Барокамера

 

Использование: в одноместных и многоместных барокамерах для проведения лечения пациентов в сочетании с режимами гипербарической оксигенации (ГБО), а также в химической промышленности, судостроении, авиастроении, где используются сосуды, работающие под давлением. Сущность изобретения: герметичная камера для пациента имеет линии подачи и сбоса сжатого газа, регуляторы расхода и давления и предохранительный клапан. Предохранительный клапан включает размещенные в цилиндрическом корпусе подпружиненную тарелку, ограничитель хода тарелки, кольцевую перегородку, кольцевое седло на канале ввода и канал вывода. Тарелка и перегородка установлены соосно и делят камеру для пациента на две, сообщающиеся посредством кольцевого зазора между перегородкой и тарелкой, камеры. Отверстие перегородки выполнено расширяющимся в сторону выходного канала. А в линии подачи установлен дроссель для ограничения максимального расхода. 3 з. п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в одноместных и многоместных барокамерах для проведения лечения пациентов в сочетании с режимами гипербарической оксигенации (ГБО), а также в других сосудах, работающих под давлением, например в химической промышленности, судостроении, авиастроении и пр.

Известна лечебная барокамера, включающая в себя предохранительный клапан, содержащий установленную в цилиндрическом корпусе клапана с выполненными в нем кольцевым седлом и сообщенным с атмосферой выходным каналом подпружиненную тарелку.

Недостатком барокамеры является возможность подпружиненной перекрывной тарелки предохранительного клапана выбрировать на частоте собственных колебаний при протекании через клапан потока газа и износа при этом деталей клапана (штока, пружины, седла, уплотнения). Колебания, происходящие обычно на звуковой частоте, могут вызвать также чувство беспокойства у пациентов, что сказывается на качестве лечения.

Известна также барокамера для лечения средствами ГБО, включающая в себя герметичный корпус, линии подачи сжатого газа и сброса газа в атмосферу, регуляторы расхода подаваемого газа и давления газа в барокамере, а также предохранительный клапан, содержащий установленную в цилиндрическом корпусе клапана с выполненными в нем кольцевым седлом и сообщенным с атмосферой выходным каналом подпружиненную тарелку.

В барокамере осуществляется автоматическое управление режимами компрессии, изопрессии и декомпрессии.

Недостатком барокамеры является то, что при срабатывании предохранительного клапана из-за повышения давления в барокамере сверх допустимого предела вследствие неправильных действий оператора или отказа, например регулятора расхода или регулятора давления автоматика барокамеры не обеспечивает автоматическое снижение давления в барокамере, так как предохранительный клапан сбрасывает в атмосферу только избыток газа, поступающего в барокамеру (больше газа натекает из линии подачи - выше отходит от седла тарелки предохранительного клапана, сжимающая пружину, при этом через предохранительный клапан устанавливается расход, равный разности расходов в линии подачи на входе в барокамеру и через регулятор давления, т. е. расход через предохранительный клапан всегда равен или меньше расхода на входе в барокамеру).

Работа барокамеры при давлении срабатывания предохранительного клапана, превышающем рабочее давление барокамеры, при котором проводятся сеансы ГБО, приводит к излишнему нагружению силовых элементов конструкции барокамеры (корпуса, крышки, иллюминаторов, арматуры и пр. ), что приводит к снижению надежности барокамеры. Кроме того, пациент и медицинский персонал в течение неопределенного времени подвергаются воздействию чрезмерного давления, что опасно для их здоровья.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и повышение надежности и безопасности барокамеры.

Поставленная цель достигается тем, что в барокамере, включающей в себя герметичный корпус, линии подачи и сброса сжатого газа, регуляторы расхода и давления и предохранительный клапан, содержащий установленную в цилиндрическом корпусе клапана подпружиненную тарелку, причем в корпусе клапана выполнены кольцевое седло и выходной канал, сообщенный с атмосферой, предохранительный клапан снабжен кольцевой перегородкой, герметично установленной в корпусе клапана параллельно плоскости седла, тарелка расположена внутри и соосно отверстию кольцевой перегородки с образованием кольцевого зазора между ними и проточной камеры, ограниченной корпусом клапана, перегородкой, седлом и выступающей над седлом кольцевой частью тарелки, отверстие в перегородке выполнено расширяющимся в направлении выходного канала, в корпусе клапана выполнен ограничитель хода тарелки, а в линии подачи установлен ограничительный дроссель максимального расхода.

На выходе предохранительного клапана может быть установлен пневматический источник звука.

Отверстие в перегородке предохранительного клапана может быть выполнено коническим.

Отверстие в перегородке предохранительного клапана может быть выполнено ступенчатым с двумя цилиндрическими поверхностями, соединенными конической поверхностью, а ход тарелки предохранительного клапана от седла до ограничителя хода может быть выполнен больше высоты конической поверхности перегородки (зазор между тарелкой предохранительного клапана и ограничителем хода выполнен больше высоты конической поверхности перегородки).

Предлагаемая барокамера имеет по сравнению с прототипом следующие отличительные существенные признаки: предохранительный клапан снабжен перегородкой; перегородка выполнена кольцевой; перегородка герметично установлена в корпусе клапана; перегородка установлена в корпусе клапана параллельно плоскости седла; тарелка расположена внутри и соосно отверстию кольцевой перегородки; между поверхностью отверстия и тарелкой образован кольцевой зазор; между корпусом клапана, перегородкой, седлом и выступающей над седлом кольцевой частью тарелки образована проточная камера; отверстие в перегородке выполнено расширяющимся в направлении выходного канала; отверстие в перегородке выполнено коническим; в корпусе клапана выполнен ограничитель хода тарелки; в линии подачи установлен ограничительный дроссель максимального расхода; на выходе предохранительного клапана установлен пневматический источник звука; отверстие в перегородке предохранительного клапана может быть выполнено коническим; отверстие в перегородке предохранительного клапана может быть выполнено ступенчатым с двумя цилиндрическими поверхностями, соединенными конической поверхностью, а ход тарелки предохранительного клапана от седла до ограничителя хода может быть выполнен больше высоты конической поверхности перегородки (зазор между тарелкой предохранительного клапана и ограничителем хода выполнен больше высоты конической поверхности перегородки).

Положительным эффектом от использования технического решения с указанными существенными признаками является повышение надежности и безопасности барокамеры благодаря тому, что при повышении по каким-либо причинам давления в барокамере (из-за отказа арматуры на входе или выходе, отказа автоматики и пр. ) давление может повыситься только до давления открытия предохранительного клапана, после чего автоматически начинает осуществляться режим декомпрессии с заданной скоростью падения давления до любого наперед заданного давления, например до рабочего давления в барокамере, при котором работа барокамеры (или другое сосуда) осуществляется без перенапряжения силовых элементов конструкции, арматуры, иллюминаторов и т. д. и при котором нахождение пациентов и медицинского персонала не опасно для здоровья людей.

На фиг. 1 приведена пневматическая схема барокамеры; на фиг. 2 - схема регулятора расхода подаваемого в барокамеру газа; на фиг. 3 - схема регулятора давления в барокамере; на фиг. 4 - схема предохранительного клапана; на фиг. 5 - схема предохранительного клапана с коническим отверстием в перегородке; на фиг. 6 - схема предохранительного клапана со ступенчатым отверстием в перегородке; на фиг. 7 - схема предохранительного клапана в открытом положении; на фиг. 8 - схема предохранительного клапана со ступенчатым отверстием в перегородке в открытом положении.

Барокамера содержит корпус 1 с внутренней полостью 2, к которой подключены линия 3 подачи сжатого газа в барокамеру и линия 4 сброса газа из барокамеры в атмосферу.

Барокамера снабжена системой регулирования давления, которая содержит входной кран 5, регулятор 6 расхода подаваемого газа, эжектор 7, фильтр (осушитель и химический поглотитель) 8, регулятор 9 давления газа в барокамере, регулятор перепада давлений 10, емкость 11, повторитель 12, ограничитель давления 13 и дроссели 14-16, соединенные между собой пневматическими линиями.

Выход 17 крана 5 соединен линией 18 с входом регулятора расхода 6 и линией 19 - с входом эжектора 7, выход которого линией 20 соединен с входом корпуса 1 барокамеры.

Выход 21 корпуса барокамеры соединен циркуляционной линией 22, в которую включен фильтр 8, и с вторым входом эжектора 7 для эжектируемого газа. Третий вход эжектора для эжектируемого газа соединен линией 23 с выходом регулятора расхода 6.

Выход 21 корпуса барокамеры соединен линией 24 со входом 25 регулятора давления 9, выход 26 которого соединен с линией 4 выброса газа.

Выход 17 крана 5 соединен линиями 27 и 28 с входом регулятора 10 и линией 29, в которой установлен дроссель 16, с расходным входом 30 повторителя 12, расходный выход (сброс) 31 которого линиями 32 и 33 соединен с входом 25 регулятора давления 9.

Выход 34 регулятора 10 соединен линией 35, в которой установлены дроссель 15 и емкость 11, с входом 36 повторителя 12, а также линией 37, в которой установлен дроссель 14, линией 38 и линией 33 - входом 25 регулятора 9. Выход 39 повторителя линией 40 соединен с входом ограничителя 13, выход которого линиями 41, 42 и 43 соединен с входами управления 44 и 45 регуляторов расхода 6 и давления 9.

Вход 46 обратной связи регулятора 6 соединен линией 47 с входом 25 регулятора давления 9, также как и вход обратной связи 48 регулятора 9.

Внутренняя полость 2 барокамеры линией 49 соединена с входом предохранительного клапана 50, выход которого линией 51 соединен с атмосферой. Параллельно линии 51 в линии 52 установлен пневматический источник звука (генератор звука) 53, например свисток.

В линии подачи 3 установлен ограничительный дроссель 54 максимального расхода (дроссель может быть также установлен в линии 20 на входе в барокамеру).

Регулятор расхода 6 выполнен в виде нормально закрытого мембранного повторителя со сдвигом давления Р_а, в котором нагруженная пружиной 55 мембрана 56 закрывает клапан 57, перекрывая проход из линии 18 в линию 23.

Регулятор давления 9 выполнен в виде нормально открытого мембранного повторителя со сдвигом давления Р_а, в котором нагруженная пружиной 58 мембрана 59 открывает клапан 60, открывая проход из линии 25 в линию 26, причем на вход 48 под мембрану подводится давление с входа 25.

Предохранительный клапан 50 содержит установленную в цилиндрическом корпусе 61 с входным и выходным каналами 62 и 63 тарелку 64, прижатую к кольцевому седлу 65 пружиной 66.

Диаметр D_r тарелки 64 выполнен больше диаметра D_c седла 65, так что над седлом нависает кольцевая часть 67 тарелки.

В корпусе 61 в месте расположения тарелки 64 неподвижно установлена кольцевая перегородка 68 с отверстием 69, расширяющимся в направлении выходного канала 63. Тарелка 64 размещена внутри и соосно отверстию 69. Перегородка установлена параллельно уплотнительной плоскости 70 седла 65, причем кромка 71 тарелки может лежать в одной плоскости с передней кромкой 72 отверстия 69. Между поверхностью отверстия 69 и тарелкой 64 выполнен кольцевой зазор 73, расширяющийся в направлении выходного канала 63. Между корпусом 61, седлом 65, кольцевой частью 67 тарелки 64 и перегородкой 68 образована проточная камера 74. В корпусе 61 выполнен ограничитель (упор) 75 хода тарелки.

Отверстие 69 в перегородке может быть выполнено коническим или ступенчатым с двумя цилиндрическими поверхностями 76 и 77, соединенными конической поверхностью 78, причем зазор Нт между тарелкой 64 и ограничителем 75 (или ход тарелки от седла до ограничителя) выполнен более высоты Нк конической поверхности 78.

Барокамера работает следующим образом. Вручную открывают регулятор 10 в положение регулирования перепада давлений Рb большего давления сдвига Р_а регуляторов 6 и 9, и ограничитель 13 в положение регулирования максимального давления Р_с на выходе регулятора (избыточного по отношению к окружающей среде).

Включают входной кран 5, после чего сжатый газ из линии подачи 3 по линиями 17 и 18 поступает на вход регулятора расхода 6, по линии 19 на вход эжектора 7 и с его выхода по линии 20 во внутреннюю полость 2 корпуса 1 барокамеры, по линиям 27 и 10 - на вход регулятора 10, а по линии 29 - на вход повторителя 30.

Емкость 11 через дроссель 15 в линии 35 начинает наполняться сжатым газом, и с течением времени на дросселе 14 в линии 37 устанавливается перепад давлений P_b, определяемый настройкой регулятора 10, т. е. давление Р_d на выходе 34 будет больше давления Р в линии 38 (и в полости 2) на величину P_b: P_b = P + P_d Повторитель 12 регулирует давление на выходе 39 таким образом, что оно равно давлению на входе 36 и, следовательно, давлению Р_е в емкости 11. Это давление с выхода 39 по линиям 41, 42 и 43 поступает на входы управления 44 и 45 регуляторов 6 и 9. После достижения давлением Р_е значения, большего давления сдвига Р_а, регулятор 6 начинает открываться (мембрана 56 сжимает пружину 55 и приоткрывает клапан 57), а регулятор 9 начинает закрываться (мембрана 59 сжимает пружину 58 и прикрывает клапан 60), при этом по линии 23 и далее по линии 20 в полость 2 начинает поступать дополнительный приток газа со сбросом излишков газа из полости по линиям 21, 24 и 26 в линию 4 выброса газа в атмосферу. Таким образом регуляторы 6 и 9 автоматически поддерживают давление Р в полости 2, равное разности давления Р_е в емкости 11 и давления сдвига Р_а: P = P_e - P_a или, иначе, давление в емкости 11 при этом превышает давление в полости 2 на величину давления сдвига: Р_е = Р + Р_а.

Перепад давлений P_f на дросселе 15 при этом равен: P_f = P_d - P_e = (P + P_b) - - (P + P_a) = P_b - P_a. т. е. разности перепада давлений регулятора 10 и давления сдвига регулятора 6 и 9. Этот перепад в свою очередь определяет скорость повышения или понижения давления в емкости 11 и внутренней полости 2 барокамеры.

При положительной величине перепада P_f происходит натекание газа в емкость 11 и соответствующее наполнение полости 2 (режим компрессии), при нулевом перепаде P_f давление в емкости 11 и соответственно в полости 2 не изменяется (режим изопрессии), при отрицательном перепаде P_f емкость 11 опорожняется через дроссели 15 и 14, давление в ней и полости 2 падает (режим декомпрессии).

При достижении давлением Р_е заданного давления Р_с ограничитель 13 закрывается и повышение давления в барокамере автоматически прекращается (устанавливается режим изопрессии).

Эжектор 7 засасывает газ из циркуляционной линии 22, а помещенный в ней фильтр 8 удаляет из газа излишнюю влагу и углекислоту.

В конце работы вручную прикрывают регулятор 10, устанавливая его в положение регулирования перепада давлений Р_b меньше давления сдвига Р_а регуляторов 6 и 9, при этом начинается опорожнение емкости 11 и снижение до нуля давления в полости 2, после чего закрывают входной кран 5.

Во время нормально протекающего сеанса ГБО давление в барокамере изменяется от нуля до максимального рабочего давления в барокамере Р_макс. При этом предохранительный клапан 50 закрыт и не пропускает газ ил линии 49 в линию 51, так как пружина 66 прижимает тарелку 64 к уплотнительной плоскости 70 кольцевого седла 65, перекрывая проход газа из канала 62 в канал 63.

При нарушении нормальной работы автоматики барокамеры возможно превышение этого давления, например при отказе: регулятора расхода 6 (при заклинивании его в открытом положении); регулятора 9 (при заклинивании его в закрытом положении), когда прекращается сброс газа в линию сброса 4; ограничителя 13 (при заклинивании его в открытом положении); при этом расход газа на входе может превысить расход при нормальной работе барокамеры.

Установленный в линии подачи 3 дроссель 54 ограничивает максимальный расход газа, поступающего в барокамеру со входа, величиной G_max, которая выбирается из расчета обеспечения всех режимов сеансов ГБО при нормальной (неаварийной) работе барокамеры. Однако при аварийной работе барокамеры этот расход может все же превысить расход сбрасываемого из барокамеры газа, и давление в ней начинает повышаться сверх максимального рабочего давления Р_макс.

По мере повышения давления оно достигает давления Р_откр, при котором сбрасывает предохранительный клапан 50. Усилие на тарелку 64 от давления на площадь седла 65 (на диаметре D_c) сравнивается с усилием пружины 66. При незначительном превышении давлением величины Роткр тарелка 64 отходит от седла, в зазор между тарелкой и седлом газ начинает натекать в камеру 74, дросселироваться и сбрасываться через кольцевой зазор 73 в канал 63, далее в линию 51 и в атмосферу, при этом давление в камере повышается до давления Р_кам, которое действует на кольцевую часть 67 тарелки 64 и создает дополнительное усилие на сжатие пружины 66. Это дополнительное усилие преодолевает жесткость пружины 66 и скачком перемещает тарелку 64 до упора в ограничитель 75.

При движении тарелки от седла к упору вследствие того, что зазор 73 выполнен расширяющимся, зазор между кромкой 71 тарелки и поверхностью отверстия 69 перегородки 68 увеличивается соответственно увеличению зазора между седлом 65 и тарелкой 64 и увеличению при этом расхода через предохранительный клапан, давление же в камере при движении тарелки растет и практически сравнивается с давлением на входе клапана Р_откр (вследствие того, что зазор между тарелкой и седлом на некотором ходе тарелки становится больше зазора между тарелкой и отверстием в перегородке), благодаря чему поддерживается избыток силы на тарелке, необходимый для сжатия пружины и прижима тарелки к ограничителю 75.

Через предохранительный клапан устанавливается расход газа G_клап, зависящий от зазора между седлом 65 и тарелкой 64 и зазора между кромкой 73 тарелки и поверхностью отверстия 69 в перегородке 68 при полностью открытом клапане. Эти зазоры выполняются настолько большими, чтобы расход через клапан превышал расход через дроссель 54:
G_клап > Gмакс.

При выполнении этого условия из барокамеры начинает вытекать больше газа, чем в нее втекает через дроссель 54, и давление в барокамере начинает снижаться (происходит декомпрессия барокамеры).

Благодаря наличию избыточной силы на тарелке (за счет давления газа в камере 74 на кольцевую часть 67 тарелки), прижимающей тарелку к ограничителю 75, тарелка остается прижатой к ограничителю и при давлении меньше того, при котором предохранительный клапан открывается (Р_откр). Давление снижается до величины Р_закр, которое зависит от соотношения площадей F_с и F_к седла 65 и кольцевой части 67, при этом пружина 66 открывает тарелку от ограничителя 76. Так как давление в камере 74 не падает до нуля до тех пор, пока седло 65 полностью не перекроется тарелкой 64, тарелка плавно движется от ограничителя 75 к седлу 65 по мере падения давления в барокамере и снижения расхода через предохранительный клапан до величины Р_закр, при котором предохранительный клапан полностью закрывается. Выбрав при проектировании барокамеры определенное соотношение площадей F_c и F_к, можно обеспечить снижение давления (декомпрессию) в барокамере до любого наперед заданного давления, например, до максимального рабочего давления Р_макс при котором нахождение пациентов в барокамере безопасно, или до меньшего давления, например, половины Р_макс.

При выполнении отверстия 69 в перегородке 68 коническим ход тарелки получается тем больше, чем меньше угол конуса, вследствие чего осевым перемещением перегородки 68 при регулировке клапана возможно точнее регулировать зазор между кромкой 71 тарелки 64 и отверстием 69 в открытом положении клапана, а также уменьшить разброс в усилии пружины, что позволяет более точно регулировать пропускную способность клапана и конечное давление декомпрессии. При размещении кромок 71 и 72 в одной плоскости начальный зазор между тарелкой и отверстием в перегородке фиксирован, при смещении кромки 72 осевым перемещением перегородки 68 при регулировке клапана возможно отрегулировать начальный зазор (благодаря конусности отверстия 69), установить его таким, чтобы из-за возможной утечки по седлу в закрытом положении клапана в камере 74 не накапливалось давление, а сбрасывалось через начальный зазор между тарелкой и отверстием 69 и далее в атмосферу.

При выполнении отверстия 69 ступенчатым тарелка 64 и ее передняя кромка 71 размещаются внутри цилиндрической поверхности 76, при этом при отходе тарелки от седла при открытии предохранительного клапана зазор между тарелкой и поверхностью 76 сохраняется постоянным (при отходе тарелки от седла в пределах поверхности 76), а зазор между тарелкой и седлом быстро растет, вследствие чего в камере 74 быстро нарастает давление, которое перемещает тарелку до упора в ограничитель 75. В открытом положении клапана, так как ход тарелки Нт выполнен больше высоты Нк конической поверхности 78, кромка 71 тарелки входит внутрь цилиндрической поверхности 77 и пропускная способность клапана может быть точно отрегулирована благодаря тому, что зазор между тарелкой и цилиндрической поверхностью 77 остается неизменных при всех срабатываниях клапана, что ведет к повышению точности выполнения режима декомпрессии барокамеры до заданного конечного давления.

За время декомпрессии у медицинского персонала имеется достаточно времени, чтобы решить вопрос о возможности продления сеанса ГБО или в случае необходимости его прекращения.

При открытом предохранительном клапане 50 часть вытекающего в атмосферу газа проходит по линии 52 через пневматический источник звука (свисток) 53. Тон звука выбирается таким, чтобы он не привлекал внимания пациентов и не беспокоил их, но был четко слышен персоналом и указывал на то, что сработал предохранительный клапан.

Применение такой барокамеры позволяет повысить надежность и безопасность барокамеры благодаря тому, что при повышении по каким-либо причинам давления в барокамере (из-за отказа арматуры на входе или выходе, отказа автоматики и пр. ) давление может повыситься только до давления открытия предохранительного клапана, после чего автоматически начинает осуществляться режим декомпрессии с заданной скоростью падения давления до любого заранее заданного давления, например до рабочего давления в барокамере, при котором работа барокамеры (или другого сосуда) осуществляется без перенапряжения силовых элементов конструкции, арматуры, иллюминаторов и т. д. и при котором нахождение пациентов и медицинского персонала не опасно для здоровья людей. (56) Авторское свидетельство СССР N 314528, кл. А 61 G 10/02, 1970.

Авторское свидетельство СССР N 472657, кл. А 61 G 10/02, 1972.

Формула изобретения

1. БАРОКАМЕРА, содержащая герметичную камеру для больного, линии подачи и сброса сжатого газа, регуляторы расхода и давления и предохранительный клапан, включающий цилиндрический корпус, канал входа с кольцевым седлом, канал выхода для сообщения с атмосферой и запорный элемент в виде подпружиненной тарелки, отличающаяся тем, что корпус снабжен последовательно жестко закрепленными в его полости кольцевой перегородкой и ограничителем хода тарелки и выполнен в виде двух сообщающихся камер, образованных посредством соосно размещенных перегородки и тарелки клапана, установленных с образованием кольцевого зазора, при этом отверстие перегородки выполнено расширяющимся в направлении выходного канала, а в линии подачи установлен дополнительно введенный дроссель для ограничения максимального расхода.

2. Барокамера по п. 1, отличающаяся тем, что на выходе предохранительного клапана дополнительно установлен пневматический источник звука.

3. Барокамера по. 1, отличающаяся тем, что отверстие в перегородке предохранительного клапана выполнено коническим.

4. Барокамера по п. 1, отличающаяся тем, что отверстие в перегородке предохранительного клапана выполнено ступенчатым с двумя цилиндрическими поверхностями и промежуточной конической поверхностью, при этом величина хода тарелки клапана от поверхности седла до ограничителя больше высоты промежуточной конической поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8