Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Voice Coil Controlled Inspiration and Expiration Valves
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2012 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Talspole kontrollerad inspiration och exspirationsventiler (Swedish)
Abstract [en]

This master thesis was performed at Maquet Critical Care located in Solna, Stockholm. Maquet Critical Care is a market leader in high performance medical ventilators. A ventilator is a medical device that helps patients to breathe. Two of the most vital components of a ventilator are the valves that are closest to the patient. These are the inspiration valve and the expiration valve.

The main purpose with this thesis is to get, theoretical as well as practical insights into the inspiration and expiration valves to be developed. On top of this a ventilator using the developed valves was to be developed.

On the base of theoretical knowledge, the aim of the thesis is to achieve a set of valve and ventilator requirements on developed prototypes. On top of this the thesis should be able to deliver advice and guidelines for possible future research on these valves.

In order to use valves in a ventilator there were many requirement posed on the valves. These requirements included flow characteristics, power consumption, dynamic performance and cost.

The methodology used included a pre study of fluid dynamics, valves and ventilators. Initial valve designs were developed with the use of flow simulations. The valve models were manufactured and tested as well as being compared to the flow simulations.

The actuators used for the valves were voice coils. In this thesis a standard actuator was used to control the valves but in order to get the maximum performance an investigation into optimized voice coils were performed. In order to get insight into the control of the valves, a dynamic model of the voice coil were developed. This model was verified to have the same bandwidth as the measured voice coils and valve assembly.

In order to realize a pressure controlled ventilation mode the inspiration valve and expiration valve were synchronized. The control algorithms were implemented in Matlab/Simulink with dSPACE.

The tested requirements were fulfilled, resulting in valves that have a maximum power consumption of 2 Watts. The pressure controlled ventilation was executed on the developed demonstration ventilator. The performances of this ventilator were desirable and fulfilled the ventilator requirements.

Two specializations topics have also been investigated, in the areas of flexure based voice coil suspension and gas modeling.

Abstract [sv]

Masteruppsatsen utfördes på Maquet Critical Care i Solna, Stockholm. Maquet Critical Care är

marknadsledande inom högpresterande ventilatorer. En ventilator är en maskin som hjälper patienter att andas. Två av de viktigaste komponenterna i en ventilator är de två ventilerna som är placerade närmast patienten, nämligen inspirations- och exspirationsventilen.

Huvudsyftet med denna masteruppsats är att få både en teoretisk och praktisk insikt av de inspirations och exspirationsventilerna som skulle utvecklas. Utöver detta har en ventilatorprototyp utvecklats med hjälp av dessa ventiler.

Utifrån teoretisk kunskap är målet med uppsatsen att uppfylla ett antal krav på ventilerna och ventilatorn.

Dessutom kommer uppsatsen att leda till riktlinjer för fortsatt forskning och utveckling av de framtagna ventilerna.

För att möjliggöra användandet av ventilerna i en ventilator kom Maquet med många olika krav. Kraven var fördelade inom flödeskaraktäristik, effektförbrukning, dynamisk prestanda och kostnad.

I arbetsmetoden som användes ingick en förstudie av flödesdynamik, ventiler och ventilatorer.

Ventilernas design utvecklades med hjälp av flödessimuleringar. De tillverkade ventilmodellerna testades, dels för att verifiera krav och dels för att få en insikt om flödesimuleringarnas tillförlitlighet.

De aktuatorer som skulle användas var talspolar. I denna uppsats vi har använt oss av en

standardaktuator men för att få maximal prestanda har en undersökning angående en optimerad talspole gjorts. För att få insikt i ventilernas dynamiska prestanda, utvecklades en dynamisk modell av talspolen och ventilsätet. Bandbredden för denna modell har verifierats med bandbredden på uppmätta ventiler.

För att realisera en tryckstyrd ventilation behövde inspirations- och exspirationsventilerna synkroniseras.

Denna synkronisering och reglering implementerades i Matlab/Simulink och exekverades med dSPACE.

Alla verifierade krav har uppfyllts och har resulterat i två ventiler som maximat förbrukar 2 Watt. Den tryckstyrda ventilationen exekverades på den framtagna ventilatorprototypen och dess prestanda uppfyller ställda krav.

Två specialiseringar har också blivit undersökta. Dessa är inom flexure baserad upphängning av talspole samt hur gasen genom ventilator kan modelleras på lämpligast sätt.

Place, publisher, year, edition, pages
2012. , 175 p.
Series
MMK 2012:58 MDA 440
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-156855OAI: oai:DiVA.org:kth-156855DiVA: diva2:768224
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-03-06 Created: 2014-12-03 Last updated: 2016-03-07Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Voice Coil Controlled Inspiration and Expiration Valves(52355 kB)2302 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 52355 kBChecksum SHA-512
ba940c5963710dd4b8c2a03c418ac7d4f5d43086a2af1968a75a551e7c918b53493e3baafc206f41141cae3daad43b7ad0c53893943d7a9544a380fe84bb3e02
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 2302 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 235 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf