ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Двигатель для системы искусственного сердца фирм ВестннгаузФилипс из "Двигатели Стирлинга " Двигатель фирмы Термо-Электрон был первоначально определен как кольцевой циклический регенеративный двигатель он не был причислен к двигателям Стирлинга. Однако в действительности этот двигатель является двигателем Стирлинга и, более того, одним из уникальных. Рабочее тело двигателя — вода, изменяющая фазовое состояние от жидкого в холодной полости до парообразного в горячей и таким образом, оно может быть классифицировано как однокомпонентное двухфазное рабочее тело . [c.333] Схема системы фирмы Термо-Электрон приведена на рис. 15.13 Система включает два основных блока блок двигателя и блок насоса. В блоке двигателя теплота от ядерного или электрического источника энергии преобразуется в механическую работу для привода насоса. Гидросмесь затем поступает во второй блок на привод насоса для циркуляции крови. [c.333] Упрощенная схема двигателя показана на рис. 15.14. Двигатель может быть классифицирован как двигатель Стирлинга в варианте Хейнричи с рабочим и вытеснительным поршнями в раздельных цилиндрах. Опитоса Объем расширения является нагреваемым объемом над вытеснителем, а объем сжатия — охлаждаемыми объемами под вытеснителем и над поршнем. Гидравлический насос представляет собой сильфонный насос, расположенный под вытеснителем с впускным и выпускным обратными клапанами. [c.334] Движение рабочего поршня сильфонного типа осуществляется с помощью электродвигателя, приводящего в движение винтовой вал, на котором установлена гайка, соединенная с нижней частью поршня. Вращение электродвигателя в одну сторону заставляет поршень подниматься, вращение в другую — опускаться. Регулирование направления и продолжительности вращения электродвигателя, а также регулирование циклической чаод оты происходит с помощью электронного логического блока. Питание электродвигателя и электронного блока управления осуществляется от кремний-германиевого термоэлектрогекератора, нагреваемого с помощью основного источника теплоты. [c.334] При движении рабочего поршня с помощью электродвигателя вверх жидкое рабочее тело движется в цилиндре вытеснителя и поднимается по кольцевому зазору между вытеснителем и стенкой цилиндра. При проходе через кольцевой зазор жидкость кипит, превращаясь в пар, и далее нагревается до состояния перегретого пара. [c.334] При фазовом переходе воды в пар давление в рабочем объеме растет. Когда давление превосходит давление в контуре гидравлического насоса в сильфоне под вытеснителем, вытеснитель начинает опускаться. Это приводит к вытеснению большого количества жидкости через регенератор в горячую полость, увеличивая давление еще больше, что, в свою очередь, ускоряет движение вытеснителя. По мере опускания вытеснителя происходит сжатие сильфона, и гидросмесь выходит через выпускной обратный клапан при расчет--ном давлении выпуска. [c.334] Система искусственного сердца фирмы Термо-Электрон отличается от других систем с двигателем Стирлинга, описанных в данной работе, тем, что двигатель работает с частотой биения живого сердца. При работе в качестве вспомогательной системы кровообращения система должна включать в свою схему датчик для синхронизации блоков двигателя насоса с живым сердцем. [c.335] Никаких технических подробностей о двигателе, относящихся к значениям давления, диаметра цилиндра и длины хода вытеснителя, в любой из известных автору публикаций не приведено. Сообщалось, что КПД двигателя находится в пределах от 15 до 16 % при максимальных температурах цикла от 480 до 540 °С. КПД двигателя определялся как отношение индикаторной работы к сумме теплоты конденсации и индикаторной работы. [c.335] Имплантируемый блок двигателя [373] имеет длину 20 см, диаметр 6,1 см, объем 700 см и массу 1,6 кг. При стендовых испытаниях всей системы при входной мощности блока двигателя 33 Вт обеспе-, чивалась гидравлическая мощность примерно 3 Вт на выходе насоса для циркуляции крови при частоте от 90 до ПО сокращений сердца в минуту. [c.335] Долговременные испытания всего имплантируемого блока двигателя были проведены в условиях круглосуточной работы при 70 сокращениях сердца в минуту в течение 1200 ч. За это время было обнаружено два повреждения, которые были связаны с главным насосным сильфопом под вытеснителем. Второй металлический сильфон, выполняющий функции рабочего поршня, прошел испытания. [c.335] Эксперименты на животных при осуществлении разработки системы фирмы Термо-Электрон были проведены в сотрудничестве с научно-исследовательской лабораторией сердечно-сосудистой хирургии Института кардиологии (г. Хьюстон, шт. Техас). [c.336] Схема и результаты первых исследований на демонстрационной стендовой модели описаны в работе Пушо и Дэниэльса [266]. Основные агрегаты системы показаны на рис. 15.16, а ее принципиальная схема — на рис. 15.17. Использующийся в системе двигатель Стирлинга был одноцилиндровым вытеснительного типа с ромбическим приводом. Частота вращения вала двигателя составляла 600 об/мин. С помощью зубчатой передачи частота вращения увеличивалась до 1800 об/мин на маховике, а затем последовательно уменьшалась до 900 об/мин на приводе с гибким валом и до 120 об/мин для циркуляционного насоса крови. Насос, представлявший собой цилиндрическую конструкцию, закрытую с двух сторон куполообразными кожухами, имел кривошипный приводной механизм с треугольным шатуном (рис. 15.18). [c.337] Обзор состояния разработки двигателя за несколько лет дан в работе [142]. Размеры системы, для которой разрабатывался прототип имплантируемого блока двигателя, приведены на рис. 15.19. Сечение двигателя для этого прототипного блока показано на рис. 15.20. Некоторые подробности конструкции, отмеченные в ежеквартальном отчете фирмы Вестингауз за 1975 ° г., приведены в табл. 15.3. Расчетный баланс мощности для двигателя (рис. 15.21) показывает, что при тепловой мощности ядерного источника, равной 29,5 Вт, мощность на приводе с гибким валом составляет 5,4 Вт. [c.337] Особой трудностью для системы фирм Вестингауз / Фи-липс является передача отводимой от двигателя теплоты циркуляционному насосу для ее диссипации в крови. В ранних вариантах системы для этой цели использовался контур водяного охлаждения, прокачка воды в котором осуществлялась с помощью сильфонного насоса, объединенного с н,иркуляционным насосом крови [267]. Затем этот контур был заменен гибкой тепловой трубой, описанной в работе 1193]. [c.340] Температура в объеме расширения, К 900. [c.340] Детальное описание хода программы фирм Вестингауз / Филипс сообщалось в ежеквартальных отчетах (до 29 в середине 1977 г.). Эти отчеты не являются доступными и несколько однообразны для изучения, поэтому некоторые читатели могут найти более полезными ежегодные обзорные статьи, публикуемые в материалах Конференции по инженерным аспектам преобразования энергии. [c.341] Единственные известные за пределами США разработки по искусственному сердцу с использованием двигателей Стирлинга ведутся по программе фирмы Мессершмитт-Бельков-Блом в ФРГ [130 и 340 ]. На ранней стадии они были связаны со свободнопоршневым термокоцпрессорным двигателем типа двигателя Буша, подобного описанному двигателю фирмы Аэроджет-Дженерал . Состояние дальнейших работ по этой программе неизвестно. [c.342] Вернуться к основной статье