Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Введение

 

Аппарат искусственной вентиляции легких «Спирон-201» предназначен для проведения искусственной вентиляции легких у взрослых при реанимации и интенсивной терапии и эксплуатируется в условиях умеренного климата при температуре от + 10 С^о до + 35 С^о, относительной влажности до 80% при температуре +25 С^о и атмосферном давлении от 87 до 107 кПа (от 600 до 800 мм. рт. ст.), а в условиях тропического климата – в помещениях с кондиционированным воздухом. Аппарат предназначен для работы по нереверсивному дыхательному контуру. При использовании с наркозным аппаратом он может работать как по нереверсивному, так и по реверсивному дыхательным. При использовании с наркозным аппаратом он может работать как по нереверсивному, так и по реверсивному дыхательным контурам, но только с взрывобезопасными анестетиками.

Аппарат обеспечивает следующие режимы работы:

– Режим вспомогательной ИВЛ (ВИВЛ);

– Режим управляемой ИВЛ (УВИЛ);

– Режим синхронизированной периодической принудительной ИВЛ (СППВ);

– Режим самостоятельной вентиляции под постоянным положительным давлением (СДПД);

– Режим самостоятельной ИВЛ или ИВЛ вручную мешком (САМД). Совместно с аппаратом возможно использование увлажнителя дыхательной смеси УДС – 60 и волюметра А – Н45084.

С помощью аппарата ИВЛ «Спирон – 201» вентиляцию легких можно производить в режимах:

- управляемой искусственной вентиляции легких (УИВЛ) – оператор управляет дыханием пациента, задавая параметры дыхания;

- вспомогательной ИВЛ – пациент дышит самостоятельно, аппарат включает ИВЛ лишь по истечении определенного промежутка времени;

- синхронизированной периодической принципиальной вентиляции – это комбинация всех режимов самостоятельного дыхания и ВИВЛ;

- самостоятельного дыхания под постоянным положительным давлением – пациент дышит самостоятельно;

самостоятельного дыхания (или вентиляция вручную мешком).

Теоретическая часть

Описание конструкции и принципа действия аппарата искусственной вентиляции легких

Технические данные.

1. Минутная вентиляция, л/ мин:

– нижний предел 3

– верхний предел не менее 50.

Ступенчатая установка следующих значений минутной вентиляции:

- в интервале от 3 до 10 л/мин включительно – через 0,5 л/мин;

- в интервале от 10 до 30 л/мин включительно – через 1 л/мин;

- в интервале от 30 до 50 л/мин включительно – через 2 л/мин;

- в интервале свыше 50 л/мин – через 5 л/мин;

2. Отклонение по м абсолютной величине установленного на аппарате значения инутной вентиляции от ее действительной величины:

- в диапазоне установленных значений до 10 л/мин включительно – 1,5 л/мин;

- в диапазоне установленных значений свыше 10 л/мин – 10% от действительной величины.

3. Переключение фаз дыхательного цикла в режиме управляемой ИВЛ по времени.

4. Частота вентиляции, 1/ мин:

– нижний предел не более 10

– верхний предел не менее 80.

Ступенчатая установка следующих значений частоты вентиляции;

– в интервале от 10 до 20 включительно через 1 мин;

– в интервале от 20 до 40 включительно через 2 мин;

– в интервале от 40 до 80 включительно через 5 мин.

5. Относительное отклонение по абсолютной величине установленного значения частоты вентиляции от ее действительной величины не должно быть более 2% в диапазоне установленных значений до 20 мин включительно и 4% в диапазоне свыше 20 мин.

6. Аппарат обеспечивает переключение фаз дыхательного цикла вручную с помощью пульта дистанционного управления.

7. Кратковременная звуковая индикация обеспечивается в следующих случаях:

– при достижении величиной рабочего давления установленного значения;

– при попытке установить значения параметров вентиляции вне диапазона регулирования;

– при нажатии на кнопки, расположенные под пустыми полями цифрового табло;

– при попытке установить недопустимые сочетания режимов.

8. Средняя наработка на отказ не менее 2000 ч.

Критерий отказов – это такое состояние аппарата, при котором имеет место хотя бы одно из следующих нарушений:

– невозможно установить минутную вентиляцию в диапазоне от 7 до 30 л/мин;

– невозможно установить частоту вентиляции в диапазоне от 10 до 30 мин^-1;

– невозможно установить отношение продолжительности вдоха и цикла (33±3)%.

9. Средний срок службы до списания, не менее 4 лет.

10. По электробезопасности аппарат соответствует требованиям ГОСТ 12.2.025 для изделий класса I типа В.

11. Средняя интенсивность эксплуатации – 8 ч. в сутки.

Время непрерывной работы аппарата ограниченно лишь необходимостью периодического проведения обеззараживания дыхательного контура.

12. Питание от сети переменного тока с частотой 50 Гц., с номинальным напряжением 220В при отклонении напряжения сети на ±10% от номинального значения. Мощность не более 500 В·А.

Устройство и принцип действия аппарата.

Аппарат содержит основные блоки: тележка, блок пациента, генератор вдоха, блок управления, увлажнитель, сигнализатор, блок приборный, блок подачи кислорода, блок активного выдоха, отсасыватель. Аппарат содержит следующие съемные узлы: клапан предохранительный, мешок для проведения ИВЛ вручную, отстойники, пульт дистанционного управления, распылитель лекарственных средств.

Блок управления выполнен в виде плоского параллелепипеда, на передней грани которого расположена панель управления (рис. 1.2.1). На панели управления расположены световое (цифровое) табло 6 и световое (аналоговое) табло 9 и органы управления. На табло 6 высвечиваются буквенные обозначения и значения параметров вентиляции, соответствующих установленному режиму вентиляции. Максимальное количество одновременно высвечиваемых параметров – четыре. Кроме того, на этом табло могут высвечиваться словесные обозначения ситуации, а именно: «вдох» во время искусственного вдоха, «АПНОЭ» при проявлении признаков отсутствия вентиляции и «ПУЛЬТ Д.У.» при работе с ПДУ. На аналоговом табло 9, над которым расположена шкала, высвечиваются горизонтальные столбики в верхнем уровне. В нижнем уровне правый столбик является установкой наибольшего давления конца вдоха, левый – отслеживает текущее значение давления в дыхательном контуре. Под верхним горизонтальным столбиком высвечивается точка, определяющая значение ПДВК. В нижнем уровне также два горизонтальных столбика: левый, определяющий уровень давления в момент ожидания попытки, и правый, определяющий установку чувствительности к попытке вдоха пациента. Шкала, расположенная над аналоговым табло 9, представляет собой линейку индикации, масштаб которой для столбиков нижнего уровня в десять раз меньше, чем для столбиков верхнего уровня и светящейся точки.

На панели расположены следующие органы управления:

1. Кнопки 12,13,16,15,14 включения режимов вентиляции:

- Управляемой ИВЛ (УИВЛ);

- Вспомогательной ИВЛ (ВИВЛ);

- Синхронизированной периодической принудительной ИВЛ (СППВ);

- Самостоятельной вентиляции под постоянным положительным давлением (СДПД);

- Самостоятельной ИВЛ или ИВЛ вручную мешком (САМД);

На каждой кнопке имеется светодиод, фиксирующий включение режима; в поле, очерченном вокруг кнопки, расположены записи, определяющие наименование, буквенное обозначение и диапазоны регулирования параметров вентиляции, регулируемых в данном режиме.

– Кнопки 1,19,21,24,25, при нажатии которых аппарат обеспечивает некоторые дополнительные функции, а именно:

– Кнопка 1 на время ее держания в нажатом состоянии обеспечивает высвечивание на цифровом табло значения дыхательного объема вместо минутной вентиляции;

- Кнопка 21 включает активный вдох при УИВЛ;

Кнопка 24 включает питание распылителя лекарственных средств и обеспечивает насыщение дыхательной смеси лекарственной аэрозолью;

- Кнопка 25 включает режим искусственного вздоха при УИВЛ.

2. Кнопки 4 и 5, 3 и 2, 23 и 22, 20 и 18 служат для увеличения и уменьшения значения регулируемых параметров, высвечиваемых на цифровом табло 6, и имеют соответствующую маркировку «▲» и «▼».

3. Кнопки 10 и 11, 7 и 8 служат для регулирования значения установок наибольшего давления конца вдоха и конца выдоха (ПДКВ) на аналоговом табло 9 и имеют маркировку «<» и «>».

Регулятор 17 уровня постоянного положительного давления при СДПД или в фазе самостоятельного дыхания в режиме СППВ.

Блок подачи кислорода содержит ротаметр, обеспечивающий измерение расхода кислорода до 20г/мин, предохранительный клапан, мешок. Регулирование подачи кислорода производится с помощью игольчатого дросселя с ручкой. Предохранительный клапан вдоха имеет поворотную головку на три положения, маркированную на «10», «300» и «закрыто». Положения «10» и «300» соответствуют ограничению давления в мешке на уровне соответственно 0,1 кПа (10 мм. вод. ст.) и 3кПа (300 мм.вод. ст.). В патрубке расположен всасывающий клапан, изготовленный из силиконовой резины, который позволяет подсасывать воздух из атмосферы. На патрубок надет противопылевой фильтр. Блок подачи кислорода имеет резьбовой штуцер для присоединения посредством шланга к источнику сжатого кислорода. Блок подачи кислорода устанавливается на кронштейне с помощью патрубка.

Блок активного выдоха содержит съемный блок разрежения расположенный под крышкой и закрепленный в корпусе с помощью гайки. Кроме того, в корпусе неподвижно закреплен распределитель, обеспечивающий во время выдоха подачу питающего газа в эжектор блока разрежения. Крышка крепится на корпус вручную винтом. На верхнем торце блока активного выдоха расположена рукоятка с маркировкой «» для регулирования разрежения активного выдоха. На передней панели блока расположен штуцер с маркировкой «блок пациента» для присоединения к штуцеру выхода блока пациента и штуцер выхода выдыхаемого газа с маркировкой «ВЫХОД».

Клапан предохранительный состоит из корпуса с седлом, шайбы, барабана с тремя штоками и винтами, которые осуществляют сжатие трех пружин и крышки. Поворотом барабана клапан устанавливается в три фиксированных положения, при которых в окошке корпуса устанавливается маркировка «3», «6» и «10», что соответствует срабатыванию при давлении соответственно 3 кПА, 6 кПа и 10 кПа.

Блок приборный содержит указатель давления УДМ – 60, закрепленный скобой и винтами. В боковое отверстие блока приборного вставлен тройник для присоединения указателя давления к дыхательному контуру и установки вольтметра. В тройнике зажимом закреплен бактериальный фильтр, предохраняющий от инфицирования указатель давления. Кран служит для подключения указателя давления к дыхательному контуру. Штуцер должен быть закрыт заглушкой.

Пульт дистанционного управления служит для переключения фаз дыхательного цикла вручную. ПДУ имеет корпус с клавишей и кнопкой. Удерживая пальцем клавишу, оператор выключает автоматический переключатель фаз в аппарате. Нажимая на кнопку пальцем, он включает фазу вдоха, отпуская кнопку – фазу выдоха. Как только оператор выпускает ПДУ из рук (отпуская тем самым клавишу), аппарат включается в автоматический режим.

Распылитель имеет прозрачный корпус с нанесенной на нем шкалой объема залитого вещества, герметично закрытый крышкой с накидной гайкой. В корпусе герметично установлено сопло, заканчивающееся снаружи резьбовым штуцером.

Штуцер шлангом соединяется с соответствующим штуцером блока пациента. Сопло надет колпачок с вырезами по открытому торцу, опущенному в раствор.

Колпачок имеет на закрытом торце отверстие, соосное отверстию сопла. При подаче в сопло газа под давлением 0,14 Мпа (1,4 кгс/см) в полости колпачка создается разрежение, раствор засасывается по колпачку вверх и вместе с питающим газом в виде аэрозоля через отверстие в закрытом торце колпачка выбрасывается в корпус распылителя и через его патрубок в шланг вдоха. Сепаратор обеспечивает выделение аэрозоля требуемой дисперсности.

В комплект поставки аппарата входит мешок для проведения ИВЛ вручную. Мешок эластичен и после сжатия расправляется самостоятельно со скоростью, обеспечивающей требуемые частоты вентиляции.

Рассмотрим упрощенную функциональную схему аппарата. Схема аппарата содержит следующие блоки: блок подачи кислорода 1, генератор вдоха 2, блок пациента 3, увлажнитель дыхательной смеси 5, блок управления 7, блок приборный 12, отсасыватель 14, сборник секрета 15, блок активного выдоха 16.

Кроме того, в дыхательном контуре установлены предохранительный клапан 4, распылитель 6 лекарственных средств, отстойники 8 и 13, мешок для проведения ИВЛ вручную 17, сигнализатор 18.

Блок подачи кислорода 1 служит для создания дыхательной смеси, обогащенной кислородом. Подачу дыхательной смеси во время вдоха обеспечивает генератор вдоха 2.

Блок подачи кислорода 1 служит для создания дыхательной смеси, обогащенной кислородом. Подачу дыхательной смеси во время вдоха обеспечивает генератор вдоха 2. Особенностью его является независимость объема минутной вентиляции от давления в дыхательном контуре. Блок пациента 3 предназначен для обеспечения различных режимов работы аппарата ИВЛ переключением распределителей и клапанов по сигналам от блока управления 7. Для обеспечения активного выдоха предназначен блок активного выдоха 16, создающий разрежение в дыхательном контуре.

Отсасыватель 14 создает разрежение, необходимое для отсоса секрета (слизистой жидкости) из дыхательных путей пациента. Сборник секрета 15 служит для его накопления.

Блок приборный 12 предназначен для отслеживания давления в дыхательном контуре и объема минутной вентиляции, в дыхательный контур включен предохранительный клапан 4, ограничивающий давление на уровне 3 кПа; 6 кПа; 10 кПа.

Для увлажнения дыхательной смеси служит увлажнитель 5. Последовательно с ним устанавливается распылитель дыхательной смеси 6.

Отстойники 8 и 13, установленные в линиях вдоха и выдоха соответственно, служат для сбора влаги, осаждающейся на внутренней поверхности воздуховодов.

Тройник пациента 10 подсоединен к линиям при помощи гофрированных шлангов 9 и 11, обеспечивающих подвижность пациента в ограниченных пределах.

Сигнализатор 18 подключается к тройнику пациента и вырабатывает аварийный сигнал при отсутствии избыточного давления на выходе тройника пациента. Подробнее эта схема изображена на рис. 1.2.2.

Блок подачи кислорода 1 содержит ротаметр 1.2 и вентиль 1.1 для дозировки подачи кислорода, самодействующий клапан 1.4 для забора воздуха из атмосферы через фильтр 1.6. Кроме того, блок подачи кислорода 1 снабжен резиновым мешком 1.5 и предохранительным клапаном 1.3, предотвращающим чрезмерное раздувание мешка.

Генератор вдоха 2 обеспечивает подачу пациенту дыхательной смеси во время вдоха. Он состоит из воздуходувки 2.2. приводимой в действие от электродвигателя 2.3 и стабилизатора 2.1.

Стабилизатор 271 поддерживает постоянный перепад давления на дросселе 3.3, регулирующем минутную вентиляцию, благодаря чему обеспечивается независимость минутной вентиляции от давления в дыхательном контуре, кроме того, во время выдоха стабилизатор 2.1 соединяет между собой линии нагнетания и всасывания, снижая нагрузку на воздуходувку 2.2. Дроссель 2.4 служит для снижения уровня пульсаций в линии обратной связи. Клапан 2.5 служит для снижения уровня пульсаций в линии всасывания.

Блок пациента 3 содержит дроссель-регулятор вентиляции 3.3, управляемый шаговым двигателем (ШД) 3.2, электромагнитные клапаны (ЭМК) 3.4, 3.7, 3.10, самодействующие клапаны 3.6, 3.9, 3.17, электромагнитные распределители (ЭР) 3.11, 3.13, 3.14, 3.22, фильтры 3.1, 3.5, 3.16, предохранительный клапан 3.8, регулятор 3.21, обратные клапаны 3.18, 3.19, 3.20, 3.23. ЭМК 3.4 в открытом положении сообщает при выдохе легкие пациента с атмосферой. Самодействующий клапан 3.6 предотвращает выдыхание газа, а из легких в линию вдоха, а клапан 3.9 – вдыхание газа из линии выдоха. При самостоятельной вентиляции клапан 3.17 обеспечивает при ИВЛ вручную мешком 17 заполнение мешка при его расправлении свежей смесью из блока подачи кислорода 1 и предотвращает обратный заброс смеси в блок подачи кислорода 1 при сжатии мешка. Клапан УВД 3.12 мембранный, управляется пневматически от мешка 17 и обеспечивает при ИВЛ вручную мешком 17 перекрытие линии выдоха при сжатии мешка, то есть во время вдоха, и сообщение легких пациента с атмосферой при расправлении мешка во время выдоха. ЭР 3.13 в режиме ИВЛ вручную сообщает надмембранное пространство клапана УДВ 3.12 с мешком 17 через бактериальный фильтр 3.16, что предотвращает инфицирование ЭР 3.13. В других режимах ЭР 3.13 включен и сообщает надмембранное пространство клапана УДВ 3.12 с ЭР 3.14 и ЭР 3.11. ЭР 3.14 служит для соединения камеры управления клапана УДВ 3.12 через ЭР 3.13 в одном положении с линией нагнетенная генератора вдоха 2, в другом – через клапан 16.3 с атмосферой либо с линией разрежения блока активного выдоха. Фильтр 3.1 предотвращает инфицирование ЭР 3.14, ЭР 3.11 служит для подключения к камере управления клапана УДВ 3.12 через ЭР 3.13 устройств регулирования давления в указанное камере. Постоянный дроссель 3.15 на входе ЭР 3.14 обеспечивает поступление в линию управления клапана УДВ 3.12 заданного расхода газа из линии нагнетения генератора вдоха 2. Клапан предохранительный 3.8 служит для ограничения максимально положительного допустимого давления в режиме СДПД. Клапан содержит две мембранные камеры: глухую, соединенную с дыхательным контуром, и проточную, подключенную к линии управления клапана УДВ 3.12. Глухая камера образована двумя мембранами: большой и малой, жестко связанных между собой. Мембраны нагружены регулируемой пружиной. В проточной камере расположено сопло, перекрываемое малой мембраной. Штуцер с клапанами 3.19 служит для подвода питающего газа под давлением 400 кПа (4 кгс/1см²) к блоку подачи кислорода 1 и сигнализатору 18. Штуцер с клапаном 3.20 – для подвода питающего газа под давлением 400 кПа (4 кгс/см²) к отсасывателю 14. Штуцер с клапаном 3.16 – для подвода питающего газа под давлением 400 кПа (4 кгс/см²) к аппарату, а также на вход регулятора 3.21, с выхода которого питавший газ под давлением 140 кПа (1,4 кгс/см²) через ЭР 3.22 поступает на вход распылителя 6. Штуцер с клапаном 3.23 служит для подвода питающего газа под давлением 400 кПа (4 кгс/см²) через ЭР 16.4 на эжектор 16.2 блока активного выдоха 16. Дроссель 3.24 служит для снижения уровня пульсаций в преобразователе давления 7.3.

Блок управления 7 служит для управления всеми ЭМК и ЭВ. Он содержит регулятор положительного давления в режиме СДПД 7.1, обеспечивающий изменения давления в линии управления клапана УДВ 3.12 блока пациента 3; электропреобразователь 7.2, служащий для периодического соединения преобразователя 7.3 с атмосферой, что позволяет существенно снизить ошибку преобразователя 7.3 вследствие дрейфа нуля, поскольку отсчет измеряемых значений в дальнейшем ведется от уровня, измеренного в момент сообщения с атмосферой и принимаемого за нулевой.

Блок приборный 12 содержит указатель давления 12.1 с краном 12.2 включения, вольтметр 12.3 и фильтр 12.4, предотвращающий инфицирование блока приборного. Отсасыватель 14 создает разрежение, необходимое для отсоса секрета из дыхательных путей пациента, он содержит эжектор 14.2 и вентиль 14.1, регулирующий величину разрежения. Сборник секрета 15 служит для накопления секрета, поступающего через аспирационный наконечник 15.2 и шланг отсоса 15.1.

Блок активного выдоха 16 содержит регулятор разрежения 16.1, эжектор 16.2 и клапан самодействующий 16.3, электромагнитный распределитель (ЭР) 16.4.

Эжектор 16.2 служит для создания разрежения в дыхательном контуре при активном выдохе. ЭР 16.4 служит для подачи сжатого газа в эжектор 16.2 во время выдоха. Регулятор разрежения 16.1 представляет собой мембранный клапан, нагруженный регулируемой пружиной. Глухая мембранная камера соединена обратной связью с линией разрежения эжектора 16.2, что предотвращает полное перекрытие седла клапана 16.1 мембраной под действием разрежения. Клапан самодействующий 16.3 служит для быстрого сброса давления в дыхательном контуре в начале выдоха.

1 Работа аппарата в режиме УИВЛ

1.1 Работа аппарата в режиме УИВЛ с нулевым давлением конца выдоха.

ЭМК 3.7 открыт постоянно. ЭМК 3.4 в открытом положении сообщает при вдохе легкие пациента с генератором вдоха 2. ЭМК 3.10 в открытом положении сообщает при выдохе легкие пациента с атмосферой. ЭМК 3.7 и самодействующий клапан 3.6 обеспечивает возможность дополнительного вдоха пациента непосредственно из блока подачи кислорода 1, минуя генератор вдоха 2. Во время вдоха газовая дыхательная смесь из мешка 1.5 блока подачи кислорода 1 засасывается воздуходувкой 2.2 генератора вдоха 2, нагнетается в линию вдоха блока пациента и через дроссель-регулятор 3.3, открытый ЭМК 3.4, увлажнитель 5, отстойник 8. шланг вдоха 9 и тройник пациента 10 вдувается в легкие пациента. Избыток газовой смеси из линии нагнетения воздуходувки 2.2 сбрасывается через стабилизатор 2.1 в линию всасывания. Переключение аппарата с вдоха на выдох происходит по времени (по частоте). При этом ЭМК 3.4 закрывается, ЭМК 3.10 открывается, происходит выдох. Пациент через тройник 10, шланг выдоха 11, отстойник 13, самодействующий клапан 3.9, ЭМК 3.10, клапан УДВ 3.12 и клапан 16.3 выдыхает в атмосферу.

2. Работа аппарата в режиме УИВЛ с ПДКВ.

В момент выдоха, когда давление в дыхательном контуре равно установленному ПДКВ; ЭР 3.14 соединяет мембранную камеру управления клапана УДВ 3.12 через ЭР 3.13 и фильтр 3.1 с линией нагнетания генератора вдоха 2. Постоянный дроссель 3.15 на входе ЭР 3.14 обеспечивает поступление в линию управления клапана УДВ 3.12 заданного расхода газа из линии нагнетания генератора вдоха 2 и клапан УДВ 3.12 закрывается. Выдох прекращается,

3. Работа аппарата в режиме УИВЛ с паузой вдоха.

В момент вдоха, когда оставшееся до конца вдоха время равно установленной паузе, ЭМК 3.4 закрывается, и вдувание прекращается. ЭНК 3.4 остается также закрытым до истечения времени вдоха, определяемого установленной частотой вентиляции и долей вдоха от времени цикла. По истечении времени вдоха ЭМК 3.10 открывается и происходит выдох.

4. Работа аппарата в режиме УИВЛ с АВ.

В фазе выдоха ЭМК 3.7 закрыт, сжатый газ от внешнего источника питания под давлением 400 кПа (4 кгс/см²) через обратный клапан 3.18, ЭР 16.4 и эжектор 16.2 истекает в атмосферу. При этом создается разрежение в линии выдоха, под действием которого газ отсасывается из дыхательных путей пациента, одновременно разрежение через ЭР 3.14 и 3.13 поступает в камеру управления клапана УДВ 3.12 и поддерживает его в открытом состоянии. Изменение значения разрежения осуществляется поворотом рукоятки регулятора 16.1. Обратный клапан 16.3 осуществляет быстрый сброс давления в дыхательном контуре в начале фазы выдоха.

5. Работа аппарата в режиме УИВЛ с ограничением максимального давления конца вдоха.

В момент вдоха, когда давление в дыхательном контуре становится равным заданному значению Рмакс. ЭМК 3.4 закрывается. ЭМК 3.10 продолжает быть закрытым, и вдувание прекращается до истечения заданного времени вдоха, определяемого установленной частотой вентиляции и долей длительности вдоха в дыхательном цикле.

6. Работа аппарата в режиме УИВЛ с помощью пульта дистанционного управления (ПДУ).

При проведении ИВЛ с помощью ПДУ нажатие и удержание клавиши ПДУ переводит аппарат в состояние выдоха. ЭМК 3.4 закрыт, ЭМК 3.10 открыт. Дополнительное нажатие кнопки ПДУ вызывает на время ее нажатия переключение аппарата в фазу вдоха; ЭМК 3.4 открыт, ЭМК 3.10 закрыт. Как только оператор выпускает ПДУ из рук (отпуская тем самым клавишу), аппарат включается в автоматический режим.

7. Работа аппарата в режиме УИВЛ с распылением аэрозоле лекарственных средств. В фазе выдоха сжатый газ под давлением 40 кПа (4 кгс/см²) поступает на вход регулятора 3.21, с выхода которого сжатый газ под давлением 140 кПа (1,4 кгс/см²) через ЭР 3.22 поступает на вход распылителя 6. Аэрозоль распыляется со шланга вдоха 9. В фазе вдоха аэрозоль из шланга вдоха 9 выносится потоком дыхательного газа в легкие пациента через тройник 10.

Влияние ИВЛ на гемодинамику

Лучше всего изучены гемодинамические эффекты ИВЛ. Известно, что внутригрудная гемодинамика во многом зависит от дыхательного цикла. При спонтанном дыхании во время вдоха давление в плевральных полостях снижается до –10 см вод. ст. При этом происходит «присасывание» крови к правому предсердию из полых вен, а также снижается давление в легочных капиллярах, что облегчает приток крови в систему малого круга кровообращения (рис. 1.3.1, а). В норме кровоток в легком во время выдоха составляет 6%, а во время вдоха – 9% от объема циркулирующей крови [Watrous W.G. et al., 1950]. В результате во время вдоха увеличивается систолический выброс (ударный объем) сердца (УОС).

При ИВЛ во время вдувания газовой смеси в трахею внутрилегочное давление повышается до 15 –20 см вод. ст. (иногда выше), а внутриплевральное до 5 –10 см вод. ст. Это приводит к уменьшению притока крови к правому предсердию (рис. 1.3.1, б). Раздуваемые изнутри альвеолы передавливают легочные капилляры, повышается давление в артериях малого круга кровообращения и ухудшается приток крови к легким из правого желудочка. Вследствие этого во время искусственного вдоха снижается УОС [Дворецкий Д.П. и др., 1984, и др.].

 

Рис. 1.3.1 Давление в дыхательных путях, альвеолах и плевральных полостях во время спонтанного (а) и искусственного (б) вдоха.

 

Компенсация снижения венозного притока к сердцу осуществляется за счет повышения периферического венозного давления, что приводит к уменьшению физиологического градиента давлений между артериолами и венулами [Astrup P ., Neykirch A ., 1959]. В результате в паренхиматозных органах может наступить уравновешивание этих давлений, ведущее к капиллягжому стазу и снижению продукции альбуминов в печени. Это в свою очередь вызывает падение онкотического давления плазмы, выход жидкости из капилляров в ткани, сгущение и увеличение вязкости крови, отечность тканей и азотемию.

Многими авторами показано, что отрицательное влияние ИВЛ на внутригрудную гемодинамику зависит от объема циркулирующей крови. При гиповолемии оно проявляется намного сильнее. Большое значение имеет также максимальное и среднее давление в трахее, создающееся при искусственном дыхании. С. A. Hubay (1955), J. С, Рагker и соавт. (1984) в эксперименте показали, что при максимальном давлении 50 см вод. ст. и среднем давлении 6,5 мм вод. ст. блокируется легочное кровообращение и резко повышается проницаемость капиллярной стенки.

Средним давлением называют отношение интегралов кривой давления вдоха и кривой давления выдоха в пределах дыхательного цикла. Среднее давление может быть определено и без графической регистрации – по показаниям сильно демпфированного манометра.

Общепринятым является мнение, что уменьшение вредного влияния ИВЛ на гемодинамику может быть достигнуто путем снижения среднего давления, для чего предложен ряд методов. В первую очередь это укорочение, фазы вдоха [Максимов Б.П., 1978; Berneus В., Carlston A., 1955, и др.]. Рекомендуется проводить ИВЛ при соотношении вдох: выдох не более 1: 1,5. Другим методом является активный выдох [Maloney J.V., Handford S.W., 1954, и др,]. Считается, что включение субатмосферного давления увеличивает венозный возврат к сердцу на 33% (а при сниженном объеме циркулирующей крови – на 100%), уменьшает отек мозга при его травмах и заболеваниях. По мнению ряда авторов, активный выдох особенно необходим у больных с гиповолемией и сердечной недостаточностью, у детей и при хронических заболеваниях легких, сопровождающихся снижением бронхиальной проходимости. В противовес этим представлениям многие исследователи показали, что отрицательное давление во время выдоха не улучшает гемодинамику и отрицательно сказывается на газообмене в легких и их механических свойствах.

С целью снижения среднего давления С.Т. Gray (I960) предложил проводить ИВЛ малыми дыхательными объемами, но с большей частотой (40–60 циклов в минуту). Этот метод нашел сторонников [Малышев В.Д., 1967, и др.], но в настоящее, время применяется крайне редко. В.С. Гигаури (1966) и Т.М. Дарбиняном (1966) предложен метод асинхронного дыхания, т.е. попеременного вдувания воздуха в левое и правое легкое для снижения среднего давления. Указанный метод не нашел распространения, хотя отечественной промышленностью некоторое время выпускался специально предназначенный для этой цели респиратор.

Остановимся на принципиальном отношении к вопросу о влиянии ИВЛ на гемодинамику. Хотя, как сказано выше, практически все авторы находили ту или иную, степень вредного воздействия искусственного дыхания на внутри грудное кровообращение, заметим, что подавляющее большинство исследовании сделано в эксперименте или во время общей анестезии у больных с нормальными легкими. С другой стороны, многолетний клинический опыт показывает, что на практике вредное влияние ИВЛ можно обнаружить и крайне редко. Более того, применение ИВЛ в режиме ПДКВ, при котором внутрилегочное давление повышается до значительного уровня, у большинства больных с острой дыхательной недостаточностью приводит не к снижению, а к увеличению сердечного выброса.

По нашим наблюдениям, даже очень высокое давление в трахее (60–70 см вод. ст.) во время искусственного вдоха у больных со сниженной бронхиальной проходимостью не оказывало сколько-нибудь заметного влияния на, гемодинамику [Кассиль В.Л., 1974, и др.]. Как было показано ранее [Кассиль В.Л., Рябова Н.М., 1977], при высоком сопротивлении дыхательных путей градиент давлений между трахеей и альвеолами (рис. 5) значительно увеличивается. Причина этого явления – увеличение постоянной времени (τ), которая равна произведению растяжимости легких на сопротивление дыхательных путей (С • R). Примерно 95% от давления, создаваемого в трахее, передается в альвеолы за время, равное Зτ [Nor-lander О. R., 1964, и др.]. При увеличении постоянной времени за счет возрастания R выравнивание давления между трахеей и альвеолами происходит гораздо медленней, чем у здорового человека.

 

 

Пример. Если С = 0,25 л/см вод. ст., а R = 5 см вод. ст./ (л • с^-1), то τ = 0,25 • 5 = 1,25 с. При частоте дыхания 18 в минуту и соотношении вдох: выдох 1:2 продолжительностью вдоха (Т_вд) равна 1,1 с. Тогда в конце фазы вдоха давление в альвеолах:

Р_а= (95%·Т_вд (с)) /Зτ (с) = (95·1,1) /3,75 = 27,9% от давления, созданного в конце вдоха в трахее.

Если же R возрастает вдвое, то постоянная времени соответственно увеличивается до 2,5 с. Тогда при тех же условиях:

Р _А1 = (95·1,1) /7,5=13,9% от давления, созданного в трахее.

В этих условиях даже существенное повышение трахеального давления не сопровождается выраженным нарастанием давления в альвеолах. Этим можно объяснить крайне редкое проявление вредного влияния ИВЛ на кровообращение при острой дыхательной недостаточности, которая почти всегда сопровождается нарушением бронхиальной проходимости.

В связи с изложенным широко распространенное в литературе мнение относительно существенного вредного воздействия повышенного трахеального давления при ИВЛ на гемодинамику представляется нам обоснованным главным образом для анестезиологической практики, где у большинства больных нет выраженных острых изменений в легких. При интенсивной терапии тяжелобольных со значительными изменениями механических свойств легких эти опасения, на наш взгляд, во многом преувеличены. По нашему мнению, стремление к обязательному снижению среднего давления в течение дыхательного цикла, которое считается более физиологичным, далеко не всегда целесообразно. Исключение составляют больные с выраженной гиповолемией.

Общие показания к ИВЛ

Несмотря на многочисленные работы, посвященные показаниям к ИВЛ при интенсивной терапии и многолетнее изучение вопроса, его нельзя признать окончательно решенным. Этот вопрос первостепенной важности, так как от своевременности начала во многом зависит эффективность искусственного дыхания. Одна из самых частых ошибок при лечении больных с острой дыхательной недостаточностью – позднее начало ИВЛ.

Ретроспективный анализ показывает, что среди наиболее тяжелого контингента больных с острой дыхательной недостаточностью (массивная кровопотеря, разлитой перитонит, послеродовая эклампсическая кома, критическая черепно-мозговая травма, тяжелая множественная травма, множественный перелом ребер, механическая асфиксия), которым потребовалось длительное проведение ИВЛ, летальность составляла в среднем 55,2%. Но если ИВЛ начинали в пределах первых 3 ч от момента появления дыхательной недостаточности, то летальность равнялась 37,1%, в промежутке от 3 до б ч – 52,5%, позже 6 ч – 80,6% [Кассиль В.Л., 1981]. Однако общеизвестно, что далеко не каждый больной с признаками дыхательной недостаточности нуждается в ИВЛ. Установление точных критериев, позволяющих начать искусственное дыхание своевременно, когда оно становится действительно необходимым, имеет большое практическое значение. Это позволит избежать фатальной потери времени, когда все лечебные мероприятия делаются малоэффективными или бесполезными из-за развития необратимых процессов в органах и тканях вследствие длительной гипоксии.

Показания к ИВЛ следует устанавливать с учетом характера основного патологического процесса, вызвавшего дыхательную недостаточность, патогенеза последней и индивидуальных особенностей больного. Больные различного возраста, с разными заболеваниями и травмами неодинаково переносят гипоксию (и гиперкапнию), по-разному реагируют на нее и имеют неодинаковые компенсаторные возможности. Так, сопротивление дыхательных путей может быть значительно увеличено у больных с хроническими обструктивными заболеваниями легких, но им далеко не всегда показана ИВЛ. У ряда больных с преобладанием рестриктивных процессов и хронически сниженной растяжимостью легких, уменьшенной альвеолярном вентиляцией, постоянно сохраняется гиперкапния. Это само по себе тоже не свидетельствует о необходимости применять ИВЛ во всех случаях. Следовательно, существуют частные показания к искусственному дыханию.

Здесь мы остановимся на общих показаниях к ИВЛ, которые можно условно разделить на две группы: чисто клинические и выявляемые инструментальными методами исследования.

Клинические показания к ИВЛ

В экстренных ситуациях, когда тяжесть состояния больного или отсутствие необходимого оснащения делают невозможным его детальное обследование, показаниями к ИВЛ являются:

1) отсутствие самостоятельного дыхания (апноэ);

2) остро развившиеся нарушения ритма дыхания, патологические ритмы, дыхание агонального типа;

3) учащение дыхания более 40 в минуту, если это не связано с гипертермией (температура тела выше 38,5 °С) или выраженной не устраненной гиповолемией;

4) клинические проявления нарастающей гипоксемии и (или) гиперкапнии, если они не исчезают после проведения консервативных мероприятий: обезболивания, восстановления проходимости дыхательных путей, кислородной терапии, ликвидации опасного для жизни уровня гиповолемии и грубых нарушений метаболизма.

Первые два пункта представляют собой абсолютные показания к ИВЛ (естественно, речь не идет о больных с инкурабельными злокачественными процессами). Остро возникшие нарушения ритма дыхания – свидетельство глубоких нарушений центральной регуляции дыхания. Исключение составляют больные с диффузным атеросклеротическим поражением головного мозга и сердечной недостаточностью. У них нередко возникает дыхание типа Чейна – Стокса, которые удается ликвидировать фармакологическими препаратами.

Учащение дыхания – показание относительное. Цифра 40 является условной, но все же ее можно считать рубежом, после которого может легко наступить декомпенсация самостоятельного дыхания. Тахипноэ приводит к нарушению распределения воздуха в легких и значительному возрастанию отношения V_D/V_Т, требует большого расхода энергии, истощает силы больного. Если после снижения температуры тела, восстановления объема Циркулирующей крови, устранения грубых нарушений метаболизма тахипноэ сохраняется, а тем более имеет место тенденция к его нарастанию, то необходима ИВЛ, тем более что произвести коррекцию метаболических нарушений в условиях сохраняющейся или углубляющейся гипоксии чаще всего не удается.

Наконец, клинические признаки нарастающей дыхательной недостаточности мы считаем одним из наиболее важных критериев. Динамическое наблюдение позволяет выявить и оценить степень выраженности основных симптомов. Особое значение мы придаем нарушениям психики и сознания, которые свидетельствуют о гипоксической энцефалопатии.

В некоторых наблюдениях эти симптомы могут регрессировать после проведения полноценного обезболивания, восстановления проходимости дыхательных путей, ингаляций кислорода. Но если клиника гипоксии быстро нарастает, то ждать эффекта от консервативных мероприятий не следует, показана ИВЛ.

Обмотки статора

5. Тип обмотки. Принимаем двухслойную обмотку с целым числом пазов, приходящихся на один полюс и фазу и сокращенным шагом.

6. Число пазов статора

 (2.5.6.)

 

где q₁=2 – число пазов, приходящихся на полюс и фазу

7. Шаг обмотки статора по пазам

 – полюсной шаг по пазам (2.5.7.)

 

 (2.5.8.)

 

где λ=0,8÷0,85

8. Обмоточный коэффициент обмотки статора

 

 (2.5.9.)

 

где:

 – коэффициент распределения обмотки

 – коэффициент сокращения шага обмотки

1. Выбор отношения потребляемой мощности управляющей обмоткой из сети Р_з [Вт] к потребляемой мощности главной обмотки Р₁:

 

 (2.5.10.)

 

примем

2. Выбор индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки статора для управляющей обмотки.

 (2.5.11)

 

где:  – амплитуда индукции в воздушном зазоре, создаваемая магнитодвижущей силой управляющей обмотки статора, Тл.

- действительная линейная нагрузка статора для управляющей обмотки, а/см.

3. Амплитуды полезных магнитных потоков в воздушном зазоре, создаваемые магнитодвижущей силой главной и управляющей обмоток статора

 

 Вб (2.5.12)

 

 Вб (2.5.13)

 

4. Число витков главной и управляющей обмоток статора.

 

 (2.5.14)

 

где: В (2.5.15)

 

 (2.5.16)

 

В (2.5.17)

 

13. Число проводников в пазах статора

;  (2.5.18)

 

14. Предварительные значения потребляемых токов главной и управляющей обмоток статора при номинальной нагрузке двигателя.

 

 А (2.5.19)

 

 А (2.5.20)

 

15. Сечение и диаметр проводов обмоток статора

 

 мм² (2.5.21)

 

- плотность тока = 3¸5 а/мм²

 мм²

По ГОСТ 2773–51 = 0,066 мм²

 марка провода ПЭЛ

 мм²;  марка провода ПЭЛ

16. Площадь сечения паза статора.

 

 мм² (2.5.22)

где =0,32¸0,44 – коэффициент заполнения паза статора изолированным проводом.

17. Размеры пазов и зубцов статора.

Примем полузакрытые пазы трапециидальной формы с одинаковой толщиной зубца по высоте.

Минимальная допустимая толщина зубца статора:

 

 мм. (2.5.23)

 

где  – максимальная индукция в зубцах статора, может допускаться до 1,2 Тл.

t₁ – зубцовой шаг по окружности расточки статора

 

 мм. (2.5.24)

 

Прорезь паза статора

 

*  мм. (2.5.25)

 

 мм;  мм;

18. Площадь, занимаемая пазовой изоляцией.

 

 мм² (2.5.26)

 

где  – 0,3¸0,5 мм – толщина пазовой изоляции из лакоткани МИС – 0,1 мм (ГОСТ 2214–46) и электрокартона ЭВ – 0,25 мм (ГОСТ 2824–56).

П – периметр паза, П=44 мм.

Площадь, занимаемая клином

 мм²

Проверка технологического коэффициента заполнения части паза статора, занимаемой изолированным проводом.

 

, что вполне допустимо. (2.5.27)

 

19. Средняя длина проводника обмотки статора

 

 мм (2.5.28)

 

для обмотки с сокращенным статором k=1,5.

20. Активные сопротивления главной и вспомогательной обмоток статора при 20^оС

 

 ом (2.5.29)

 

 ом. (2.5.30)

 

21. Активное сопротивление этих обмоток в нагретом состоянии при J^oC

 

 ом; (2.5.31)

 

 ом. (2.5.32)

 

где  – температура нагрева обмотки статора, ^оС (2.5.33)

 температура окружающей среды, ^оС

 – превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды, ^оС.

 

 ом. (2.5.34)

 

22. Удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния обмотки статора:

а) для пазового потока рассеяния

 

 Гн/см.

 

где 0 мм (2.5.35)

 

 мм; 0 мм (2.5.36)

 

 (2.5.37)

 

б) для потоков рассеяния вокруг лобовых частей обмотки статора

 

 Гн/см. (2.5.38)

 

где  мм. (2.5.39)

в) удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния между вершинами зубцов статора

 

 Гн/см (2.5.40)

 

Полная удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния обмотки статора

 

 Гн/см (2.5.41)

 

23. Индуктивное сопротивление цепи намагничивания, приведенное к числу витков главной обмотки статора

 

 ом (2.5.42)

 

где - коэффициент воздушного зазора

 – коэффициент насыщения магнитной цепи двигателя

 – длина одностороннего воздушного зазора между расточкой статора и ротором.

Обмотки ротора

24. Диаметр ротора

 

 мм (2.5.43)

 

Материал – листовая электротехническая сталь марки Э44 толщиной 0,35 мм (ГОСТ 802–58).

25. Число пазов ротора с беличьей клеткой.

При выборе числа пазов ротора необходимо соблюдать следующие условия:

а) для уменьшения влияния тормозящих асинхронных моментов от зубцовых гармоник при вращении ротора.

б) для снижения влияния синхронных моментов от высших гармоник при пуске двигателя

, где g=1, 2, 3…

в) во избежание тормозящих синхронных моментов от высших гармоник при вращении ротора

г) для уменьшения одностороннего притяжения ротора к расточке статора и радиальных вибрационных сил

В итоге принимаем Z₂=14.

26. Токи стержня и короткозамыкающих колец ротора

 

 А (2.5.44.)

 

где k=0,3¸0,6; m₁=1.

 

 А. (2.5.45.)

27. Сопротивление беличьей клетки ротора.

Активное сопротивление ротора, приведенное к главной обмотке статора, при рабочей температуре двигателе должно быть ; примем  ом (при  ом).

Материал для стержней – никелин, электропроводность  м/ом×мм² при 20^оС.

Короткозамыкающие кольца выпускаются из красной меди с  м/ом×мм² при 20^оС.

Коэффициенты увеличения сопротивлений никелина и меди при повышении температуры нагрева ротора до ^оС соответственно будут: .

Приведенное активное сопротивление ротора

 

 (2.5.46)

 

следовательно:  ом (2.5.47)

 

Размеры беличьей клетки ротора.

Поперечное сечение короткозамкнутого кольца

 

 мм², где  А/мм² – плотность тока (2.5.48)

 

Ширина кольца принята  мм, тогда толщина кольца

 

 мм (2.5.49)

 

Активное сопротивление сегмента короткозамкнутого кольца между двумя стержнями:

 

 (2.5.50)

 

где  мм. (2.5.51)

 

Активное сопротивление стержня.

 

 ом. (2.5.52)

 

Поперечное сечение стержня.

 

 мм². (2.4.53)

 

Диаметр стержня ротора

 

 мм. (2.5.54)

 

Плотность тока в стержне

 

 А/мм², что вполне допустимо, т. к.  А/мм²

(2.5.55)

28. Размеры пазов и зубцов ротора.

 

 мм (2.5.56)

 

Проверка максимальной индукции в узком сечении зубца ротора.

 

 Тл (2.5.57)

 

29. Удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния беличьей клетки ротора.

а) для пазового потока рассеяния

 

 Гн/см (2.5.58)

 

б) для потоков рассеяния между вершинами зубцов ротора

 

 Гн/см (2.5.59)

 

в) для потоков рассеяния вокруг короткозамкнутых колец

 

 Гн/см (2.5.60)

 

Тогда полная удельная магнитная проводимость для потоков рассеяния беличьей клетки ротора.

 Гн/см. (2.5.61)

 

30. Индуктивное сопротивление беличьей клетки ротора, приведенное к числу витков главной обмотки статора.

 

 ом. (2.5.62)

 

Магнитная система электродвигателя

31. Величина наружной поверхности корпуса двигателя, включая два подшипниковых щита.

 

 мм² (2.5.63)

 

где  Вт/см² – удельная тепловая нагрузка при превышении температуры поверхности корпуса над температурой окружающей среды.

32. Наружный диаметр корпуса двигателя.

 

 мм, (2.5.64)

 

где 0 мм – длина корпуса. (2.5.65)

 

По ГОСТ 6636–60 0 мм;  мм.

33. Наружный диаметр пакета стали статора.

 

 мм, (2.5.66)

где - толщина корпуса двигателя.

34. Высота сердечника пакета статора.

 

 мм. (2.5.67)

 

Проверка индукции в сердечнике статора

 

 Тл, что вполне допустимо т. к.  Тл.

 

35. Магнитодвижущая сила для воздушного зазора:

коэффициент воздушного зазора

 

, (2.5.68)

 

тогда магнитодвижущая сила для воздушного зазора

 

 (2.5.69)

 

36. Магнитодвижущая сила для зубцов статора.

 

 Тл, тогда (2.5.70)

 

магнитодвижущая сила для зубцов статора

 

, (2.5.71)

где  для стали марки Э12.

37. Магнитодвижущая сила для сердечника статора:

индукция в сердечнике статора.

 

 Тл; (2.5.72)

 

Средняя длина пути магнитного потока в сердечнике

 

 мм, тогда (2.5.73)

 

магнитодвижущая сила для сердечника статора

 

, (2.5.74)

 

где  для стали марки Э12.

38. Магнитодвижущая сила для зубцов ротора:

индукция по минимальному сечению зуба

 

 Тл, тогда (2.5.75)

 

магнитодвижущая сила для зубцов ротора

 

, (2.5.76)

 

где для стали марки Э12.

39. Магнитодвижущая сила для сердечника ротора:

индукция в сердечнике ротора

 Тл, (2.5.77)

 

где  мм – высота сердечника ротора (2.5.78.)

 

 мм – диаметр вала. (2.5.79)

 

Средняя длина пути магнитного потока в роторе:

 

 мм, тогда (2.5.80)

 

магнитодвижущая сила для сердечника ротора:

 

, (2.5.81)

 

где  для стали марки Э12.

40. Общая магнитодвижущая сила холостого хода главной обмотки статора.

 

 (2.5.82)

 

Коэффициент насыщения магнитной системы двигателя

 

 (2.5.83)

 

Ток холостого хода электродвигателя

41. Реактивная составляющая тока холостого хода двигателя.

 А. (2.5.84)

 

42. Масса стали статора асинхронного двигателя.

а) масса зубцов статора

 

 кг; (2.5.85)

 

б) масса сердечника статора

 

 кг, (2.5.86)

 

где  мм – диаметр окружности основания пазов статора.

43. Магнитные потери в активной стали.

Магнитные потери в зубцах статора

 

 Вт (2.5.87)

 

Магнитные потери в сердечнике статора

 

 Вт, (2.5.88)

 

где  Вт/кг – удельные потери в стали марки Э12 – 0,5 мм при индуктивности 1 Тл и частоте 50 Гц по ГОСТ 802–58.

Общие магнитные потери в стали статора

Вт. (2.5.89)

 

44. Потери в меди обмотки статора при холостом ходе приближенно равны:

 

 Вт. (2.5.90)

 

45. Электрические, магнитные и механические потери холостого хода двигателя

 

 Вт. (2.5.91)

 

46. Активная составляющая тока холостого хода

 

 А. (2.5.92)

 

47. Ток холостого хода двигателя

 

 А. (2.5.93)

 

48. Активное сопротивление намагничивающего контура, эквивалентное магнитным потерям в стали статора

 

 (2.5.94)

 

Потери и К.П.Д. двигателя

49. Потери в меди обмоток статора и ротора.

 Вт; (2.5.95)

 

, (2.5.96)

 

где  Вт.

50. Магнитные потери в стали статора.

 Вт из пункта 42.

51. Механические потери в двигателе:

потери на трение в подшипниках

 

 Вт, (2.5.97)

 

где ; - скорость вращения ротора при нагрузке.

Масса ротора с беличьей клеткой

 

 кг (2.5.98)

 

Потери на трение ротора в воздухе

 

 Вт. (2.5.99)

Полные механические потери в двигателе

 

 Вт. (2.5.100)

 

52. Общие потери в двигателе при нагрузке.

 

 Вт, (2.5.101)

где - коэффициент, учитывающий добавочные потери в двигателе.

53. Потребляемая асинхронным двигателем активная мощность из сети.

 

 Вт. (2.5.102)

 

По условию  Вт.

Тепловой расчет двигателя.

1. Превышение температуры статора двигателя.

Удельные потери:

 

В меди обмотки статора:  (2.5.103)

 

В стали статора:  (2.5.104)

 

Трения:  (2.5.105)

 

2. Междувитковая изоляция проводников в пазу:

 

 мм (2.5.106)

 

где

3. Общая толщина изоляции от меди до стенки паза:

 мм, (2.5.107)

 

где d_и=0,3 мм.-толщина пазовой изоляции и изоляции одной стороны проводника.

4. Результирующий коэффициент теплоотдачи наружной поверхности статора:

 

, (2.5.108)

 

где a – коэффициент теплопроводности междувитковой изоляции проводов в пазу и пазовой изоляции.

5. Среднее превышение температуры обмотки статора над окружающей средой.

 

 (2.5.109)

 

Расчет надежности

 

Свойство изделия, обеспечивающее его возможность выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки, называют надежностью системы. Для медицинской промышленности проблема надежности имеет большое значение. Во-первых выход из строя медицинской техники приводит к ее простою, а это ухудшает показатели системы массового обслуживания, в которой эта техника работает; во-вторых, возникает проблема квалифицированного ремонта, которую, учитывая специфику работы учреждений здравоохранения, решить не просто; в-третьих, неисправность медицинской техники может вызвать крайне нежелательные проблемы для пациента: врач может поставить неверный диагноз или нарушить требуемую дозировку терапевтического воздействия. Наконец, в ряде случаев, если устройство входит в систему жизнеобеспечения (например, наркозная или реанимационная техника), отказ в устройстве создает непосредственную угрозу жизни больного. Такой же результат наблюдается и в случае отказа, нарушающего электробезопасность устройства.

Правильный выбор и назначение показателей надежности зависят в основном от той функциональной задачи, которую выполняет изделие в лечебно – диагностическом процессе.

В данном разделе проводится расчет надежности блока управления аппарата искусственной вентиляции легких «Спирон-201».

Блок управления содержит следующие элементы: плата питания ИМ, плата питания ИС, плата ввода – вывода, плата управления индикацией, микроконтроллер, плата питания ВИП.

Коэффициенты нагрузки, интенсивности отказов и поправочные коэффициенты взяты из справочников [2,3,4] и сведены в таблицах 2.6.1, 2.6.2, 2.6.3.2.6.4, 2.6.5. Рабочая температура дается в соответствии с паспортными данными прибора по [1].

Для повышения вероятности безотказной работы соединителей и дорожек монтажных применено их дублирование. Следовательно, вероятность безотказной работы соединителей и дорожек монтажных рассчитывается по формулам:

 

P_п(t) = 1 – (1 – e^{-λс t})² (2.6.1)

 

P_Д(t) =1 – (1 – e^{-λД t})² (2.6.2)

Вероятность безотказной работы остальных элементов блока управления определяется уточненным средне – групповым методом по формуле:

 

, (2.6.3)

 

где l_i- интенсивность отказа элемента;

 

P_{общ i}(t) = P_c(t)· P_д(t)·P(t) (2.6.4)

 

Вероятность безотказной работы всего блока управления рассчитывается по формуле:

P _у = å P_{общ i}(t) (2.6.5)

 

Вероятность безотказной работы рассчитывается в течение заданной наработки на отказ и в течении средней интенсивности эксплуатации.

Рассчитаем вероятность безотказной работы платы питания ВИП (таблица 2.6.1)

L=ål_I=1,0345*10^-6

P_{общ. 1}(2000)= e^{-L 2000}= e^-0,0021=0,997

P_{общ. 1}(8)= e^{-L 8}= e^-0,00=0,99997

Рассчитаем вероятность безотказной работы платы ввода – вывода (таблица 2.6.2)

L=ål_I=26,51*10^-6

P(2000)= e^{-L 2000}= e^-0,053=0,988

P(8)= e^{-L 8}= e^-0,00021=0,9997

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lп 2000})=1 – (1 – e^-0,002)=0,99999

P_п(8)= 1 – (1-e^{-lп 8)}=1 – (1 – e^-0,000008)=0,999999999

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lд 2000})=1 – (1 – e^-0,003)=0,99999

P_д(8)= 1 – (1-e^{-lд 8)}=1 – (1 – e^-0,000012)=0,99999998

Р_{общ. 2}(2000)= Р(2000)×Р_д(2000)×Р_п(2000)=0,988×0,99999×0,99999=0,988

Р_{общ. 2}(8)= Р(8)×Р_д(9)×Р_п(8)=0,9997×0,999999999×0,99999998=0,9996

2.6.3 Рассчитаем вероятность безотказной работы платы питания ИМ (таблица 2.6.3)

L=ål_I=2,773*10^-6

P(2000)= e^{-L 2000}= e^-0,00555=0,9988

P(8)= e^{-L 8}= e^-0,000022=0,99999

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lп 2000})=1 – (1 – e^-0,0005)=0,999999

P_п(8)= 1 – (1-e^{-lп 8)}=1 – (1 – e^-0,000002)=1

P_д(2000)= 1 – (1-e^{-lд 2000})=1 – (1 – e^-0,00093)=0,999999

P_д(8)= 1 – (1-e^{-lд 8)}=1 – (1 – e^-0,0000037)=1

Р_общ.3(2000)= Р(2000)×Р_д(2000)×Р_п(2000)=0,9988×0,999999×0,999999=0,998

Р_общ.3(8)= Р(8)×Р_д(8)×Р_п(8)=0,99999×1×1=0,99999

Рассчитаем вероятность безотказной работы платы питания МС (таблица 2.6.4)

L=ål_I=15,7857*10^-6

P(2000)= e^{-L 2000}= e^-0,0318=0,989

P(8)= e^{-L 8}= e^-0,000127=0,9998

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lп 2000})=1 – (1 – e^-0,00074)=0,999999

P_п(8)= 1 – (1-e^{-lп 8)}=1 – (1 – e^-0,0000029)=1

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lд 2000})=1 – (1 – e^-0,00138)=0,99999

P_д(8)= 1 – (1-e^{-lд 8)}=1 – (1 – e^-0,0000055)=1

Р_общ.4(2000)= Р(2000)×Р_д(2000)×Р_п(2000)=0,989×0,999999×0,99999=0,98899

Р_общ.4(8)= Р(8)×Р_д(9)×Р_п(8)=0,9998×1×1=0,9998

Рассчитаем вероятность безотказной работы платы управления индикацией (таблица 2.6.5)

L=ål_I =28,1*10^-6

P(2000)= e^{-L 2000}= e^-0,0562=0,98

P(8)= e^{-L 8}= e^-0,00022=0,9997

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lп 2000})=1 – (1 – e^-0,0014)=0,999999

P_п(8)= 1 – (1-e^{-lп 8)}=1 – (1 – e^-0,0000058)=1

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lд 2000})=1 – (1 – e^-0,0039)=0,99998

P_д(8)= 1 – (1-e^{-lд 8)}=1 – (1 – e^-0,00002)=1

Р_общ.5(2000)= Р(2000)×Р_д(2000)×Р_п(2000)=0,98×0,999999×0,99998=0,98

Р_общ.5(8)= Р(8)×Р_д(9)×Р_п(8)=0,9997×1×1=0,9997

Вероятность безотказной работы всего блока управления

Р_у.(2000)=Р_общ.1(2000)×Р_общ.2(2000) ×Р_общ.3(2000) ×Р_общ.4(2000)

×Р_общ.5(2000) × Р_общ.6(2000),

Р_у.(8)=Р_общ.1(8)×Р_общ.2(8) ×Р_общ.3(8) ×Р_общ.4(8)

×Р_общ.5(8) × Р_общ.6(8),

где Р_общ.6(2000)=0,989 и

Р_общ.6(8)=0,9998 – вероятность безотказной работы микроконтороллера.

Р_у(8)= 0,9996×0,99997×0,99999×0,9998×0,9997×0,9998=0,9988

Р_у(2000)=0,997×0,988×0,998×0,98899×0,98×0,989=0,968

Полученная вероятность безотказной работы соответствует ГОСТу Р50444–92 для изделий класса А.

Определим среднюю наработку до отказа:

 

Т=1/L_общ,

 

L_общ.=88,56 – суммарный поток отказов.

Т=1/88,56×10³=11290 часов.

 

Наименование и тип элемента	Обозначение по чертежу	Количество Ni	Интенсивность отказа при номинальном режиме l0i *10-6 1/ч	Режим работы		Поправочный Коэффициент   Аi	Интенсивность отказов i-го элемента   Аi * loi *10-6, 1/ч	Интенсивность отказа изделия Из-за элементов i-го типа Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
				Коэф-т нагрузки Кн	Температура рабочая Т,о С
Микросхемы: К142ЕН9Е	D1	1	0,1	0,5	40	1	0,1	0,1
Резисторы: С2-33Н – 0,5–75 ОМ±5%   С2-33Н – 0,5–3 кОМ±5%   Конденсаторы:   К50–24–63В-2200 мкФ   К73–11–250В – 0,33 мкФ   К50–24–63В-100мкФ Прибор выпрямительный КЦ402А Индикатор единичный АЛ307КМ Вилка РШ 2НМ-1–5   Пайка Провода	R1…R3     R4     С1   С2     С3   V1     V2   X1	3     1     1   1     1   1     1   1   24 18	0,04     0,04     0,135   0,035     0,135   0,02     0,2   0,01   0,004 0,015	0,5     0,5     0,9   0,9     0,9   0,5     0,8   1   1 1	40     40     40   40     40   40     40   40	2,5     2,5     0,9   0,9     0,9   0,6     1,19   1   1 1	0,1     0,1     0,1215   0,0315     0,1215   0,012     0,238   0,01   0,004 0,015	0.3     0,1     0,1215   0,0315     0,1215   0,012     0,238   0,01   0,096 0,27

 

Таблица 2.6.2. Плата ввода – вывода

Наименование и тип элемента	Обозначение по чертежу	Количество Ni	Интенсивность отказа при номинальном режиме l0i *10-6 1/ч	Режим работы		Поправочный Коэффициент   Аi	Интенсивность отказов i-го элемента   Аi * loi *10-6, 1/ч	Интенсивность отказа изделия Из-за элементов i-го типа Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
				Коэф-т нагрузки Кн	Температура рабочая Т,о С
Микросхемы: КР1006ВИ1 КР544УД1В   К555ЛН1   К155ЛП9 КР590КН6 К1113ПВ1А К555ЛН2 К155ЛП10 К155ЛП11 К555ЛАЗ	D2 D3, D4, D8   D1, D9, D10   D5, D11 D12 D13 D14, D17 D15 D16 D19… D22	1 3   3   2 1 1 2 1 1 4	0,1 0,1   0,1   0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1	0,5 0,5   0,5   0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5	40	1	0,1	0,1 0,3   0,3   0,2 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,4
Резисторы: С2–33Н – 0,125–3 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,125–820Ом±5%-А-Д     С2–33Н – 0,125–3,9кОм±5%-А-Д С2–33Н – 0,125–10кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,125–75кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,125–4,7кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,125- 3,3 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,125–330Ом±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–160 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–8,2 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,5–510 Ом±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–560Ом±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–240 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,5–2 Ом±5%-А-Д   СП5–22В-1Вт – 1,5 кОм±10%   СП5–22В-1Вт-10 кОм±10%   СП5–22В-1Вт – 1,0 кОм±10%   Конденсаторы: КМ-5б-Н90–0,033 мкФ   КМ-5б-Н90–0,1 мкФ     К53–14–32В-15 мкФ±30%   К53–14–25В-22 мкФ±30%   К50–16–50В-100 мкФ-В   Диод полупроводниковый КД521В   Транзистор КT1817В   Транзистор КТ315В   Транзистор КТ819В   Индикатор единичный АЛ307Км   Вилка СНП58–64/94х9В-23–2–0 Пайка Провода	R1, R2, R9, R10     R3, R19, R29R31, R33, R34, R36, R42, R46, R53…R55   R4, R5   R6, R8     R11, R12     R13..R15, R17, R18, R28, R77…R82   R20     R21…R26, R47…R52     R37     R38     R39   R65…R70 R89…R94   R71…R76, R95…R100     R82…R88   R7     R5, R16, R35, R40, R41   R27       С1     С2, С3, С5, С9…С20     С4     С21, С22     С23   V1, V2       V3   V10     V25…V30     V4…V9 V13…V18     X1, X2	4     13   2   2     2     12     1     12   1     1     1     12     12     7   1     5     1   1     15   1     2     1   2   1   1     6     12   2   260 104	0,04     0,04   0,04   0,04     0,04     0,04     0,04     0,04   0,04     0,04     0,04     0,04     0,04     0,04   0,053     0,053     0,053   0,6     0,6   0,6     0,6     0,135   0,2   0,5   0,5     0,5     0,2   0,01   0,004 0,015	0,5     0,5   0,5   0,5     0,5     0,5     0,5     0,5   0,5     0,5     0,5     0,5     0,5     0,5   0,5     0,5     0,5   0,9     0,9   0,5     0,5     0,9   0,8   0,8   0,8     0,8     0,8   1   1 1	40     40   40   40     40     40     40     40   40     40     40     40     40     40   40     40     40   40     40   40     40     40   40   40   40     40     40   40	2,5     2,5   2,5   2,5     2,5     2,5     2,5     2,5   2,5     2,5     2,5     2,5     2,5     2,5   0,3     0,3     0,3   0,7     0,7   2     2     0,9   1,19   0,9   0,9     0,9     1,19   1   1 1	0,1     0,1   0,1   0,1     0,1     0,1     0,1     0,1   0,1     0,1     0,1     0,1     0,1     0,1   0,0159     0,0159     0,0159   0,42     0,42   1,2     1,2     0,1215   0,238   0,45   0,45     0,45     0,238   0,01   0,004 0,015	0,4     0,13   0,2   0,2     0,2     0,12     0,1     0,12   0,1     0,1     0,1     0,12     0,12     0,7   0,0159     0,0795     0,0159   0,42     6,3   1,2     2,4     0,1215   0,476   1   1     6     2,856   0,02   1,04 1,56

L=ål_I=26,51*10^-6

 

Таблица 2.6.3. Плата питания ИМ

Наименование и тип элемента	Обозначение по чертежу	Количество Ni	Интенсивность отказа при номинальном режиме l0i *10-6 1/ч	Режим работы		Поправочный Коэффициент   Аi	Интенсивность отказов i-го элемента   Аi * loi *10-6, 1/ч	Интенсивность отказа изделия Из-за элементов i-го типа Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
				Коэф-т нагрузки Кн	Температура рабочая Т,о С
Микросхемы: КР142ЕН9Е КР142ЕН9Д	D1 D2	1 1	0,1 0,1	0,5 0,5	40 40	1 1	0,1 0,1	0,1 0,1
Резисторы: С5–16МВ-5Вт – 5,1 Ом±1%   С5–16МВ-2Вт – 0,1 Ом±1%   С5–33Н – 0,5–3,0 кОм±5%-А-Д	R1, R2,     R3, R4     R5, R6	2     2     2	0,04     0,04     0,04	0,5     0,5     0,5	40     40     40	0,1     0,1     0,1	0,004     0,004     0,004	0,008     0,008     0,008
Конденсаторы: К50–24–63В-2200 мкФ±80   К73–11–250В – 0,33 мкФ±10%   К50–24–63В-100 мкФ	С1, С2     С3, С4     С5, С6	2     2     2	0,135     0,035     0,135	0,9     0,9     0,9	40     40     40	0,9     0,9     0,9	0,1215     0,0315     0,1215	0,243     0,063     0,243
Диод полупроводниковый КД227А   Транзистор КТ818В   Светодиод АЛ307КМ   Вилка СНП58–64/94х-9В-23–2–0 Пайка Провода	V1…V8     V9…V12     V13,V14     X1, X2	8     4     2     2     64 31	0,2     0,5     0,2     0.01     0,004 0,015	0,8     0,8     0,8     1     1 1	40     40     40     40	1,19     0,9     1,19     1     1 1	0.238     0,45     0,238     0,01     0,004 0,015	1,904     1,8     0,476     0,02     0,256 0,465

 

L=ål_I=2,773*10^-6

Таблица 2.6.4. ПЛАТА ПИТАНИЯ МС

Наименование и тип элемента	Обозначение по чертежу	Количество Ni	Интенсивность отказа при номинальном режиме l0i *10-6 1/ч	Режим работы		Поправочный Коэффициент   Аi	Интенсивность отказов i-го элемента   Аi * loi *10-6, 1/ч	Интенсивность отказа изделия Из-за элементов i-го типа Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
				Коэф-т нагрузки Кн	Температура рабочая Т,о С
Микросхемы: КР142ЕН8Е КР142ЕН8Д КР142ЕН5А	D1, D3 D2, D5 D4	2 1 1	0,1 0,1 0,1	0,5 0,5 0,5	40	1	0,01	0,02 0,01 0,01
Резисторы: С2–33Н – 0,125–3 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,125–820Ом±5%-А-Д     С2–33Н – 0,125–3,9кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,125–10кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,125–75кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,125–4,7кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,125–3,3 кОм±5%-А-Д С2–33Н – 0,125–330Ом±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–160 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–8,2 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,5–510 Ом±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–560Ом±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–240 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,5–2 Ом±5%-А-Д   СП5–22В-1Вт – 1,5 кОм±10%   СП5–22В-1Вт-10 кОм±10%   СП5–22В-1Вт – 1,0 кОм±10%     Диоды: Полупроводниковый КД227А   Полупроводниковый КД209А   Транзистор КТ818Б   Светодиод АЛ307КМ     Пайка Провода	R1, R2, R9, R10   R3, R19, R29…R31, R33, R34, R36, R42, R46, R53…R55   R4, R5     R6, R8   R11, R12     R13..R15, R17, R18, R28, R77…R82 R20   R21…R26, R47…R52   R37     R38     R39     R65…R70     R71…R76     R82…R88     R7     R5, R16, R35, R40, R41     R27       V1…V4     V5…V16     V17, V18     V19…V23	4     13     2     2   2   12   1   12     1     1     1     5     5     7     1     5   1   4     12     2     5     93 46	0,04     0,04     0,04     0,04   0,04   0,04   0,04   0,04     0,04     0,04     0,04     0,04     0,04     0,04     0,053     0,053   0,053   0,2     0,2     0,5     0,2     0,004 0,015	0,5     0,5     0,5     0,5   0,5   0,5   0,5   0,5     0,5     0,5     0,5     0,5     0,5     0,5     0,5     0,5   0,5   0,8     0,8     0,8     0,8     1 1	40     40     40     40   40   40   40   40     40     40     40     40     40     40     40     40   40   40     40     40     40	2,5     2,5     2,5     2,5   2,5   2,5   2,5   2,5     2,5     2,5     2,5     2,5     2,5     2,5     0,3     0,3   0,3   1,19     1,19     0,9     1,19     1 1	0,1     0,1     0,1     0,1   0,1   0,1   0,1   0,1     0,1     0,1     0,1     0,1     0,1     0,1     0,0159     0,0159   0,0159   0,238     0,238     0,45     0,238     0,004 0,015	0,4     1,3     0,2     0,2   0,2   1,2   0,1   1,2     0,1     0,1     0,1     0,5     0,5     0,7     0,0159     0,0795   0,0159   0,952     2,856     0,9     1,19     0,372 0,69

L=ål_I=15,7857*10^-6

 

Таблица 2.6.5. Плата управления индикацией

Наименование и тип элемента	Обозначение по чертежу	Количество Ni	Интенсивность отказа при номинальном режиме l0i *10-6 1/ч	Режим работы		Поправочный Коэффициент   Аi	Интенсивность отказов i-го элемента   Аi * loi *10-6, 1/ч	Интенсивность отказа изделия Из-за элементов i-го типа Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
				Коэф-т нагрузки Кн	Температура рабочая Т,о С
Микросхемы: К555ЛН1   К555ЛН2 К155ИД10	D1, D3, D5… D7 D2 D4	5   1 1	0,1   0,1 0,1	0,5   0,5 0,5	40	1	0,1	0,5   0,1 0,1
Резисторы: С2–33Н – 0,25–1,6 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–2,2 кОм±5%-А-Д     С2–33Н – 0,25–1,3 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–560 кОм±5%-А-Д   С2–33Н-2–300 Ом±5%-А-Д     С2–33Н – 0,25–5,1 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–270 Ом±5%-А-Д     С2–33Н – 0,25–470 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–220 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–1,2 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–300Ом±5%-А-Д     С2–33Н – 0,25–4,7 кОм±5%-А-Д     С2–33Н – 0,25–3,0 кОм±5%-А-Д   С2–33Н – 0,25–240 кОм±5%-А-Д	R1     R2   R3     R4, R59     R5, R60       R6…R13     R14       R15…R17     R18…R24, R39…R42, R47…R50 R43…R46     R25…R31 R51…R54     R32…R38 R55…R58 R74…R84     R61…R71     R72, R73	1     1   1     2     2   8     1   3   15   4     11     22   11     2	0,04     0,04   0,04     0,04     0,04   0,04     0,04   0,04   0,04   0,04     0,04     0,04   0,04     0,04	0,5     0,5   0,5     0,5     0,5   0,5     0,5   0,5   0,5   0,5     0,5     0,5   0,5     0,5	40     40   40     40     40   40     40   40   40   40     40     40   40     40	2,5     2,5   2,5     2,5     2,5   2,5     2,5   2,5   2,5   2,5     2,5     2,5   2,5     2,5	0,1     0,1   0,1     0,1     0,1   0,1     0,1   0,1   0,1   0,1     0,1     0,1   0,1     0,1	0,1     0,1   0,1     0,2     0,2   0,8     0,1   0,3   1,5   0,4     1,1     2,2   1,1     0,2
Конденсаторы: К53–14–32В – 15,0 мкФ±30%   К73–11а-250В – 10,33 мкФ±10%   К73–11а-630В – 0,022 мкФ±10%   К73–11а-250В – 1,0 мкФ±10%   КМ-5б-Н90–0.1 мкФ±10%	С1     С2, С3     С4, С5     С6     С7…С13	1     2     2     1     7	0,6     0,035     0,035     0,035     0,6	0,56     0,9     0,9     0,9     0,9	40     40     40     40	2     0,9     0,9     0,9     0,7	1,2     0,0315     0,0315     0,0315     0,42	1,2     0,063     0,063     0,0315     2,94
Трансформатор Транзистор КТ819В     Транзистор КТ605ЕМ     Диод полупроводниковый КД424А     Вилка СНП58–64/94х9В-23–2-Вилка Онп-ВС-39–16/40,5х62-В53 Пайка Провода	T1 V1, V2       V12…V37       V4…V8         X1, X2   X3, X4	1 2   26   5     2   2     184 130	0,025 0,56   0,5   0,2     0,01   0,01     0,004 0,015	1 0,8   0,8   0,8     1   1     1 1	40 40   40   40     40   40	5,2 0,9   0,9   1,19     1   1     1 1	0,13 0,504   0.504   0,238     0,01   0,01     0,004 0,015	0,13 1,008   13,1   1,19     0,02   0,02     0,736 1,95

L=ål_I=28,1*10^-6

Технологическая часть

Статический режим

В том случае если не прошли тесты «Бегущая единица» и «Бегущий ноль» собираем схему 3.3.4.

 

Схема соединения 3.3.4

 

В этом случае устройство испытания подключается к микропроцессору I8080А микроконтроллера с помощью кабеля с клипсой. При этом нужно отсоединить сигнал RDY (ножка 23) от цепи и присоединить сигнал готовность от устройства испытания через кабель. Переключатели «ПКШД» и «ПКША» нажаты. Тумблеры «Зп.» и «Чт.» подняты, т.е. режимы записи и чтения не используются.

После установки тестового ПЗУ2 и включении питания мы можем контролировать в пошаговом режиме выполнение тестовой программы микропроцессора I8080А. Кнопки «Гт.» и «Синх.» в нажатом положении.

При каждом нажатии кнопки «Ш» (шаг) выполняется один цикл команды. На светодиодах «ША» высвечивается адрес выполняемой команды, а на светодиодах «ШД» высвечивается код выполняемой команды. При этом на светодиодах «СС» (слова состояние) высвечивается код, который соответствует состоянию микропроцессора в данном цикле выполнения команд.

 

 

Экономическая часть

Расчет капитальных затрат.

Затраты на разработку и изготовление нового образца изделия и внедрение его в производство определяют по формуле:

 

К_вн=З_пк+З_тех+З_ин+З_ко+З_ис+З_кд,                                      (4.2.1)

 

где,

З_пк – затраты на проектирование и конструирование нового изделия;

З_ин – затраты на изготовление нового изделия;

З_тех – расходы на разработку технологических процессов;

З_ко – расходы на конструирование и изготовление техоснастки;

З_ис – расходы на испытания;

З_кд – расходы на корректировку технологической документации;

Затраты определим методом прямого счета. Этот метод предполагает подробный расчет всех составляющих затрат на разработку и изготовление нового изделия.

Затраты на конструкторскую разработку. Затраты на проектирование З_пк могут быть определены в соответствии с нормами времени и расценками на все виды проектно-конструкторских работ по формуле:

 

З_пк=Т_к Ч_с                                          (4.2.2)

 

где,  

Т_к – трудоемкость ПКР, чел./ч;

Ч_с – стоимость одного чел./руб.

Трудоемкость ПКР можно определить по формуле:

 

Т_к=åt_k×A×K_ki×K_ri, [чел./ч],                              (4.2.3)

 

где,

t_k-трудоемкость ПКР на определенный формат чертежа чел./ч

А – число чертежей (листов) соответствующего формата;

К_ki,К_ri-коэффициенты новизны и сложности.

 

Таблица 1. Коэффициенты для расчета трудоемкости конструкторских работ

Формат и характеристика чертежа	Число Чертежей А	Трудоемкость tki	Коэффициент конструктивной сложности Кki			Коэффициент графической сложности Кri
А1-микроконтроллер А1 – генератор вдоха	1 1	26,4 33,6		1 1,3	1,0 1,0

 

Т_к=26,4×1×1+33,6×1,3×1=70,08 чел./ч

Величина: Ч_с=125/(24*8)=0,65 руб.

Находим величину затрат на ПКР:

З_пк=70,08×0,65=45,552 руб.

Заключение

 

В данном дипломном проекте была проведена модернизация блока управления аппарата искусственной вентиляции легких «Спирон-201» с целью повышения надежности. Для этого отечественные микросхемы, входящие в состав микроконтроллера были заменены на их зарубежные аналоги. В результате этого повысилась вероятность безотказной работы блока управления, а так же повысилась средняя наработка на отказ в 5 раз. Так же для повышения надежности был экранирован блок печатных плат, входящий в блок управления. А в расчетно–конструкторской части была рассчитана толщина экрана D=0,3 мм.

В блоке генератора вдоха на выходном валу асинхронного двигателя был установлен тахогенератор и в расчетно-конструкторской части было проведено моделирование полученной следящей системы. В результате моделирования было установлено, что тахогенератора устраняет колебания и улучшает параметры переходного процесса.

Так же в расчетно-конструкторской части дипломного проекта был проведен расчет основных параметров следящей системы и расчет основных параметров электродвигателя.

 

Список используемой литературы

 

1. Паспорт на аппарат искусственной вентиляции легких «Спирон – 201» №-706 Т А2.832.040 ПС.КХ 1992 г.

2. Половко А.М., Маликов И.М. «Сборник задач по теории надежности»; М:1974

3. Голинкевич Т.А. «Прикладная теория надежности», М: 1980

4. Никулин С.М. «Надежность элементов РЭА», М: 1979

5. http:www.elstandart. spb.ru (rus/dest/dest_3_1_4_1.html).

6. MIL – HDBK – 217 F

7. «Несущие конструкции РЭА»/Под ред. Овсищер П.И., Голованов Ю.В., Ковешников В.П. и др. – М.:Радио и свяхь, 1988

8. «Конструирование приборов» /Под ред. В. Краузе. Пер. с нем. В.Н. Пальянова; – Кн.1 – М.:Машиностроение, 1987

9. Буловский П.И., Зайндберг М.Г. «Надежность приборов систем управления». Справочное пособие. Л., «Машиностроение», 1975

10. Н.П. Ермолин «Электрические машины малой мощности», издательство «Высшая школа», М, 1967

11. Справочник по электрическим машинам. В двух томах./ Под общей редакцией И.П. Копылова, Б.К. Клокова – М., Энергоатомиздат, 1989

12. К.Я. Стародуб, Н.Н. Михайлов «Синхронные передачи и следящие системы», М., «Машиностроение», 1971

13. Н.Н. Щелкунов, А.П. Дианов «Микропроцессорные средства и системы», М.: Радио и связь, 1989

14. ГОСТ Р 50444–92 «Приборы, аппараты и оборудования медицинские».

15. ГОСТ Р 50267.04–99. «Изделия медицинские электрические ч. 1. Общие требования безопасности. Требования к программируемым медиинским электронным системам.

16. Коршунов Ф.П., Богатырев Ю.А., Вавилов В.Л. Воздействия радиации на интегральные микросхемы. – М., наука и техника, 1986

17. Гальперин Ю.С. О применении международных стандартов в практике разработки АИВЛ. // Мед. Техника. – .М. Медицина –1000 – №3. - с. 8–10.

18. Всеволод Бурцев Возможности использования зарубежной элементной базы. // Живая электроника России 2002. – М., 2002 – №4 – с. 33 – 36.

Введение

 

Аппарат искусственной вентиляции легких «Спирон-201» предназначен для проведения искусственной вентиляции легких у взрослых при реанимации и интенсивной терапии и эксплуатируется в условиях умеренного климата при температуре от + 10 С^о до + 35 С^о, относительной влажности до 80% при температуре +25 С^о и атмосферном давлении от 87 до 107 кПа (от 600 до 800 мм. рт. ст.), а в условиях тропического климата – в помещениях с кондиционированным воздухом. Аппарат предназначен для работы по нереверсивному дыхательному контуру. При использовании с наркозным аппаратом он может работать как по нереверсивному, так и по реверсивному дыхательным. При использовании с наркозным аппаратом он может работать как по нереверсивному, так и по реверсивному дыхательным контурам, но только с взрывобезопасными анестетиками.

Аппарат обеспечивает следующие режимы работы:

– Режим вспомогательной ИВЛ (ВИВЛ);

– Режим управляемой ИВЛ (УВИЛ);

– Режим синхронизированной периодической принудительной ИВЛ (СППВ);

– Режим самостоятельной вентиляции под постоянным положительным давлением (СДПД);

– Режим самостоятельной ИВЛ или ИВЛ вручную мешком (САМД). Совместно с аппаратом возможно использование увлажнителя дыхательной смеси УДС – 60 и волюметра А – Н45084.

С помощью аппарата ИВЛ «Спирон – 201» вентиляцию легких можно производить в режимах:

- управляемой искусственной вентиляции легких (УИВЛ) – оператор управляет дыханием пациента, задавая параметры дыхания;

- вспомогательной ИВЛ – пациент дышит самостоятельно, аппарат включает ИВЛ лишь по истечении определенного промежутка времени;

- синхронизированной периодической принципиальной вентиляции – это комбинация всех режимов самостоятельного дыхания и ВИВЛ;

- самостоятельного дыхания под постоянным положительным давлением – пациент дышит самостоятельно;

самостоятельного дыхания (или вентиляция вручную мешком).

Теоретическая часть

Обзор патентной и научно-технической литературы по надежности и постановка задачи

Целью данного обзора является сравнение аппаратов искусственной вентиляции легких, выпускаемых разными фирмами за рубежом и в России. Был проведен обзор патентов на АИВЛ с 1986 по 1996 годы.

В результате обзора, выяснилось, что основным недостатком как аналогов, так и АИВЛ «Спирон – 201» является низкая надежность, что недопустимо в аппаратах искусственной вентиляции легких ввиду опасности для жизни пациента.

Некоторые фирмы, выпускающие аппараты искусственной вентиляции легких, стремились к повышению надежности, разными способами. Так, например в патенте SU 1641343 надежность обеспечивается путем обеспечения постоянства заданных временных параметров искусственной вентиляции легких. Достигается за счет введения в аппарат дополнительного электромагнитного клапана и сигнализатора апноэ, введения в блок управления формирователя, реле времени, трех схем совпадений, R-S – триггера и схемы укорочения импульсов. Аппарат позволяет автоматически возобновлять ИВЛ при выходе из строя одного из электромагнитных клапанов.

В патенте SU 1192822 с целью увеличения надежности вентиляции легких и повышения стабильности работы устройства, оно снабжено двумя пневмодросселями питания, дополнительной подпружинной мембранной управления, образующей над- и подмембранную камеры, и перепускным клапаном, образующим две дополнительные проточные камеры, установленными в переключающем механизме, при этом надмембранные камеры переключающего механизма связаны трубопроводами между собой и источником сжатого газа.

В патенте SU 1286202 с целью повышения надежности конструкции, переключающий узел включен между штуцером питания и элементом присоединения к пациенту и состоит из последовательно соединенных входного струйного и выходного струйного клапанов, а эжектор выдоха размещен на выходном струйном клапане и сообщен посредством соединительной трубки с выхолным струйным клапаном переключающего узла.

В патенте RU 2020919 повышение надежности достигается за счет того, что в аппарат искусственной вентиляции легких, содержащий генератор вдоха, соединенный с ним пневматически дыхательный контур и электромагнитные клапаны, объединенные в исполнительное устройство, и электронный блок управления введены по числу электромагнитных клапанов формирователи управляющих импульсов, регулируемые стабилизаторы напряжения с управляемыми делителями и мостовые транзисторные схемы.

В SU 1209214 с целью упрощения конструкции и повышения надежности, он снабжен реле, установленным между регулятором параметров дыхания и микропроцессорами вдоха и выдоха, с обмоткой, включенной на выход регулятора, и с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми контактами, связанными соответственно с микропроцессорами вдоха и выдоха, при этом регулятор параметров дыхания включает электронный генератор прямоугольных импульсов.

В патенте SU1075945 упрощение конструкции аппарата и повышение его надежности достигается тем, что исполнительный механизм выполнен в виде соосно расположенных, противоположно направленных закругленными суженными концами конических сопел с узкой щелью между ними и заключенных в камеру, соединенную с редуктором, а на выходе расширенного конца одного из сопел установлен клапан, сообщенный пневматической обратной связью с расширением другого сопла.

В патенте SU 1075945 повышение надежности достигается тем, что в устройстве для искусственного дыхания, содержащем вводимую в рот сменную жесткую дыхательную трубку. Элемент фиксации дыхательной трубки во рту пациента в виде эллиптической шайбы с центральным герметичным вводом дыхательной трубки и узел герметизации носовых ходов, шайба элемента фиксации выполнена эластичной и снабжена краевым утолщением в виде пневматической шины.

Итак, было предложено несколько методов повышения надежности, но нигде в русских патентах не предлагалось повысить надежность электрических схем, а точнее микроконтроллера, в элементах которого заложена программа управления аппаратом.

Были случаи, когда выходы из строя микроконтроллеров приводили пациент к смерти.

Предлагается повысить надежность микроконтроллера, а с ним и всего блока управления, заменив отечественные микросхемы на их зарубежные аналоги, а также путем экранирования блока печатных плат от внешних помех (электромагнитных излучений).

Известны аппараты искусственного дыхания, содержащие механизм вдоха и выдоха, электродвигатель, редуктор, схему управления скоростью электродвигателя, механизм преобразования вращательного движения электродвигателя в возвратно – поступательное движение меха и устройства плавного регулирования частоты и дыхательного объема.

Однако в указанных аппаратах значительную трудность представляет регулирование частоты дыхания и соотношения вдоха и выдоха с помощью управления режимом приводного двигателя.

В патенте 371939 целью изобретения является повышение стабильности и точности работы аппарата при независимом от соотношения вдоха и выдоха регулирования частоты минутной вентиляции, а также управлением режимом вспомогательного дыхания.

Поставленная цель достигается тем, что схема управления скоростью двигателя снабжена жесткой следящей системой и отрицательной обратной связью в виде многоступенчатого делителя напряжения.

Предлагается в качестве следящей системы на выходной вал двигателя поставить тахогенератор, вырабатывающий напряжение, пропорциональное скорости вращения его ротора.