Слайд 1 - НИИ ПМТ

ФГБНУ «НИИ Перспективных материалов и технологий»
Разработка линейки прецизионных
пьезоэлектрических микронасосов точного
дозирования с низким энергопотреблением для
перекачки медицинских жидкостей малого объема
(шифр заявки "2014-14-585-0008-006")
Отчёт по этапу 3
Руководитель темы: в.н.с., к.т.н. Виноградов А.Н.
Москва, 2015 год
1
Соглашение № 14.583.21.0002 о предоставление субсидии от 16.07.2014 г.
Тема проекта: "Разработка линейки прецизионных пьезоэлектрических
микронасосов точного дозирования с низким энергопотреблением для перекачки
медицинских жидкостей малого объема" (шифр заявки "2014-14-585-0008-006")
Получатель субсидии: "Научно-исследовательский институт перспективных
материалов и технологий" (ФГБНУ "НИИ ПМТ").
Иностранный партнер: "Институт технологии Харбинского политехнического
института (г. Харбин, Китайская Народная Республика)".
Объем средств субсидии: 29 500 000 руб., в том числе
- в 2014 году - 12 000 000 руб.
- в 2015 году - 10 000 000 руб.
- в 2016 году - 7 500 000 руб.
Объем привлекаемых внебюджетных средств: 30 274 554 руб., в том числе
- в 2014 году - 12 500 000 руб.
- в 2015 году - 10 200 000 руб.
- в 2016 году - 7 574 554 руб.
2
Работы, проведенные в отчетном периоде
1. Составлен аналитический обзор информационных источников за 2014-2015
годы, в которых исследовались модели и конструкции микронасосов с
пьезоэлектрическим приводом и построенные на других физических
принципах.
2. Разработана система параметров качества пьезонасосов перистальтического
типа.
3. Предложена разработанная методика гидродинамических расчётов.
4. Разработана программа для ЭВМ по учёту влияния свойств жидкости на
напряжённо-деформированное состояние пьезонасоса.
5. Разработаны методика входного материалов для физических моделей
пьезонасосов, испытаний комплектующих элементов физических моделей и
испытаний макетов пьезонасосов. .
6. Проведены исследования зависимости упругих свойств эластомеров от
частоты деформации.
7. Проведена оптимизация моделей пьезонасосов аналитическими и
численными методами.
8. Разработаны и изготовлены специализированная система термического
соединения материалов и испытательный стенд для исследований макетов
пьезонасосов.. .
3
9. Проведена закупка аналитического оборудования и комплектующих.
Результаты литературного обзора
Основными техническими характеристиками микронасосов являются
производительность, максимальное обратное давление, габариты,
энергопотребление.
В ходе обзора установлено, что из всех известных схем микронасосов самым широким
диапазоном производительности (0,015 … 90,28 мл/мин/мм2) и обратных давлений
обладают микронасосы с пьезоэлектрическим приводом.
4
О системе параметров качества
Разработана система параметров качества
микронасосов с учетом экологичности и
энергоэффективности. Она включает:
1.
Конструктивные параметры;
2.
Параметры возбуждения;
3.
Эксплуатационные и энергетические
параметры;
4.
Параметры прокачиваемой жидкости;
5.
Экологические параметры и параметры
надежности.
5
Методика гидродинамических расчётов с учётом
молекулярного взаимодействия жидкости с
материалом камеры насоса
Представлены результаты разработки методики для
гидродинамических расчетов течения вязких жидкостей по
упругому каналу (трубке) перистальтического микронасоса с
учетом взаимодействия прокачиваемой через насос
жидкости с камерой насоса.
Записаны основные уравнения для перистальтического
движения жидкости по трубке с постоянным и переменным
радиусом, а также уравнения для истинноперистальтического движения жидкости.
6
Разработка программы для ЭВМ по учёту влияния
свойств жидкости на НДС элементов пьезонасоса
Программа разработана на основе аналитических
уравнений и существенно упрощает расчеты.
Результаты расчетов показали, что с увеличением
вязкости жидкости потеря давления в камере насоса
увеличивается.
В конечном счёте расчёты позволяют оценить
производительность пьезонасоса.
7
Разработка методики входного контроля
материалов элементов физических моделей и
макетов перистальтических пьезонасосов
Разработаны основные правила и методики
входного контроля комплектующих элементов
перистальтического пьезонасоса.
Определены задачи персонала при проведении
входного контроля, оформления документации
входного контроля, ключевые параметры качества
получаемого продукта, критерии работоспособности
и их допуск к производству.
8
РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ УПРУГИХ СВОЙСТВ
ЭЛАСТОМЕРОВ ОТ ЧАСТОТЫ ДЕФОРМАЦИИ
Предложены новые методики испытаний
материалов для физических моделей пьезонасосов.
Они устанавливают условия и критерии
проведения испытаний на растяжение с наложением
акустических вибраций.
Определены упругие характеристики
эластомеров.
9
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ
КОМПЛЕКТУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ФИЗИЧЕСКИХ
МОДЕЛЕЙ
Размеры линейки пьезонасоса
Разработаны методики испытаний
механических, электрических и
пьезоэлектрических свойств материалов и
комплектующих элементов для физических
моделей.
Получены фактические механические, и
пьезоэлектрические
характеристики
линейки
пьезонасоса.
10
Проведение оптимизации моделей
пьезонасосов аналитическими и численными
методами
По результатам данной работы можно провести
оптимизацию моделей пьезонасосов, увеличив получаемый
максимальный прогиб, и наоборот, получить нужный прогиб
при меньших значениях подаваемого напряжения.
Полученный график зависимости функции кривизны от
толщин слоев ПЭ дает возможность выбрать оптимальные
толщины, исходя из заданных граничных условий по двум
переменным.
Оптимизация модели по целевой функции кривизны от
модулей Юнга слоев показала, что максимум данной функции
достигается, когда модули Юнга подложки и ПЭ равны между
собой.
11
Разработка и изготовление специализированной
системы термического прецизионного соединения
разнородных материалов
Установка для индукционного нагрева.
Схема электрическая принципиальная
12
Разработка и изготовление специализированной
системы термического прецизионного соединения
разнородных материалов
Блок-схема системы управления установкой термического
соединения
Разработанная установка применяется в исследовательской
работе НИИ ПМТ.
13
Разработка эскизной документации для
изготовления физических моделей элементов
пьезонасосов точного дозирования
Внешний вид модели пьезонасоса
Внешний вид установки
термического соединения
материалов
14
Выводы по 3-му этапу
•
•
•
•
•
•
•
Исследованы публикации и патенты по тематике исследования.
Создан единый методический комплекс оценки параметров качества
микронасосов для всех этапов разработки данных устройств.
Осуществлена разработка методического обеспечения
гидродинамических расчётов с учетом молекулярного взаимодействия
жидкости с материалом камеры насоса.
Разработана программа для ЭВМ по учету влияния физических свойств
перекачиваемой жидкости на напряженно-деформированное состояние
элементов пьезонасоса.
Разработаны и установлены основные правила и методики входного
контроля комплектующих элементов перистальтического пьезонасоса.
Разработаны методики испытаний механических, электрических и
пьезоэлектрических свойств материалов и комплектующих элементов
для физических моделей.
Разработано методическое обеспечение для исследования зависимости
упругих свойств эластомеров от частоты деформации.
15
Выводы по 3-му этапу
Спроектированы, изготовлены и протестированы два типа
установок для термического соединения разнородных материалов.
Полученные результаты полностью соответствуют
техническим требованиям 3-го этапа выполняемого
проекта.
16
Поддержка проекта китайским партнёром
1. Предложена физическая модель и макет пьезонасоса
точного дозирования.
2. Разработана и изготовлена технологическая оснастка
для изготовления физических моделей и макетов
пьезонасосов точного дозирования.
3. Разработаны и описаны способы крепления
пьезоэлементов к подложкам с минимизацией
электрических и механических потерь
пьезоэлектрического преобразования.
4. Разработана эскизная документация для изготовления
физических моделей и макетов пьезонасосов .
5. Привлечено на выполнение проекта 6629760 руб.
17
Достигнутые индикаторы
1. Результаты проекта представлены на выставках
- CHINA HI-TECH FAIR 2015 в Китае в г. Шеньчжене;
- ВУЗПРОМЭКСПО 2015 в Москве.
2. Направлена статья в журнал «Медицинская техника»,
входящий в список SCOPUS.
3. Получен патент на промышленный образец.
4. В работе по проекту приняли участие студенты ,
аспиранты и исследователи, в том числе более 55% из
которых моложе 39 лет.
5. Китайским партнёром привлечено на выполнение проекта
640 тыс. юаней (6629760 руб.).
18
Заключение
1. Работы по Этапу 3 выполнены в полном соответствии с календарным
планом.
2. Проведённые на третьем этапе работы показали правильность
выбранного направления исследований.
3. Считаем целесообразным продолжение исследований по утверждённому
плану-графику.
19
Спасибо за внимание!
20