干货！洁净手术部负压吸引系统设计
洁净手术部集中负压吸引系统的主要目的是手术过程中切口周围血液及其它多余物，同时也患者体内污物以及危及术者生命的多余物，从而手术的顺利进行。
干货！洁净手术部负压吸引系统设计
一、洁净手术部负压吸引系统组成
洁净手术部负压吸引系统是由真空泵、缓冲罐、分配器、液气分离器（冷却设备）、排污装置、过滤装置、消声设施和电控设备组成， 图1给出了一般洁净手术部负压吸引系统的流程示意图。
图中采用水环式真空泵， 用自来水达到水环密封。一般而言，由于或洁净手术部所需要的限真空度相对而言都比较低，因此液环真空泵应用相对比较。 特殊情况下，可以采用旋片式真空泵或罗茨式真空泵限真空的要求，这需要根据实际情况计算后确定。
1、真空分配器
在负压吸引系统的工程中， 为了有利于各吸引分区流量分配和调节灵活方便， 常常在吸引总干管上设置真空分配器，再从分配器分别连接各吸引分区的各支管。这样的连接方式使得各吸引分区支管上的阀门的安装和维修操作都方便。
真空分配器实际上是一段大管径的管子，只是在其上按照设计要求焊接上若干不同管径的管接头。实际常常采用无缝钢管制作，选用的管壁和封头板的厚度以及焊缝作法应按照真空要求确定。
2、真空罐（一、 二真空罐）
真空罐一般是为了便于连接通向后续管道的连接， 同时在一定程度上也起到均压、 集气的作用，通常采用两个或两个以上的真空罐并联的方式，在一定程度上主要起集气和缓冲的作用，止真空泵的频繁启动， 达到稳定系统的作用；同时也了整个负压吸引系统在其中一个真空罐检修时另一罐能正常工作方面的实际需求。
洁净手术部真空系统中的真空罐一般采用碳钢制作，其容积需要根据整个负压吸引系统的抽气量进行经济比较后确定。
3、真空泵
真空泵是整个负压吸引系统的，是产生真空的动力源泉。真空泵的形式很多，工作的限真空范围也比较大，但根据其获得真空的高低以及密封方式不外乎有以下几类：水环真空泵、往复式真空泵、油封真空泵、罗茨真空泵、涡轮分子真空泵、油扩散真空泵和低温真空泵等。
在洁净手术部负压吸引系统的工程中，常常采用的是水环真空泵，一方面由于该泵的限真空度比较适合，属于低真空区域（ 760~10 Torr），另一方面，由于该泵工作的特点，含尘、 水的空气不影响该泵的使用性功能， 工作噪声和振动较小，因此在洁净手术部中得到的应用。
4、气液分离器
为了有利于真空吸引系统内空气的排除以及分离排出空气中所含有的大颗粒水滴，需要在真空泵后设置气液分离器。一方面对于吸引后的空气初步清洗过滤排出的空气，同时也起到对排出吸引气的降温作用，保护后过滤器的使用。
5、吸引管路和吸引终端
（1）吸引管路
洁净手术部的吸引管路可选用脱氧铜管、不锈钢管、铝塑复合管和镀锌钢管，目前在工程中比较常见的是采用镀锌钢管、不锈钢管和非金属尼龙管。 而对于吸引管路的布置以阻力损耗低为原则，这一点与洁净手术部空压系统管路的设计相类似。
（2）吸引终端
洁净手术部负压吸引终端常常与其它供气（如氧气、 氮气等） 共用一终端板，而且根据使用习惯和备用终端的特性 （类似于洁净手术部需要按照二供电负荷配置），一般采用两种终端的形式：悬吊式和暗装壁式 （其中一种为备用）。在共用一终端板时，特别注意吸引终端与供气的终端接头应具有不可互换性。
6、吸引管路其它设备和附件
（1）过滤器（消声过滤器）
在吸引的空气排入中时，根据家的相关规定，排气口排出的空气，每立方米数量不得超过500个，因此末需要设置要求的过滤器，工程上有时也称为消声过滤器。对于过滤器的使用，需要强调的是如果传染性病房（例如新建的 SARS 病房等） 或负压传染洁净手术部与一般病房（或正压洁净手术部） 共用一套系统时，则传染病房（或负压传染洁净手术部） 在进入真空分配器之前应设置小型真空罐及过滤器，如图 1 流程图所示。
同时对气液分离器中排出的污水还需要做进一步的生化处理。总之，在实际工程中应严格控制含有传染类病毒的吸引空气在没有任何处理之前与普通吸引空气混合以及排污等二次污染，从而止传染类病毒的扩散。
（2）除污器、 泄水器
为了止真空系统阻塞和各类设备和阀件的正常功能，在真空吸引管路中应安装除污器和泄水器，用以和过滤真空系统中的杂物和粘混脏物。
在选定除污器和泄水器时应重视它的真空要求，而且在前后应设置相应的阀门，供它们在定期检修时与真空系统切断之用（平时处于全开状态）。
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二、洁净手术部负压吸引系统真空泵的选择
1、真空泵的种类及其工作范围
真空泵选择之前，首先应确定真空区域的划分，表1和表2分别给出了真空的区域划分和真空泵的工作范围。
2、真空泵选择的一般原则
选用真空泵时， 需要把握如下的原则：
（1）真空泵的工作压强应该真空设备的限真空及工作压强要求， 一般选择泵的真空度要高于真空设备真空度半个到一个数量。
（2）正确地选择真空泵的工作点。每种泵都有一定的工作压强范围， 如表 2 所示。但在表中的范围泵的抽速会随压强而变化，其稳定的工作压强区域是有一定范围的，因而泵的工作点应该选在这个范围之内，而不能让它在稳定工作范围之外运行。
（3）真空泵在其工作压强下，应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量。
（4）了解被抽气体成分。选择真空泵时，需要知道气体成分，针对被抽气体选择相应的泵。 如果气体中含有蒸汽、颗粒及传染性气体，应该考虑在泵的进气口管路上安装相关的辅助设备。
（5）真空泵排出来的吸引空气对环境的影响如何。如果环境有限制的话，需要采取相应的处理措施后才可排到室外。
3、洁净手术部水环式真空泵的选择
洁净手术部的真空泵是整个手术部负压吸引系统的设备，选用高性能、低功耗、无污染、寿命长的产品。一般是需要根据整个的实际需要量进行比较确定。目前常常选用水环式真空泵，其抽气速率主要根据手术室的间数、病房床位数、 ICU床位数的总和来确定。
（1）水环式真空泵的工作原理及优缺点
由于真空应用的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。为了工程上合理地选择该泵，简要地对其工作原理及优缺点进行归纳。
水环式真空泵属于变容式真空泵，是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的。
其工作原理：以泵体中适量的水作为工作液，当叶轮按顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切， 水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触，叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间， 而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。
如果以叶轮的下部 0° 为起点，那么叶轮在旋转前180° 时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔； 当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩； 当小腔与排气口相通时， 气体便被排出泵外。
水环泵和其它类型的机械真空泵相比有如下优点：
1）结构简单，精度要求不高，容易加工 。
2）结构紧凑，泵的转数较高， 一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积也小。
3）由于泵腔内没有金属磨擦表面， 无须对泵内进行润滑， 而且磨损很小。 转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。
4）吸气均匀， 工作平稳， 操作简单，维修方便。
总之，由于水环泵中的吸引气体压缩是等温的，故不仅可以抽除易燃、易爆的气体， 而且由于没有排气阀及摩擦表面， 可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物。有了这些突出的特点，尽管它效率低，仍然在真空系统中得到了的应用。
（2）洁净手术部水环真空泵数的确定
泵的数主要由工作所需的气量、真空度或排气压力而定。
泵工作时，需要注意以下两个方面：
1）尽可能要求在性能的区内，也是在临界真空度或临界排气压力的区域内运行。
2）应避免在大真空度或大排气压力附近运行，在此区域内运行，不仅效率低， 而且工作很不稳定，而且有时还会发生汽蚀现象，加大设备的振动和噪音，导致泵体、叶轮等零件的损坏。
根据以上原则，当泵所需的真空度或气体压力不高时，可优先在单泵中选取。 如果真空度或排气压力相对比较高，单泵不能要求，或者泵在较高真空度情况下仍有较量，即要求性能曲线在较高真空度时较平坦，可选用两泵。表3列出了单、双水环真空泵的一些基本工作情况，实际选用时可供参考。
（3）根据系统所需的气量选择真空泵
初步选定了泵的类型之后，还要根据系统所需的气量来选用泵的型号，并需要根据式（1）和式（2）来分别计算泵的抽速和抽气时间。
1）真空泵的抽速 S
在一定的压强和温度下， 单位时间内由真空泵进气口处抽走的气体称为抽气速率， 简称抽速。
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式中：Q 为流量， 即单位时间流过截面的气体量，Torr·L/s； P为压强， Torr； v 为体积， L； t 为时间， s 。
2）真空泵的抽气时间 t
对于从压到 1Torr 的抽气时间计算式：
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式中：V为体积， L， 一般而言， t 在 5 min~10min 内进行选择。
在具体选用需要考虑一定的系数，使所选择的真空泵在合理的范围内抽速要大于需要的抽气速率，而泵的抽气时间则小于所需要的抽气时间，具体计算详细见笔者后续文章。
4、洁净手术部水环式真空泵台数的确定
负压吸引站的真空泵应有备用机组，一般由 2台 ~3 台组成真空泵站。真空泵的工作过程要求各泵中有主泵和备用泵之分，而且各泵互为备用。比如一个负压站内设计 A、B 两台真空泵， A 泵工作 B 泵备用， 若在高峰用气时 A泵出现故障或抽气速度不了要求时，B 泵自动投入工作； 同样
地， 下一次启动循环时则 B 泵工作 A 泵备用，在必要时 A 泵也可投入工作， 如此不断相互保护、相互替代的循环工作下去，一方面负压真空系统正常工作， 同时也避免了备用泵常年处在备用状态而无法正常工作。
值得说明的是，当一个负压系统比较庞大，手术室数量又比较多时，需要的真空泵的抽速要高，此时如果选用两台泵（一用一备），泵的功率比较高，即使采取降压启动泵在启动瞬间冲击电流也不是很小。特别是真空泵在手术高峰时频繁的启停是很正常的一种工作状态， 对大功率的电机运行为不利， 尤其是容易烧坏。
为此在真空泵站设计三台（一用一帮一备 A、 B、 C） 较小型的真空泵是一种可以替代考虑的方案。
工作程序如下：在节假日、下午、 夜间手术等非高峰阶段， 有一台泵工作可维持一般性的负压吸引气的使用；随着手术高峰吸引气用量的加大，自动投入一台次泵手术间的正常使用。
也是说 A、B、C三台泵的工作流程为当A泵工作不能维持正常使用时B泵自动投入工作而此时 C 泵备用， 在此工作状态中，如果 A、B 两泵工作过程中其中一台出现故障则自动跳出切换到 C 泵工作； 下一次启动工作时则 B 泵为主工作泵 C 泵为次工作泵， A泵成为备用泵；当第三次启动时 C 泵为主工作泵 A泵为次工作泵而B泵为备用泵；如此彼此互为备用地循环下去，手术室的使用功能。
5、负压吸引系统管路配置的设计计算
负压系统吸引管路的设计计算包括： 被抽空气负荷的设计计算、真空管路的水力计算等，。一般而言，有如下的数值可供参考：真空吸引泵的自动范围为300~500 Torr， 设备开动时间为2min，间歇时间为10min ~15 min， 管道系统总压降一般控制在130 Torr 左右。
6、吸引系统终端的选择
吸引系统终端的选择，需要、、不燃、、使用方便等功能。避免采用过时的老产品，目前插拔式自封快速接头应为，同时接嘴上需设一个 10 目左右的过滤网，止手术室内的纤维随气流进入系统而堵塞。接嘴经软管与吸污点相连，应有压力调节装置，根据吸取不同部位及不同年岁的患者要求进行调节，止负压过高而吸坏体内软组织而造成医疗事故；同时中间应加缓冲液体储存瓶，液体装满时应自动切断气源止污物流入系统的管道内而堵塞。图2和图3给出了产吊臂式和贴墙式终端图，其中吸引终端与其它供气公用一终端板。
三、总结
文中通过医药、电子方面真空系统的设计、安装施工经验三大方面展开，探讨了洁净手术部真空系统的组成及真空泵设备选型应注意的内容， 对几个问题进行了总结和说明：
① 洁净手术部负压吸引系统是真空泵、缓冲罐、分配器、液气分离器（冷却设备）、排污装置、过滤毒装置、消声设施和电控设备组成，简要地介绍了各设备的作用以及水环式真空泵的工作原理。
② 洁净手术部真空泵的类型选择优先采用单或双水环真空泵，选择除考虑泵的限真空度外，还需要根据所需要的抽速及抽气时间比较后综合确定。
③ 洁净手术部中真空泵台数的选择，在正常运行的条件下，还需考虑节能、检修时的备用，因此“一用一备”、“一用一帮一备” 且互为备用的选用应该提倡使用。
