Осевой насос для перекачивания крови

Изобретение относится к медицинской технике. Осевой насос для перекачивания крови включает корпус с обмотками электропривода, во внутренней полости которого на шарнирных подшипниках впускного и выпускного опорных узлов размещено осевое рабочее колесо с лопатками, содержащее постоянный магнит. Между гильзой полости корпуса и лопатками осевого рабочего колеса образован зазор для прохода крови. Согласно изобретению введены постоянный магнит впускного опорного узла и постоянный магнит выпускного опорного узла, образующие магнитную пружину и установленные с возможностью создавать постоянный контакт рабочих поверхностей шарнирных подшипников при вращении осевого рабочего колеса. Магнитная пружина имеет возможность воздействия в осевом направлении на неподвижную часть шарнирного подшипника выпускного опорного узла. Входной участок лопаток рабочего колеса имеет форму, обеспечивающую плавное натекание потока крови для снижения повреждающих воздействий на форменные элементы крови. Технический результат сводится к снижению погрешностей сборки насоса и износа рабочих поверхностей шарнирных подшипников. 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для перекачивания крови и может быть использовано в качестве имплантируемого вспомогательного устройства при хронической сердечной недостаточности, а также в качестве насоса в аппаратах искусственного кровообращения.

Известны устройства аналогичного назначения, описанные в патентах США №7070398, №7264606 и РФ №2430748.

Эти устройства представляют собой насос для перекачивания крови с осевым рабочим колесом в качестве основного органа.

Рабочее колесо насоса в патенте США №7070398 удерживается во внутренней полости корпуса с помощью системы из множества магнитных подшипников и не имеет точек контакта с корпусом. Магнитные подшипники не обеспечивают жесткую фиксацию положения рабочего колеса относительно внутренней полости насоса в радиальном и осевом направлениях. Рабочее колесо может смещаться при изменении положения насоса в пространстве и при ускорении. Поэтому зазор между лопатками рабочего колеса и внутренней полостью насоса должен быть увеличенным, что сказывается на эффективности работы. Кроме того, для удержания рабочего колеса насоса в подвешенном состоянии магниты должны обладать высокой остаточной магнитной индукцией, а наличие множества магнитов усложняет конструкцию насоса.

В патенте США №7264606 длинные оси подшипников скольжения, удерживающих рабочее колесо насоса в его внутренней полости, увеличивают его общую длину, что делает насос неудобным для размещения в грудной клетке больного.

Насос в патенте РФ №2430748 имеет короткие оси подшипников скольжения, удерживающих рабочее колесо насоса в его внутренней полости, но перекос опорных узлов при сборке насоса может создавать дополнительные напряжения в подшипниках, что сказывается на эффективности и надежности его работы.

За прототип принимается насос крови в патенте США №9265870. Он является близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату. Однако в этом насосе не обеспечивается постоянный контакт рабочих поверхностей шарнирных подшипников, удерживающих рабочее колесо насоса во внутренней полости насоса. При сборке насоса зазор между рабочими поверхностями опорных подшипников обеспечивается регулировкой смещения впускного опорного узла в осевом направлении. Такая регулировка затруднительна в связи с малыми размерами насоса. В процессе работы насоса происходит износ рабочих поверхностей опорных подшипниковых узлов рабочего колеса насоса. Из-за образовавшегося вследствие износа рабочих поверхностей зазора рабочее колесо может отклоняться от исходного положения, что приведет к уменьшению зазора между ним и внутренней поверхностью корпуса насоса и даже контакту между ними. Это может привести к разрушению форменных элементов крови. Для исключения негативного влияния износа рабочих поверхностей опорных подшипниковых узлов зазор между лопатками рабочего колеса и внутренней полостью насоса должен быть увеличенным, что сказывается на его эффективности работы.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение биологической безопасности и эффективности перекачивания крови и упрощение сборки и повышение надежности насоса.

Имплантируемые насосы крови поддерживают нормальное кровообращение у пациентов с ослабленной по различным причинам сердечной деятельностью, поэтому они работают непрерывно в течение всего срока службы до нескольких лет. Повышенная биологическая безопасность насоса определяется минимизацией повреждений форменных элементов крови (эритроцитов, тромбоцитов и лейкоцитов), приводящих к повышенному гемолизу и тромбозу крови, при заданных параметрах производительности. Повышенный гемолиз вызывает поражение внутренних органов и может привести к смерти человека. Также к смерти может привести закупорка жизненно важных кровеносных сосудов в результате формирования тромбов в кровеносной системе.

Осевой насос для перекачивания крови содержит корпус со статорными обмотками электропривода, внутри которого на шарнирных подшипниках скольжения размещается осевое рабочее колесо с лопатками, содержащее постоянный магнит. Между стенками полости насоса и рабочим колесом в процессе эксплуатации должно обеспечиваться минимальное расстояния, предотвращающее повреждение форменных элементов крови. Вместе с тем, увеличение этого расстояния снижает эффективность перекачивания крови. Для точной фиксации положения рабочего колеса насоса необходимо регулирование зазора в шарнирных подшипниках скольжения при сборке насоса, что при его миниатюрности представляет проблему, и влияет на надежность насоса. В процессе эксплуатации насоса рабочие поверхности шарнирных подшипников скольжения изнашиваются, что приводит к увеличению зазора, что может привести к недопустимому сближению рабочего колеса насоса со стенками его полости. Предлагаемое техническое решение обеспечивает постоянный контакт между рабочими поверхностями шарнирных подшипников скольжения в течение всего срока эксплуатации насоса, упрощает сборку насоса за счет отсутствия необходимости регулировки зазора в рабочих поверхностях подшипников скольжения, и повышает надежность насоса. Применение предлагаемого технического решения позволяет уменьшить зазор между рабочим колесом и стенками полости насоса без опасности повреждения форменных элементов крови.

На фиг. 1 представлен осевой насос для перекачивания крови, где:

1 - корпус насоса;

2 - обмотки электропривода;

3 - кабель электропривода;

4 - гильза внутренней полости насоса;

5 - осевое рабочее колесо;

6 - постоянный магнит рабочего колеса;

7 - впускной опорный узел - спрямляющий аппарат;

8 - вогнутая часть шарнирного подшипника впускного опорного узла;

9 - выпуклая часть шарнирного подшипника впускного опорного узла;

10 - выпускной опорный узел - диффузор;

11 - постоянный магнит выпускного опорного узла;

12 - вогнутая часть шарнирного подшипника выпускного опорного узла;

13 - выпуклая часть шарнирного подшипника выпускного опорного узла;

14 - постоянный магнит выпуклой части шарнирного подшипника выпускного опорного узла;

15 - впускная канюля;

16 - выпускной гибкий рукав.

На фиг. 2 представлен внешний вид впускного опорного узла - спрямляющего аппарата, осевого рабочего колеса и выпускного опорного узла - диффузора, где:

5 - осевое рабочее колесо;

7 - впускной опорный узел - спрямляющий аппарат;

10 - выпускной опорный узел - диффузор.

Насос состоит из корпуса 1, с присоединенными к нему впускной канюлей 15 и выпускным гибким рукавом 16. Поток крови поступает в насос через впускную канюлю 15 и выходит из него через выпускной гибкий рукав 16. В корпусе 1 расположены обмотки электропривода 2, соединенные с кабелем электропривода 3. Внутри корпуса 1 находится осевое рабочее колесо с лопатками 5 и постоянным магнитом 6. Рабочее колесо вращается на шарнирных подшипниках 8, 9 впускного опорного узла - спрямляющего аппарата 1 и 12, 13 выпускного опорного узла - диффузора 10. Выпуклая часть опорного подшипника выпускного опорного узла 13 может перемещаться в осевом направлении. Зазор между гильзой внутренней полости насоса 4 и лопатками осевого рабочего колеса 5 обеспечивает прохождение форменных элементов крови без повреждений, что вносит свой вклад в минимизацию значений гемолиза и тромбоза крови. Применение шарнирных подшипников исключает негативное влияние небольших отклонений от соосности, вызванных погрешностями изготовления деталей и сборки насоса. Магнитная пружина, состоящая из постоянного магнита впускного опорного узла 11 и постоянного магнита выпуклой части шарнирного подшипника выпускного опорного узла 14, обращенных друг к другу одноименными полюсами, создает осевое усилие, направленное в сторону рабочего колеса, благодаря чему компенсируются погрешности сборки насоса, и обеспечивается в процессе хранения, транспортировки и эксплуатации постоянный контакт рабочих поверхностей шарнирных подшипников рабочего колеса, в том числе обеспечивается компенсация износа рабочих поверхностей шарнирных подшипников. Таким образом, не допускается радиальное отклонение рабочего колеса, и, соответственно, уменьшение зазора между лопатками рабочего колеса и гильзой внутренней полости насоса, что может привести к повреждению форменных элементов крови. Благодаря такой конструкции зазор между лопатками рабочего колеса и гильзой внутренней полости насоса можно делать минимальным, что повышает эффективность работы насоса. Выпускной опорный узел - диффузор 7 содержит лопатки, закрученные в обратную сторону относительно лопаток рабочего колеса насоса. Развертки скелетных линий лопаток рабочего колеса 5 и выпускного опорного узла - диффузора 7 выполнены в форме плавно сопрягаемых отрезков параболы.

Насос работает следующим образом. Вращающееся электромагнитное поле, генерируемое электротоком, поступающим в обмотки электропривода 2 по кабелю электропривода 3, взаимодействует с постоянным магнитом 6 осевого рабочего колеса 5 и приводит рабочее колесо во вращение. Вращением рабочего колеса создается поток крови, вследствие чего возникает усилие прижима рабочих поверхностей шарнирного подшипника 8, 9 впускного опорного узла - спрямляющего аппарата 7. Магнитная пружина, состоящая из постоянного магнита впускного опорного узла 11 и постоянного магнита выпуклой части шарнирного подшипника выпускного опорного узла 14, создает усилие прижима рабочих поверхностей шарнирного подшипника 12, 13 выпускного опорного узла - диффузора 10. Кровь через впускную канюлю 15 поступает, огибая пилоны впускного опорного узла - спрямляющего аппарата 7, на лопатки осевого рабочего колеса 5 и выходит из насоса через выпускной гибкий рукав 16, огибая устраняющие закручивание потока лопатки выпускного опорного узла - диффузора 10. Входной участок лопаток рабочего колеса со стороны спрямляющего аппарата 4 имеет форму, обеспечивающую плавное натекание потока крови для минимизации повреждающих воздействий на ее форменные элементы. Входные углы лопаток лежат в пределах 5…15° для рабочего колеса и 5…25° - для выпускного опорного узла - диффузора. Выходные углы лопаток лежат в пределах 70…90° для рабочего колеса и 90° - для выпускного опорного узла - диффузора. Толщина лопаток не изменяется по высоте для каждой точки вдоль скелетной линии в плоскости, проходящей через точку и нормальной к скелетной линии. Толщина лопаток рабочего колеса нарастает вдоль скелетной линии относительно входной и выходной кромок.

Насос работает непрерывно в течение всего срока службы, при этом происходит износ рабочих поверхностей опорных подшипниковых узлов рабочего колеса насоса. Магнитная пружина обеспечивает постоянное прижатие рабочих поверхностей и благодаря отсутствию контакта между ее частями не изнашивается. При отсутствии магнитной пружины из-за образовавшегося вследствие износа рабочих поверхностей зазора рабочее колесо может отклоняться от исходного положения, что приведет к уменьшению зазора между ним и внутренней поверхностью корпуса насоса и даже контакту между ними. При этом будут повреждаться форменные элементы крови. Таким образом, магнитная пружина обеспечивает повышение биологической безопасности насоса и позволяет минимизировать зазор между лопастями рабочего колеса и внутренней полостью насоса, что обеспечивает его повышенную эффективность. Кроме того, применение магнитной пружины обеспечивает упрощение сборки насоса. Сглаженные формы поверхностей лопаток рабочего колеса, составленные из плавно сопрягаемых отрезков параболы, обеспечивают минимизацию возмущений на границах лопаток и прокачку крови с минимальным вихреобразованием, благодаря чему также повышается биологическая безопасность насоса.

Представленное конструктивное решение обеспечивает надежную радиальную фиксацию положения рабочего колеса во внутренней полости насоса в течение всего срока службы, что положительно сказывается на уменьшении риска гемолиза крови и позволяет увеличить эффективность работы насоса, и обеспечивает упрощение сборки насоса, так как устраняет необходимость регулировки зазора в шарнирных подшипниках.

Источники информации:

1. Патент США №7070398.

2. Патент США №7264606.

3. Патент РФ №2430748.

4. Патент США №9265870 - прототип.

Осевой насос для перекачивания крови, включающий корпус с обмотками электропривода, во внутренней полости которого на шарнирных подшипниках впускного и выпускного опорных узлов размещено осевое рабочее колесо с лопатками, содержащее постоянный магнит, при этом между гильзой полости корпуса и лопатками осевого рабочего колеса образован зазор для прохода крови, отличающийся тем, что в него введены постоянный магнит впускного опорного узла и постоянный магнит выпускного опорного узла, образующие магнитную пружину и установленные с возможностью создавать постоянный контакт рабочих поверхностей шарнирных подшипников при вращении осевого рабочего колеса, при этом магнитная пружина имеет возможность воздействия в осевом направлении на неподвижную часть шарнирного подшипника выпускного опорного узла, а входной участок лопаток рабочего колеса имеет форму, обеспечивающую плавное натекание потока крови для снижения повреждающих воздействий на форменные элементы крови.