CN1174170C - 蠕动流体泵 - Google Patents

Abstract

一种带有一吸入侧和一泵送侧的蠕动流体泵。该泵包含：一泵壳(1)，带有一主要的弓形支承表面(4)；一软管(3)，沿着上述表面延伸；一转子(2)，带有两个相对的滚子(10′、10″)，用于在操作当中碾过软管(3)上一段被逐渐挤压的入口部分(a-d)，一段延伸跨过不小于180°的弧形角度的泵送部分(d-e)，以及一段压缩逐渐结束的出口部分(e-g)，以及一马达(12)，在操作过程中使转子转动。弓形支承表面(4)以这种方式构成，即当滚子分别经过入口部分(a-d)和出口部分(e-g)时，最前面和最后面的滚子(10′、10″)在相对置相位上不同步运转。因此，能够获得这样一种蠕动流体泵，其能够以比现有技术小的压差和小的压缩脉动泵送流体。该泵特别适于作为通过透析器泵送病人血液的血液泵。

Description

蠕动流体泵

技术领域

本发明涉及一种带有吸入侧和泵送侧的蠕动流体泵，这种型式的蠕动流体泵包含：一泵壳，带有一主要的弓形支承表面；一沿着该表面延伸的软管；一马达，带有两个相对的磙子，在运转过程中这两个磙子在软管上依次碾过一段管子被逐渐压缩的入口部分，一段至少跨过不小于180°的弧形角度延伸的泵送部分，一段压缩逐渐结束的出口部分；因此两个部分都分别带有一个没有泵送操作的空载区域，和带有泵送操作的泵送区域；在工作当中使转子旋转的装置，弓形支承表面是以这样的方式构成：两个相对的滚子在工作中不以同步相反的相位运转。

背景技术

这种蠕动流体泵通常用于对肾功能不健全的病人做血液透析，因此这种泵通过透析器泵送病人的血液。

通常，血液泵按照这样的方式设计：在工作当中两个磙子可以同时与软管泵送接合。因此，封闭在两个磙子之间的管子部分内的血液，相对泵的理想排出压力承受相当大的正压。当引导磙不再与管子接合时，正压被释放掉。正压和压缩脉动所导致的结果是红血细胞的溶血作用。

从US 3,787,148号专利中可知，蠕动流体泵带有延伸跨过短于180°的弧形长度的弓形支承表面并且通过端部对称设置，短斜面朝着弓形支承表面斜向延伸。在该申请中，磙子中的一个开始压平管子，同时另一个磙子开始相反的操作。但是，这一方案不能避免在被泵送的流体中产生相当大的正压和压缩脉动的现象。

在进入入口部分时，最后面的磙子连续地移送管子内的一些流体。这一工作过程与活塞在液压缸内移送缸筒内的流体的工作过程一致。因此，入口部分的长度就对应于活塞的行程。

但是，上述美国专利提供的已知的倾斜斜面导致的结果是：行程比较短，流体在磙子下被很快移送。这种流体被快速移送会导致管内压缩波的产生。

相反的操作过程发生在出口部分，在此最前面的磙子快速地脱开与管子的接合状态，因而留出一个需尽快充满充足流体的空间。

因此，倾斜斜面附加有在泵送流体时产生正压和压缩脉动的倾斜部分。

此外，该美国申请还以如下条件为基础：入口部分的工作过程优于相反方向的出口部分的工作过程。

实际上由于下述情况事实是不同的，该情况是指：最后面的磙子压在饱满的管子上的同时，最前面的磙子开始脱离偏平管子，并且移送流体的体积随着管子被挤压而同时增大，随着不连续的压缩作用而同时减小。当最前面的管子开始打开时，在打开时还有一个压差，该压差与送入压力和抽吸压力之间的差值对应。这一压差不会在最后面的磙子关闭管子的同时出现。

按照这种方式，无论传统的蠕动泵还是美国专利3,787,148号专利中公开的泵，都不能在不使以循环重复方式流动的流体出现相当大的压力上升的情况下起作用。

从US4,564,342和US5,470,211号专利可知，这两个专利中的蠕动泵都以这样的方式设置，即软管总是由一个滚子压紧。因此，这些泵只能带有压缩脉动地操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在开始段中所提到的一种蠕动流体泵，将这种泵设计成：以比现有技术中小的压差和流体内压缩脉动泵送流体。

本发明的第二个目的是提供在开始段中所提到的一种蠕动流体泵，将这种泵设计成：在整个泵送循环中排出压力是恒定值的情况下进行泵送操作。

为此，本发明提供了一种带有一吸入侧和一泵送侧的蠕动流体泵，包含：一泵壳，带有一主要的弓形支承表面；一软管，沿着上述表面延伸；一转子，带有两个相对的滚子，用于在操作当中碾过软管上一段被逐渐压缩的入口部分，一段延伸跨过不小于180°的弧形角度的泵送部分，以及一段压缩逐渐结束的出口部分，因此，入口部分和出口部分分别带有没有泵送操作的空载区域，以及带有泵送操作的泵送区域；在操作过程中使转子转动的装置；弓形支承表面是以这样的方式构成：两个相对的滚子在工作中不以同步相反的相位运转；其特征是：入口部分的末端点和出口部分的开始点之间的角度(α)小于180°。

根据本发明所能得到的新颖和独有的特点，在于入口部分的末端点和出口部分的开始点之间的角度小于180°。

因此，就能够对两个部分内的操作过程之间的压差给予补偿，同时更具优势的是可以得到一个常值输送压力，而不会在最前面磙子之前或之后的流体内产生压缩脉动。

如早先所描述的，流体在管子内被连续移送，同时最后面的磙子经过入口部分。同时，磙子在管子内形成一个更大的影响。该影响就象一个在泵送行程中推动其前面流体的活塞一样起作用。因此，当流体在该管子内流动时，磙子以同样的速度碾过整个管子。

首先，在管子内的影响不会大到足以能够产生任何值得注意的在影响前和后之间的压差。在管内的影响下，通过仍然相对很大的缝隙使压力一直很均匀。因此，在下面称作入口部分的空载区域的区域内，没有泵送操作。

在某一时刻，影响变得那样大，以致由于在磙子下面的管子内的缝隙现在相对较窄，缝隙的前和后之间不再产生压力均衡作用。此时，磙子沿着一个下面称作入口部分泵送区域的一个区域、在从零升至全载输送压力的一个压力下开始泵送。

入口部分的泵送区域逐渐地进入管子的实际泵送部分，所说部分延伸到管子的出口部分内，与入口部分一样，出口部分带有一个泵送区域和一个空载区域，但是显然是放置成相对于转子的旋转方向相反的顺序上。

在有后面的吸入压力和前面的输送压力条件下，最前面的滚子开始其打开操作。压差倾向于使流体流向与预想相反的方向。这一缺点通过以这种方式设计成的泵来弥补，在最前面的滚子开始其打开操作之前，最后的滚子此时早已进入使上述压差均衡的泵送区域。

通过使入口端和出口端之间的角度小于180°，可以恰当地产生压力均衡作用。

而且，入口的开始端和泵送部分末端之间的角度最好是大于180°。因此，可以确保最前面的滚子有时间从管子在最后的滚子经过泵送部分期间受到的连续压缩当中抽取过量的流体，而在吸入侧没有显著的压力升高。

在泵送流体时，为了避免产生不希望出现的压缩脉动现象，可以将入口和出口都设计有相对长一些，以确保泵的长行程以及其平滑和稳定的运行。

弓形支承表面还可能以这样的方式延伸，即在通过入口和出口部分当中，流体排量分别线性地增大和减小。这一点在泵操作当中可以避免产生压缩脉动。

通常，管子可以由合适的塑料制成。但是，当塑料反复地承受严重的变形时，容易产生永久的变形。因此，管子会逐渐变得更扁平。如果出现这种形状，管子的容积量就不会象以前一样。因此，在使用当中，泵的有效容量就会逐渐下降。

为了避免出现这种不希望发生的对泵的影响，提供有用于顶靠在管子侧面上的压力装置，从而用力地保持管子的形状，因此，在管子与滚子接合的区域之外，管子在单位长度上总是包含同样的流体量。这就意味着泵的容积量和容量总是保持恒定值。

管子的加强形状可以是例如其主轴于转子的旋转轴垂直的椭圆形。当所说压力装置进一步以这种方式设计，即装置弹性地压靠着管子的侧面时，管子可以起到阻尼器的作用以吸收可能在流体内产生的压缩脉动。

压力装置的一种简单而有效的实施方式是由设置在管子每个侧面上的两个盘簧构成。

泵还可以包含一种装置，即一弹簧，用于在管子的入口部分内由弹簧力对管子起作用。该装置起到一种安全阀的作用，以在最后的滚子的入口相位内防止管子内的压力超过一预定值。

弹簧的弹簧力最好是可以调整的，这样泵的排出压力就可以随着不同的流动阻力而适应透析器。因此，可以将泵调成泵送同样的输出值，而不考虑目前使用的透析器的各个流体阻力。

泵还可以包含一种装置，例如一弹簧，用于在管子的出口部分的下游区域内随着弹簧力对管子产生作用。这种装置作为一种止回阀，其能够减弱和防止流体沿与希望的相反的方向流动的趋势。

附图说明

下面，将更详细地说明本发明，参照附图仅说明示例性的实施例，其中

图1是将本发明中蠕动泵的前盖拆掉后的侧视图；

图2是沿图1中截面线11-11的蠕动泵；

图3是图2中泵处于第二泵送相位的较大比例的局部图；

图4是处于第一泵送相位、在蠕动泵的管子上滚动的滚子的局部图；

图5是沿图4中的线V-V的滚子；

图6是处于第二泵送相位的滚子的局部图；

图7是沿图6中的线VII-VII的滚子；

图8是处于第三泵送相位的滚子的局部图；

图9是沿图8中的线IV-IV的滚子；

图10是泵的工作循环的示意图；以及

图11是分别由传统的血液泵和本发明的血液泵产生的溶血作用的曲线图。

具体实施方式

本发明中的泵可以有利地用于很多场合，例如应用在工业中泵送腐蚀性流体或者泵送饮料，例如需要达到高卫生标准的牛奶。

该泵所具有的最大优点是，可以用作心脏泵或者通过一透析器泵送病人的血液。下面，假设泵是后一种型式的血液泵。

图1和2中血液泵的主要元件是一泵壳1、一转子2和一软管3。

泵壳1内侧构成一个支承管子3的弓形支承表面4。泵壳前面由一前盖5封闭，其后面带有一设置有轴承7的后盖6。

转子2借助于转子轴8悬空地轴颈连接在后盖的轴承7内。在壳体内部的部分轴上，两个平行的转子臂9相互间隔安装。与轴8等距离的转子10′和10″，可旋转地轴颈连接在每个转子臂9的端部。

延伸到壳体1外面的转子轴8部分借助于联轴器11与马达12连接，以在工作中使转子旋转。

在转子轴上还安装了两个盘簧13，它们利用一间隔管14保持相互距离，并且借助于锁定环15锁定在轴8上。

每个盘簧内形成有数个沿径向延伸的切孔16，以提供理想的弹簧特性，同时另外两个切口17作为容纳滚子的空间。

在工作当中，转子如箭头所示逆时针方向旋转。在滚子的入口端，管子由弹簧18支承，同时第二弹簧19在出口端压靠着管子。

如图4-9所示，在进入滚子时，管子被依次压扁为泵送的形状，由此滚子通过管子泵送血液。在出口端按照相反的顺序进行同样的工作过程。

如果在被泵送的血液中产生正压和压缩脉动，其结果会使红血细胞发生溶血作用。

在管子入口端的弹簧18起到一个安全阀的作用，以防止在管子内产生正压。为了达到这一目的，将弹簧18以这种方式设计：如果管子内的压力超过一预定值，弹簧受到该压力的作用而弯曲。

对弹簧19而言，该弹簧起到止回阀的作用，用于当最前面的滚子开始脱离与管子接合状态时防止出现倒流现象。弹簧19以这样的方式设计：该弹簧或多或少地挤压管子，以免压力下降。因此，就会截断或者避免可能发生的倒流现象。

从图3可以看出，盘簧13将管子压成椭圆形。因此，其横截面积相对丰满的圆管而言减小了，所以，当盘簧仅受到压力作用而弯曲并设想管子回复其初始的圆形时，在最后面的滚子进入过程中，椭圆形的管子可以接收额外的血液而不会有任何显著的压力上升现象。

盘簧可以由相对管材具有小摩擦系数的平弹簧钢制成。可以在朝着管子的弹簧侧面上涂覆特氟隆，以减小摩擦。另一种方式是，盘簧可以由特氟隆塑料制成。盘簧内的切孔16为弹簧提供所必需的柔韧性。

所示和所述的弹簧18、19和盘簧13的实施例仅是作为示例，它们在本发明的范围内可以有任何适当的设计方案。

因此，盘簧13可以由适用的多孔状橡胶做成的可弹性变形的弯曲的带条(未示出)替代。带条在软管的侧面上弹性地施加一压力，并且在操作当中同时由于管子在滚子经过时受到管子的压缩。

在透析处理中，理想的情况是所使用的透析器适应病人个体的需求。因此，本发明血液泵适用于带有不同流动阻力的透析器。如果要使血液泵的容量保持在一个固定值，其排出压力必需是可以根据现时使用的透析器内的流动阻力进行调节。

该调节的优势在于：借助调节螺钉22调节弹簧的弹簧力数值。所示的螺钉22拧入在弹簧19弯曲端部24上的螺母23内。在螺钉的相对侧，设置一个带有指示器26的调节旋钮25，指示出刻度盘(没有显示)上弹簧力目前的值。

图4-9表示滚子入口的情况；出口情况顺序相反。

在图4和5中，滚子10开始接触管子3。此时没有泵送操作。泵送操作直到滚子已经充分地挤压管子才开始。这种情况如图6和7所示。图8和9是完全的泵送操作。在此要说明的是，即使管子没有被充分地挤压，血液泵也能有效地起作用。但是，在某些情况下，最好是完全地将管子挤压而起到泵送作用。

图10示意性地表示出血液泵的工作循环。由滚子描述的圆形循环用图中的点划线20表示。弓形支承表面4由实线表示，各个滚子在其碾过时产生的压力用细线21表示。滚子用箭头表示，不同的泵送相位用字母a-g表示。转子沿着箭头所示的方向逆时针旋转。

滚子在图4和5所示的a点位置开始与软管接合，在同一位置点g处脱离。因此，滚子的总行程是间隔a-g。

首先，管子被挤压的很小，以致没有产生泵送操作。假设在b点发生图6和7所示的状态。于是泵送操作开始。在d点达到图8和9所示的状态。进行完全的泵送操作。

现在，在转子进行连续旋转当中，以充足的动力泵送流体，直到滚子到达e点。在此，滚子开始放开管子。在f点处发生图7所示的状态。泵送操作结束。从f-g点，滚子逐渐进一步脱离管子，但没有泵送操作。在g点，滚子只是刚好与管子接触。从g-a点滚子与管子不接触。

因此，行程a-g被分为一入口部分a-d，一完全泵送部分d-e和一出口部分e-g。

入口部分a-d被进一步分为空载区域a-b和泵送区域b-d，以及出口部分e-g被分为泵送区域e-f和空载区域f-g。

在e点，一些传统的血液泵的最前面的滚子打开管子，该点前面有送入压力、后面有抽吸压力。这两个压力之间的压差使血液开始向所希望的流动方向的反方向流动，即向顺时针方向而不是向逆时针方向。

因此，本发明中的血液泵的工作循环是这样设计的：沿直径相对的最后面的滚子在c点时早已进入入口部分b-d的泵送区域，使得滚子已能够在最前面和最后面滚子之间建立起与泵送压力水平相当的压力。

因而，可以防止倒流现象发生，还可以得到以恒定的排出压力泵送的血液泵。

得到这一效果的条件是：入口部分的末端点d和出口部分的开始点e之间的角度α小于180°。

第二个条件是：在出口部分的泵送区域上的末端点f相对入口部分内的泵送区域的开始点b移动一个大于180°的弧形角度β。

重要的是，在进入当中滚子应平稳、缓慢地挤压管子，从而避免产生有害的压缩脉动，显然，同样重要的是，滚子也应缓慢和平稳地脱离管子。

因此，入口部分a-d和出口部分e-g都延伸跨过一个在130°和30°之间的弧形长度x、δ，较好的是在110°和50°之间，最好是在70°和100°之间。

为了进一步有效地防止在泵送血液中产生压缩脉动现象，入口部分a-d和出口部分e-g分别以这种方式构成：在滚子经过这些部分时，血液的移送量是线性变化的。

图11是分别利用传统的血液泵和本发明的血液泵产生的溶血作用的曲线图。

两种方式中试验完成的条件是；

血液容量：200ml

泵送速度：300ml/min

添加的钠-肝素：70ie/ml

如果随着钾含量的变化测量溶血作用，这是由于血红细胞具有很高的钾含量，其中钾在溶血作用(血细胞冲破细胞壁)中被释放到血液原浆(血清)中，因此当钾含量增大时就可以测量到溶血作用。

可以看到，当用本发明中的血液泵取代传统的血液泵时，就可以使溶血作用急剧降低。

Claims (9)

1.一种带有一吸入侧和一泵送侧的蠕动流体泵，包含：

一泵壳(1)，带有一主要的弓形支承表面(4)；

一软管(3)，沿着上述表面延伸；

一转子(2)，带有两个相对的滚子(10′、10″)，用于在操作当中碾过软管上一段被逐渐压缩的入口部分(a-d)，一段延伸跨过不小于180°的弧形角度的泵送部分(d-e)，以及一段压缩逐渐结束的出口部分(e-g)，因此，入口部分(a-d)和出口部分(e-g)分别带有没有泵送操作的空载区域(a-b，f-g)，以及带有泵送操作的泵送区域(b-d，e-f)；

在操作过程中使转子转动的装置(12)；

弓形支承表面(4)是以这样的方式构成：两个相对的滚子(10′、10″)在工作中不以同步相反的相位运转；

其特征是：入口部分(a-d)的末端点(d)和出口部分(e-g)的开始点(e)之间的角度(α)小于180°。

2.根据权利要求1所述的蠕动流体泵，其特征是：泵的弓形支承表面(4)以这样的方式构成：径向相对的最后面的滚子在位于入口部分(b-d)之间的一点(c)处已经进入入口部分(b-d)的泵送区域(b-d)，因而滚子就可以在最前面和最后面的滚子之间建立起一个与泵送压力同等水平的压力。

3.根据权利要求1或2所述的蠕动流体泵，其特征是：出口部分(e-g)的泵送区域(e-f)末端点(f)相对入口部分(a-d)的泵送区域(b-d)的开始点(b)移动的弧形角度(β)大于180°。

4.根据权利要求1、2或3所述的蠕动流体泵，其特征是：入口部分(a-d)和出口部分(e-g)都分别延伸跨过在130°和30°之间的χ、δ的弧形长度。

5.根据权利要求1或2所述的蠕动流体泵，其特征是：泵的弓形支承表面(4)沿着这样的弯曲形状延伸，即在滚子(10′、10″)分别通过管子(3)的入口部分(a-d)和出口部分(e-f)的过程中，流体排量在操作当中是线性变化的。

6.根据权利要求1或2所述的蠕动流体泵，其特征是：泵包含压力装置(13)，用于弹性地压靠着管子(3)的侧面，同时在滚子(10′、10″)接合的区域外侧使管子(3)保持预定的形状。

7.根据权利要求6所述的蠕动流体泵，其特征是：压力装置由置于管子(3)每个侧面上的两个盘簧(13)组成。

8.根据权利要求1或2所述的蠕动流体泵，其特征是：泵包含一第一装置(18)，其在管子的入口部分(a-d)内用弹性力对管子(3)起作用。

9.根据权利要求1或2所述的蠕动流体泵，其特征是：泵包含一第二装置(19)，其在管子(3)的出口部分(e-g)的下游区域内用弹性力对管子起作用。

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