阅读说明：本技术 一种可实现大流量脉动输出的嵌套式多级并联血泵 (Nested multistage parallel blood pump capable of realizing large-flow pulsation output ) 是由 王帅 李阁强 李东林 董振乐 祁玉洁 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可实现大流量脉动输出的嵌套式多级并联血泵,包括环形的外层血泵I,外层血泵I内侧嵌套安装有内层血泵II；外层血泵I和内层血泵II分别连接有驱动系统；外层血泵I和内层血泵II在后端开始分别输送血液,并在前端进行血液的并联合流。本发明具有两级嵌套式结构,内外层血泵均可单独控制,两级血泵的流量在出口处合流,由于两级血泵为并联式结构,因此通过合理设计水力结构可在合理控制扬程的情况下产生大流量脉动,且两级均可独立控制,以使血泵工作在需要的工况下。(The invention discloses a nested multistage parallel blood pump capable of realizing large-flow pulse output, which comprises an annular outer blood pump I, wherein an inner blood pump II is nested and installed on the inner side of the outer blood pump I; the outer blood pump I and the inner blood pump II are respectively connected with a driving system; the outer blood pump I and the inner blood pump II respectively convey blood at the rear end, and the blood is subjected to parallel confluence at the front end. The invention has a two-stage nested structure, the inner and outer blood pumps can be controlled independently, the flow of the two-stage blood pumps is converged at the outlet, and the two-stage blood pumps are of a parallel structure, so that the large flow pulsation can be generated under the condition of reasonably controlling the lift by reasonably designing a hydraulic structure, and the two stages can be controlled independently, so that the blood pumps work under the required working condition.)

一种可实现大流量脉动输出的嵌套式多级并联血泵

技术领域

本发明涉及医疗仪器技术领域，是一种具有内外层嵌套结构的并联式两级轴流式血泵，其具有结构紧凑、流量脉动范围广和生理适应性强的优点，采用该种结构的血泵可以实现生理脉动流量输出，减少恒流量带来的机体损伤。

背景技术

心力衰竭是目前危害人类健康的主要疾病之一，随着人口老龄化加剧，心力衰竭患者也逐年增多，在心脏供体不足的情况下，血泵是治疗心力衰竭的有效手段。

目前血泵分为轴流式血泵和离心式血泵，其工作原理均通过叶轮旋转实现血液输送。但其一般采用恒流量输出模式，研究表明机体长期处在该种模式下会缺乏血液脉动，进而导致主动脉闭锁不全、消化道出血等生理问题的出现。

为解决血泵恒流量输出所带来的问题，需要使旋转式血泵通过转速变化输出脉动流量，但已有研究表明要产生与人体类似的流量脉动，需要达到15L/min的脉动流量，现有血泵在设计时由于并未对脉动工况进行考虑，因此脉动能力有限，无法满足脉动流量输出需要。若单单提高流量设计指标，对常规轴流泵、离心进行设计，则会大大增加血泵体积，且在某些需要恒转速供血的情况下，流量和扬程无法同时满足需要。

专利CN112807564A“一种微创介入式人工心脏轴流血泵”公开了一种微创介入式人工心脏轴流血泵，其具有微型结构，但由于采用了单叶轮的结构形式，其脉动流量较难满足人体需要；因此脉动式血泵对体积提出了较高的要求，且能实现输出流量和压力的灵活调节，现有血泵较难满足该要求。专利CN213527129U“一种带有磁液悬浮结构的人工心脏泵”公开了一种结合离心和轴流式的血泵结构，其轴流泵和离心式血泵以串联的形式连接；专利CN201721292780“一种同心多级离心泵”公开了一种同心多级离心泵，其包含有同心的两级叶轮结构，两级叶轮共用同一个进口流道，并在蜗壳内部组成了串联泵形式，进入泵的液体依次通过内、外圈叶轮加速，进而能够增加泵的扬程，但无法满足增大脉动流量的需求，且由于两级叶轮未做有效隔离，两级叶轮的流场会在蜗壳内相互影响，产生不稳定流动状态，对效率、溶血等指标均会产生不利影响，因此该种结构不适用于本发明所提出的大流量脉动血泵的设计需求；此外论文“心衰脉动过程中两级轴流血泵内部血液损伤的数值模拟研究”中也提出了一种两级轴流式血泵结构，由于原理限制，同规格的泵串联只会增加扬程，不会增加流量输出，因此无法满足大流量脉动输出的需要。因此需要针对大流量脉动需求，提出一种结构紧凑，且能够实现大流量脉动的血泵结构。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种可实现大流量脉动输出的嵌套式多级并联血泵。本发明具有两级嵌套式结构，内外层血泵均可单独控制，两级血泵的流量在出口处合流，由于两级血泵为并联式结构，因此通过合理设计水力结构可在合理控制扬程的情况下产生大流量脉动，且两级均可独立控制，以使血泵工作在需要的工况下。

为达到上述技术效果，本发明的技术方案是：

一种可实现大流量脉动输出的嵌套式多级并联血泵，包括环形的外层血泵I，外层血泵I内侧嵌套安装有内层血泵II；外层血泵I和内层血泵II分别连接有驱动系统；外层血泵I和内层血泵II在后端开始分别输送血液，并在前端进行血液的并联合流；当需要控制扬程时，控制外层血泵I和内层血泵II的扬程一致，则血液的扬程即为外层血泵I和内层血泵II的扬程；当在脉动工况下工作，需要调节血液流量是，分别控制外层血泵I和内层血泵II的转速，总的血液流量计外层血泵I的血液流量和内层血泵II的血液流量之和。

进一步的改进，所述内层血泵II包括安装轴,安装轴中部轴接有二级叶轮，前端固定有二级前导叶，后端固定有二级后导叶；二级叶轮上固定有二级扭曲叶片；二级扭曲叶片外套设有与安装轴固定连接的二级安装管道，二级安装管道内侧固定有二级驱动线圈，二级叶轮上安装有与二级驱动线圈配合的圆柱形铷磁铁。

进一步的改进，所述二级后导叶上安装有二级弯曲叶片，二级前导叶上安装有直叶片。

进一步的改进，所述外层血泵I包括轴接在二级安装管道中部的一级叶轮；二级安装管道前端固定有一级前导叶，后端固定有一级后导叶；一级叶轮上固定有一级扭曲叶片；二级安装管道外套设有与二级安装管道固定连接的一级安装管道，一级安装管道内侧固定有一级驱动线圈，一级叶轮上固定有一级驱动线圈配合的环形铷磁铁。

进一步的改进，所述一级后导叶安装有一级弯曲叶片，一级前导叶上安装有直叶片。

进一步的改进，所述二级驱动线圈和一级驱动线圈均缠绕有硅钢片。

本发明的优点：

具有两级嵌套式结构，内外层血泵均可单独控制，两级血泵的流量在出口处合流，由于两级血泵为并联式结构，因此通过合理设计水力结构可在合理控制扬程的情况下产生大流量脉动，且两级均可独立控制，以使血泵工作在需要的工况下。

附图说明

图1为嵌套式多级并联血泵总体外形；

图2为嵌套式多级并联血泵内外层结构示意图；

图3为嵌套式多级并联血泵轴的立体剖视图；

图4为嵌套式多级并联血泵轴向剖视图。

其中，其中，外层血泵I、内层血泵II、一级后导叶1、一级弯曲叶片2、环形铷磁铁3、一级叶轮4、一级扭曲叶片5、内圈轴承6、一级驱动线圈7、一级硅钢片8、一级安装管道9、直叶片10、一级前导叶11、二级前导叶12、二级硅钢片15、二级驱动线圈16、二级扭曲叶片17、二级叶轮18、圆柱形铷磁铁19、安装轴20、二级后导叶21、二级弯曲叶片22、二级安装管道23。

具体实施方式

本发明的嵌套式多级并联血泵总体外观如图1所示，根据图2所示，所发明的由内外两级血泵组成，外层血泵I为环形结构，内层血泵II以嵌套的结构形式被安装在外层血泵I的内部空间内，两级血泵各自含有单独的驱动系统，可实现两级血泵的独立驱动和控制。

如图3所示，本发明所设计的外层血泵I主要由一级后导叶1、一级叶轮4和一级前导叶11组成，其中一级后导叶1为环形结构，其表面安装有纠正流场分布的一级弯曲叶片2；一级叶轮4同样为中空的环状结构，在一级叶轮4上安装有一级扭曲叶片5，一级叶轮4在通过旋转可对血液进行输送；一级前导叶11同样为环状结构，其上安装有直叶片10，用于纠正流场分布；此外，一级叶轮4中安装有环形铷磁铁3，用以在磁场的驱动下带动叶轮旋转；一级叶轮内侧还安装有内圈轴承6，一级前导叶、一级后导叶和内圈轴承6被安装在内层血泵II的二级安装管23外，一级叶轮4与内圈轴承6以过盈配合的形式进行配合，在外层血泵I的外侧包含有一级安装管道9，在一级安装管道9的内侧安装有一级硅钢片8和一级驱动线圈7，驱动线圈在通电后可产生交变磁场，进而驱动外层血泵的叶轮旋转。

如图3和图4所示，本发明所设计的内层血泵主要由二级后导叶21、二级叶轮18和二级前导叶12组成，其中二级后导叶21，其表面安装有纠正流场分布的二级弯曲叶片22；二级叶轮18上安装有二级扭曲叶片17，二级叶轮18在通过旋转可对血液进行输送；此外，二级叶轮18中安装有圆柱形铷磁铁19，用以在磁场的驱动下带动叶轮旋转；二级前导叶12、二级后导叶21被固定安装在内层血泵II的安装管23的内部，二级叶轮18通过安装轴与二级前导叶12和二级后导叶21相配合，且二级叶轮18与安装轴20采用间隙配合形式；在内层血泵II包含有二级安装管道23，在二级安装管道23的内侧安装有二级硅钢片15和二级驱动线圈16，驱动线圈在通电后可产生交变磁场，进而驱动内层血泵的叶轮旋转。

下面结合图2和图3对所发明的嵌套式并联血泵的工作过程进行进一步的阐述，在嵌套式并联血泵工作时，血液分别从一级前导叶11和二级前导叶12处进入到外层血泵I和内层血泵II，此时一级驱动线圈7和二级驱动线圈16通电产生交变磁场，进而一级叶轮4和二级叶轮18在磁场的驱动下产生旋转，血液被输送至一级后导叶1和二级后导叶21处，进而内外层血泵的输出在后导叶处完成并联合流，在内外层血泵的额定流量和扬程一致的情况下，可实现内外层血泵输出额定流量的叠加，且扬程与内/外层血泵的额定扬程一致。在血泵需要工作在脉动工况下时，通过合理单独控制一级叶轮4和二级叶轮18的转速，可实现内外层血泵流量输出的叠加，进而产生更大的流量脉动，且可根据实际的工况需求对两级血泵的工作转速进行单独调节。

上述仅为本发明的一个具体导向实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明的保护范围的行为。