Гидравлический расчет одноразового медицинского шприца объемом 20мл, страница 2

1 – корпус; 2 – поршень; 3 – носик; 4 – канюля; 5 – трубка иглы

Рисунок 2 – Расчетная схема проточного тракта медицинского шприца объемом 20 мл

ζ ₁ – переход из шприца в носик;                                   ζ ₁= 0,9801

ζ ₂ – переход из носика в канюлю;                                 ζ ₂ = 0,3750

ζ ₃ – переход из канюли в иглу;                                      ζ ₃ = 0,9216

ζ ₄ – переход из иглы в ткани;                                        ζ ₄ = 1

ζ ₅ – сопротивление иглы.                                               ζ ₅ = 0,9216

Анализ работы шприца и его эскиза позволил установить, что расчетная схема включает следующие гидравлические сопротивления, подлежащие определению.

1  Переход  от D_ц к d_нос –– внезапное сужение;

2  Переход от d_нос к d_кон –– внезапное расширение;

3  Переход от d_кон к d_и –– внезапное сужение;

4  Переход от d_и в пациента;

5  При течении жидкости в игле –– потери по длине иглы.

Анализ геометрии шприца позволяет установить следующие расчетные его параметры, которые сводим в таблицу 1.

Таблица 1 – Основные геометрические параметры шприца объемом 20 мл

Vш,		Размеры по эскизу					Эксперимент
		Шприц		Игла			Время инъекции , c	Объемный расход Q,  м3/с
Vном	Vрасч	Dц мм	dкан мм	dнак мм	dи* мм	lи* мм
20,0	21,04	20	4,0	2,0	0,8	38	53

*задано преподавателем, все диаметры внутренние

3 Определение коэффициентов местных сопротивлений по длине тракта

Расчет указанных выше местных сопротивлений выполняем по следующему алгоритму.

3.1 Вычисляем площади проходных сечений элементов гидропривода

                                      (6)                           

3.2 Вычисляем коэффициенты местных сопротивлений по следующим формулам [1,2]:

3.2.1 Для внезапного сужения:

,                                                   (7)

где     –– меньшая площадь проходного сечения элемента, мм²;

–– большая площадь проходного сечения элемента, мм²

3.2.2 Для внезапного расширения:

                                               (8)

3.3 Вычисление коэффициента потерь давления по длине иглы

3.3.1 Вычисляем расход в гидравлическом тракте «шприц – игла»

,                                            (9)

где      –– расчётный объём шприца, см³;

–– экспериментальное время инъекции, с.

3.3.2 Вычисляем скорости потока в каждом элементе тракта

                                               (10)

 

3.3.3 Вычисляем число Рейнольдса в игле  

,                                 (11)

где     –– скорость потока в элементе;

d –– диаметр проходного сечения элемента;

–– кинематический коэффициент вязкости, принимаем  

Анализ величин чисел Рейнольдса показывает, что гидравлическим сопротивлением тракта шприц-игла является сопротивление иглы, которое и будем учитывать в дальнейших расчетах.

Тогда отсюда следует, что режим течения в игле ламинарный.

3.3.4 Вычисляем коэффициент Дарси для сопротивления иглы

                                           (12)

3.3.5 Вычисляем коэффициент  потерь по длине иглы

                                            (13)

4 Определение потерь давления в гидравлическом тракте «шприц – игла»

Предварительные расчеты показали, что гидравлические потери в канюле и наконечнике шприца ничтожно малы по сравнению с потерями в игле. Поэтому они и будут определяющими при расчете усилия пальца.

Вычисляем общее сопротивление тракта «шприц – игла», учитывая, что местными сопротивлениями по сравнению с сопротивлениями можно пренебречь, по формуле [1,2]

                                         (14)

5 Вычисление усилия для преодоления гидравлического сопротивления тракта

Вычисляем усилие на штоке шприца, обусловленное сопротивлением иглы, пренебрегая силами трения, по формуле

                                                                          (15)

Тогда усилие пальца медработника при инъекции составляет

                                                              (16)

Вывод: Расчётный шприц удовлетворяет требования эргономики.

СПИСОК Использованной литературы

1  Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Уч. для вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. М. Машиностроение, 1982.

2  Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Госэнергоиздат, 1992.

3  Федорец В.А. и др. Гидроприводы и гидропневмоавтоматика станков. К.: Техніка, 1987.

4  Методические указания к расчетно-проектным и практическим работам по курсу "Автоматизация и механизация средствами ГПА" для студентов специальности 7.090209 "Гидравлические и пневматические машины" дневной и заочной формы обучения. «Расчет пневматических и гидравлических элементов, узлов и устройств. Расчет пневмо- и гидроприводов» / сост. В. В. Седач.  Харьков, НТУ"ХПИ", 2007.