Устройство для перекачивания крови
Полезная модель относится к устройствам для перекачивания крови и может быть использовано в качестве внутрикорпоративного вспомогательного устройства при недостаточной работе сердца, а также в качестве основного насоса в системах вспомогательного интракорпорального кровообращения. Задачей полезной модели является повышение эффективности устройства для перекачивания крови путем изменения формы лопаток спрямляющего аппарата насоса. Под эффективностью устройства для перекачивания крови понимается минимизация гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности. Для решения поставленной задачи в устройстве для перекачивания крови, включающем размещенные внутри статорной обмотки электропривода ротор с осевым рабочим колесом, снабженным постоянными магнитами, и спрямляющий аппарат, лопатки которого имеют корневые и свободные периферийные части, согласно полезной модели развертки корневых и свободных периферийных частей лопаток спрямляющего аппарата выполнены в форме сопряженных отрезков логарифмических спиралей. Техническим результатом заявляемой полезной модели является минимизации гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности расхода и перепада давления с минимальными затратами энергии в медицинских устройствах, перекачивающих кровь, за счет обеспечения минимальных возмущений в пограничных слоях лопаток спремляющего аппарата, а также минимальных вихреобразований потока и сдвиговых напряжений. Наиболее эффективно применение данной полезной модели в медицинских устройствах перекачивающих кровь, а также в насосах, где требуется минимальная деструкция перекачиваемого продукта.
Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для перекачивания крови и может быть использована в качестве интракорпорального вспомогательного устройства при сердечной недостаточности, а также в качестве основного насоса в системах вспомогательного кровообращения.
Известны устройства, применяемые по указанному назначению, описанные в патентах US 7264606 МПК А62М 37/00 2007 г, и RU 2430748 МПК А62М 1/12 2009 г.
Наиболее близким по решаемой задаче и достигаемому техническому результату является решение по патенту RU 2430748. Оно является близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату.
Общим для этих устройств является применение осевого насоса со спрямляющим аппаратом. При этом лопатки спрямляющего аппарата имеют традиционное исполнение и поэтому форма этих лопаток в описаниях не оговаривается.
Недостаток известных конструкций состоит в том, что из-за несовершенной формы лопаток спрямляющего аппарата данное техническое решение является недостаточно эффективным, особенно при значительном уменьшении габаритов насоса.
Под эффективностью устройства для перекачивания крови понимается обеспечение заданных параметров производительности: расхода и перепада давления с минимальными затратами энергии, а также минимизация гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности устройства для перекачивания крови путем изменения формы лопаток спрямляющего аппарата насоса.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является минимизации гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности расхода и перепада давления с минимальными затратами энергии в медицинских устройствах, перекачивающих кровь, за счет обеспечения минимальных возмущений в пограничных слоях лопаток спремляющего аппарата, а также минимальных вихреобразований потока и сдвиговых напряжений.
Для повышения эффективности устройства необходимо, чтобы профиль лопастей (2-я производная кривизны, а желательно и более высокие производные) плавно менялся. Как известно, отличительной особенностью логарифмической спирали является то, что она в каждой точке имеет бесконечное число производных, т.е. она имеет более высокий порядок плавности изменения по сравнению со сплайнами.
Для решения поставленной задачи, в устройстве для перекачивания крови, включающем размещенные внутри статорной обмотки электродвигателя ротор с осевым рабочим колесом и спрямляющим аппаратом, а также пилоны, с лопатками спрямляющего аппарата, имеющими корневые и свободные периферийные части, с установленными в роторе постоянными магнитами, согласно полезной модели, развертки корневых и свободных периферийных частей лопаток спрямляющего аппарата выполнены в форме сопряженных отрезков логарифмических спиралей. При этом формы разверток корневой и свободной периферийной частей выполняются отличными одна от другой. Кроме того, пилоны на входном участке насоса расположены под острыми углами к направлению потока жидкости.
Признаки, отличающие предлагаемую полезную модель от прототипа, являются следующие признаки «спрямляющий аппарат снабжен лопатками, развертки корневых и свободных периферийных частей которых выполнены в форме сопряженных отрезков логарифмических спиралей».
В частных случаях (соответственно 2 и 3 пункты формулы) - «формы разверток корневой и свободной периферийной частей лопаток спрямляющего аппарата выполнены отличными одна от другой»; «пилоны на входном участке насоса расположены под острыми углами к направлению потока крови».
Предлагаемая форма лопаток спрямляющего аппарата, в том числе и при различных формах разверток корневой и периферийной частей этих лопаток, обеспечивает минимальные возмущения в пограничных слоях лопаток, а также минимальные вихреобразования потока и сдвиговых напряжений, что, в свою очередь, приводит к реализации заданных параметров производительности расхода и перепада давления с минимальными затратами энергии, а также минимизации гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности, решая поставленную задачу - повышение эффективности устройства для перекачивания крови.
При этом выходящий из лопаток рабочего колеса закрученный поток попадает на лопатки неподвижного спрямляющего аппарата, раскручивающего поток до осевого направления. Входной участок лопаток спремляющего аппарата, обеспечивающий безударное натекание жидкости и имеющий минимальную кривизну поверхностей с плавным изменением ее, минимально возмущает и, следовательно, минимально повреждает форменные элементы крови. Плавные, без разрывов кривизны, рабочие поверхности лопаток спремляющего аппарата, обеспечиваемые профилированием их из сопряженных отрезков логарифмической спирали, раскручивают поток без существенного вихреобразования и с минимальными возмущениями. Особенно важно это в зоне максимальных скоростей потока на периферийных участках лопаток спрямляющего аппарата.
Расположение пилонов на входном участке насоса под острыми углами к направлению потока крови обеспечивает дополнительную закрутку потока на входе, что сопровождается уменьшением вихреобразования на входе и в конечном итоге повышением эффективности работы устройства.
Полезная модель иллюстрируется чертежом. На фиг.1 изображен продольный разрез устройства для перекачивания крови, на фиг.2 - развертка поверхности вращения, проходящей через периферию и корневые участи лопаток спрямляющего аппарата, на фиг.3 - поперечное сечение пилонов, служащих в качестве опор для подшипников.
Устройство состоит из корпуса 1, в котором находится статорная обмотка 2 электродвигателя, запитанная по кабелю 3, входного 4 и выходного 5 участков насоса. Внутри корпуса 1 расположен ротор 6, являющийся осевым рабочим колесом с лопатками 7. Ротор 6 опирается на подшипники 8, которые расположены в пилонах 9 на входном 4 и выходном 5 участках насоса. В центральной осевой части ротора 6 помещены постоянные магниты (не показаны). Непосредственно за лопатками рабочего колеса расположен спрямляющий аппарат 10, прикрепленный к корпусу 1, с лопатками 11.
Развертки пересечений свободной периферийной 12 и корневой 13 частей лопаток 11 спрямляющего аппарата с поверхностями вращения, проходящими через внутренние и наружные диаметры лопаток 11 спрямляющего аппарата, представляют собой сопряженные отрезки логарифмической спирали. На фиг.2 показана одна из поверхностей вращения 14 и позициями 16 и 17 обозначены точки сопряжения отрезков логарифмической спирали.
Устройство работает следующим образом. Вращающееся электромагнитное поле, генерируемое электротоком, поступающим в статорную обмотку 2, взаимодействует с постоянными магнитами и приводит во вращение ротор 6. Кровь поступает через входной участок 4 на лопатки 7 осевого рабочего колеса ротора 6, подводящие подводят энергию к жидкости (крови). Выходящий из лопаток 7 закрученный поток попадает на лопатки 11 неподвижного спрямляющего аппарата 10, раскручивающего поток до осевого направления. Входной участок лопаток 11, обеспечивающий безударное натекание жидкости и имеющий минимальную кривизну поверхностей с плавным изменением ее, минимально возмущает и, следовательно, минимально повреждает форменные элементы крови. Плавные, без разрывов кривизны, рабочие поверхности лопаток 11, обеспечиваемые профилированием их из сопряженных отрезков логарифмической спирали, раскручивают поток без существенного вихреобразования и с минимальными возмущениями. Особенно важно это в зоне максимальных скоростей потока на периферийных участках лопаток спрямляющего аппарата. Радиальные и осевые силы, действующие на ротор 6, воспринимаются подшипниками 8 в пилонах 9 во входном 4 и выходном 5 участках насоса.
Таким образом, за счет предлагаемой формы лопаток спрямляющего аппарата достигаются минимальные возмущения в пограничных слоях лопаток, а также минимальные вихреобразования потока и сдвиговые напряжения, что, в свою очередь, приводит к реализации заданных параметров производительности расхода и перепада давления с минимальными затратами энергии, а также минимизации гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности, решая поставленную задачу - повышение эффективности устройства для перекачивания крови.
Насос был изготовлен и испытан на специальном стенде. Проведенные испытания устройства для перекачивания крови подтвердили необходимые для медицинского применения напор и производительность насоса и не выявили заметного гемолиза и тромбоза крови после прохождения через проточную часть насоса.
Наиболее эффективно применение данной полезной модели в медицинских устройствах, перекачивающих кровь, а также в насосах, где требуется минимальная деструкция перекачиваемого продукта.
1. Устройство для перекачивания крови, включающее корпус, ротор, являющийся осевым рабочим колесом, и спрямляющий аппарат, размещенные внутри статорной обмотки электродвигателя, а также пилоны, причем лопатки рабочего колеса имеют корневые и свободные периферийные части, а ротор снабжен постоянными магнитами, отличающееся тем, что спрямляющий аппарат снабжён лопатками, развёртки корневых и свободных периферийных частей которых выполнены в форме сопряженных отрезков логарифмических спиралей.
2. Устройство для перекачивания крови по п. 1, отличающееся тем, что формы разверток корневой и свободной периферийной частей лопаток спрямляющего аппарата выполнены отличными одна от другой.
3. Устройство для перекачивания крови по п. 1 или 2, отличающееся тем, что пилоны на входном участке насоса расположены под острыми углами к направлению потока крови.
