多种脉动真空灭菌器的数值分析

　　1　概述

　　医疗、制药、生物制品、实验动物和食品等行业有各种各样的消毒、灭菌方式,蒸汽高温灭菌是目前最好的无毒、无害化处理方式之一,各种物品在121~132℃高温水蒸气下经过一定时间的透入和保持,可以杀灭各种细菌[1],灭菌彻底,且不会有消毒液的污染。手术器械、医疗包裹、医疗和药品器皿、实验动物食品等都采用这种灭菌方式[2]。

　　文中研究矩形截面脉动真空灭菌器[3, 4]的力学性能,其外形如图1所示。该灭菌器为夹层结构,两端封闭,内腔为主要空间,用于放置被灭菌物品;夹层内通入高温蒸汽以便加热和保持内腔温度。为了加强内外腔的刚度,改善受力状况,内外壁之间设有加强筋支撑。脉动真空蒸汽灭菌器的原理为先抽出内腔的空气,然后通入高温蒸汽灭菌,灭菌完毕后,再抽出内腔的蒸汽做干燥处理。

　　综合调研结果及2007年大连国际医疗设备展览会展示产品信息,可知脉动真空灭菌器按结构分类主要有绕带式和夹套式两种结构,文中对不同结构、不同焊接类型和不同加强筋尺寸进行比较分析,以寻找灭菌器设计的最优方案。

　　1. 1　绕带式

　　绕带式灭菌器结构由内壁、底部、绕带结构、大门以及门框等部件组成,主体结构如图2所示。灭菌室内腔是不锈钢矩形薄板经折弯后焊接而成;灭菌器的底部采用单层带平折边的凸形板结构;在灭菌室外表面宽度方向上,且垂直于容器轴线的平面内,均匀对称排列多条加强筋;加强筋采用板材冷弯成形,且各侧板的加强筋截面相同。绕带结构由加强筋及其加强筋间的连接板组成,其中每条绕带有4根U型加强筋(如图2所示)焊接而成。

　　绕带式结构中各组件均采用高质量的连续焊缝形式连接,以确保系统的密封性良好,不泄漏蒸汽。

　　1. 2　夹套式

　　夹套式灭菌器主要有内外壁、加强筋、底部和大门等几部分组成。图3包括有内壁、底部及门组成的封闭空间为灭菌器内腔;内、外壁和底部及门组成的封闭空间为夹套;内、外壁之间通过加强筋来支撑。各组件是通过焊接方式连接到一起的,加强筋与内壁为断续焊(如图3中圆圈处所示),加强筋与外壁为塞焊(如图4中的圆孔处),底部与内外壁为全焊。

　　该结构与绕带式结构基本相似,区别在于起预热和保温作用的高温蒸汽的存储空间不同,前者为绕带结构,后者为夹套结构。

　　1. 3　典型加强筋形式

　　加强筋有不同的形式,如U型钢板弯置、角钢和槽钢等,如图5所示。其中角钢和槽钢为型材,设计使用时需要参照相应的标准;而对于U型加强筋来说,采用板材冷弯成形,在满足最小折弯半径(如图5(a)中的r1所示)情况下,可以根据实际情况来调整。