CZ304230B6

CZ304230B6 - Pístové čerpadlo, zejména čerpadlo na krev

Info

Publication number: CZ304230B6
Application number: CZ2009-539A
Authority: CZ
Inventors: František Pochylý; Josef Koláčný; Simona Fialová
Original assignee: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2014-01-15
Also published as: CZ2009539A3

Abstract

Pístové čerpadlo je tvořené tělesem (1), upraveným pro propojení se zdrojem přečerpávané tekutiny, a vybavené standardními ovládacími, řídicími, kontrolními a těsnicími prvky a členy. V tělese (1) je zabudován lineární motor (2) s jednočinným nebo dvojčinným pístem (21), kde pracovní prostor (22) lineárního motoru (2) je těsnicí spárou (23) přímo propojen s pracovní komorou (11) tělesa (1) naplněnou přečerpávanou tekutinou. Pracovní komora (11) je opatřena sacím ventilem (12) a výtlačným ventilem (13).

Description

(57) Anotace:

Pístové čerpadlo, zejména čerpadlo na krev

Oblast techniky

Vynález se týká nové konstrukce pístového čerpadla, zejména čerpadla používaného v lékařství k čerpání krve.

Dosavadní stav techniky

V současné době se v lékařství používá k čerpání krve různých typů čerpadel, a to zejména čerpadel pístových nebo membránových, ve výjimečných případech čerpadel odstředivých, kde jedna z možných konstrukcí čerpacího zařízení je popsána ve spise WO 01/89600.

U membránových čerpadel je pohyb membrány zajišťován vnějším zdrojem energie, například kompresorem, kde pomocí řídicího ventilu je iniciován požadovaný rytmus pohybu membrány, zajišťující pulzní čerpání krve z komory vybavené sacím a výtlačným ventilem. Příklady konstrukcí tohoto typu čerpadel jsou pak popsány například ve spisech WO 00/76288, WO 01/13974, US 4,687,424, EP 880974. Nevýhodou těchto čerpadel je celková konstrukční složitost zařízení vyžadujících kompresor, řídicí ventil a řídicí procesor.

Jsou rovněž známa membránová čerpadla, u nichž je pohyb membrány zajišťován mechanickým převodem z hnacího pohonu, kinematicky pomocí systému táhel spojených přímo s membránou, a v případě, že je membrána zmagnetizována, může docházet k jejímu pohybu i účinkem magnetického pole. Příklady těchto konstrukcí jsou známa například ze spisů EP 531856, US 5,380,267, RU 2061503, CZ 280010 nebo CZ 276233. Ve spise WO 00/03754 je pohyb membrány zajišťován pomocí složitého servomechanizmu a ve spise JP 2006000631 je pro pohyb membrány využíván kývavý pohyb desky. Společnou nevýhodou těchto řešení je složité zajišťování převodů z hnacích mechanizmů a poměrně malá životnost membrány, neboť v místě jejího styku s úchytem pohonů dochází ke koncentraci napětí materiálu, které má za následek poruchu membrány pracující s vysokým cyklickým zatížením.

U pístových čerpadel je pohyb pístu ve většině případů zajišťován externím pohonem, například klikovým mechanizmem popsaným ve spisech DE 19919572 nebo mechanizmy uvedenými ve spisech GB 1206156, GB 2074665, GB 1487053, CN 20105544. Píst je ve většině případů nutno těsnit vůči hydraulickému dílu ucpávkou zajišťující utěsnění vysokého tlaku v pracovní komoře vůči atmosféře, což je konstrukčně a výrobně náročné, neboť to vyžaduje použití speciálních materiálů na jednotlivé konstrukční díly a přesnost jejich výroby.

V současné době se pro pohon používá lineárních motorů různých konstrukcí, využívaných jak pro jednočinná tak dvoučinná čerpadla, přičemž píst může být za účelem zvýšení účinnosti opatřen budicími pružinami, umožňujícími vyladění kmitů pístu do požadované rezonance. Ve spise JP 63288162 je popisováno dvojčinné čerpadlo poháněné lineárním motorem umístěným v samostatné suché skříni, kde prostor pro čerpání kapaliny je utěsněn ucpávkami, což v případě čerpání krve může způsobovat její degradaci. Ve spise WO 93/09348 je popisována konstrukce čerpacího zařízení s lineárním motorem ponořeným v oleji, kde píst je uváděn do pohybu pomocí magnetu. Jedná se o technicky náročné řešení, kde oleje se využívá k chlazení motoru pomocí cirkulačního proudění. Čerpadlo s lineárním motorem, jehož píst je poháněn magnetem je pak rovněž znám z řešení dle spisu US 2005/175489. Konečně je pak známo řešení dle spisu US 5693091, kde válcový plášť čerpadla je součástí lineárního motoru, což má vliv na poměrně velké rozměry čerpadla. Velký průměr pístu pak způsobuje větší přenášené síly do statoru čerpadla, což je u krevních čerpadel nevýhodné. Toto řešení pak rovněž neumožňuje buzení pístu do rezonance, čímž se zvyšují nároky na výkon lineárního motoru.

-1 CZ 304230 B6

Snahou navrhované konstrukce je představit takové provedení pístového čerpadla, které by minimalizovalo uvedené nevýhody, bylo konstrukčně poměrně jednoduché a zajišťovalo dlouhodobou provozní spolehlivost čerpacího systému bez nutnosti časté kontroly a údržby.

Podstata vynálezu

Stanoveného cíle je prakticky dosaženo vynálezem, kterým je pístové čerpadlo, zejména čerpadlo na krev, tvořené tělesem, upraveným pro propojení se zdrojem přečerpávané tekutiny, a vybavené standardními ovládacími řídicími, kontrolními a těsnicími prvky a členy, jehož podstata spočívá vtom, že v tělese je zabudován lineární motor sjednočinným nebo dvojčinným pístem, kde pracovní prostor lineárního motoru je těsnicí spárou přímo propojen s pracovní komorou tělesa naplněnou přečerpávanou tekutinou, přičemž pracovní komora je opatřena sacím ventilem a výtlačným ventilem.

Ve výhodném provedení je pracovní prostor u lineárního motoru sjednočinným pístem propojen s plynovým akumulátorem, který je vybaven regulační membránou, rozdělující jeho vnitřní prostor na plynovou komoru a zásobní komoru.

V možném provedení u lineárního motoru s dvojčinným pístem je pracovní komora ve vnitřním prostoru tělesa vytvořena symetricky bočně zrcadlově po obou stranách pístu, přičemž každá z jejích částí je opatřena sacím ventilem a výtlačným ventilem.

Konečně je výhodné, když vnitřní povrchy pracovní komory tělesa, pracovního prostoru lineárního motoru a obou komor plynového akumulátoru jsou opatřeny nesmáčivým nátěrem.

Čerpadlo podle vynálezu je konstrukčně jednoduché, a tím výrobně méně náročné, což má vliv i na náklady na jeho pořízení. Základní výhodou vynálezuje, že není nutno zajišťovat těsnění pístu vůči čerpanému médiu a že vlastní pohonný člen, tedy lineární motor, je nedílnou součástí konstrukce, takže není nutno řešit složité převodové mechanizmy.

Popis obrázků na připojených výkresech

Konkrétní příklady provedení vynálezu jsou schématicky znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 je schéma základního provedení jednočinného čerpadla, obr. 2 je schéma alternativního provedení jednočinného čerpadla s budicí pružinou, obr. 3 je schéma základního provedení dvojčinného čerpadla a obr. 4 je schéma alternativního provedení dvojčinného čerpadla s budicími pružinami.

Příklady provedení vynálezu

Čerpadlo je v základním provedení podle obr. 1 tvořeno tělesem i, v němž je zabudován lineární motor 2 sjednočinným pístem 21, kde pracovní prostor 22 lineárního motoru 2 je těsnicí spárou 23 přímo propojen s pracovní komorou U tělesa 1, naplněnou přečerpávanou tekutinou, například krví. Pracovní komora JJ. je vybavena sacím ventilem J2 a výtlačným ventilem 13 napojenými na neznázoměné sací a výtlačné potrubí čerpacího systému. Pracovní prostor 22 lineárního motoru 2 je pak propojen s plynovým akumulátorem 4, který je vybaven regulační membránou 41, rozdělující jeho vnitřní prostor na plynovou komoru 42 a zásobní komoru 43. Čerpadlo je pak

-2CZ 304230 B6 vybaveno standardními ovládacími, řídicími, kontrolními a těsnicími prvky a členy běžného provedení, které nemají vliv na podstatu řešení, a proto nejsou znázorněny a popisovány. Vnitřní povrchy pracovní komory H tělesa 1, pracovního prostoru 22 lineárního motoru 2 a obou komor 42, 43 plynového akumulátoru 4 jsou za účelem minimalizace hydraulických ztrát opatřeny nesmáčivým nátěrem.

Při činnosti čerpadla dochází při pohybu pístu 21 směrem do pracovní komory 11 k pohybu přečerpávané tekutiny ve stejném směru, přičemž její malá část proteče těsnicí spárou 23 do pracovního prostoru 22 před píst 21. Zároveň dochází k výtoku přečerpávané tekutiny z pracovní komory 11 přes otevřený výtlačný ventil 13 do výtlačného potrubí. Ze zásobní komory 43 plynového akumulátoru 4 je přitom před píst 21 lineárního motoru 2 nasávána zpět dříve akumulovaná přečerpávaná tekutina. Při vratném pohybu pístu 21 dochází k nasávání přečerpávané tekutiny sacím ventilem 12 do pracovní komory 11 a současně dochází k vytlačování přečerpávané tekutiny z pracovního prostoru 22 lineárního motoru 2 do plynového akumulátoru 4.

Vzhledem ke skutečnosti, že princip funkce lineárního motoru 2 je založen na harmonickém pohybu pístu 21, je možno celý systém čerpadla naladit volbou vhodných parametrů funkčních a ovládacích členů do rezonance, přičemž hmotnost soustavy je tvořena jak pístem 21, tak pracovní tekutinou i přečerpávanou tekutinou a stlačený plyn v plynové komoře 43 představuje statickou tuhost soustavy.

V alternativním provedení čerpadla s jednočinným pístem 21_ podle obr, 2 je pro zvýšení celkové účinnosti čerpacího systému píst 21 opatřen budicí pružinou 5 a naladěn na frekvenci budicí síly lineárního motoru 2, takže celá soustava pracuje v rezonanci.

V dalším alternativním provedení čerpadla podle obr. 3 je vjeho tělese 1 zabudován lineární motor 2 s dvojčinným pístem 21 ve střední části, když pracovní komora lije symetricky rozdělena lineárním motorem 2 na dvě bočně zrcadlově umístěné části. Při pohybu pístu 21 dochází střídavě k vytlačování přečerpávané tekutiny z přilehlých částí pracovní komory 11 a nasávání přečerpávané tekutiny do její protilehlé části. Při vratném pohybu pístu 21 se činnost zrcadlově opakuje. Stejně jako v případě čerpadla s jednočinným pístem 21 lze i zde pro zvýšení celkové účinnosti čerpacího systému píst 21 opatřit na obou koncích budicími pružinami 5, jak je znázorněno na obr. 4, a naladit jej na frekvenci budicí síly lineárního motoru 2, takže celá soustava pracuje v rezonanci.

Průmyslová využitelnost

Pístové čerpadlo s lineárním motorem podle vynálezu řešení je vhodné pro použití zejména v lékařství pro čerpání krve. Není to však jediný možný obor využití, ale najde uplatnění rovněž v dalších hydraulických systémech.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Pístové čerpadlo, zejména čerpadlo na krev, tvořené tělesem (1), upraveným pro propojení se zdrojem přečerpávané tekutiny, a vybavené standardními ovládacími, řídicími, kontrolními a těsnicími prvky a členy, vyznačující se tím, že v tělese (1) je zabudován lineární motor (2) s jednočinným nebo dvojčinným pístem (21), kde pracovní prostor (22) lineárního motoru (2) je těsnicí spárou (23) přímo propojen s pracovní komorou (11) tělesa (1) naplněnou přečerpávanou tekutinou, přičemž pracovní komora (11) je opatřena sacím ventilem (12) a výtlačným ventilem (13).

-3 CL 304230 B6
2. Pístové čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že pracovní prostor (22) u lineárního motoru (2) s jednočinným pístem (21) je propojen s plynovým akumulátorem (4), který je vybaven regulační membránou (41), rozdělující jeho vnitřní prostor na plynovou komoru

5 (42) a zásobní komoru (43),
3. Pístové čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že u lineárního motoru (2) s dvojčinným pístem (21) je pracovní komora (11) ve vnitřním prostoru tělesa (1) je vytvořena symetricky bočně zrcadlově po obou stranách pístu (21), přičemž každá z jejích částí je opatřena ío sacím ventilem (12) a výtlačným ventilem (13).
4. Pístové čerpadlo podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že vnitřní povrchy pracovní komory (11) tělesa (1), pracovního prostoru (22) lineárního motoru (2) a obou komor (42), (43) plynového akumulátoru (4) jsou opatřeny nesmáčivým nátěrem.