции кислородом, соответствующую расстоянию х перемещения шара,
ввоздух обозначает площадь поперечного сечения для вентиляции воздухом, соответствующую расстоянию х перемещения шара.
[0043] В соответствии с указанной выше функциональной зависимостью можно получить таблицу данных и графическую зависимость количества отработанных двигателем шагов и концентрации кислорода в смеси (как показано на фиг. 10 и 11). Из указанной таблицы и чертежа можно видеть, что в конкретном диапазоне перемещений шара зависимость изменения объема вентиляции от расстояния перемещения шара является приблизительно линейной, соответственно при этом можно легко обеспечить автоматическое управление.
[0044] Для построения графической зависимости количества отработанных двигателем шагов и концентрации кислорода в смеси (как показано на фиг. 12) на испытательном оборудовании была проведена проверка десяти изготовленных, собранных и калиброванных смесительных кислородных клапанов. Из указанного графика можно видеть, что кривая, полученная при испытании, весьма приближена к кривой, полученной при вычислении. Естественно, что на практике оставляют определенный резерв на конец поступления воздуха и кислорода в смесительном кислородном клапане, когда воздух и кислород перекрывают ради проведения регулировки и калибровки.
[0045] Этапы работы смесительного кислородного клапана выполняют следующим образом. Перед использованием смесительного кислородного
клапана определяют условие переустановки эвольвентного эксцентрика 2 в самое нижнее положение, т.е. в положение подачи максимального потока кислорода без поступления воздуха. Затем исходное положение эксцентрика 2 калибруют с использованием фотоэлектрического датчика и запускают шаговый двигатель 1. После этого устанавливают количество отрабатываемых двигателем шагов в соответствии с требуемой концентрацией кислорода, затем шаговый двигатель 1 обеспечивает поворот на соответствующий угол эксцентрика 2, который в свою очередь заставляет поворачиваться и смещаться опору 3 на соответствующее расстояние в горизонтальном направлении. Затем приводной стержень 4 продвигает влево на определенное расстояние первый направляющий держатель 7 и первый шар 9, который в свою очередь продвигает приводной стержень шаров с тем, чтобы второй шар 12 вышел из выпускного отверстия для воздуха. В этот момент воздух проходит через выпускное отверстие 19 из камеры 18 в смесительную камеру 21, уменьшая в ней концентрацию кислорода до требуемого значения. После использования предпочтительно удостовериться в условии переустановки эвольвентного эксцентрика 2 в самое нижнее положение, т.е. в положение подачи максимального потока кислорода без поступления воздуха, после чего отключают электропитание.
[0046] Предлагаемый смесительный кислородный клапан решает проблемы, связанные с нестабильностью смесительного механизма, используемого при высоком давлении, обеспечивает точное управление концентрацией кислорода в относительно большом диапазоне потоков, а также имеет улучшенную эффективность уплотнения. Если перед указанным смесительным кислородным клапаном установлена пара снижающих давление клапанов, то перепад давления между воздухом и кислородом на выходе может поддерживаться ниже величины 0,03 кПа в случае наличия перепада давления между воздухом и кислородом на входе (однако указанное давление поступающего воздуха и кислорода должно быть не более 600 кПа). Таким образом, указанный смесительный кислородный клапан может обеспечивать точное управление пропорцией смеси, в то время как непрерывное регулирование концентрации кислорода может быть обеспечено в диапазоне от большого дыхательного объема взрослого человека до малого дыхательного объема ребенка.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Смесительный кислородный клапан, содержащий корпус, имеющий впускное отверстие для кислорода, впускное отверстие для воздуха и выпускное отверстие для газовой смеси, смесительную камеру, сообщающуюся с выпускным отверстием для газовой смеси, кислородную камеру, сообщающуюся с впускным отверстием для кислорода, и воздушную камеру, сообщающуюся с впускным отверстием для воздуха, расположенные в корпусе клапана, отличающийся тем, что в кислородной камере упруго расположен первый направляющий держатель, в воздушной камере упруго расположен второй направляющий держатель, и на внутренних сторонах указанных первого и второго держателей расположены соответственно первый шар и второй шар, находящиеся в контакте с приводным стержнем шаров, при этом на наружной стороне первого держателя с возможностью перемещения расположен приводной стержень, на наружном конце которого расположена поворотная опора, а на наружном конце указанной опоры расположен эвольвентный эксцентрик, соединенный с выходным валом шагового двигателя.
2. Смесительный кислородный клапан по п.1, в котором корпус содержит первый корпус, второй корпус и третий корпус, расположенные последовательно, при этом смесительная камера, содержащая первый внутренний корпус и второй внутренний корпус клапана, расположена во втором корпусе, и первый внутренний корпус и второй внутренний корпус соединены с сообщением друг с другом и с образованием внутри воздушной камеры, причем кислородная камера расположена в первом корпусе, воздушная камера сообщается со смесительной камерой через выпускное отверстие для воздуха, расположенное в первом внутреннем корпусе клапана, а кислородная камера сообщается со смесительной камерой через выпускное отверстие для кислорода, расположенное во втором корпусе.
3. Смесительный кислородный клапан по п.1, в котором наружная сторона первого направляющего держателя соединена с первым корпусом первой пружиной, наружная сторона второго направляющего держателя соединена с третьим корпусом второй пружиной, впускное отверстие для воздуха расположено в третьем корпусе и сообщается с воздушной камерой, расположенной во втором корпусе, а впускное отверстие для кислорода расположено в первом корпусе и сообщается с кислородной камерой,
1.
расположенной в первом корпусе.
4. Смесительный кислородный клапан по п.1, в котором с одной стороны корпуса расположены с прочным закреплением два шплинта, которые размещены один над другим и между которыми расположена указанная опора, при этом через шплинты и опору проходит штырь, соединяя их вместе, причем приводной стержень расположен в первом корпусе, и один конец этого стержня проходит в кислородную камеру с опорой на наружную сторону первого держателя, а другой конец этого стержня проходит между двумя шплинтами.
5. Смесительный кислородный клапан по п.2, в котором один конец выпускного отверстия для воздуха выполнен с сужающейся поверхностью, сопрягаемой со вторым шаром, и один конец выпускного отверстия для кислорода выполнен с сужающейся поверхностью, сопрягаемой с первым шаром, причем приводной стержень шаров расположен в смесительной камере, а два его конца проходят, соответственно, в выпускное отверстие для воздуха и выпускное отверстие для кислорода.
6. Смесительный кислородный клапан по п.2, в котором ось приводного стержня, центр первого шара, ось приводного стержня шаров и центр второго шара расположены на одной линии.
7. Смесительный кислородный клапан по п.З, в котором сила упругости второй пружины превышает силу упругости первой пружины, так что при нормальных рабочих условиях конец выпускного отверстия для кислорода полностью открыт, а конец выпускного отверстия для воздуха закрыт.
8. Смесительный кислородный клапан по любому из п.п.2, 3, 5, 6 или 7, в котором на контактных поверхностях между первым и вторым корпусами, между вторым корпусом и вторым внутренним корпусом, между вторым внутренним корпусом и третьим корпусом, между вторым внутренним корпусом и первым внутренним корпусом расположены уплотнительные кольца.
9. Смесительный кислородный клапан по п.4, в котором на контактной поверхности между приводным стержнем и первым корпусом клапана расположено уплотнительное кольцо.
10. Смесительный кислородный клапан по п.4, в котором на контактной
поверхности между приводным стержнем и первым корпусом клапана
расположена уплотнительная диафрагма.
Фиг Л
16 8 6
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 1
К-во. шагов двигат.
Конц.
02в смесит, камере
К-во. шагов
двигат.
Конц. Ог в смесит, камере
К-во. шагов двигат.
Конц. О, в смесит, камере
К-во. шагов двигат.
Конц. О, в смесит, камере
К-во. шагов двигат.
Конц.
028
смесит, камере
К-во. шагов двигат.
Конц. Сь в смесит, камере
Шаг
FI02
Шаг
FI02
Шаг
FI02
Шаг
FI02
Шаг
FI02
Шаг
FI02
99, 52
87,03
73,62
59,73
101
45,87
126
32,54
99,05
86,51
73,07
59,17
102
45,33
127
32,02
98,57
85,99
72,52
58,62
103
44,78
128
31,51
98,09
85,47
71,97
58,06
104
44,23
129
97,6
84,94
71,42
57,5
105
43,69
130
30,49
97,12
84,41
70,87
56,94
106
43,15
131
29,98
96,63
83,88
70,31
56,38
107
42,61
132
29,47
96,4
83,35
69,76
55,83
108
42,07
133
28,96
96,65
82,82
69,21
55,27
109
41,53
134
28,46
95,16
82,29
68,65
54,71
110
40,99
135
27,96
94,66
81,76
68,1
54,16
111
40,45
136
27,46
94,17
81,22
67,54
53,6
112
39,91
137
26,96
93,67
80,69
66,98
53,04
113
39,38
138
26,46
93,17
80,15
66,43
52,49
114
38,81
139
25,97
92,67
79,61
65,87
51,93
115
38,31
140
25,47
92,16
79,07
65,31
51,38
116
37,78
141
24,98
91,66
78,53
64,76
50,38
117
37,25
142
24,49
91,15
77,99
64,2
50,27
118
36,72
143
90,64
77,45
63,64
49,72
119
36,19
144
23,52
90,13
76,9
63,08
49,17
120
35,67
145
23,03
89,62
76,36
62,52
48,62
121
35,14
146
22,55
89,11
75,81
61,97
48,07
122
34,62
147
22,07
88,59
75,27
61,41
47,52
123
34,1
148
21,6
88,07
74,72
60,85
46,97
124
33,58
149
21,12
87,55
74,17
60,29
100
46,42
125
33,06
150
Фиг. 10
6О00
• количество шагов двигателя концентрация кислорода
4000
2000 1-
н N W О * Ш Г- СО <Т> СП О О - < С4) (М С'Э М ^ If) Л '.О *2) Г-
Смесительный кислородный клапан
Смесительный кислородный клапан
Смесительный кислородный клапан
Смесительный кислородный клапан
Фиг.6
Фиг.6
Смесительный кислородный клапан
Смесительный кислородный клапан
Фиг. 8
Фиг. 8
Смесительный кислородный клапан
Смесительный кислородный клапан
Смесительный кислородный клапан
Смесительный кислородный клапан
Смесительный кислородный клапан
Смесительный кислородный клапан
Фиг. 12
Фиг. 12
Смесительный кислородный клапан
Смесительный кислородный клапан
Фиг. 12
Фиг. 12