CN109821084B - 一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于，包括流道进口外壳、定子和流道出口外壳依次轴向固定连接，所述流道进口外壳和流道出口外壳的壳腔内壁部位分别设有直通段部，所述直通段部的内端口分别与收缩段部的外端口过渡连接，所述收缩段部的内端口分别设置在定子的外端口；所述流道进口外壳壳腔内壁部位和流道出口外壳壳腔内壁部位的型线均为椭圆型线。所述流道进口外壳和流道出口外壳内径的收缩段部均靠近定子的一侧设置；所述定子内壁位置固定安装有定子线圈，所述定子线圈的中部设置有叶轮转子，所述叶轮转子通过两端的永磁悬浮轴承轴被固定。本发明具有体积小、流量大和发热量小的优点，能够有效降低血栓形成的几率。

Description

一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵

技术领域

本发明属于流体机械及轴流泵技术领域，特别是涉及一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵。

背景技术

现有公知的叶片式心脏泵的结构主要有轴流式和离心式，这两种叶片式心脏泵的叶片叶尖部位与流道内壁不可避免的留有间隙，形成较大的剪切力，损伤红细胞，造成凝血、血栓等不良后果。如中国专利申请CN 105169504 A公开了一种磁液耦合式被动悬浮轴流血泵，采用枣核型的剖面结构，进口与出口过流面积小，血液与叶轮表面、流道内壁表面接触面积大，叶轮室处的体积大，叶片做功时发热量大，易造成血栓等不良后果；中国专利申请201110366578.5公开了一种紧凑型轴流式磁悬浮人工心脏泵，虽然结构紧凑，但是过流面积小，需要较高的电机转速才能达到需要的血流量和血压，在较高的转速下，血细胞更容易被切割至破碎，使溶血症状加剧反而降低了血液的生理功能；同时增加转速将带来发热量大、能耗高等问题。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提出一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，本发明具有体积小、流量大和发热量小的优点，能够有效降低血栓形成的几率。

根据本发明提出的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于，包括流道进口外壳、定子和流道出口外壳依次轴向固定连接，所述流道进口外壳和流道出口外壳的壳腔内壁部位分别设有直通段部，所述直通段部的内端口分别与收缩段部的外端口过渡连接，所述收缩段部的内端口分别设置在定子的外端口；

所述流道进口外壳壳腔内壁部位的型线为进口椭圆型线，以叶轮中心为椭圆长轴的一个端点，流道进口外壳与进口导叶的进水边的交点为椭圆短轴的一个端点，进口椭圆型线的参数方程为：所述流道出口外壳壳腔内壁部位的型线为椭圆型线，以叶轮中心为椭圆长轴的一个端点，流道出口外壳与出口导叶(11)的出水边的交点为椭圆短轴的一个端点，出口椭圆型线的参数方程为：其中:x为椭圆型线的横坐标值、y为椭圆型线的纵坐标值、a为椭圆型线的长轴长、b为椭圆型线的短轴长；

所述定子的内壁设置定子线圈，所述定子线圈的中部设置叶轮转子，所述叶轮转子通过两端的永磁悬浮轴承分别与流道进口外壳和流道出口外壳轴向固定连接；

所述叶轮转子的外壁与叶轮转子线圈固定连接，所述叶轮转子线圈与定子线圈之间设有装配间隙；

所述流道进口外壳和流道出口外壳的收缩段部的最小直径与叶轮转子的直径相等；

所述流道进口外壳的内壁设有绕流道进口外壳中心均匀分布的多个进口导叶，所述进口导叶与设置在流道进口外壳中心位的进口导叶轮毂连接，所述流道出口外壳的内壁设有绕流道出口外壳中心均匀分布的多个出口导叶，所述出口导叶与设置在流道出口外壳中心位的出口导叶轮毂连接，所述叶轮转子的内壁设有多个叶轮叶片。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：

第一，本发明提出的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其结构简单、设计合理，通过在流道进口外壳和流道出口外壳的壳腔内壁部位设置直通段部和收缩段部，能够改变血液流速，对间隙具有良好的冲刷效果，避免了血栓的形成，具有流量大、体积小和发热量小的显著优点。

第二，本发明提出的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，使其叶片与流道内壁成为一个整体，降低了叶顶间隙切割血细胞的概率，使溶血症状得到有力的缓解，由于没有叶轮轮毂，增大血液的过流面积的同时减小了叶轮室的体积，使心脏泵朝着轻量化、小型化发展，并能减少叶片做功时的发热量，有效降低血栓形成的几率。

附图说明

图1为本发明的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵的结构示意图。

图2为本发明的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵的血液流动方向示意图。

图3为本发明的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵的壳腔内壁部位椭圆型线渐变示意图。

附图编号说明：流道进口外壳1、进口导叶2、定子3、紧固螺钉4、叶轮叶片5、定子线圈6、叶轮转子7、叶轮转子线圈8、永磁悬浮轴承9、流道出口外壳10、出口导叶11、出口导叶轮毂12、进口导叶轮毂13。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步的详细描述。

实施例。结合图1-3，本发明提出的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，包括流道进口外壳1、定子3和流道出口外壳10依次轴向固定连接，所述流道进口外壳1和流道出口外壳10的壳腔内壁部位分别设有直通段部，所述直通段部的内端口分别与收缩段部的外端口过渡连接，所述收缩段部的内端口分别设置在定子3的外端口；所述流道进口外壳1壳腔内壁部位的型线为进口椭圆型线(如图3所示)，以叶轮中心为椭圆长轴的一个端点，流道进口外壳1与进口导叶2的进水边的交点为椭圆短轴的一个端点，进口椭圆型线的参数方程为：所述流道出口外壳10壳腔内壁部位的型线为椭圆型线(如图3所示)，以叶轮中心为椭圆长轴的一个端点，流道出口外壳10与出口导叶11的出水边的交点为椭圆短轴的一个端点，出口椭圆型线的参数方程为：其中:x为椭圆型线的横坐标值、y为椭圆型线的纵坐标值、a为椭圆型线的长轴长、b为椭圆型线的短轴长；

所述定子3的内壁设置定子线圈6，所述定子线圈6的中部设置叶轮转子7，所述叶轮转子7通过两端的永磁悬浮轴承9分别与流道进口外壳1和流道出口外壳10轴向固定连接；

所述叶轮转子7的外壁与叶轮转子线圈8固定连接，所述叶轮转子线圈8与定子线圈6之间设有装配间隙；

所述流道进口外壳1和流道出口外壳10的收缩段部的最小直径与叶轮转子7的直径相等；

所述定子3的内壁设置定子线圈6，所述定子线圈6的中部设置叶轮转子7，所述叶轮转子7通过两端的永磁悬浮轴承9分别与流道进口外壳1和流道出口外壳10轴向固定连接；

所述叶轮转子7的外壁与叶轮转子线圈8固定连接，所述叶轮转子线圈8与定子线圈6之间设有装配间隙；

所述流道进口外壳1和流道出口外壳10的收缩段部的最小直径与叶轮转子7的直径相等；

所述流道进口外壳1的内壁设有绕流道进口外壳1中心均匀分布的多个进口导叶2，所述进口导叶2与设置在流道进口外壳1中心位的进口导叶轮毂13连接，所述流道出口外壳10的内壁设有绕流道出口外壳10中心均匀分布的多个出口导叶11，所述出口导叶11与设置在流道出口外壳10中心位的出口导叶轮毂12连接，所述叶轮转子7的内壁设有多个叶轮叶片5。

本发明提出的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵的进一步优选方案是：

所述流道进口外壳1通过紧固螺钉4固定在定子3的一端部位，所述流道出口外壳10通过紧固螺钉4固定在定子3另一端部位。

所述流道进口外壳1与定子3的连接处设有密封装置，所述流道出口外壳10与定子3的连接处设置有密封装置。

所述进口导叶2的数量为3-7枚，所述出口导叶11的数量为3-7枚，所述叶轮叶片5的数量为3-6枚。

所述进口导叶2、出口导叶11以及叶轮叶片)的叶片个数互为质数。

所述进口导叶轮毂13的轴向长度小于流道进口外壳1直通段部的长度，所述出口导叶轮毂12的轴向长度小于流道出口外壳10直通段部的长度。

所述进口导叶轮毂13的直径为流道进口外壳1直通段部内壁直径的1/8-1/6，所述出口导叶轮毂12的直径为流道出口外壳10直通段部内壁直径的1/8-1/6，出口导叶轮毂12长度大于进口导叶轮毂13长度。

所述流道进口外壳1、流道出口外壳10、定子3、进口导叶2、出口导叶11、叶轮叶片5、进口导叶轮毂13以及出口导叶轮毂12的材质均为不导磁材质。

所述不导磁材质为碳合金。

所述进口导叶2出口旋向与叶轮叶片5进口旋向相同，所述叶轮叶片5出口旋向与出口导叶11进口旋向相同。

结合图3，本发明提出的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵的工作原理是：叶轮转子线圈8通电之后直接驱动叶轮叶片5旋转，血液从流道进口外壳1的入口进入，从流道出口外壳10的出口导出，血液在流经该心脏泵的过程中，其过流面积随着心脏泵的内部结构变化而变化，具体为过流通道首先从流道进口外壳1的直通段进入，在靠近叶轮室时逐渐收缩，到叶轮室入口处过流面积最小，血液经过叶轮叶片5做功之后向流道出口外壳10流动，过流面积逐渐放大，然后经过流道出口外壳10的直通段部，经出口导叶11整流流出。具体来说，流道进口外壳1进口段壳腔内壁部位的型线为呈逐渐收缩形状的椭圆型线，过流面逐渐变窄，使得血液流速加快，对流道进口外壳1与叶轮转子7之间的间隙有良好的冲刷效果，避免血栓的形成；血液自叶轮室流出后进入出口导叶11之前，出口导叶11内壁逐渐扩大，使血液流量增加，压强降低，流速增加，对因叶轮转子7与出口导叶11外壳之间的间隙所产生的溶血亦有良好的冲刷效果；经出口导叶11整流后，血液压强逐渐增加，最终从出口流出。

根据本发明提出的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，下面进一步公开本发明部件的设计要求如下：

本发明的可植入无轴心脏泵的各部件材料应采用生物相容性较好的合金材料如：钛合金等。

本发明的可植入无轴心脏泵的叶轮转子7直径在10mm-30mm之间，具体应根据个体的血流量来确定。叶轮转子7转速应在10000r/min-30000r/min，具体应根据个体的血液粘稠度来确定。

本发明的可植入无轴心脏泵的叶轮叶片5个数与进口导叶2叶片的个数之间应为互质的关系，不得出现叶轮叶片5与进口导叶2叶片的个数相同或成整倍数的情况。叶轮叶片5个数与出口导叶11叶片的个数之间应为互质的关系，不得出现叶轮叶片5与出口导叶11叶片的个数相同或成整倍数的情况，否则有发生共振的可能。

本发明的可植入无轴心脏泵的叶轮转子7直径与叶轮转子7转速的乘积不应大于375，否则有发生空化的可能。

本发明的具体实施方式中未涉及的说明属于本领域公知的技术，可参考公知技术加以实施。

本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于，包括流道进口外壳(1)、定子(3)和流道出口外壳(10)依次轴向固定连接，所述流道进口外壳(1)和流道出口外壳(10)的壳腔内分别设有直通段部，所述直通段部的内端口分别与收缩段部的外端口过渡连接，所述收缩段部的内端口分别设置在定子(3)的外端口；

所述流道进口外壳(1)壳腔内壁部位的型线为进口椭圆型线，以叶轮中心为椭圆长轴的一个端点，流道进口外壳(1)与进口导叶(2)的进水边的交点为椭圆短轴的一个端点，进口椭圆型线的参数方程为：所述流道出口外壳(10)壳腔内壁部位的型线为椭圆型线，以叶轮中心为椭圆长轴的一个端点，流道出口外壳(10)与出口导叶(11)的出水边的交点为椭圆短轴的一个端点，出口椭圆型线的参数方程为：其中:x为椭圆型线的横坐标值、y为椭圆型线的纵坐标值、a为椭圆型线的长轴长、b为椭圆型线的短轴长；

所述定子(3)的内壁设置定子线圈(6)，所述定子线圈(6)的中部设置叶轮转子(7)，所述叶轮转子(7)通过两端的永磁悬浮轴承(9)分别与流道进口外壳(1)和流道出口外壳(10)轴向固定连接；

所述叶轮转子(7)的外壁与叶轮转子线圈(8)固定连接，所述叶轮转子线圈(8)与定子线圈(6)之间设有装配间隙；

所述流道进口外壳(1)和流道出口外壳(10)的收缩段部的最小直径与叶轮转子(7)的直径相等；

所述流道进口外壳(1)的内壁设有绕流道进口外壳(1)中心均匀分布的多个进口导叶(2)，所述进口导叶(2)与设置在流道进口外壳(1)中心位的进口导叶轮毂(13)连接，所述流道出口外壳(10)的内壁设有绕流道出口外壳(10)中心均匀分布的多个出口导叶(11)，所述出口导叶(11)与设置在流道出口外壳(10)中心位的出口导叶轮毂(12)连接，所述叶轮转子(7)的内壁设有多个叶轮叶片(5)。

2.根据权利要求1所述的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于：所述流道进口外壳(1)通过紧固螺钉(4)固定在定子(3)的一端部位，所述流道出口外壳(10)通过紧固螺钉(4)固定在定子(3)另一端部位。

3.根据权利要求2所述的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于：所述流道进口外壳(1)与定子(3)的连接处设有密封装置，所述流道出口外壳(10)与定子(3)的连接处设置有密封装置。

4.根据权利要求1所述的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于：所述进口导叶(2)的数量为3-7枚，所述出口导叶(11)的数量为3-7枚，所述叶轮叶片(5)的数量为3-6枚。

5.根据权利要求4所述的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于：所述进口导叶(2)、出口导叶(11)以及叶轮叶片(5)的叶片个数互为质数。

6.根据权利要求1所述的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于：所述进口导叶轮毂(13)的轴向长度小于流道进口外壳(1)直通段部的长度，所述出口导叶轮毂(12)的轴向长度小于流道出口外壳(10)直通段部的长度。

7.根据权利要求6所述的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于：所述进口导叶轮毂(13)的直径为流道进口外壳(1)直通段部内壁直径的1/8-1/6，所述出口导叶轮毂(12)的直径为流道出口外壳(10)直通段部内壁直径的1/8-1/6，出口导叶轮毂(12)长度大于进口导叶轮毂(13)长度。

8.根据权利要求1所述的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于：所述流道进口外壳(1)、流道出口外壳(10)、定子(3)、进口导叶(2)、出口导叶(11)、叶轮叶片(5)、进口导叶轮毂(13)以及出口导叶轮毂(12)的材质均为不导磁材质。

9.根据权利要求8所述的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于：所述不导磁材质为碳合金。

10.根据权利要求1所述的一种基于流道渐变的可植入无轴心脏泵，其特征在于：所述进口导叶(2)出口旋向与叶轮叶片(5)进口旋向相同，所述叶轮叶片(5)出口旋向与出口导叶(11)进口旋向相同。