Изучить одноразовый медицинский шприц с иглой  как сложное гидравлическое устройство.

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет

“Харьковский политехнический институт”

Кафедра “Гидропневмоавтоматика и гидропривод”

Часть 1

Гидравлический расчет одноразового медицинского шприца

Объемом 2 мл

Выполнила: ст. группы МТ-14

Кириченко О.С.

Проверил: проф. Седач В.В.

Харьков 2016

Содержание

Введение……………………………………………………………………..……3

1 Эскиз одноразового медицинского шприца объемом 2 мл…………….…....5

2  Предварительные расчёты…………………………………………..……..….7

          2.1 Реальный объём……………………………………………………….

          2.2 Рабочая площадь поршня……………………………………………

          2.3 Сила трения движения (эксперементальная)……………………….

          2.4 Сила трения движения……………………………………………….

          2.5 Площадь сечения иглы………………………………………………

          2.6 Скорость потока в игле……………………………………………...

          2.7 Число Рейнольдса в канюле и в игле……………………………….

3. Разработка расчётной гидравлической схемы проточного тракта «шприц-игла»……………………………………………………………………………..

4 Определение коэффициентов местных сопротивлений по длине тракта......8

4.1 Площади проходных сечений элементов тракта…………………….8

4.2 Значения коэффициентов местных сопротивлений…………………8

4.3 Коэффициент потерь давления по длине иглы ………………..…….9

4.4 Расход в гидравлическом тракте «шприц – игла»………………….9

5 Вычисление усилия для преодоления гидравлического сопротивления  тракта …………………………………………………………………………………….10

Выводы……………………………………….…………………………………11

Список литературы……………….…………………………………………….11

Введение

Шприц- прибор в виде оснащенного поршнем цилиндра с полой иглой, предназначенный для подкожных инъекций.

Тлумачний словник російської мови визначає що: «Шприц – це пристрій для підшкірного вприскувань у вигляді оснащеного поршнем циліндра з пустотілою головкою».

В настоящее время существует много разновидностей данного медицинского прибора и его производителей: «Гемопласт», «luer», «Becton Dickinson», «B. Braun», «ERG», «Helmject», «Bulim Medical», «BogMark», «Момина крепост», «Восток» и другие. Шприцы выпускают двух- и трехкомпонентные . В последних кроме корпуса и поршня со штоком (два компонента) на конце поршня установлено специально резиновое уплотнение. Обычно шприцы имеют объем 1,2,5,10 и 20 мл, а также 22мл и 24мл. Они комплектуются стандартными иглами, каждая из которых представляет собой сборочную единицу с основой из стальной цельнотянутой бесшовной трубки с наружным диаметром 0,15 мм и имеющей с одной стороны срез под углом  для облегченного ввода в ткани пациента. Другой конец трубки закреплен в канюле иглы с конической насадкой типа «luer» для сочленения с канюлей корпуса шприца.

З точки зору гідравліки шприц можна розглядати як гідравлічний ручний двоходовій міні насос, на виході у якого є навантаження у вигляді голки та об’єкту ін’єкції. Це можна розглядати як комплекс гідравлічних місцевих та опорів по довжині. Для гідравлічних розрахунків у системі «Шприц – голка» зроблені ескізи  з необхідними розмірами.

Цель работы

1.     Изучить одноразовый медицинский шприц с иглой  как сложное гидравлическое устройство.

2.     Выполнить эскиз шприца объемом 2 мл.

3.     Составить расчетную схему гидравлического проточного тракта «шприц – игла».

4.     Рассчитать потери на местных сопротивлениях и потери по длине в гидравлическом тракте «шприц- игла».

5.     Вычислить потери давления в тракте «шприц – игла».

6.     Определить усилие пальца при пользовании шприцом.

1 Экспериментальное определение силы трения в шприце и времени инъекции

1 -компрессор; 2 -редукционный пневмоклапан;

3 –образцовый манометр; 4 –исследуемый шприц;

5 –секундомер;

Рисунок 1- Схема экспериментальной установки

Условия эксперимента:

Дата: 25.02.2016

=730 мм.рт.ст.;

=C;

Результаты  эксперимента;

0.55 атм.;

 τ=21 с;

2. Предварительные расчеты

2.1 Вычисляем реальный объем шприца по формуле:

,

    Где   - диаметр цилиндра  в мм; =9,5 мм;

              - длина рабочей части шприца в мм; L=33 мм;

2.2 Вычисляем рабочую площадь поршня, по формуле

 

2.3 Вычисляем силу трения движения по формуле

,

     где    - рабочая площадь поршня,;

0.15=0.106кг=1.06Н

2.4  Вычисляем силу трения движения по формуле

,

      где   - максимальная сила трения

2.5 Вычисляем площадь сечения иглы

                                      f_u  =  =  = 0.159 10^-6

^{2.6 Вычисляем скорость потока в игле (Rg)}

                                          _{=  =  =} 7.006 м/с

2.7  Вычисляем число Рейнольдса (Re) в канюле и в игле 

                                                      Re = ,                                       

Где   скорость потока в элементе;

d- диаметр проходного сечения элемента;

- кинематический коэффициент вязкости, принимаем  νt = 1* 

         Тогда :

Reкон = = 1401

Reи =  = 315.2 ≤ 2300, режим течения в игле ламинарный.

3. Разработка расчетной гидравлической схемы проточного тракта

                                                    “шприц-игла”           

       Анализ эскизных размеров шприца позволяет разработать следующую расчетную схему , по которой будем проводить вычисление значений местных сопротивлений

Рисунок 2- расчетная схема проточного тракта медицинского шприца объемом 20 мл

1- корпус;

2- поршень;

3- носик;

4- канюля;

5- трубка иглы;

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

Таблица 1 –Основные геометрические параметры шприца объемом 20 мл.

		Размеры по эскизу					Эксперимент
		Шприц		Игла			Время инъекции τ, с	Объемный Расход
Vном	Vрасч	Dц мм	dкан мм	dнак мм	dи мм	Lи мм
20	2.34	19	4	2	0.45	33	21

 4. Вычисление коэффициентов местных сопротивлений  в тракте “шприц-игла” с помощью следущей  гидравлической схемы

Анализ эскиза в шприцах позволяет разработать следующую расчетную схему,  по которой будем проводить вычисление значений местных сопротивлений.

 1- цилиндр шприца;

 2- канюля;

 3- наконечник иглы;

 4- трубка иглы;

Рисунок 3- расчетная схема проточного гидравлического тракта “шприц-игла”

    Анализ конструкции шприца и принципа его работы позволил установить, что расчетная схема должна включать следующие гидравлические сопротивления, подлежащие определению

1 Переход от Dк d- внезапное сужение ζвс2

2 Переход от dкон к dнак – внезапное расширение  ζвр1

3 Переход от dнак к dи – внезапное сужение  ζвс2

4 Переход от dи в атмосферу  ζвр2

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

 Определение коєффициентов сопротивлений по длине тракта

Расчет указанных выше местных сопротивлений выполняем по следующему алгоритму:

4.1 Вычисляем площади проходных сечений элементов гидропривода

Sп=;

Sкон=;

Sкон=;

Sи=;

4.2 Вычисляем коэффициенты местных сопротивлений в тракте ‘’шприц-игла’’.

1)внезапное сужение (ВС) на участке ‘’шприц-наконечник‘’(из Dп в dн)

ζ=

где:S2- меньшая площадь проходного сечения элемента, мм;

       S1- большая площадь проходного сечения элемента, мм

ζ1=

2)внезапное расширение (ВР) (от dн в dкон)

ζ2=

3)внезапное сужение (ВС) (из dкон в трубку иглы)

ζ3=

4)потери по длине иглы

ζ4=

где: -коэффициент Дарси;

L- длина иглы;

dи- диаметр иглы.

Для ламинарного режима течения жидкости коэффициент Дарси вычисляется по формуле:

,

следовательно

ζ4=

5)внезапное расширение (ВР) на выходе из иглы

ζ5=

4.3 Вычисляем потери давления в гидравлическом тракте ‘’шприц-игла’’

Па

4.4 Вычисляем расход в гидравлическом тракте ‘’шприц-игла’’

где: - расчетный объем шприца, ;

       - экспериментальное время инъекции, с;

.

5.Вычисление усилия для преодоления гидравлического сопротивления тракта

Пренебрегаем силами трения и вычисляем усилие как произведение перепада давления на выходе шприцаи  на площадь поршня Sп:

                                                  Pин= и* Sп                                                   

Pин= 4373*70.85*= 0.31 Н = 31 г

ВЫВОД

Таким образом, гидравлическое сопротивление иглы шприца обуславливает необходимость создания при инъекции усилия на поршне до 31 г.

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.