Дозатор газовых смесей

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 A 61 Н 31/02 А 61 M 17/00,1

3j4

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3736153/28-14 (22) 03. 05. 84 (46) 07.05.86. Бюл. № 17 (71) Всесоюзный научно — исследовательский институт медицинского приборостроения (72) А.И.Трушин, Г.И.Уляков и 10.Я,Карагодин (53) 615,471(088.8) (56) Патент США № 3809109, кл. А 61 В 7/02, опублик. 1975. (54)(57) ДОЗАТОР ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, содержащий регулятор давления, соединенный с источником одного из смешиваемых газов, повторитель давления соединенный с источником второго смешиваемого газа, и два дросселя, пневматически соединенных с регулятором и повторителем давления, о т— л.и чающий с я тем, что, с целью повьппения точности поддержания концентрации компонентов смеси при изменении расхода, он снабжен генератором пневматических колебаний, установленным между регулятором давления и дросселями, а каждый дроссель выпблнен в виде двух пневматических реле с тремя рабочими и двумя управлякапими камерами и двух емкостей переменного объема, причем верхняя управляющая камера первого реле каждого дросселя соединена с прямым, а верхняя управляющая камера второго реле каждого дросселя — с инверсным выходами генератора пневматических колебаний, все нижние управляющие камеры первого и второго реле сообщаются с атмосферой, верхние рабочие камеры первого дросселя соединены с выходом регулятора давления, а второго дросселя — с выходом повторителя давления, нижние рабочие камеры этих реле соединены параллельно с общим выходным пневмопроводом, а средние рабочие камеры всех реле соединены с емкостями переменного объема, причем объемы емкостей, соединенные с реле первого дросселя, одинаковы и переменные объемы емкос тей, соединенные с реле второго дросселя, одинаковы.

Ф 1228854 2

Изобретение относится к медицинс- и 19 — трубопроводом 10 с выходом рекой технике, в частности к аппаратам гулятора 1 давления. Средние рабочие ингаляционного наркоза. камеры 33 реле 16-19 соединены соотЦель изобретения — повышение точ- ветственно с емкостями 20-23 переменности поддержания концентрации ком-, ного объема трубопроводами 42-45. понентов смеси при изменении расхода Нижние рабочие камеры 34 реле 16-19 смеси. соединены между собой трубопроводом

На чертеже приведена принципиаль- 14, связанным с выходом дозатора. ная схема доэатора газовых смесей. Генератор 7 пневматических колебадозатор содержит регулятор 1 дав- ig ний содержит два трехмембранных пневления, повторитель 2 давления, дрос" матических реле 46 и 47, регулируемое сели 3 и 4, ручки установки расхода пневматическое сопротивление 48, ем5 и концентрации 6, пневматический кость 49 постоянного объема и делигенератор 7 колебаний и соединитель- тель давления, состоящий из двух поные трубопроводы 8-15. Регулятор 1 15 следовательно установленных постояндавления и повторитель 2 давления ных дросселей 50 и 51. могут быть выполнены по любой извест Пневматическое реле 46 аналогичной схеме. Дроссель 3 аналогичен но по конструкции пневмореле 47 и со" по конструкции дросселю 4 и содержит держит четыре камеры 52 и 55, раздедва пневматических реле 16 и 17 (18 2О ленные тремя мембранами 56-58, жести 19) и две соединенные с ниии емкос- ко связанными штоком 59, торцы кототи 20 и 21 (22 и 23) переменного объ-, рого служат заслонками для сопел 60, ема. и 61 ° Сопла 60 питания реле 46 и 47

Конструкция емкостей переменного соединены с трубопроводом 8, выходы объема может быть различной, напри- р5 62 реле 46 и 47 представляют собой мер, в виде. цилиндра 24, разделенно- трубопроводы, соединяющие сопла 61

ro на две равные емкости перегород- с камерами 52„ Выход 62 реле 47 соекой 25, внутри которых расположены динен с инверсным выходом генератопоршни 26 и 27, соединенные общим ра 7 колебаний, а выход реле 46 свяштоком 28 так, чтобы расстояние меж- эан с прямым выходом генератора коледу одноименными торцами поршней баний, с камерой 54 реле 47 и с вхобыло равно расстоянию между перего- дом регулируемого пневмосопротивлеродкой и торцом цилиндра. ния 48, выход которого через емкость

При этом образуются емкости 20- 49 соединен с камерой 54 реле 46.

23, соотношение объемов которых мо- Камеры 53 реле 46 и 47 связаны с по3 жет быть представлено в виде (V„+ лостью между дросселями 50 и 51 и

+7,) + (V +V, )=С, где С вЂ” постоянная служя.т для создания подпора в реле величина. 46 и 47, камеры 55 реле 46 и 47 сообВ одном из торцов цилиндра 24 раз- шены с атмосферой. С регулирующим мещен регулируемый упор 29, ограничи- органом нневмосопротивления 48 свя40 вающий перемещение штока с поршнями зана ручка 5 установки расхода 5. в одну сторону, а на конце штока за- В предлагаемом дозаторе использукреплена ручка 6 установки концент- ется частотно-объемный метод формирорацииа вания смеси двух .газов, когда генераПневматическое реле 16 аналогично тор колебаний, управляя связанными по конструкции пневматическим реле

45 с ним реле, погеременно открывает

17-19 и содержит верхнюю рабочую ка- проход смешиваемых газов через соотмеру 30 с размещенными в ней заслон- ветствукщие пары реле в присоединенкой 31 и пружиной 32, среднюю рабочую ные к ним емкости и в следующий покамеру 33 и нижнюю рабочую камеру 34 лупериод колебаний пропускает газы с размещенным в них штоком 35, закреп из емкостей через нижние рабочие каленным на мембранах 36 и 37, а также меры реле в общий выходной трубопроверхнюю 38 и нижнюю 39 управляющие вод. При этом концентрация компоненкамеры, разделенные мембраной 40, в тов в смеси определяется соотношеникоторую упирается пружина 41. ем объемов переменных емкостей, а

Верхние рабочие камеры пневмати- 5 указанные объемы однозначно зависят ческих реле 16 и 17 соединены труба- от положений поршней и, следовательпроводом 11 с выходом повторителя 2 но, от положения ручки установки кондавления, а пневматических реле 18 центрации. Расход смеси зависит от

1228854 4 количества циклов заполнение-опустошение емкостей в единицу времени, т.е. от частоты формируемых генератором колебаний, которая однозначно связана с положением ручки установки расхода. Поскольку при перемещении ручки установки расхода изменяет. ся только величина сопротивления в генераторе колебаний и, соответственно, частота колебаний, а соотношение объемов переменных емкостей, определяющее концентрацию, при этом не изменяется, то изменение расхода смеси не оказывает влияния на концентрацию компонентов в ней, тем самым повьппается точность поддержания постоянной концентрации при регулировании расхода.

Перед описанием работы дозатора в целом рассмотрим предварительно работу пневматического генератора ко. лебаний. Поскольку генератор работает в автоколебательном режиме, эа исходное состояние примем такое, при котором на прямом выходе 12 давление высокое (условная "1"), а на инверсном 13 — отсутствует ("О") газ А изза регулятора 1 давления, поддерживающего на выходе постоянное давление независимо от давления на входе, подведен по трубопроводу 8 к соплам

60 питания реле 46 и 47 и к дросселю 50.

При этом шток 59 реле 46 находится в крайнем нижнем положении, а шток реле 47 — в крайнем верхнем положении.

Газ А из-эа дросселя 50 с давлением, меньшим, чем в трубопроводе 8, подведен к камерам 53 реле 46 и 47.

Давление в емкости 49 и камере 54 реле 46 равно атмосферному. Газ, поступая через сопло 60 питания в реле 46, проходит через камеру 52 на выход реле, давление на выходе 62 реле 46 и, соответственно, в камере 54 реле

47 высокое ("1 ), и газ через пневмосопротивление 48 начинает заполнять емкость 49 и камеру 54 реле 46, в которой давление постепенно повьппается.

Когда давление в камере 54 превьппает давление подпора в камере 53, .шток 59 реле 46 перемещается в крайнее верхнее положение, закрывает сопло 60 питания и открывает сопло

61, через которое и камеру 55 газ с выхода реле 46, а также из емкости

49 и камеры 54 истекает в атмосферу.

Давление на выходе 62 реле 46 и, соответственно, в камере 54 реле 47 падает до атмосферного, что вызывает перемещение штока в реле 4? в край5 нее нижнее положение, при этом открьг

„ вается сопло 60 и закрывается сопло

61 реле 47, а давление на его выходе возрастает (до величины условной

1111! )

10 Состояние генератора, при котором на выходе 12 присутствует "0", а на выходе 13 — "1", сохраняется до тех пор, пока емкость 49 и камера 54 реле

46 не опорожняется до давления, меньшего, чем давление подпора в камере

53 реле 46. В этот момент происходит обратное переключение реле 46, шток

59 перемещается в крайнее нижнее положение, открывает сопло 60 и закрывает сопла 61. Давление на выходах

12 реле 46 и генератора 7 возрастает до условной "1", что вызывает переключение реле 47, шток которого перемещается в крайнее верхнее поло25 жение, закрывает сопло 60 и открывает сопло 61 реле 47, сообщая его выход с атмосферой, при этом давление на выходе 13 реле 47 и генератора 7 становится равным "0". Указанное состояние соответствует исходному, далее цикл повторяется.

Время, в течение которого генерал тор сохраняет одно из рассмотренных состояний на. выходе, определяется временем заполнения и опорожнения

З5 емкости 49 и камеры 54 и зависит от сопротивления пневмосопротивления

48, которое, в слою очерець, зависит . от положения ручки 5 установки рас40 хода.

Дозатор газовых смесей в целом работает следующим образом.

Газ А, например, кислород, поступает от источника сжатого газа к регулятору 1 давлеьшя, с выхода которого под постоянным давлением подводится к генератору 7 колебаний по трубопроводу 8, к камере задания повторителя 2 давления по трубопроводу 9 и к дросселю 4 по трубопрово50 ду 10. Газ Б, например закись азота, подводится от источника сжатого rasa к повторителю 2 давления и с его выхода под давлением, равным давлению

sa регулятором 1 давления, по трубо проводу 11 поступает к дросселю 3.

Генератор 7, работая в автоколебательном режиме, формирует на своих выходах 12 и 13 управляющие сигналы

1228854 в противофазе, которые подводятся в верхние управляющие камеры 38 пневмореле 16-19.

Частота колебаний генератора 7 настраивается в соответствии с требуемым расходом смеси по шкале ручки

5 установки расхода с помощью регули" руемого пневмосопротивления 48.

Примем эа исходное такое состояние дозатора, при котором на выходе

12 генератора колебаний высокое давление (условная "1"}, а на выходе 13 давление отсутствует (условный "0").

Штоки реле 16 и 18 находятся в крайнем нижнем положении, камеры 30 и 33 реле 16 и 18 разобщены, а камеру 33 и 34 сообщены через полый шток 35, обеспечивая опорожнение заполненной в предыдущем цикле емкости 20 через реле 16 и емкости 22 через реле 18 в общий трубопровод 14. Штоки реле

17 и 19 находятся в крайнем верхнем положении, сообщая камеры 30 и ЗЗ реле 17 и 19 между собой и обеспечи- 2 вая заполнение емкости 21 иэ трубопровода 11 газом Б, а емкости 23 из трубопровода 10 газом A. Пусть в течение первой половины периода на выходе 12 генератора колебаний давление равно "1", а на выходе 13 - "0".

Тогда в течение первой половины периода сохраняется исхоцное состояние элементов дозатора и газы А и Б заполняют емкости 21 и 23 до давлений, равных давлению эа регулятором 1 давления.

Вторая половина периода начинается с момента. переключения генератора

7 колебаний и исчезновения давления на выходе 12 и одновременного появления давления на выходе 13 генератора

7 колебаний. При этом происходит переключение пневматических реле 1619 так, что штоки реле 16 и 18 перемещаются в крайнее верхнее положение, сообщают емкости 20 и 22 через камеры 30 и 33 с трубопроводами 11 и 10 соответственно и происходит заполне. ние газами указанных емкостей, а штоки реле 17 и 19 перемещаются в крайнее нижнее положение, сообщают емкости 2 1 и 23 через камеры 33 и 34 с выходным трубопроводом 14 и газы из указанных емкостей вытекают на выход 15 доэатора. Этим заканчивается один период {цикл) подачи отдозированных порций газовой смеси. Следующий периоц начинается с момента появления давления на выходе 12 генератора 7 колебаний и исчезновения давления на выходе 13 и аналогичен описанному,, Поскольку работа дозатора основана на заполнении и опустошении емкостей 20-23 газом, при низких частотах колебаний генератора возможно прохождение пульсаций расхода на выход, для предотвращения чего дроссели 3 и 4 включены в противофазе, обеспечивая близкую к постоянной во времени подачу газа на выход дозатора (при неизменной его настройке).

При необходимости изменения ðàñõî. да подаваемой смеси поворотом ручки 5 установки расхода перенастраиваются. сопротивление регулируемого пневмосопротивления 48 и, соответственно, частота колебаний генератора

7, что приводит к изменению числа циклов заполнение — опустошение емкости 20-23 в единицу времени и изменению расхода смеси газов на выходе 15 дозатора. Так как при этом объемы указанных емкостей не .изменяются,. то концентрация компонентов смеси сохраняется неизменной.

В том случае, если необходимо изменить концентрацию компонентов в смеси, перемещением ручки 6 установки концентрации и связанных с ней поршней 26 и 27 изменяются объемы емкостей 20-23, которые связаны между собой обусловленным конструкцией соотношением (7 +V )+(Ъ +7 ) га 2 )z Ь

=. С, где С вЂ” постоянная величина.

Так, например, если ручка 6 установки концентраций смещается вправо, то объемы 20 и 21 увеличиваются на некоторую величину, и точно на такук же величину уменьшаются объемы 22 и 23. При этом порция газа А подаваемая за период колебаний на выход дозатора, уменьшается, а порция газа Б увеличивается, что приводит к уменьшенвю концентрации газа А в смеси е

1228854

7 5/ О 8 5 1

31

М

34

37

Ë8

Составитель Ф.Рогожанский

Редактор О.Бугир Техред И.Попович Корректор N.Ìàêñèìèøèíåö

Заказ 2333/3 Тираж 660 Под ни сн ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и скрытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4