Устройство для перекачивания крови

Изобретение относится к устройствам для перекачивания крови и может быть использовано в качестве вспомогательного устройства при недостаточной работе сердца, а также в качестве основного насоса в системах вспомогательного кровообращения. Устройство включает размещенные внутри статорной обмотки электропривода ротор 6 с осевым рабочим колесом и спрямляющим аппаратом 12. Лопатки 7 рабочего колеса имеют корневые 16 и свободные периферийные 13 части. Ротор 6 снабжен постоянными магнитами. Развертки корневых 16 и свободных периферийных 13 частей лопаток 7 осевого рабочего колеса выполнены в форме сопряженных отрезков логарифмических спиралей. Изобретение обеспечивает минимизацию гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для перекачивания крови и может быть использовано в качестве внутрикорпорального вспомогательного устройства при недостаточной работе сердца, а также в качестве основного насоса в системах вспомогательного интеркорпорального кровообращения.

Известны устройства, применяемые по указанному назначению, описанные в патентах №6652447 и №7264606.

Общим для этих устройств является применение насоса с осевым рабочим колесом в качестве основного органа для перекачивания крови. При этом лопатки колеса имеют традиционное исполнение и поэтому форма лопаток в описаниях не оговаривается.

Наиболее близким техническим решением, направленным на достижение минимальных гемолиза и тромбоза крови, является решение по патенту США №5951263. Оно является близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату. Однако, из-за несовершенной формы лопаток рабочего колеса, данное техническое решение является недостаточно эффективным.

Под эффективностью устройства для перекачивания крови понимается минимизация гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности устройства для перекачивания крови путем изменения формы лопаток осевого рабочего колеса насоса.

Согласно изобретению в устройстве для перекачивания крови, включающем размещенные внутри статорной обмотки электропривода ротор с осевым рабочим колесом и спрямляющим аппаратом, с лопатками рабочего колеса, имеющими корневые и свободные периферийные части, с установленными в роторе постоянными магнитами, развертки корневых и свободных периферийных частей лопаток рабочего колеса выполнены в форме сопряженных отрезков логарифмических спиралей. При этом формы разверток корневой и свободной периферийной частей выполняются отличными одна от другой.

Одним из важнейших медицинских требований к устройствам для перекачивания крови является требование минимизации гемолиза и тромбоза крови, что может быть достигнуто только уменьшением возмущений, вихреобразований и сдвиговых напряжений потока крови в пограничных слоях лопастей осевого насоса. Для выполнения данного требования предлагается иметь специальную, отличную от обычной, форму лопаток рабочего колеса осевого насоса.

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.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 изображен продольный разрез устройства для перекачивания крови, а фиг.2 - развертка поверхности вращения, проходящей через периферию и корневые участи лопаток рабочего колеса, где:

1 - корпус;

2 - обмотка электродвигателя;

3 - кабель;

4 - входной участок насоса;

5 - выходной участок насоса;

6 - ротор;

7 - лопатки;

8 - подшипники;

9 - пилоны;

10 - поверхность вращения;

11 - поверхность вращения;

12 - спрямляющий аппарат;

13 - периферийная часть лопатки;

14 - точки сопряжения отрезков логарифмической спирали;

15 - точки сопряжения отрезков логарифмической спирали;

16 - корневая часть лопатки.

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 с осевым рабочим колесом с лопатками 7. Ротор опирается на подшипники 8, которые расположены в пилонах 9 на входном 4 и выходном 5 участках насоса. В центральной осевой части ротора размещены постоянные магниты (не показаны).

Развертки пересечений свободной периферийной 13 и корневой 16 частей лопаток рабочего колеса с поверхностями вращения 10 и 11, проходящими через наружные и внутренние диаметры лопаток рабочего колеса, представляют собой сопряженные отрезки логарифмической спирали, а 14 и 15 - точки сопряжения отрезков логарифмической спирали. Непосредственно за лопатками рабочего колеса расположен спрямляющий аппарат 12, прикрепленный к корпусу 1.

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. Входной участок лопаток, 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 7, обеспечиваемые профилированием их из сопряженных отрезков логарифмической спирали, подводят энергию к жидкости (крови) без существенного вихреобразования и с минимальными возмущениями. Особенно важно это в зоне максимальных скоростей потока на периферийных участках лопаток рабочего колеса. Выходящий из лопаток 7 закрученный поток попадает в неподвижный спрямляющий аппарат 12, раскручивающий поток до осевого направления. Радиальные и осевые силы, действующие на ротор 6, воспринимаются подшипниками 8 в пилонах 9 во входном 4 и выходном 5 участках насоса.

Таким образом, достигается технический результат изобретения: обеспечиваются минимальные возмущения в пограничных слоях лопаток, а также минимальные вихреобразование потока и сдвиговые напряжения, что в конечном итоге решает поставленную задачу - повышение эффективности устройства для перекачивания крови.

Для построения поверхностей лопаток, с образующими из сопряженных отрезков логарифмической спирали, разработана специальная компьютерная программа.

Наиболее эффективно применение данного изобретения в медицинских устройствах, перекачивающих кровь, а также в насосах, где требуется минимальная деструкция перекачиваемого продукта.

Источники информации

1. Патент США №6652447.

2. Патент США №7264606.

3. Патент США №5951263 - прототип.

1. Устройство для перекачивания крови, включающее размещенные внутри статорной обмотки электропривода ротор с осевым рабочим колесом и спрямляющим аппаратом, причем лопатки рабочего колеса имеют корневые и свободные периферийные части, а ротор снабжен постоянными магнитами, отличающееся тем, что развертки корневых и свободных периферийных частей лопаток осевого рабочего колеса 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 осевого рабочего колеса выполнены отличными одна от другой.