Вакуумные насосы используемые в медтехнике, основные принципы работы устройств, общая информация.

В современных медицинских приборах и устройствах применяются различные вакуумные системы, для решения различных задач. Например, это откачка жидкостей.  В частности это используется в медицинских отсасывателях (например, слюноотсос стоматолога - устройство знакомо большинству пациентов современных стоматологических кабинетов). Помимо жидкостей вакуумные системы так же откачивают воздух и водяной пар. В частности это используется в стерилизаторах парового типа с вакуумной сушкой. Кроме того, вакуумные системы используют и в физиотерапевтических целях, например для получения терапевтического эффекта абдоминальной декомпрессии. Существуют так же системы дымоудаления для обеспечения работы с ЭХВЧ аппаратами. В настоящей статье мы приводим подборку материалов по принципу действия некоторых из таких вакуумных систем и несколько примеров.

Простейшие широко распространённые медицинские устройства типа: пипетка, шприц, присоска для фиксации электродов на теле пациента, ручной аспиратор и прочее мы не рассматриваем в настоящем материале, хотя они и могут быть отнесены к устройствам, использующим создания вакуума для забора, а в последующем для отдачи жидкостей или газа. Как правило, такие устройства предполагают ручную работу оператора, и их принцип действия очевиден. В качестве иллюстрации применения вакуума в медицине, безусловно, они хороши, особенно если принять в расчёт их простоту, распространённость и не высокую стоимость. При подборке настоящего материала упор сделан на системы, способные создавать разряжение (вакуум) без непосредственного участия оператора.


В основе действия устройств – создание вакуума.

«Ва́куум (от лат. vacuus — пустой) — пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащую газ при давлении значительно ниже атмосферного.»  /Википедия/

 

Основные типы вакуумных насосов:

Водокольцевые (или жидкостно-кольцевые)

Пластинчато-роторные насосы

Пластинчато-роторные безмасляные насосы

Насосы двухроторные

Мембранные насосы

Спиральные насосы

Винтовые насосы

Турбомолекулярные насосы

 

Простейшая схема вакуумной системы состоит из следующих элементов:

откачиваемого объекта;

насоса;

соединяющего трубопровода.

Течение газа из откачиваемого объекта в насос происходит благодаря разности давлений (p1 - p2), причём p1 > p2.

Быстроту откачки насоса Si в произвольном сечении соединительного трубопровода определяют как объём газа, проходящий сквозь данное сечение за единицу времени:

Si= dVi/dt

 Быстротой откачки объекта или эффективной быстротой откачки насоса называется объём газа, поступающий за единицу времени из откачиваемого объекта в трубопровод сквозь сечение I при уровне давления p1:

 SEff= dV1/dt

Быстрота действия насоса это объём газа, удаляемый насосом за единицу времени сквозь входной патрубок (сечение ближе к насосу) при уровне давления p2:

 SH= dV2/dt

Отношение эффективной быстроты откачки насоса к быстроте действия называется коэффициентом использования насоса:

 KИ= SEff/SH

  

Отличие вакуумных насосов от компрессоров

Вакуумное оборудование понижает атмосферное давление, а не увеличивает его в отличие от компрессоров. Схема работы механических вакуумных насосов аналогична схеме работы воздушных компрессоров. Различие заключается в том, что вакуумный насос удаляет взятый из замкнутого объема воздух и выбрасывает наружу.

Вакуумные насосы и компрессоры отличаются тем, что у вакуумного насоса давление воздуха на всасывающей линии всегда ниже уровня атмосферного, а при высоких уровнях создаваемого вакуума почти равно нулю. Кроме того, отличие между компрессорами и вакуумными насосами заключается в разнице между создаваемым и атмосферным давлением у вакуумного насоса (при абсолютном вакууме не более 760 мм ртутного столба). Компрессоры могут создавать давление не более десятка или сотни атмосфер. По мере роста уровня вакуума насос данного типа принимает порцию воздуха на каждый такт впуска. Компрессоры имеют постоянное давление и производительность аппарата за все время работы.

Преимущества вакуумных насосов

Каждая отдельная группа вакуумных насосных установок имеет свои преимущества вследствие конструктивных особенностей, принципа действия, типа рабочей жидкости и прочих факторов. Так, водокольцевые насосы являются высокопрочными, работают при высоких температурах и тяжелых условиях, способны откачивать загрязненные пары. Пластинчато-роторные обладают повышенной стойкостью к пару воды, компактны, надежны, демонстрируют высокую скорость откачки и низкое энергопотребление. Насосы Рутса демонстрируют высокую производительность, быстроходность, равномерность откачки, отсутствие масла в сжимаемом газе. Мембранные и спиральные насосные установки, можно применять для работы с агрессивными средами при условии нанесения специального покрытия на все детали (в случае с мембранным насосом, плюс изготовление мембраны из каучука). К преимуществам винтовых насосов относится отсутствие маслопотребления и конденсаторов, а также энергоэкономичность.

/материал взят из открытого источника/

 

Примеры:

Водоструйный эжектор.

Одним из самых простых и непритязательных к обслуживанию устройств является водоструйный эжектор.  Водоструйный эжектор работает так: в него подается вода под давлением, и, когда вытекает через сопла на большой скорости, она увлекает паровоздушную смесь из конденсатора в диффузор. В диффузоре давление растет до уровня атмосферного, и вода, вместе с воздухом, удаляются из эжектора.  Таким же образом работает пароструйный эжектор.

При всей привлекательности водоструйных эжекторов имеется недостаток, который необходимо учитывать при выборе оборудования: водоструйные эжекторы не могут обеспечить устойчивую работу при переменном режиме.

Принцип работы водоструйных эжекторов заключается в следующем. Он работает по замкнутой и открытой схеме с необходимостью подачи силовой воды. В открытой схеме подачу воды обеспечивает нагнетающий насос, который берет энергию от внешнего источника. После вода сливается в резервуар. В замкнутой системе рабочая вода циркулирует, а ее температура регулируется при помощи дозированной подачи дополнительной холодной воды или слива. Изначально вода подается в камеру эжектора, из сопла на большой скорости (как уже говорилось) поступает в камеру, которая с помощью патрубка соединена с конденсатором.  Если между камерой и диффузором есть третья камера, то это только способствует хорошей работе эжектора.  Запуск эжектора проходит по стандартному механизму: на сбросе задвижки открыты на 100%, на подводе воды – на 50%. Затем включают насос рабочей среды. Воздушную задвижку открывают полностью только тогда, когда эжектор создал полный вакуум. Производительность водоструйного эжектора регулируется задвижкой подвода воды.

Водоструйный эжектор (струйный насос)

Водоструйный эжектор (струйный насос)

 Водоструйный эжектор (струйный насос) - схема


Водоструйный эжектор (струйный насос) - схема

Водоструйные эжекторы обычно используются в установках небольшой производительности, практически достигаемый вакуум соответствует остаточному давлению примерно 500 мм

В нашем каталоге представлены устройства, в которых используется аспирация эжекционного типа. В частности «воздушные» стоматологические установки типа Legrin и Meditech XP.

 - https://grand-sp.ru/products/272/2169/

- https://grand-sp.ru/products/272/2395/

 

Насос вакуумный водокольцевой.

Водокольцевые вакуумные насосы работают за счет создания центробежных сил в рабочей камере. Они откачивают газы за счет образования кольца в камере, через это кольцо внутри насоса образует область вакуума или крайне низкого давления.

 ООО "ПромЭнергоМаш" - производитель насосов ВВН, на своём сайте достаточно коротко и ёмко сообщает следующее (ссылка на сайт приведена ниже):

«Водокольцевые вакуумные насосы относятся к безмасляным форвакуумным насосам. В качестве рабочей жидкости в данных насосах используется вода. Эксцентрично расположенный ротор с радиальными лопастями вращается в корпусе цилиндрической формы, который частично заполнен жидкостью. Лопатки рабочего колеса при вращении захватывают жидкость и отбрасывают ее к корпусу. В результате в корпусе образуется вращающееся кольцо жидкости. Между втулкой рабочего колеса и кольцом жидкости образуется пространство, являющееся рабочей полостью насоса. Это пространство делится лопатками рабочего колеса на отдельные ячейки переменного объема.

При увеличении объема ячейки происходит процесс всасывания, а при уменьшении - процесс сжатия и нагнетания. Процесс сжатия в насосе сопровождается интенсивным отводом тепла от сжимаемого газа к жидкости. Температура сжимaeмoгo газа на выходе и выходе из насоса почти не отличается, в то время как рабочая жидкость нагревается, поэтому ее необходимо постоянно заменять. Рабочая жидкость подается либо во всасывающий патрубок, либо через гидравлическое уплотнение вала рабочего колеса в рабочую полость насоса, а уходит через нагнетательные окна вместе со сжатым газом.

Наличие жидкостного кольца и отсутствие органов газораспределения позволяет насосам откачивать газы, содержащие пары и твердые частицы. Постоянная циркуляция рабочей жидкости не позволяет твердым частицам отлагаться внутри корпуса, они вымываются из насоса вместе с уходящей жидкостью.

Водокольцевые насосы обладают такими достоинствами как простота работы, надежность, низкая стоимость по сравнению с другими насосами, простота обслуживания, низкие уровни вибрации и шума. Изготовление деталей насоса не требует высoкoгo класса точности, все детали в ней взаимозаменяемы.

Данный тип насосов применяются в таких отраслях промышленности как: химическая, деревообрабатывающая, металлургическая, пищевая промышленность, медицине, в научно-исследовательской деятельности. Предельный вакуум, создаваемый такими насосами достигает 3,3∙10-3 Па.»

Водокольцевой насос

водокольцевой насос - схема


водокольцевой насос


водокольцевой насос - схема


водокольцевой насос

Водокольцевой насос используется в системе предварительного удаление воздуха из стерилизационной камеры автоклавов, представленных в нашем каталоге, например модели ГКа-100 ПЗ и ГКа-120 ПЗ.

https://grand-sp.ru/products/173/2418/

https://grand-sp.ru/products/173/2419/

 

Вихревые воздуходувки

По характеру действия вихревые воздуходувки относятся к машинам динамического действия. В конструкции отсутствуют изнашивающиеся детали (кроме подшипников), благодаря этому они очень прочны и имеют долгий срок службы.

В профессиональной среде также используются следующие названия для этого оборудования: вихревые компрессоры, вентиляторы обводного канала, бокопоточные вентиляторы, турбокомпрессоры, вихревые вакуумные насосы-компрессоры.

Вихревая воздуходувка может использоваться в двух режимах: как компрессор и как вакуумный насос.

Вихревые воздуходувки также называют бокопроточными или кольцевыми


Вихревые воздуходувки также называют бокопроточными или кольцевыми - схема


Вихревые воздуходувки также называют бокопроточными или кольцевыми - схема

Воздуходувка представлена у нас в каталоге, в качестве основной части аспиратора Cattani Mono-Jet. - https://grand-sp.ru/products/274/2458/

 

 Для любителей углубиться в суть вопроса в интернете есть большое количество материала по теме, далее, приводим несколько интересных ссылок по вакуумной технике:

Энциклопедия Кругосвет

Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия - http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshlennost/VAKUUMNAYA_TEHNIKA.html?page=0,0

 

Сайт компании ООО "ПромЭнергоМаш" - Производство Насосов ВВН - http://himpromnasos.ru/index.php

 

Университетское вакуумное общество "УНИВАК"

http://www.vacuum.ru/vacuum.html#n_pl-r

 

Насосы и промышленное оборудование

(статья о принципах работы насоса с наглядной анимацией)

https://www.ampika.ru/Princip_raboty.html

 

"ЭНЦЕ инжиниринг"

http://www.ence-pumps.ru/vodokoltsevye_vakuumnye_nasosy.php#vacuum_pumps_description


← Назад в раздел