RU146011U1

RU146011U1 - BLOOD PUMPING DEVICE

Info

Publication number: RU146011U1
Application number: RU2014112265/14U
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Байбиков; Георгий Пинкусович Иткин; Андрей Анатольевич Сысоев
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2014-09-27

Abstract

1. Устройство для перекачивания крови, включающее корпус, ротор, являющийся осевым рабочим колесом, и спрямляющий аппарат, размещенные внутри статорной обмотки электродвигателя, а также пилоны, причем лопатки рабочего колеса имеют корневые и свободные периферийные части, а ротор снабжен постоянными магнитами, отличающееся тем, что спрямляющий аппарат снабжён лопатками, развёртки корневых и свободных периферийных частей которых выполнены в форме сопряженных отрезков логарифмических спиралей.2. Устройство для перекачивания крови по п. 1, отличающееся тем, что формы разверток корневой и свободной периферийной частей лопаток спрямляющего аппарата выполнены отличными одна от другой.3. Устройство для перекачивания крови по п. 1 или 2, отличающееся тем, что пилоны на входном участке насоса расположены под острыми углами к направлению потока крови.1. A device for pumping blood, including a housing, a rotor, which is an axial impeller, and a straightening device, located inside the stator winding of the electric motor, as well as pylons, and the impeller blades have root and free peripheral parts, and the rotor is equipped with permanent magnets, characterized in that the rectifier is equipped with blades, the development of the root and free peripheral parts of which are made in the form of conjugate segments of logarithmic spirals. 2. A device for pumping blood according to claim 1, characterized in that the forms of the scans of the root and free peripheral parts of the blades of the rectifier are made different from one another. A device for pumping blood according to claim 1 or 2, characterized in that the pylons in the inlet section of the pump are located at sharp angles to the direction of blood flow.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для перекачивания крови и может быть использована в качестве интракорпорального вспомогательного устройства при сердечной недостаточности, а также в качестве основного насоса в системах вспомогательного кровообращения.The proposed utility model relates to devices for pumping blood and can be used as an intracorporeal auxiliary device for heart failure, as well as as the main pump in auxiliary circulatory systems.

Известны устройства, применяемые по указанному назначению, описанные в патентах US 7264606 МПК А62М 37/00 2007 г, и RU 2430748 МПК А62М 1/12 2009 г.Known devices used for the specified purpose described in the patents US 7264606 IPC A62M 37/00 2007, and RU 2430748 IPC A62M 1/12 2009

Наиболее близким по решаемой задаче и достигаемому техническому результату является решение по патенту RU 2430748. Оно является близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату.The closest to the problem being solved and the technical result achieved is the solution according to the patent RU 2430748. It is close to the proposed technical essence and the achieved result.

Общим для этих устройств является применение осевого насоса со спрямляющим аппаратом. При этом лопатки спрямляющего аппарата имеют традиционное исполнение и поэтому форма этих лопаток в описаниях не оговаривается.Common to these devices is the use of an axial pump with a straightener. At the same time, the blades of the straightening apparatus have a traditional design and therefore the shape of these blades is not specified in the descriptions.

Недостаток известных конструкций состоит в том, что из-за несовершенной формы лопаток спрямляющего аппарата данное техническое решение является недостаточно эффективным, особенно при значительном уменьшении габаритов насоса.A disadvantage of the known designs is that due to the imperfect shape of the blades of the rectifier, this technical solution is not effective enough, especially with a significant reduction in the dimensions of the pump.

Под эффективностью устройства для перекачивания крови понимается обеспечение заданных параметров производительности: расхода и перепада давления с минимальными затратами энергии, а также минимизация гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности.The effectiveness of the device for pumping blood is understood to provide the specified performance parameters: flow rate and pressure drop with minimal energy consumption, as well as minimizing hemolysis and blood thrombosis at given performance parameters.

Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности устройства для перекачивания крови путем изменения формы лопаток спрямляющего аппарата насоса.The objective of this utility model is to increase the efficiency of the device for pumping blood by changing the shape of the blades of the rectifier apparatus of the pump.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является минимизации гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности расхода и перепада давления с минимальными затратами энергии в медицинских устройствах, перекачивающих кровь, за счет обеспечения минимальных возмущений в пограничных слоях лопаток спремляющего аппарата, а также минимальных вихреобразований потока и сдвиговых напряжений.The technical result of the claimed utility model is to minimize hemolysis and blood thrombosis at predetermined flow rate and pressure drop performance parameters with minimal energy expenditure in medical devices pumping blood, by providing minimal disturbances in the boundary layers of the blades of the dorsal apparatus, as well as minimal flow vortices and shear stresses .

Для повышения эффективности устройства необходимо, чтобы профиль лопастей (2-я производная кривизны, а желательно и более высокие производные) плавно менялся. Как известно, отличительной особенностью логарифмической спирали является то, что она в каждой точке имеет бесконечное число производных, т.е. она имеет более высокий порядок плавности изменения по сравнению со сплайнами.To increase the efficiency of the device, it is necessary that the profile of the blades (2nd derivative of curvature, and preferably higher derivatives) smoothly change. As is known, a distinctive feature of the logarithmic spiral is that at each point it has an infinite number of derivatives, i.e. it has a higher degree of smoothness of change than splines.

Для решения поставленной задачи, в устройстве для перекачивания крови, включающем размещенные внутри статорной обмотки электродвигателя ротор с осевым рабочим колесом и спрямляющим аппаратом, а также пилоны, с лопатками спрямляющего аппарата, имеющими корневые и свободные периферийные части, с установленными в роторе постоянными магнитами, согласно полезной модели, развертки корневых и свободных периферийных частей лопаток спрямляющего аппарата выполнены в форме сопряженных отрезков логарифмических спиралей. При этом формы разверток корневой и свободной периферийной частей выполняются отличными одна от другой. Кроме того, пилоны на входном участке насоса расположены под острыми углами к направлению потока жидкости.To solve this problem, in a device for pumping blood, including a rotor with an axial impeller and a straightening apparatus located inside the stator winding of the electric motor, as well as pylons, with the blades of the straightening apparatus having root and free peripheral parts, with permanent magnets installed in the rotor, according to utility model, the development of the root and free peripheral parts of the blades of the rectifier is made in the form of conjugate segments of logarithmic spirals. At the same time, the forms of development of the root and free peripheral parts are different from one another. In addition, the pylons at the pump inlet are located at sharp angles to the direction of fluid flow.

Признаки, отличающие предлагаемую полезную модель от прототипа, являются следующие признаки «спрямляющий аппарат снабжен лопатками, развертки корневых и свободных периферийных частей которых выполнены в форме сопряженных отрезков логарифмических спиралей».The features that distinguish the proposed utility model from the prototype are the following features "the rectifier is equipped with blades, the development of the root and free peripheral parts of which are made in the form of conjugate segments of logarithmic spirals."

В частных случаях (соответственно 2 и 3 пункты формулы) - «формы разверток корневой и свободной периферийной частей лопаток спрямляющего аппарата выполнены отличными одна от другой»; «пилоны на входном участке насоса расположены под острыми углами к направлению потока крови».In special cases (2 and 3 points of the formula, respectively) - “the forms of the scans of the root and free peripheral parts of the blades of the rectifier are made different from one another”; “The pylons at the pump inlet are at acute angles to the direction of blood flow.”

Предлагаемая форма лопаток спрямляющего аппарата, в том числе и при различных формах разверток корневой и периферийной частей этих лопаток, обеспечивает минимальные возмущения в пограничных слоях лопаток, а также минимальные вихреобразования потока и сдвиговых напряжений, что, в свою очередь, приводит к реализации заданных параметров производительности расхода и перепада давления с минимальными затратами энергии, а также минимизации гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности, решая поставленную задачу - повышение эффективности устройства для перекачивания крови.The proposed shape of the blades of the rectifier apparatus, including for various forms of sweeps of the root and peripheral parts of these blades, provides minimal perturbations in the boundary layers of the blades, as well as minimal eddies of the flow and shear stresses, which, in turn, leads to the implementation of the specified performance parameters flow rate and differential pressure with minimal energy consumption, as well as minimizing hemolysis and blood thrombosis at given performance parameters, solving the problem Improving the efficiency of the blood pumping device.

При этом выходящий из лопаток рабочего колеса закрученный поток попадает на лопатки неподвижного спрямляющего аппарата, раскручивающего поток до осевого направления. Входной участок лопаток спремляющего аппарата, обеспечивающий безударное натекание жидкости и имеющий минимальную кривизну поверхностей с плавным изменением ее, минимально возмущает и, следовательно, минимально повреждает форменные элементы крови. Плавные, без разрывов кривизны, рабочие поверхности лопаток спремляющего аппарата, обеспечиваемые профилированием их из сопряженных отрезков логарифмической спирали, раскручивают поток без существенного вихреобразования и с минимальными возмущениями. Особенно важно это в зоне максимальных скоростей потока на периферийных участках лопаток спрямляющего аппарата.In this case, the swirling flow coming out of the blades of the impeller falls on the blades of a stationary straightening apparatus, which unwinds the flow to the axial direction. The input section of the blades of the dormant apparatus, providing shock-free flow of fluid and having a minimum curvature of the surfaces with a smooth change of it, minimally perturbes and, therefore, minimally damages the formed elements of the blood. Smooth, without breaks in curvature, the working surfaces of the blades of the impeller apparatus, provided by profiling them from the mating segments of a logarithmic spiral, untwist the flow without significant vortex formation and with minimal perturbations. This is especially important in the zone of maximum flow rates at the peripheral sections of the blades of the rectifier.

Расположение пилонов на входном участке насоса под острыми углами к направлению потока крови обеспечивает дополнительную закрутку потока на входе, что сопровождается уменьшением вихреобразования на входе и в конечном итоге повышением эффективности работы устройства.The location of the pylons in the inlet section of the pump at sharp angles to the direction of blood flow provides additional swirling of the flow at the inlet, which is accompanied by a decrease in vortex formation at the inlet and ultimately increase the efficiency of the device.

Полезная модель иллюстрируется чертежом. На фиг.1 изображен продольный разрез устройства для перекачивания крови, на фиг.2 - развертка поверхности вращения, проходящей через периферию и корневые участи лопаток спрямляющего аппарата, на фиг.3 - поперечное сечение пилонов, служащих в качестве опор для подшипников.The utility model is illustrated in the drawing. In Fig.1 shows a longitudinal section of a device for pumping blood, Fig.2 is a scan of the surface of rotation passing through the periphery and the root portions of the blades of the rectifier apparatus, Fig.3 is a cross section of pylons serving as bearings for bearings.

Устройство состоит из корпуса 1, в котором находится статорная обмотка 2 электродвигателя, запитанная по кабелю 3, входного 4 и выходного 5 участков насоса. Внутри корпуса 1 расположен ротор 6, являющийся осевым рабочим колесом с лопатками 7. Ротор 6 опирается на подшипники 8, которые расположены в пилонах 9 на входном 4 и выходном 5 участках насоса. В центральной осевой части ротора 6 помещены постоянные магниты (не показаны). Непосредственно за лопатками рабочего колеса расположен спрямляющий аппарат 10, прикрепленный к корпусу 1, с лопатками 11.The device consists of a housing 1, in which there is a stator winding 2 of an electric motor, powered by cable 3, input 4 and output 5 sections of the pump. Inside the housing 1 there is a rotor 6, which is an axial impeller with blades 7. The rotor 6 is supported by bearings 8, which are located in the pylons 9 at the inlet 4 and outlet 5 sections of the pump. Permanent magnets (not shown) are placed in the central axial part of the rotor 6. Directly behind the impeller blades is a straightening device 10 attached to the housing 1, with blades 11.

Развертки пересечений свободной периферийной 12 и корневой 13 частей лопаток 11 спрямляющего аппарата с поверхностями вращения, проходящими через внутренние и наружные диаметры лопаток 11 спрямляющего аппарата, представляют собой сопряженные отрезки логарифмической спирали. На фиг.2 показана одна из поверхностей вращения 14 и позициями 16 и 17 обозначены точки сопряжения отрезков логарифмической спирали.The scans of the intersections of the free peripheral 12 and the root 13 parts of the blades 11 of the rectifier apparatus with the surfaces of rotation passing through the inner and outer diameters of the blades 11 of the rectifier apparatus are conjugate segments of a logarithmic spiral. Figure 2 shows one of the surfaces of rotation 14 and the positions 16 and 17 indicate the conjugation points of the segments of the logarithmic spiral.

Устройство работает следующим образом. Вращающееся электромагнитное поле, генерируемое электротоком, поступающим в статорную обмотку 2, взаимодействует с постоянными магнитами и приводит во вращение ротор 6. Кровь поступает через входной участок 4 на лопатки 7 осевого рабочего колеса ротора 6, подводящие подводят энергию к жидкости (крови). Выходящий из лопаток 7 закрученный поток попадает на лопатки 11 неподвижного спрямляющего аппарата 10, раскручивающего поток до осевого направления. Входной участок лопаток 11, обеспечивающий безударное натекание жидкости и имеющий минимальную кривизну поверхностей с плавным изменением ее, минимально возмущает и, следовательно, минимально повреждает форменные элементы крови. Плавные, без разрывов кривизны, рабочие поверхности лопаток 11, обеспечиваемые профилированием их из сопряженных отрезков логарифмической спирали, раскручивают поток без существенного вихреобразования и с минимальными возмущениями. Особенно важно это в зоне максимальных скоростей потока на периферийных участках лопаток спрямляющего аппарата. Радиальные и осевые силы, действующие на ротор 6, воспринимаются подшипниками 8 в пилонах 9 во входном 4 и выходном 5 участках насоса.The device operates as follows. The rotating electromagnetic field generated by the electric current entering the stator winding 2 interacts with permanent magnets and rotates the rotor 6. Blood flows through the input section 4 to the blades 7 of the axial impeller of the rotor 6, supplying energy to the liquid (blood). The swirling stream emerging from the blades 7 enters the blades 11 of the stationary straightening apparatus 10, which unwinds the flow to the axial direction. The inlet portion of the blades 11, providing shock-free flow of fluid and having a minimum curvature of the surfaces with a smooth change, minimizes disturbance and, therefore, minimally damages the formed elements of the blood. Smooth, without discontinuities of curvature, the working surfaces of the blades 11, provided by profiling them from mating segments of a logarithmic spiral, untwist the flow without significant vortex formation and with minimal disturbances. This is especially important in the zone of maximum flow rates at the peripheral sections of the blades of the rectifier. Radial and axial forces acting on the rotor 6 are perceived by bearings 8 in the pylons 9 in the inlet 4 and outlet 5 sections of the pump.

Таким образом, за счет предлагаемой формы лопаток спрямляющего аппарата достигаются минимальные возмущения в пограничных слоях лопаток, а также минимальные вихреобразования потока и сдвиговые напряжения, что, в свою очередь, приводит к реализации заданных параметров производительности расхода и перепада давления с минимальными затратами энергии, а также минимизации гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности, решая поставленную задачу - повышение эффективности устройства для перекачивания крови.Thus, due to the proposed shape of the blades of the rectifier apparatus, minimal perturbations in the boundary layers of the blades are achieved, as well as minimal vortex flow and shear stresses, which, in turn, leads to the implementation of the specified parameters of the flow rate and pressure drop with minimal energy consumption, as well as minimizing hemolysis and blood thrombosis at given performance parameters, solving the problem - increasing the efficiency of the device for pumping blood.

Насос был изготовлен и испытан на специальном стенде. Проведенные испытания устройства для перекачивания крови подтвердили необходимые для медицинского применения напор и производительность насоса и не выявили заметного гемолиза и тромбоза крови после прохождения через проточную часть насоса.The pump was manufactured and tested at a special bench. The tests of the blood pumping device confirmed the pressure and capacity of the pump necessary for medical use and did not reveal any noticeable hemolysis and blood thrombosis after passing through the pump passage.

Наиболее эффективно применение данной полезной модели в медицинских устройствах, перекачивающих кровь, а также в насосах, где требуется минимальная деструкция перекачиваемого продукта.The most effective application of this utility model is in medical devices that pump blood, as well as in pumps where minimal destruction of the pumped product is required.

Claims

1. A device for pumping blood, including a housing, a rotor, which is an axial impeller, and a straightening device, located inside the stator winding of the electric motor, as well as pylons, and the impeller blades have root and free peripheral parts, and the rotor is equipped with permanent magnets, characterized in that the rectifier is equipped with blades, the development of the root and free peripheral parts of which are made in the form of conjugate segments of logarithmic spirals.

2. A device for pumping blood according to claim 1, characterized in that the scan forms of the root and free peripheral parts of the blades of the rectifier apparatus are made different from one another.

3. A device for pumping blood according to claim 1 or 2, characterized in that the pylons in the inlet section of the pump are located at acute angles to the direction of blood flow.