Всмоктувальна машина

Реферат: Всмоктувальна машина для стоматологічної або хірургічної всмоктувальної системи складається з сепаратору (20), що містить крильчатку (22) для відділення рідини і, за необхідності, твердих компонентів з відсмоктаної повітряної/рідкої і, за необхідності, з суміші твердих тіл, що також включає всмоктувальний вентилятор (60), який сполучений з випуском повітря (37) сепаратору (20), який має кожух (61) а також крильчатку (62). Всмоктувальний вентилятор (60) являє собою радіальний вентилятор, крильчатка (62) якого керується електричним двигуном (43), який керує крильчаткою (22) сепаратору (20) через передачу (36). UA 99709 C2 (12) UA 99709 C2 UA 99709 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Даний винахід стосується всмоктувальної машини, яка складається з сепаратору для відділення рідини і відповідних твердих компонентів з відсмоктаної повітряної/рідкої суміші, і зі всмоктувального вентилятору, який сполучений з випуском повітря сепаратору. Подібна всмоктувальна машина представлена у ЕР 0 400 431 Л7. Всмоктувальна машина, описана в тому винаході, складається з сепаратору, який сполучений зі всмоктувальним вентилятором. Сепаратор являє собою циклон і центрифугу, які розміщенні коаксіально. Всмоктувальні машини використовуються у стоматологічних або хірургічних всмоктувальновидільних системах. Повітряну/рідку суміш, видалену з рота хворого або з операційного поля, відповідно, дантистом або хірургом по-перше, доведеться розділити у сепараторі на рідину і відповідні тверді компонентів, з одного боку, і повітряні компоненти, з другого боку. Оскільки всмоктувальним вентилятором відводяться повітряні компоненти з випуску сепаратору і генерується частковий вакуум для аспірації, зараз вентилятори бічного каналу, що безшумно працюють, використовуються в багатьох системах. Менші всмоктувальні машини можуть бути безпосередньо поєднані між собою в межах блоку, тоді як більші всмоктувальні машини, встановлені централізовано, можуть одночасно обслуговувати декілька блоків. Так, наприклад, в документі WO 02/11644 А1 показана інтегрована в лікувальну система всмоктувальна машина, в якій встановлено всмоктувальний вентилятор з передвключеним сепаратором. При цьому всмоктувальний вентилятор та сепаратор призводять до руху через пасову передачу від спільного двигуна. Також документ ЕР 0766088 А1 розкриває всмоктувальну машину для стоматологічного застосування. Сепаратор, який передбачено у цій машині, розташован безпосередньо на вихідному валі двигуна. На іншому кінці двигуна вихідний вал містить пасовий шків для пасової передачі, завдяки якій включений після сепаратору вентилятор з бічним каналом призводять до руху. Вентилятори бічного каналу, які використовуються зараз, мають відносно малу продуктивність, у кращому випадку близько 0.25 - 0.3 на стадію. Крім того, їх споживання енергії збільшується при збільшенні парціального вакууму. У випадку всмоктувальної машини для, наприклад, чотирьох стоматологічних блоків, необхідно встановити електродвигун із встановленою потужністю приблизно 1.5 кВт. Зараз всмоктувальними вентиляторами для стоматологічних або хірургічних всмоктувальних машин звичайно керують однофазні або трифазні двигуни, максимальна продуктивність яких досягає 60-70 %. У разі приладу з багатьма вузлами, бажано вибирати силу всмоктування з огляду на споживану потужність, щоб всмоктувальний вентилятор не працював постійно при повному навантаженні. Проте, це вимагає детально технічно розробленої і дорогої керуючої електроніки. Таким чином, метою даного винаходу є детально описати всмоктувальну машину заявленого спочатку типу, яка має кращу продуктивність, і ту, що має відповідні властивості для обслуговування декількох блоків. Це досягається завдяки всмоктувальній машині, що має характеристики, представлені у п. 1 формули. Бажані конфігурації мають характеристики відповідно до залежних пунктів формули. Відповідно до винаходу, у випадку всмоктувальної машини заявленого спочатку типу, всмоктувальний вентилятор є вентилятором радіального потоку, крильчаткою якого керує електрично комутований електродвигун (безколекторний двигун постійного струму або ЕСдвигун). На відміну від вентилятора бічного каналу, вентилятор радіального потоку має значно вищу продуктивність приблизно 0.6 - 0.7 на стадію. Крім того, вентилятор радіального потоку споживає менше енергії в межах часткового навантаження, оскільки вентилятори радіального потоку потребують більше енергії, тим більше, чим більш об'ємний потік. З другого боку, у разі високого парціального вакууму, але низького об'ємного потоку, що характерно для стоматологічних або хірургічних всмоктувально-видільних систем, споживання енергії відносно низьке. Крім того, вентилятора радіального потоку менш чутливий до відсмоктаних рідких залишків, піни або пилу. Завдяки меншій масі крильчатки вентилятора радіального потоку в порівнянні з вентилятором бічного каналу, досягається швидший запуск. У порівнянні з відповідними однофазними або трифазними двигунами, електрично комутований двигун також має вищу продуктивність приблизно 80-85 %. В результаті, споживання струму і кількість використаного тепла менше. 1 UA 99709 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Оскільки електрично комутований двигун працює в безщітковому виконанні, він є практично не зношуваним і має довший строк використання. Крім того, електроніка електрично комутованого двигуна дає можливість без великих зусиль керувати його швидкістю, завдяки чому регулюється потужність всмоктування, яка залежить від споживання енергії. Відповідно до винаходу, сепаратор і вентилятор радіального потоку механічно з'єднуються один з одним, таким чином, щоб сепаратору працював повільніше, ніж вентилятор радіального потоку. Відповідно, як вентилятор радіального потоку, так і сепаратор можуть керуватися ECдвигуном, також при керуванні береться до уваги відмінність швидкості двох під-одиниць. Доцільно частини системи з'єднувати зубчастою передачею. Але також можна використовувати з'єднання зубчасто пасовою, зубчастою або фрикційною передачею. Особливо ефективним є використання зубчастої передачі колесами з непрямими зубцями. Якщо одне зубчасте колесо зроблене з пластмаси, а друге зубчасте колесо з металу, досягається особливо безшумне з'єднання, а передача не потребує змащування. Якщо електроніка керуюча EC-двигуном розміщена у відділенні для електродвигуна, то система стає особливо компактною, і її доцільно доповнити вентилятором для забезпечення охолоджування електроніки двигуна. Вентилятор можна змонтувати на провідному валу сепаратору. Випуск повітря сепаратору може бути сполучений з всмоктувальним отвором вентилятора радіального потоку через зовнішній трубопровід. Сепаратор бажано включає циклонний сепаратор і насос або центрифугу, які розміщенні коаксіально. В результаті досягається розділення всмоктаної повітряної/рідкої суміші. Якщо електродвигун являє собою двигун із зовнішнім ротором, всмоктувальна машина може мати особливо компактну конструкцію. Крім того, двигун із зовнішнім ротором забезпечує передачу з високим обертаючим моментом, і може керуватися на великих швидкостях. Наступні переваги витікають з опису наступного втілення винаходу, який буде детально представлений нижче на підставі рисунків: Рисунок 1 креслення всмоктувальної машини в розрізі, Рисунок 2 ізометричне зображення всмоктувальної машини з Рисунка 1 при обертанні на близько 120°, Рисунок 3 бічна проекція всмоктувальної машини, при обертається на 90° в порівнянні з Рисунком 1, Рисунок 4 верхня проекція всмоктувальної машини з Рисунка 1 і Рисунок 5 вид знизу всмоктувальної машини з Рисунка 1. Всмоктувальна машина, показана на Рисунках 1 - 5, обладнана нижньою кришкою картера 11, на яку зверху пригвинчується чашоподібний кожух 21 або сепаратор 20. Зверху до кожуха 21 припаяний кільцевий проміжний фланець 30, який в центрі, являє собою звисаючий зверху вниз випуск для повітря 92 відділеного від рідких компонентів. Вихідний отвір 29 сепаратору 20 веде тангенціально і збоку до кожуху 21 (див. Рис. 2) і з'єднується із спіральним каналом 35, який входить до внутрішньої частини кожуха 21. До вихідного отвору 29 пригвинчується Y-подібний відгалуджуючий елемент 29', до якого можна, наприклад, окремо під'єднати два стоматологічні всмоктувальні екстрактори. Зверху, проміжний фланець 30 з'єднаний з двокамерним кожухом 31, нижнє відділення якого служить камерою для виходу повітря з сепаратору 20, і збоку містить вихідний отвір 37 (див. Рис. 3). У верхній камері кожуха 31 знаходиться зубчаста передача 36. Зверху кожух 31 припаяний до іншого кожуху 41, який служить відділенням для двигуна, що змонтовано збоку, і нижня сторона якого має форму кришки 47 верхнього відділення кожуха 31. Зверху кожух 41 має кришку 51. Кришки 51 проектується радіально до кожуху 41 і одночасно утворює основу для спірального кожуха 61 вентилятора радіального потоку 60. Спіральний кожух 61 разом з кришкою 51 формує працюючу камеру 67 для крильчатки 62. У центрі спірального кожуха 61 розміщений круглий повітряний канал 65, який веде до камери впуску 66, яка сполучена з трубчастим всмоктувальним отвором 63. Працююча камера 67, яка інакше являє собою круглий переріз, що містить тангенціальний вихід повітря, що веде до 68 (див. Рис. 2) який розширюється у спіральний канал 69, який проходить навколо працюючої камери 67 до трубчастого виходу повітря 64. На Рисунку 4 місце проходження спірального каналу 69 видно на проекції зверху. Спіральний кожух 61 запаяний зверху круглою кришкою з листового металу, яка не показана на рисунках. 2 UA 99709 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При робочих режимах, вихід повітря 37 сепаратору 20 сполучений зі всмоктувальним отвором 63 вентилятора радіального потоку 60 через зовнішній трубопровід, не показаний тут, який може бути шлангом або мати трубчасту форму. У кожусі 21 сепаратору 20 змонтовано на спільному приводному валу 34, одну вище іншої, крильчатку насоса 23 і крильчатку 22 циклонного сепаратору, яка розширюється донизу утворюючу форму дзвону. У верхній області перетинки крильчатки 22, розроблено сітку зі спірально сполучених кілець і оточення крильчатки 22, що разом з протилежною сіткою внутрішньої стінки кожуха 21 формує спіральний канал 35, через який відсмоктана повітряна/рідка суміш надходить до сепаратору 20. На верхній частині крильчатки 22 периферично розміщена відносно велика кількість радіальних лопат насоса 19, а в центрі міститься вузьке прямокутне вилучення, що разом з відповідним проміжним фланцем 30 формує динамічну прокладку рециркуляційної дії, таким чином, що прямого зв'язку потоків з внутрішнього простору кожуха 21 та центрального відкритого каналу проміжного фланцю 30 немає. У внутрішньому просторі крильчатки 22 знаходиться декілька (напр. шість) лопат 25, що розповсюджуються пленарно у вертикальних і радіальних напрямах між провідним валом 34 і внутрішньою стінкою крильчатки 22, яка розділяє внутрішній простір крильчатки 22 на декілька секторів, які сполучені з боків друг відносно друга. Нижче крильчатки 22 розміщений кільцевидний канал крильчатки насоса 23, зовнішня стінка якого розширюється навскіс догори над нижнім краєм крильчатки 22. Декілька радіальних сіток 26 організовані у внутрішній зоні крильчатки насоса 23. На зовнішньому краю крильчатки насоса 23 розміщена відносно велика кількість лопат насоса 27, які в центрі мають вузьке прямокутне вилучення. Вище кільця лопат насоса 27 діаметр кожуха 21 зменшується на плечі 28, яке таким чином разом з нижньою кришкою 11, відмежовує камеру для виходу рідини. Від плеча 28 до прямокутних вилучень лопат насоса 27 розходиться кільцевидна блокуюча сітка 81. Таким чином, лопати насоса 27 формують динамічну прокладку разом з плечем 28 і блокуючою сіткою 81, що проходить від сказаного плеча до вилучення лопат насоса 27. Лопати насоса 27 після плеча 28 проходять до внутрішньої крильчатки насоса 23 і таким чином підводять рідину, що йде від крильчатки 22 до крильчатки насосу 23 і яка виводиться назовні відцентровою силою, до вихідного отвору рідини 24 (див. Рис. 3), який виходить тангенціально від нижчої периферійної стінки кожуха 21, який розташований нижче плеча 28. Відсмоктана повітряна/рідка суміш, яка входить до кожуха 21 з впускного отвору 29 через спіральний канал 35, витікає знизу у режимі близькому до турбулентного, а потім, під дією вихрового ефекту вентилятора радіального потоку 60, сполученого з випуском повітря 37, проходить далі до камери крильчатки 22, відмежованої лопатами 25. На цьому шляху, залишкові рідкі компоненти відокремлюються під дією відцентрової сили і залишаються на зовнішній стінці циклонного сепаратору, а потім скапують безпосередньо до крильчатки насоса 23. У крильчатці 22, краплі рідини і піна, які можна захопити, проштовхуються через внутрішню стінку крильчатки 22 завдяки відцентровій силі і стікають по внутрішній стінці, яка йде донизу. Звідти, рідина скапує до крильчатки насоса 23 і під дією відцентрової сили виходить назовні, де лопати насоса 27 спрямовують її до вихідного отвору рідини 24. Провідний вал 34 сепаратору 20 простягається через вихід повітря, що знаходиться у проміжному фланці 30 і через камеру виходу повітря кожуха 31 до передачі 36. У верхньому кінці провідного валу 34 знаходиться велике зубчасте колесо 32, яке приводить до дії менше зубчасте колесо 33. Співвідношення розмірів приблизно 1:3. Зубчасте колесо 33 знаходиться на валу 42, який тягнеться через центр кожуха 41 до крильчатки 62. В межах кожуха 41, ротор 44 електрично комутованого електродвигуна (ЕСдвигуна) 43, який є двигуном із зовнішнім ротором, розміщено на валу 42. Зазвичай в електродвигуні внутрішній ротор обертається, а зовнішній кожух є стаціонарним. У двигуні з зовнішнім ротором, що використовується в цьому винаході, це не так. Кожух такого двигуна представлений постійними магнітами, які служать ротором 44 і обертаються, тоді як арматура 45 (статор), яка складається з декількох котушок з повітряним сердечником, стаціонарна. Це дає особливо компактні розміри конструкції і стає можливим отримати великий обертаючий момент. Але EC-двигуни з внутрішнім ротором також можна використовувати. Обумовлені електродвигуни звичайно працюють з щітками, для того, щоб змінювати напрямок потоку на поворотах у відповідний час. Використання щіток викликає механічні і електричні втрати, більшу зношуваність, електромагнітні перешкоди. У випадку електрично 3 UA 99709 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 комутованих двигунів, з іншого боку, зміна напрямку відбувається завдяки контрольній електроніці (регулятор частоти обертання двигуна), яка генерує периферійне магнітне поле через котушки з повітряним сердечником 45. В цьому випадку немає недоліків, що мають місце при використанні щіток. В результаті, безщітковий двигун має кращу продуктивність. Чашоподібний ротор 44 сполучений знизу з валом 42, а зверху відкритий. Підшипник ковзання 53 проектується зверху вниз від кришки 51, в якій підшипник ковзання підтримує вал 42, а за межами - арматуру 45 з котушками з повітряним сердечником. Регулятор частоти обертання двигуна монтується на двох платах з печатним монтажем 46 усередині кожуха 41, від якого нижня плата з печатним монтажем проходить концентрично навколо ротора 44, а другий йде вище арматури 42 на підшипнику ковзання 53. Також регулятор частоти обертання двигуна може розміщуватися у зовнішньому кожусі. Для охолодження регулятора частоти обертання двигуна є вентилятор, який не показаний тут і який є бажаним, і також керується валом 42, може бути розміщений в кожусі 41. За допомогою регулятора частоти обертання двигуна, всмоктувальна потужність всмоктувальної машини може відносно легко регулюватися відповідно до поточних потреб (напр. 1-4 ) шляхом регулювання швидкості. З цією метою частковий вакуум у всмоктувальній лінії можна вимірювати і відповідно можна регулювати швидкістю. Крім того, регулятор частоти обертання двигуна забезпечує обмеженням струму двигуна (блокування безпеки). Крильчатка 62 вентилятора радіального потоку 60 знаходиться на верхньому кінці вала 42. Крильчатку оточує нижній плоский диск 72 і верхній конічний диск 72. Конічний диск розміщується вужчою стороною до зовнішньої частини. Між дисками 71 та 72 розміщені крила 73, що забезпечують осьові паралельні утворюючі, які розповсюджуються від центру по кривій радіально до краю дисків 71, 72. Радіально завершенні крила також можна використовувати. Верхній диск 71 крильчатки 62 має центральний впуск повітря, який веде до повітряного каналу 65 спірального кожуху 61. Для кращої герметизації працюючого відділення 67, на впуск повітря монтується вертикальний отвір 74, який оточує відповідне кільце 75, що розширяється донизу до повітряного каналу 65 залишаючи незначний зазор. Якщо крильчатка 62 встановлена для швидкого обертання EC двигуном 43, повітря аспірується через центральний впуск повітря крильчатки 62 і виштовхується назовні викривленими крилами 73 через проміжок між двома дисками 71, 72, потім обертається в працюючій камері 67 і виходить через відкритий випуск повітря 68 у спіральний канал 69 до випуску повітря 64, і звідти до відкритого отвору через трубопровід на дах. Пропелер вентилятора 62, вал 42 і EC двигун 43 розроблені таким чином, щоб забезпечувати найбільші швидкості обертання в межах ряду від 12,000 об/хв до 15,000 об/хв. Через співвідношення розміру зубчастих передаточних колес 32, 33, з одного боку, провідний вал 34, а разом з ним крильчатку 20 і крильчатку насоса 23 сепаратору 20 з іншого, система працює при відносно низьких швидкостях в межах від 2800 об/хв до 4000 об/хв, що є бажаним при сепарації. Завдяки низьким швидкостям, зубчасте колесо 32 можна виготовляти з пластмаси, як, наприклад, ПТФЕ або ПЕ; зубчасте колесо 33 виробляється з металу, наприклад, з латунної або високолегованої сталі. З такою комбінацією матеріалів, змазування передачі 36 можна не проводити. Альтернативою до зубчастої передачі 36, планетарної зубчастій передачі, є пасова передача або зубчасто пасова передача або фрикційна передача, що також може використовуватися для з'єднання сепаратору 20 і вентилятору радіального потоку 60. Частини вентилятору радіального потоку 60, що обертаються з великою швидкістю, доведеться добре зрівноважити. Шарикопідшипники, не показані тут, якими підтримується вал 42, мають бути невеликого діаметру. Також може бути потрібне охолоджування підшипника, як і використання мастила високої температури і герметизація підшипника. Осьові діючі люфти вентилятора радіального потоку 60, з іншого боку, можуть бути відносно великими в межах навколо 1-3 міліметра. Це спрощує зборку, оскільки немає потреби у точних параметрах, і робить вентилятор радіального потоку 60 не чутливим до всмоктаної піни і пилу. Кожух частин, як, наприклад, спіральний кожух 61 або кожух 41, може вироблятися з пластмаси, що є менш витратним. Крильчатка 62 може конструюватися таким чином, щоб бути відносно легкою, краще з алюмінію. Це дозволяє швидко запускати всмоктувальну машину. Альтернативно, тільки нижній диск 72 крильчатки можна виробляти з алюмінію, а верхній диск 71 з крилами 73 з пластмаси, коли два диски 71 та 72 при температурі заклепуються разом. 4 UA 99709 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Завдяки кращій продуктивності вентилятора радіального потоку 60 і EC двигуна 43, продуктивність двигуна всмоктувальної машини, який розроблений для роботи на чотири і менше блоків, у бажаних втіленнях винаходу складає приблизно 0.95 кВт. Крім того, при подальшому удосконаленні, не показаному тут, стає можливим відділення твердих компонентів як, наприклад, висвердленої амальгами. З цією метою, крильчатка насоса 23 замінена на корзину центрифуги, дно якої представляє собою пульпо-дренажну апертуру, через яку тверді компоненти можуть потрапляти до колектору, коли центрифуга розвантажена. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Всмоктувальна машина, яка складається з сепаратора (20), що включає крильчатку (22) для відділення рідини і, за необхідності, твердих компонентів з відсмоктаної повітряної/рідкої речовини і, за необхідності, з суміші твердих тіл, що також включає всмоктувальний вентилятор (60), який сполучений з випуском повітря (37) сепаратора (20), який має кожух (61), а також крильчатку (62), при цьому крильчаткою (62) керує електродвигун (43), який також управляє крильчаткою (22) сепаратора (20) через передачу (36), та при цьому сепаратор (20) і всмоктувальний вентилятор (60) механічно зв'язані один з одним передачею (36) таким чином, що сепаратор (20) працює повільніше, ніж всмоктувальний вентилятор (60), яка відрізняється тим, що всмоктувальний вентилятор (60) є вентилятором радіального потоку (60), електродвигун є електрично комутованим електродвигуном (43), та передача (36) - це зубчаста передача або фрикційна передача. 2. Всмоктувальна машина за п. 1, яка відрізняється тим, що передача (36) - це зубчаста передача колесами з непрямими зубцями. 3. Всмоктувальна машина за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що зубчаста передача (36) складається з зубчастого колеса (32), виконаного з пластмаси, і зубчастого колеса (33), виконаного з металу. 4. Всмоктувальна машина за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що двигун (43) разом з регулятором частоти обертання двигуна (46) розміщені в кожусі (41), а вентилятором забезпечується охолоджування регулятора частоти обертання двигуна (46). 5. Всмоктувальна машина за п. 4, яка відрізняється тим, що вентилятором для регулятора частоти обертання двигуна (46) керує ведучий вал (42) вентилятора радіального потоку (60). 6. Всмоктувальна машина за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що вихідний отвір для повітря (37) сепаратора (20) сполучений зі всмоктувальним отвором (63) всмоктувального вентилятора (60) зовнішнім трубопроводом. 7. Всмоктувальна машина за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що сепаратор (20) включає циклонний сепаратор (22) і центрифугу (23), а також крильчатку (22), які розміщені коаксіально. 8. Всмоктувальна машина за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що електродвигун (43) - це двигун із зовнішнім ротором. 5 UA 99709 C2 6 UA 99709 C2 7 UA 99709 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8