RU205275U1

RU205275U1 - INTERNAL AUXILIARY CIRCULATION PUMP

Info

Publication number: RU205275U1
Application number: RU2019145356U
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Головин; Катерина Олеговна Головина
Original assignee: Акционерное общество НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ "ИМПУЛЬС-проект"
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-07-06

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к медицине, к искусственным имплантируемым органам, таким как насосы для перекачки биологических жидкостей, в частности крови.Целью заявляемой полезной модели является достижение такого технического результата, как повышение надежности конструкции и связанной с ним долговечности.Поставленная цель достигается следующим образом: насос внутреннего вспомогательного кровообращения, содержащий полый корпус с патрубками входного и выходного потоков, с закрепленным на корпусе статором с обмотками; при этом в полости корпуса расположены постоянные магниты, закрепленные в углублениях ротора, характеризующийся тем, что обмотки статора и постоянные магниты ротора расположены с одинаковым наклоном к плоскости ротора, представляющего собой совокупность дисков, соединенных друг с другом и с ротором при помощи фиксирующих элементов и отделенных друг от друга разделительными втулками, где основание корпуса снабжено конусообразной направляющей потока.Заявляемый насос может найти широкое применение в современной кардиологии. Изготавливается на специализированных предприятиях на базе научно-технических центров.The claimed utility model relates to medicine, to artificial implantable organs, such as pumps for pumping biological fluids, in particular blood. The aim of the claimed utility model is to achieve such a technical result as increasing the reliability of the structure and associated durability. The stated goal is achieved as follows: an internal auxiliary blood circulation pump containing a hollow body with inlet and outlet nozzles, with a stator with windings attached to the body; while in the cavity of the body there are permanent magnets fixed in the recesses of the rotor, characterized in that the stator windings and the permanent magnets of the rotor are located with the same inclination to the plane of the rotor, which is a set of disks connected to each other and to the rotor by means of fixing elements and separated from each other with dividing sleeves, where the base of the body is equipped with a tapered flow guide. The pump in question can be widely used in modern cardiology. Manufactured at specialized enterprises on the basis of scientific and technical centers.

Description

Заявляемая полезная модель относится к медицине, к искусственным имплантируемым органам, таким как насосы для перекачки биологических жидкостей, в частности, крови.The claimed utility model relates to medicine, to artificial implantable organs, such as pumps for pumping biological fluids, in particular, blood.

Очевидно, что одним из важнейших органов для функционирования человеческого организма является сердце. Поэтому к числу необходимых исследований в области здравоохранения относятся различные заболевания этого органа. В зависимости от заболевания может назначаться медикаментозная, либо хирургическая терапия, вплоть до частичной и полной механической замены сердца. К сожалению, несмотря на то, что работа сердца на данный момент хорошо изучена, не существует достаточно качественного искусственного имплантата, выполняющего сердечную функцию. Так, основными проблемами известных устройств, являются низкая производительность, высокая травматичность форменных элементов крови, надежность и долговечность имплантируемых устройств.Obviously, one of the most important organs for the functioning of the human body is the heart. Therefore, various diseases of this organ are among the necessary research in the field of health. Depending on the disease, medication or surgical therapy can be prescribed, up to partial and complete mechanical replacement of the heart. Unfortunately, despite the fact that the work of the heart is currently well studied, there is no sufficiently high-quality artificial implant that performs cardiac function. Thus, the main problems of the known devices are low productivity, high trauma of blood corpuscles, reliability and durability of implantable devices.

К примеру, известен роторный насос с упорными подшипниками (патент US 8540477 опубликован 24.09.2013), для крови, включающий кожух, образующий насосную камеру, с входом и выходом для крови. Один или несколько статоров двигателя располагаются снаружи насосной камеры. Импеллер находится внутри насосной камеры и приспособлен для того, чтобы кровь, поступающая в насосную камеру, перемещалась к выпускному отверстию для крови. Импеллер содержит один или несколько установленных магнитов, для обеспечения вращения в магнитном поле статора.For example, a rotary pump with thrust bearings is known (patent US 8540477 published on September 24, 2013) for blood, including a casing that forms a pumping chamber, with an inlet and outlet for blood. One or more motor stators are located outside the pumping chamber. The impeller is located inside the pumping chamber and is adapted for the blood entering the pumping chamber to move to the blood outlet. The impeller contains one or more magnets installed to provide rotation in the stator's magnetic field.

Недостатком известного насоса для перекачки крови является низкая надежность конструкции при низкой пропускной способности насоса и высокой травматичность форменных элементов крови лопастями импеллера.The disadvantage of the known pump for pumping blood is the low reliability of the design at a low throughput of the pump and high invasiveness of blood cells by the impeller blades.

В патенте US 10166318 (опубликован 01.01.2019), и являющимся наиболее близким аналогом к заявляемому насосу, описан насос с ротором, подвешиваемым в магнитном поле, при помощи тока жидкости.In US patent 10166318 (published 01.01.2019), which is the closest analogue to the claimed pump, a pump with a rotor suspended in a magnetic field by means of a fluid flow is described.

Тем не менее, недостатком известной конструкции, также является низкая надежность, при низкой пропускной способности насоса и высокой травматичность форменных элементов крови лопастями импеллера.However, the disadvantage of the known design is also low reliability, with a low throughput of the pump and high invasiveness of blood cells by the impeller blades.

Целью заявляемой полезной модели является устранение выявленного недостатка для достижения такого технического результата, как повышение надежности конструкции и связанной с ним долговечности.The purpose of the claimed utility model is to eliminate the identified drawback to achieve such a technical result as increasing the reliability of the structure and associated durability.

Поставленная цель достигается следующим образом: насос внутреннего вспомогательного кровообращения, содержащий полый корпус, с патрубками входного и выходного потоков, с закрепленным на корпусе статором с обмотками; при этом в полости корпуса расположены постоянные магниты, закрепленные в углублениях ротора характеризующийся тем, что обмотки статора и постоянные магниты ротора расположены с одинаковым наклоном к плоскости ротора, представляющего собой совокупность дисков, соединенных друг с другом и с ротором при помощи фиксирующих элементов и отделенных друг от друга разделительными втулками, где основание корпуса снабжено конусообразной направляющей потока.This goal is achieved in the following way: an internal auxiliary blood circulation pump containing a hollow casing, with inlet and outlet pipes, with a stator with windings fixed to the casing; at the same time, permanent magnets are located in the cavity of the housing, fixed in the recesses of the rotor, characterized in that the stator windings and permanent magnets of the rotor are located with the same inclination to the plane of the rotor, which is a set of disks connected to each other and to the rotor by means of fixing elements and separated from each other from the other with dividing sleeves, where the base of the body is equipped with a tapered flow guide.

Насос в частности может характеризоваться тем, что зазор между статором и ротором составляет 0,1-0,5 мм.The pump in particular can be characterized in that the gap between the stator and the rotor is 0.1-0.5 mm.

Насос в частности может характеризоваться тем, что корпус состоит из двух чашеобразных частей.The pump in particular can be characterized in that the casing consists of two cup-shaped parts.

Насос в частности может характеризоваться тем, что дополнительно содержит защитные крышки статоров электродвигателя.The pump in particular can be characterized in that it further comprises protective covers for the stators of the electric motor.

Насос в частности может характеризоваться тем, что конусообразная направляющая потока выполнена в виде кривой линии, формирующей вогнутую поверхность в виде воронки, вершиной направленной в сторону потока.The pump in particular can be characterized in that the cone-shaped flow guide is made in the form of a curved line, forming a concave surface in the form of a funnel, with its apex directed towards the flow.

На Фиг. 1 схематично представлена конструкция насоса, в продольном разрезе, на Фиг. 2 показано условное изображение дисков ротора насоса (поперечный разрез); где цифрами обозначено следующее:FIG. 1 schematically shows the design of the pump, in longitudinal section, FIG. 2 shows a schematic representation of the pump rotor disks (cross section); where the numbers indicate the following:

1. Корпус;1. Case;

2. Патрубок входного потока;2. Branch pipe of the inlet stream;

3. Патрубок выходного потока;3. Branch pipe of the output stream;

4. Статор;4. Stator;

5. Ротор;5. Rotor;

6. Диски ротора;6. Rotor discs;

7. Фиксирующий элемент;7. Fixing element;

8. Разделительные втулки;8. Spacer sleeves;

9. Вершина ротора;9. Top of the rotor;

10. Основание ротора;10. The base of the rotor;

11. Постоянные магниты;11. Permanent magnets;

12. Направляющая потока;12. Direction of the flow;

13. Защитные крышки статоров электродвигателя.13. Protective covers for motor stators.

Представленный на фигурах насос внутреннего вспомогательного кровообращения устроен следующим образом.The internal auxiliary circulation pump shown in the figures is arranged as follows.

Полый корпуса (1) содержит патрубок входного потока (2) и патрубок выходного потока (3). На корпусе, сверху и снизу, расположены статоры (4), представляющие собой катушки индуктивности. Ротор (5) располагается внутри корпуса и представляет собой совокупность плоских дисков (6), соединенных общим фиксирующим элементом (7), представляющим собой цилиндрический продолговатый элемент с осевой симметрией. Диски имеют центральное отверстие. Разделение дисков между собой происходит при помощи разделительных втулок (8), насаженных на фиксирующий элемент (7). Ротор содержит закрепленные на нем, при помощи фиксирующих элементов (7) вершину ротора (9) и основание ротора (10), в углублениях, которых закреплены постоянные магниты (11), расположенные так, что плоскость их поверхности параллельна соответствующим статорам. Сами же постоянные магниты, помещенные в углублениях основания и вершины ротора, располагаются под углом к плоскости поверхности дисков ротора. Основание корпуса снабжено конусообразной направляющей потока (12), вершина которой соосно расположена с центральным отверстием дисков ротора.The hollow body (1) contains an inlet stream (2) and an outlet stream (3). On the case, above and below, stators (4) are located, which are inductors. The rotor (5) is located inside the housing and is a set of flat discs (6) connected by a common fixing element (7), which is a cylindrical elongated element with axial symmetry. The discs have a center hole. The disks are separated from each other by means of dividing sleeves (8) fitted onto the fixing element (7). The rotor contains fixed on it, with the help of fixing elements (7), the top of the rotor (9) and the base of the rotor (10), in the recesses, which are fixed permanent magnets (11), located so that their surface plane is parallel to the corresponding stators. Themselves permanent magnets, placed in the recesses of the base and the top of the rotor, are located at an angle to the plane of the surface of the rotor discs. The base of the body is equipped with a conical flow guide (12), the top of which is coaxially located with the central opening of the rotor discs.

С целью повышения надежности конструкции, насос может содержать защитные крышки статоров электродвигателя (13). Несомненно, крышки обеспечивают защиту статоров от внешних воздействий, что положительно сказывается на долговечности конструкции и надежности ее функционирования.In order to increase the reliability of the design, the pump may contain protective covers for the stators of the electric motor (13). Undoubtedly, the covers provide protection of stators from external influences, which has a positive effect on the durability of the structure and the reliability of its functioning.

Корпус (1) может быть выполнен из двух чашеобразных куполообразных частей. Подобная конструкция обладает повышенной прочностью, что, несомненно, положительно сказывается на ее надежности и долговечности.The body (1) can be made of two cup-shaped dome-shaped parts. This design has increased strength, which undoubtedly has a positive effect on its reliability and durability.

Представленный на фигурах насос внутреннего вспомогательного кровообращения действует следующим образом.The internal auxiliary circulation pump shown in the figures operates as follows.

Учитывая специфику работы насоса как вспомогательного средства для перекачивания крови, он хирургическим путем имплантируется в грудную клетку пациента, способствуя осуществлению его кровообращения. После подключения обмоток статора к блоку питания (на рисунках не показан), возникает магнитное поле, которое, взаимодействуя с постоянными магнитами ротора, заставляет ротор оттолкнуться от внутренних стенок корпуса, создавая эффект левитации ротора. При этом ток крови, возникающий при заходе в патрубок входного потока, попадая во внутреннюю полость насоса, взаимодействует с дисками ротора и за счет возникающей центробежной силы направляется на патрубок выходного потока. Величина зазора между статором и ротором может составлять от 0,1 до 0,5 мм. При зазоре, меньшим, чем 0,1 мм, ротор может при вращении соприкасаться со стенками корпуса, что неизбежно приведет к его повреждению и выходу из строя. При зазоре большем, чем 0,5 мм, эффект левитации в данной конструкции не стабилен, также периодически происходят нежелательные соприкосновения ротора с внутренней поверхностью корпуса.Taking into account the specifics of the pump as an aid for pumping blood, it is surgically implanted into the patient's chest, facilitating the implementation of his blood circulation. After connecting the stator windings to the power supply (not shown in the figures), a magnetic field arises, which, interacting with the permanent magnets of the rotor, forces the rotor to push off from the inner walls of the housing, creating the effect of rotor levitation. In this case, the blood flow that occurs when entering the inlet flow pipe, entering the internal cavity of the pump, interacts with the rotor discs and, due to the centrifugal force that occurs, is directed to the outlet flow pipe. The gap between the stator and the rotor can be between 0.1 and 0.5 mm. With a clearance less than 0.1 mm, the rotor may come into contact with the walls of the housing during rotation, which will inevitably lead to its damage and failure. With a gap greater than 0.5 mm, the levitation effect in this design is not stable, and unwanted contacts of the rotor with the inner surface of the housing also occur periodically.

Расположение магнитов ротора и обмоток статора с одинаковым наклоном к плоскости дисков, позволяет, при работе насоса, обеспечить его надежное удержание в подвешенном состоянии, таким образом, избегая наличия механически трущихся элементов. В отличие от расположения магнитных элементов в одной плоскости с плоскостью ротора, расположение их под углом, позволяет в значительной степени обеспечить процесс балансировки ротора в подвешенном магнитно-гидродинамическом поле, уменьшая, таким образом, возможное возникновение соприкосновений ротора со стенками корпуса.The arrangement of the rotor magnets and stator windings with the same inclination to the plane of the disks allows, during operation of the pump, to ensure its reliable retention in a suspended state, thus avoiding the presence of mechanically rubbing elements. In contrast to the arrangement of the magnetic elements in the same plane with the plane of the rotor, their arrangement at an angle allows to a large extent ensure the process of balancing the rotor in a suspended magnetohydrodynamic field, thus reducing the possible occurrence of contacts of the rotor with the walls of the housing.

Форма ротора в виде совокупности дисков призвана обеспечить минимальное воздействие на кровь. Это происходит за счет того, что пограничный слой на поверхности дисков работает не только как диск сцепления с жидкой средой, но и как молекулярный буфер между дисками и форменными элементами крови, поскольку около стенки диска в результате вращения образуется плазменный слой, через который форменные элементы крови контактируют с элементами насоса, тем самым предотвращается повреждение форменных элементов крови. Отсутствуют выступы, лопасти и так далее, также оказывающие физическое воздействие на эритроциты.The rotor shape in the form of a set of discs is designed to ensure minimal impact on the blood. This is due to the fact that the boundary layer on the surface of the discs works not only as a clutch disc with a liquid medium, but also as a molecular buffer between the discs and the blood cells, since a plasma layer is formed near the disc wall as a result of rotation, through which the blood cells contact with pump elements, thereby preventing damage to blood cells. There are no protrusions, blades, and so on, which also have a physical effect on red blood cells.

С целью исключения ударного воздействия потока крови на внутреннюю поверхность основания насоса оно снабжено направляющей потока. Направляющая потока за счет своей конусообразной формы, острием направленной навстречу току крови, обеспечивает формирование ламинарного потока. Набегая на конусообразную вершину направляющей потока, ток крови направляется в выходной патрубок, причем конусная поверхность существенно снижает ударные воздействия на форменные элементы крови. Смягчение гидравлического удара здесь, с одной стороны значительно снижает вероятность деформации эритроцитов, а с другой стороны, поскольку отсутствует ударная нагрузка на конструкцию самого насоса, его внутренние части корпуса не деформируются, не образуются промоины, каверны и т.п., за счет чего повышается долговечность работы имплантируемого насоса и его надежность.In order to eliminate the shock effect of the blood flow on the inner surface of the pump base, it is equipped with a flow guide. The flow guide, due to its conical shape, with the tip directed towards the blood flow, ensures the formation of a laminar flow. Running on the cone-shaped top of the flow guide, the blood flow is directed to the outlet pipe, and the conical surface significantly reduces the shock effects on the blood corpuscles. The mitigation of water hammer here, on the one hand, significantly reduces the likelihood of deformation of erythrocytes, and on the other hand, since there is no shock load on the structure of the pump itself, its internal parts of the body are not deformed, no gullies, cavities, etc. are formed, thereby increasing durability of the implantable pump and its reliability.

Также, с целью повышения надежности конструкции, переход конусообразной направляющей потока в основание корпуса может быть выполнен плавным, в виде кривой линии. За счет этого обеспечивается большая ламинарность потока. Ток крови плавно проходит внутри насоса, нет ударных нагрузок на стенки корпуса.Also, in order to increase the reliability of the design, the transition of the conical flow guide to the base of the body can be made smooth, in the form of a curved line. This ensures a high laminar flow. The blood flow flows smoothly inside the pump, there are no shock loads on the walls of the housing.

Таким образом, применение в заявляемом насосе внутреннего вспомогательного кровообращения, конструкции статор-ротор, расположенной под углом к плоскости ротора, представляющего собой пакет дисков, а также применение направляющей потока позволяет достигать заявляемого технического результата, а именно - повышение надежности конструкции и связанной с ним долговечности.Thus, the use in the inventive pump of internal auxiliary blood circulation, a stator-rotor structure located at an angle to the plane of the rotor, which is a pack of discs, as well as the use of a flow guide, allows achieving the claimed technical result, namely, increasing the reliability of the structure and associated durability ...

Промышленная применимость.Industrial applicability.

Заявляемый насос может найти широкое применение в современной кардиологии. Изготавливается на специализированных предприятиях на базе научно-технических центров.The inventive pump can be widely used in modern cardiology. Manufactured at specialized enterprises on the basis of scientific and technical centers.

Claims

1. The pump of internal auxiliary blood circulation, containing a hollow body, including pipes for inlet and outlet flows, and a stator with windings fixed to the body; at the same time, permanent rotor magnets are located in the housing cavity, fixed in the rotor recesses, characterized in that the rotor contains a set of disks separated from each other by separating bushings and connected to each other and to the rotor using fixing elements, and the stator windings and permanent rotor magnets placed with the same inclination to the planes of the rotor discs, while the housing contains protective stator covers, and the base of the housing is provided with a conical flow guide.

2. The pump according to claim. 1, characterized in that the gap between the stator and the rotor is 0.1-0.5 mm.

3. The pump according to claim 1, characterized in that the body consists of two cup-shaped parts.

4. The pump according to claim. 1, characterized in that the cone-shaped flow guide is made in the form of a curved line, forming a concave surface in the form of a funnel, with its apex directed towards the flow.