CN1654825A

CN1654825A - 轴流泵

Info

Publication number: CN1654825A
Application number: CN200510009427.9A
Authority: CN
Inventors: 大久保刚; 长田俊幸; 佐野岳志; 宫本佑介; 宫川和芳
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2005-08-17
Also published as: JP2005226457A; AU2005200540A1; DE102005006120A1; US20050175450A1

Abstract

本发明提供一种具有稳定的压力特性的轴流泵。使轴流泵的构成转子的转轴体(8′)的轮毂直径Dh和叶轮片(9′)轮缘直径Dt之比Dh/Dt变大。具体地，使内外径比为0.65～0.85，优选使内外径比为0.7～0.8，抑制离心力效果产生并降低摩擦损失，使压力特性变得平滑。

Description

轴流泵

技术领域

本发明涉及一种具有稳定压力特性的轴流泵，特别涉及一种适用人工心脏泵的适合装置。

背景技术

以往，对于人工心脏泵，使用拍动型，涡轮型、滚柱泵等多种泵。其中，涡轮型与其他相比适合小型化，特别是轴流泵最可能实现小型化。

图4是以往的轴流泵的概略截面构造图。如此图所示，大体具有圆筒状的外壳1；转子3，其是以此外壳1内的中心轴X为转动轴，可在外壳1内转动而被支承的叶轮；和使此转子3转动的驱动机构，通过转子3的转动，将血液沿轴方向从前方(在图4中为右侧)接收，向后方(在图4中为左侧)压送。在图4中，将主要的血液流路用空心箭头表示。

接着，对具体的构成进行说明。在相对转子3位于前方的外壳1的内壁面上，突出而连接多个整流板4，在这些整流板4的内缘上，以与中心轴X同轴的状态连接圆柱状的前侧固定体5。另一方面，在相对转子3位于后方的外壳1的内壁面上，突出而连接多个板状的扩散器6，在这些扩散器6的内缘上，以与中心轴X同轴的状态连接圆柱状的后侧固定体7。前侧固定体5的前端以及后侧固定体7的后端，各自的中央部都隆起，前者使接收的血液无阻碍地分流，而将其导向整流板4，另一后者起到引导使来自扩散器6的血液，使其无阻碍地合流的作用。

此外，在后侧固定体7的内部，收容有将中心轴X作为转动轴的电动机10(驱动机构)。在电动机10上固定转轴体8，转轴体8以中心轴X为转动轴转动。而且，在转轴体8的外周面上，突出而连接多个叶轮片9，这些叶轮片9的外缘，形成与外壳1的内壁面接近的状态。转子3由这些转轴体8以及叶轮片9构成。

根据这样的轴流泵，通过给电动机10通电，构成转子3的转轴体8以及叶轮片9一体在外壳1内以中心轴X为中心转动。由此，血液从前方被吸引，而进入外壳1内，此血液通过整流板4除去旋转成分，同时通过叶轮片9升压，成为动压状态的血液，此动压血液的大部分通过扩散器6恢复到静压状态，而向后方吐出。这样就完成了作为轴流泵基本功能的血液压送。

然而，如果对轴流泵的吐出压力特性进行详细的研究，就会发现得不到期望的特性。图5是以往的轴流泵的概略部分构造图。将构成转子的转轴体8的外径称为轮毂直径Dh，将叶轮片9的外径称为轮缘直径Dt，将它们的比Dh/Dt称为内外径比。在以往的轴流泵中，转子的内外径比大而为0.5，一般为了提高动力效率、空气扩散效率、送水效率等，具有进一步缩小内外径比的倾向(参照下述专利文献1、2)。

图6为表示以往的轴流泵的转子(叶轮)的流体的流动方式的示意图。如此图所示，在内外径比小，即在转子中叶轮片9占据部分大的情况下，在低流量状态下，在叶轮片9的入口侧外周部产生逆流，作为泵性能的扬程减少(同图(a))

此外，在流量更低的状态下，不仅在叶轮片9的入口侧外周部产生逆流，而且在叶轮片9的出口侧内周部也产生逆流，由于主要的流体的流动方向偏向转动速度大的叶轮片9的外周侧，因而在离心泵等可看到的离心力效果使扬程增加(同图(b))。

图7为表示以往的轴流泵的流量和扬程构成的压力特性的曲线图。如此图所示，在以低于设计运转流量(设计运转点)的流量运转的情况下，发生基于入口侧逆流的扬程减少(参照图6(a))以及基于离心力效果的扬程增加(参照图6(b))，轴流泵的压力特性变为不稳定的流量—扬程曲线。特别是由于离心力效果，关死扬程相对额定点扬程(设计运转点的扬程)具有变大的倾向。

专利文献1特开平8-33896号公报

专利文献2特开平5-253592号公报

发明内容

如上所述，由于以往的轴流泵压力特性不稳定，对于无关于运转流量而需要一定的吐出压力的使用方式(例如人工心脏泵)，是难以适用的。本发明是鉴于上述状况而做出的，其目的在于提供一种具有稳定压力特性的轴流泵。

解决上述问题的本发明的轴流泵，通过叶轮片压送流体，其特征在于，具有可以抑制由叶轮片的入口侧外周部的逆流和叶轮片的出口侧内周部的逆流而产生的上述流体的流动偏移的内外径比。

此外，在上述轴流泵中，其特征在于上述内外径比为0.65～0.85。

此外，解决上述问题的本发明的另一种轴流泵，具有外壳；可以在此外壳内转动的叶轮；和使此叶轮转动的驱动机构，通过上述驱动机构驱动上述叶轮转动，将流体沿轴方向从前方接收，向后方压送，其特征在于，

上述驱动机构固定于后侧固定体上，所述后侧固定体固定于在相对于上述叶轮的后方突出于上述外壳内壁面的板状的扩散器上，

上述叶轮，由与上述驱动机构连接的转轴体，和突出于此转轴体的外周面的叶轮片构成，

作为上述转轴体的外径和上述叶轮片的外径的比的内外径比为0.65～0.85。

根据本发明的轴流泵，可以得到稳定的压力特性，可以降低相对运转流量变化的吐出压力的变化幅度。其结果，例如可以将轴流泵适用于要求稳定吐出压力性能的人工心脏泵，可以实现进一步小型化的人工心脏泵。

附图说明

图1为本发明实施方式的轴流泵的概略部分构造图。

图2为表示本发明的实施方式的轴流泵的转子(叶轮)的流体的流动方式的示意图。

图3为表示本发明的实施方式的轴流泵的流量和扬程构成的压力特性的曲线图。

图4为以往的轴流泵的概略截面构造图。

图5为以往的轴流泵的概略部分构造图。

图6为表示以往的轴流泵的转子(叶轮)的流体的流动方式的示意图。

图7为表示以往的轴流泵的流量和扬程构成的压力特性的曲线图。

具体实施方式

图1是本发明的实施方式的轴流泵的概略部分构造图。本实施方式的轴流泵，由于是与图4所示的轴流泵相同的构造，因而省略关于构造的详细说明，但是其为与以往的轴流泵相比内外径比大的轴流泵。在图1中表示了轴流泵的扩散器6′、后侧固定体7′、转轴体8′以及叶轮片9′部分的构造，此图为与图5相对应的图。

在此实施方式中，使作为构成转子的转轴体8′的轮毂直径Dh和叶轮片9′的轮缘直径Dt之比的内外径比Dh/Dt为0.65～0.85。图2为表示本发明的实施方式的轴流泵的转子(叶轮)的流体的流动方式的示意图。此外，图3是表示本发明的实施方式的轴流泵的流量和扬程构成的压力特性的曲线图。

如图2所示，即使在内外径比为0.65～0.85而较大，也就是叶轮片9′在转子中所占的部分较小的情况下，在低流量状态中，在叶轮片9′的入口侧外周部也会产生逆流(图2(a))。其结果，如图3所示，在本实施方式中，扬程也降低不少。

而且，在流量更低的状态下，不仅在叶轮片9′的入口侧外周部产生逆流，在叶轮片9′的出口侧内周部也产生逆流(图2(b))。其结果，虽然由于主要的流体的流动方向偏向转动速度大的叶轮片9′的外周侧，离心力效果使扬程增加，但是如图2(b)所示，由于内外径比大，流体流动的偏移与以往相比变小(在流速变化前后，流体流动的变化比较小)，可以抑制离心力效果的产生。

可以将用于使轴流泵的压力特性变得稳定，能够抑制离心力效果产生的内外径比设为0.65以上，优选设为0.7以上。其结果，如图3所示，可以在包括设计运转流量(设计运转点)的宽的流量范围内得到具有稳定的压力特性的轴流泵。

虽然内外径比越大，越能抑制离心力效果，越能得到压力特性稳定的轴流泵，但是由于轴流泵内的流路截面积变小，因而在高流量状态下，存在摩擦损失增大，扬程降低的问题。其结果，如果内外径比变得过大，关死扬程与额定点扬程之比反而增大，压力特性变得不稳定。因此，需要将内外径比的上限值设定为0.85以下。优选可以使之在0.8以下。

在设定内外径比Dh/Dt时，需要设定构成转子的转轴体8′的轮毂直径Dh和叶轮片9′的轮缘直径Dt。其中，作为设定轮毂直径Dh和轮缘直径Dt的方式，有通过使轮缘直径Dt为一定，增大轮毂直径Dh而较大设定内外径比的方式；通过使轮毂直径Dh为一定，减小轮缘直径Dt而较大设定内外径比的方式；通过使轮毂直径Dh和轮缘直径Dt都增大的同时，使轮毂直径Dh以较大的增加率增大而较大设定内外径比的方式；和通过使轮毂直径Dh和轮缘直径Dt都减小的同时，使轮缘直径Dt以较大的减小率减小而较大设定内外径比的方式。可以考虑通过增大内外径比而得到的上述效果的程度、轴流泵本身的尺寸、以及轴流泵内的流路截面积而选择这些设定方法。

例如在设计轴流泵时，如果使轮缘直径Dt为一定而增大轮毂直径Dh(第一方式)，则可以得到比以往小型化的轴流泵，并可以增大内外径比而得到稳定的压力特性。然而，在此情况下，由于与以往相比，轴流泵中的流路截面积变小，因而适用于摩擦损失的增加不会产生影响的方式。

此外，如果使轮毂直径Dh为一定而减小轮缘直径Dt(第二方式)，可以得到比以往小型化的轴流泵，并可以增大内外径比而得到稳定的压力特性。然而，在此情况下，轴流泵内的流路截面积与上述第一方式相比会变得更小。

此外，如果使轮毂直径Dh和轮缘直径Dt都增大，而使轮毂直径Dh以较大的增加率增大(第三方式)，可以使轴流泵内的流路截面积与以往相比增大而减少摩擦损失，并使内外径比增大而得到稳定的压力特性。然而，在此情况下，由于较大设定轮缘直径Dt，会使轴流泵的尺寸多少变大一些。

此外，如果使轮毂直径Dh和轮缘直径Dt都减小，而使轮缘直径Dt以较大的减小率减小(第四方式)，可以得到比以往小型化的轴流泵，并使内外径比增大而得到稳定的压力特性。然而，在此情况下，轴流泵内的流路截面积会比上述第三方式变得还小。

此外，在其他的实施例中，可以通过使轮毂直径Dh和轮缘直径Dt都增大，而确保轴流泵内的流路截面积，并将内外径比设定为较大。即，例如轮毂直径Dh＝7mm、轮缘直径Dt＝10mm时的内外径比为0.7，流路截面积大约变为51πmm²(＝10²π-7²π)，轮毂直径Dh＝9.64mm、轮缘直径Dt＝12mm时的内外径比为0.803，流路截面积大约变为51πmm²(＝12²π-9.64²π)，可以确保流路截面积，并将内外径比设定为较大。然而，在此情况下，由于需要较大设定轮缘直径Dt，轴流泵的尺寸多少会变大一些。

Claims

1.一种轴流泵，通过叶轮片压送流体，其特征在于，

具有可以抑制因叶轮片的入口侧外周部的逆流和叶轮片的出口侧内周部的逆流而产生的所述流体的流动偏移的内外径比。

2.如权利要求1所述的轴流泵，

其特征在于，所述内外径比为0.65～0.85。

3.一种轴流泵，具有外壳；可以在此外壳内转动的叶轮；和使此叶轮转动的驱动机构，通过所述驱动机构驱动所述叶轮转动，将流体沿轴方向从前方向接收，向后方压送，

其特征在于，所述驱动机构固定于后侧固定体上，所述后侧固定体固定于在相对于所述叶轮的后方突出于所述外壳内壁面的板状的扩散器上，

所述叶轮，由连接于所述驱动机构的转轴体，和突出于此转轴体的外周面的叶轮片构成，

作为所述转轴体的外径和所述叶轮片的外径之比的内外径比为0.65～0.85。