close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10491

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 10491
(13) C1
(19)
A 61C 1/00
СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ ТУРБОНАКОНЕЧНИК
(21) Номер заявки: a 20050157
(22) 2005.02.17
(43) 2006.10.30
(71) Заявитель: Научно-производственное
республиканское унитарное предприятие "КБТЭМ-СО" (BY)
(72) Авторы: Завада Константин Иванович; Ковальчук Геннадий Филиппович; Лашин Александр Владимирович; Школык Святослав Борисович
(BY)
(73) Патентообладатель: Научно-производственное республиканское унитарное
предприятие "КБТЭМ-СО" (BY)
(56) US 5332389 A, 1994.
US 5252067 A, 1993.
SU 625702, 1978.
RU 2233138 C1, 2004.
US 3173207, 1965.
BY 10491 C1 2008.04.30
(57)
1. Стоматологический турбонаконечник, содержащий трубчатый корпус-рукоятку, на
одном конце которого установлена головка с турбинным ротором и держателем инструмента, а на другом конце установлен разъем для подсоединения к шлангу бормашины, при
этом трубчатый корпус-рукоятка выполнен с возможностью направления отработанного
воздуха от головки к разъему для выхода этого воздуха через шланг бормашины в атмосферу, отличающийся тем, что в трубчатом корпусе-рукоятке выполнены отверстия для
дополнительного выхода отработанного воздуха и рассеивания его в атмосферу, причем
суммарная площадь сечения отверстий составляет не менее 50 мм2, а диаметр каждого отверстия больше толщины стенки трубчатого корпуса-рукоятки.
Фиг. 1
BY 10491 C1 2008.04.30
2. Турбонаконечник по п. 1, отличающийся тем, что отверстия расположены в шахматном порядке, их количество равно 64 шт., диаметр каждого из отверстий равен 1 мм, а
толщина стенки трубчатого корпуса-рукоятки равна 0,5 мм.
Изобретение относится к области медицины, а именно к стоматологическим инструментам с турбоприводом, и может быть использовано при лечении зубов.
Известен стоматологический турбонаконечник, содержащий трубчатый корпус-рукоятку, на одном конце которого установлена головка с турбинным ротором и держателем
инструмента, а на другом конце установлен разъем для подсоединения к шлангу бормашины, при этом внутри корпуса-рукоятки установлен трубопровод для направления всего
отработанного воздуха от головки к разъему для выхода этого воздуха через шланг бормашины в атмосферу (пат. США № 5,252,067 5,252,067, МПК А 61С 1/14, аналог).
В вышеназванном турбонаконечнике весь отработанный воздух направляется через
сравнительно тонкий трубопровод от головки к разъему. Это создает сопротивление движению потока отработанного воздуха, тем самым тормозя турбинный ротор и понижая
скорость вращения, мощность и крутящий момент турбонаконечника. Такое движение отработанного воздуха по трубопроводу, установленному внутри корпуса-рукоятки, не позволяет использовать отработанный воздух для охлаждения самого корпуса рукоятки, что
необходимо для исключения перегрева руки врача-стоматолога при длительной работе.
Наиболее близким по технической сущности является стоматологический турбонаконечник, содержащий трубчатый корпус-рукоятку, на одном конце которого установлена
головка с турбинным ротором и держателем инструмента, а на другом конце установлен
разъем для подсоединения к шлангу бормашины, при этом трубчатый корпус-рукоятка
одновременно служит для направления всего отработанного воздуха от головки к разъему
для выхода этого воздуха через шланг бормашины в атмосферу (пат. США № 5,332,389,
МПК А 61С 1/00, прототип).
В этом турбонаконечнике весь отработанный воздух направляется трубчатым корпусом-рукояткой от головки к разъему (фиг. 1, пат. США № 5,332,389).
В разъеме (фиг. 2А или фиг. 3А, пат. США № 5,332,389) весь поток отработанного
воздуха проходит через трубку (поз. 15, пат. США № 5,332,389) и далее через шланг бормашины в атмосферу. Такой выход всего потока отработанного воздуха через сравнительно
тонкую трубку создает сопротивление движению потока, тем самым тормозя турбинный
ротор и понижая скорость вращения, мощность и крутящий момент турбонаконечника.
Такое движение потока отработанного воздуха внутри трубчатого корпуса-рукоятки не
позволяет использовать этот воздух для охлаждения рабочей руки врача-стоматолога, которая перегревается в процессе эксплуатации при длительной работе.
Трубчатый корпус-рукоятка турбонаконечника-прототипа не позволяет дезинфицирующим растворам легко проникать внутрь этого корпуса-рукоятки для проведения успешной дезинфекции внутри трубчатого корпуса-рукоятки, где может оказаться инфекция.
Задачей настоящего изобретения является увеличение скорости вращения, мощности
и крутящего момента турбонаконечника, а также создание доступности внутренних поверхностей его трубчатого корпуса-рукоятки для дезинфекции и, кроме того, использование
отработанного воздуха турбонаконечника для охлаждения рабочей руки врача-стоматолога.
Поставленная задача достигается тем, что в известном стоматологическом турбонаконечнике, содержащем трубчатый корпус-рукоятку, на одном конце которого установлена
головка с турбинным ротором и держателем инструмента, а на другом конце установлен
разъем для подсоединения к шлангу бормашины, при этом трубчатый корпус-рукоятка
одновременно служит для направления отработанного воздуха от головки к разъему для
выхода этого воздуха через шланг бормашины в атмосферу, кроме этого, дополнительно в
2
BY 10491 C1 2008.04.30
трубчатом корпусе-рукоятке выполнены отверстия для выхода отработанного воздуха и
рассеивания его в атмосферу, причем суммарная площадь сечения этих отверстий составляет не менее 50 мм2, а диаметр каждого отверстия больше толщины стенки трубчатого
корпуса-рукоятки. Одним из частных случаев турбонаконечника по настоящему изобретению
является выполнение в стенке толщиной 0,5 мм трубчатого корпуса-рукоятки 64 шт. отверстий диаметром 1 мм и расположенных в шахматном порядке.
Таким образом, выполнение в трубчатом корпусе-рукоятке множества сквозных
отверстий позволит увеличить скорость вращения, мощность и крутящий момент турбонаконечника, создаст доступность внутренних поверхностей его трубчатого корпусарукоятки для дезинфекции и позволит использовать отработанный воздух турбонаконечника для охлаждения рабочей руки врача-стоматолога.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить
соответствие его критерию "Существенные отличия".
При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому
они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "Новизна".
Сущность изобретения поясняется рисунками, где
на фиг. 1 приведен разрез стоматологического турбонаконечника;
на фиг. 2 приведен разрез головки с турбинным ротором;
на фиг. 3 приведена схема потока воздуха прототипа;
на фиг. 4 приведена схема потока воздуха изобретения.
Стоматологический турбонаконечник содержит трубчатый изогнутый корпус-рукоятку 1 (фиг. 1 и 2), на одном конце которого установлена головка 2 с турбинным ротором 3
и держателем 4 инструмента 5, а на другом конце установлен разъем 6 с возможностью
подсоединения к шлангу бормашины (на фиг. 1 и 2 не показаны).
Трубчатый корпус-рукоятка 1 служит в том числе и для направления отработанного
воздуха 7 от головки 2 к разъему 6 с возможностью выхода части 8 отработанного воздуха
через шланг бормашины в атмосферу, а другой части 9 - через сквозные отверстия 10 непосредственно в атмосферу с рассеиванием этой части 9, причем суммарная площадь сечения
этих сквозных отверстий 10 не менее чем 50 мм2. Одним из частных случаев турбонаконечника по настоящему изобретению является выполнение в трубчатом корпусе-рукоятке
1, толщина стенки которого составляет 0,5 мм, сквозных отверстий 10 диаметром 1 мм в
количестве 64 шт., расположенных в шахматном порядке.
Стоматологический турбонаконечник работает следующим образом. В держателе 4
турбинного ротора 3 закрепляется инструмент 5 - алмазный бор. Турбонаконечник с помощью разъема 6 подсоединяется к шлангу бормашины. Сжатый воздух избыточным давлением от 1,7 кг/см2 до 4,2 кг/см2 и расходом от 40 л/мин до 50 л/мин от бормашины по
шлангу поступает через трубку 11 (фиг. 1) разъема 6 и далее через трубопровод 12 (фиг. 1)
к головке 2 и в сопло 13 (фиг. 2). Струя, сформированная соплом 13, натекая поочередно
на рабочие поверхности 14 (фиг. 2) турбинных лопаток ротора 3, создает на этих поверхностях определенное газодинамическое давление, т.е. силу. Эта сила удара струи создает
крутящий момент относительно центра вращения ротора 3 и заставляет турбинный ротор 3
поворачиваться до взаимодействия струи с очередной рабочей поверхностью 14 следующей турбинной лопатки, и так создается непрерывное вращение ротора 3 с держателем 4 и
инструментом 5, достигающее скоростей вращения от 250000 об./мин до 500000 об./мин.
Это позволяет инструменту 5 вести безболезненную обработку зуба. При этих скоростях
вращения крутящий момент на роторе 3 и на инструменте 5 достигает величины от 300 до
400 г/мм, а мощность - от 10 до 17 Ватт.
Из теории турбин известно, что скорость вращения, крутящий момент и мощность,
развиваемые на валу ротора 3, зависят от двух силовых факторов - от кинетической энергии
струи и от разности давлений на входе воздуха в турбину через сопло 13 и выходе из нее
3
BY 10491 C1 2008.04.30
через выхлопное отверстие 15 (фиг. 1 и 2). Чем больше разность указанных давлений, тем
больше скорость вращения, крутящий момент и мощность турбонаконечника.
Объемы 16 (фиг. 2) отработанного воздуха, движущиеся вместе с турбинным ротором 3,
после передачи ротору 3 своей кинетической энергии - становятся объемами 16, которые
теперь уже сам ротор 3 "толкает", т.е. отдает на их "проталкивание" часть своей кинетической энергии до тех пор, пока эти объемы 16 отработанного воздуха не "вытолкнутся" поочередно в выхлопное отверстие 15 головки 2 нерабочими поверхностями 17 (фиг. 2)
турбинных лопаток.
Из выхлопного отверстия 15 отработанный воздух поступает во внутренний объем
корпуса-рукоятки 1, и часть 8 этого воздуха направляется к разъему 6 и далее через трубку 18 (фиг. 1) - шланг бормашины - в атмосферу. Другая часть 9 отработанного воздуха из
внутреннего объема корпуса-рукоятки 1 через сквозные отверстия 10 сразу выходит в атмосферу, причем эта часть 9 отработанного воздуха, проходя непосредственно в атмосферу
через множество отверстий, рассекается и рассеивается ими на множество распыленных
струй, которые охлаждают рабочую руку (на фиг. не показана) врача-стоматолога, обдувая ее.
Опытным путем было установлено, что если суммарная площадь сечения множества
сквозных отверстий 10 составляет не менее, чем 50 мм2, а их диаметр больше толщины
стенки трубчатого корпуса-рукоятки 1, то часть 9 отработанного воздуха, выходящая из
трубчатого корпуса-рукоятки 1 через эти отверстия 10, оказывает на руку врачастоматолога мягкое, охлаждающее воздействие.
Использование предлагаемого изобретения позволит повысить скорость вращения,
крутящий момент и мощность турбонаконечника. Это объясняется тем, что появление дополнительного выхода отработанному воздуху, по сравнению с прототипом, снижает сопротивление выхода всего отработанного воздуха из внутреннего объема трубчатого
корпуса-рукоятки 1, в таком случае ротору 3 приходится отдавать меньшую часть своей
кинетической энергии на "проталкивание" объемов 16.
Кроме того, сквозные отверстия 10 в трубчатом корпусе-рукоятке 1 позволяют дезинфицирующим растворам легко проникать внутрь трубчатого корпуса-рукоятки 1, где может находиться инфекция.
Технический результат от использования изобретения по повышению скорости вращения, крутящего момента и мощности турбонаконечника можно доказать методом от
противного. Если вместо того, чтобы выполнять в трубчатом корпусе-рукоятке дополнительные сквозные отверстия, сделать наоборот, перекрыть выход отработанного воздуха
из шланга бормашины, то сжатый воздух через сопло 13 заполнит все внутренние объемы
турбонаконечника и шланга бормашины. Избыточное давление распространится на все
эти объемы, и движение воздуха через турбонаконечник прекратится, а в таком случае
прекратится вращение ротора 3 и инструмента 5. Таким образом, при перекрытии выхода
отработанного воздуха скорость вращения, мощность и крутящий момент турбонаконечника
уменьшаются до нуля. Если теперь начинать постепенно открывать перекрытый выход
отработанного воздуха из шланга бормашины, то ротор 3 начнет увеличивать скорость
вращения и соответственно будут увеличиваться мощность и крутящий момент турбонаконечника до полного открытия. Если теперь, после полного открытия шланга бормашины, дополнительно выполнить в трубчатом корпусе-рукоятке 1 сквозные отверстия 10, то
увеличение скорости вращения, крутящего момента и мощности турбонаконечника будет
продолжено. Таким образом, появление дополнительных сквозных отверстий 10 в трубчатом корпусе-рукоятке 1 также увеличивает скорость вращения, крутящий момент и мощность турбонаконечника.
Для аналитического доказательства этого же технического результата от использования изобретения по повышению скорости вращения, крутящего момента и мощности турбонаконечника рассмотрим фиг. 3 и 4. Здесь схематично изображен поток воздуха по
4
BY 10491 C1 2008.04.30
внутреннему объему турбонаконечника и шланга бормашины прототипа (фиг. 3) и изобретения (фиг. 4) на протяжении от выхода сжатого воздуха из сопла 13 (сечение 13-13)
до выхода отработанного воздуха в атмосферу (сечение 19-19).
Для сравнения примем, что проточная часть внутренних объемов головки 2, трубчатого корпуса-рукоятки 1 и шланга бормашины 20 (фиг. 3 и фиг. 4) у прототипа и изобретения равны и отличаются лишь наличием в трубчатом корпусе-рукоятке 1 изобретения
множества сквозных отверстий 10.
Из уравнения неразрывности потока (Пневматические устройства и системы в машиностроении / Под ред. Е.В. Герц. - М.: Машиностроение, 1981. - С. 12) расход воздуха в
сечении 13-13 равен расходу воздуха в сечении 19-19 для прототипа:
пр
пр
Q прототипа = S13 V13пр ρ13
= S19 V19пр ρ19
,
(1)
пр
где S13 V13пр ρ13
- соответственно площадь сечения, скорость и плотность воздуха, выходящего из сопла 13 прототипа;
пр
S19 V19пр ρ19
- соответственно площадь сечения, скорость и плотность отработанного
воздуха, выходящего из шланга бормашины прототипа в атмосферу.
Составим для этих же сечений уравнение для изобретения:
из
из
Q изобретения = S13 V13из ρ13
= S19 V19из ρ19
+ ∑ S10 V10 ρ10 ,
(2)
из
где S13 V13из ρ13
- соответственно площадь сечения, скорость и плотность воздуха, выходящего из сопла 13 изобретения;
из из
S19 V19
ρ19 - соответственно площадь сечения, скорость и плотность отработанного
воздуха, выходящего из шланга бормашины изобретения в атмосферу;
∑ S10 V10 ρ10 - соответственно площадь сечений, скорость и плотность отработанного
воздуха, выходящего из сквозных отверстий 10 изобретения в атмосферу.
Для снижения шума в стоматологическом кабинете на выходе воздуха из шланга бормашины в атмосферу обычно установлен пористый глушитель (на фиг. не показан)
(Пневматические устройства и системы в машиностроении / Под ред. Е.В. Герц. - М.:
Машиностроение, 1981. - С. 394-395), который так же, как множество сквозных отверстий
10 в трубчатом корпусе-рукоятке 1, рассекает и рассеивает часть 8 отработанного воздуха
при выходе его в атмосферу на множество распыленных струй. Примем для проведения
доказательства допущение, что скорость и плотность воздуха на выходе из пор глушителя
в атмосферу и выход воздуха из отверстий 10 в атмосферу равны между собой и одинаковы как у прототипа, так и у изобретения:
V19пр = V19из = V10 = V,
пр
из
ρ19
= ρ19
= ρ10 = ρ.
Подставим V и ρ в равенства (1) и (2), тогда получим:
пр
S13 V13пр ρ13
= S19 V ρ ,
(3)
из
S13 V13из ρ13
= S19 V ρ + ∑ S10 V ρ ,
(4)
Разделим равенство (4) на равенство (3), получим:
из
S13 V13из ρ13
пр
S13 V13пр ρ13
=
S19 V ρ + ∑ S10 V ρ
S19 V ρ
После сокращения получим:
5
.
BY 10491 C1 2008.04.30
из
V13из ρ13
V13пр
пр
ρ13
=
S19 + ∑ S10
из
V13из ρ13
пр
V13пр ρ13
S19
=1+
или
∑ S10
.
S19
(5)
Из курса физики известно, что плотность газа прямо пропорциональна его давлению.
Для сравнения примем, что избыточное давление, поступающее в турбонаконечник прототипа и изобретения, одинаково, тогда и плотность струи воздуха, выходящего из сопла 13
прототипа и изобретения, будет также одинакова:
пр
из
ρ13
= ρ13
.
Сократив левую часть равенства (5), получим:
V13из
V13пр
=1+
∑ S10
или
S19
 ∑ S10 
.
V13из = V13пр 1 +

S
19 

(6)
Так как в изобретении сумма площадей сечений отверстий 10 больше нуля,
следовательно, и
 ∑ S10 
∑ S10
 > 1,
> 0 , а значит 1 +


S19
S
19 

а потому из равенства (6) следует, что
V13из > V13пр ,
∑ S10 > 0 ,
(7)
то есть скорость истечения струи из сопла 13 в изобретении больше, чем скорость истечения струи из такого же сопла в прототипе, а значит - скорость U движения турбинных лопаток и турбинного ротора 3 изобретения больше, чем у прототипа.
Мощность N силы струи, сформированной соплом 13, действующей на рабочие поверхности 14 турбинных лопаток ротора 3, можно определить из равенства для турбин
Пельтона (Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Под ред.
Б.Б. Некрасова. - Минск: Вышэйшая школа, 1985. - С. 110-114):
N = 4 γ S13 V13
(V13 − U) 2
2g
U,
(8)
где γ - удельный вес сжатого воздуха,
g - ускорение свободного падения.
Из анализа равенств (8) и (7) следует, что мощность турбонаконечника изобретения
больше мощности турбонаконечника прототипа.
С другой стороны, мощность с крутящим моментом М связана известным отношением:
(9)
N = M 2 π n,
где n - число оборотов в минуту турбонаконечника.
Из равенства (9) видно, что крутящий момент турбонаконечника изобретения, как и
мощность, больше крутящего момента турбонаконечника прототипа.
6
BY 10491 C1 2008.04.30
Источники информации:
1. Патент США № 5,252,067, МПК А 61С 1/14, 1993 (аналог).
2. Патент США № 5,332,389, МПК А 61С 1/00, 1994 (прототип).
3. Пневматические устройства и системы в машиностроении / Под ред. Е.В. Герц. - М.:
Машиностроение, 1981. - С. 12, 394-395.
4. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Под ред.
Б.Б. Некрасова. - Минск: Вышэйшая школа, 1985. - С. 110-114.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
349 Кб
Теги
by10491, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа