离心血泵

文档序号:654591 发布日期:2021-04-27 浏览:11次 >En<

阅读说明:本技术 离心血泵 (Centrifugal blood pump ) 是由 卢飞 谢超宇 易博 罗七一 常兆华 于 2020-11-26 设计创作,主要内容包括:本发明涉及离心血泵,包括外壳组件及设置于外壳组件内部的支承组件及转子组件,支承组件与所述转子组件连接,以实现转子组件通过所述支承组件可转动的设置于外壳组件内;转子组件包括第一部及与所述第一部连接的第二部,磁性件设置于第一部和所述第二部之间;所述医用体外离血泵还包括调节件,所述调节件用于与所述第一部和/或所述第二部相配合,以调整所述转子组件的质量平衡。通过在转子组件中增加调节件可以降低转子组件的左不平衡质量和右不平衡质量,进而将转子组件所受到的离心力降低,从而降低轴组件的径向负载,使作为润滑剂使用的血液所形成的压力液膜的承载力大于轴组件的受力,使压力液膜不容易破裂,增加轴组件工作的润滑性。(The invention relates to a centrifugal blood pump, which comprises a shell component, a supporting component and a rotor component, wherein the supporting component and the rotor component are arranged in the shell component; the rotor assembly comprises a first part and a second part connected with the first part, and the magnetic part is arranged between the first part and the second part; the medical extracorporeal blood pump further comprises an adjusting piece, and the adjusting piece is used for being matched with the first portion and/or the second portion so as to adjust the mass balance of the rotor assembly. Through increasing the uneven quality in the left side and the uneven quality in the right side that regulating part can reduce the rotor subassembly in the rotor subassembly, and then reduce the centrifugal force that the rotor subassembly received to reduce the radial load of axle subassembly, make the atress that the bearing capacity of the pressure liquid film that blood formed that uses as the emollient be greater than the axle subassembly, make the pressure liquid film be difficult to break, increase the lubricity of axle subassembly work.)

离心血泵

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域,尤其涉及离心血泵。

背景技术

离心血泵用于在心脏手术时或者患者发生心愿性休克时,在体外建立血运转流通道,辅助心脏泵血。网络经皮左室辅助装置(plvad系统),体外膜肺氧合系统(ECMO)及体外循环系统等,都可以通过离心血泵来作为动力装置,代替心脏泵血。

目前,离心血泵在使用时由于轴承的摩擦和发热,使得轴承严重破坏血液,易产生溶血和血栓。因此,市面上存在使用滑动轴承的离心血泵以克服上述缺点。滑动轴承虽然在工业领域中应用广泛可以与润滑液配合使用,以实现与液体摩擦,从而减少轴承的磨损和发热。但是离心血泵的润滑液为血液,与传统工业用润滑液相比粘度低,形成的压力液膜承载力不足,该承载力小于滑动轴承的受力,使得压力液膜破裂,难以实现轴承与液体摩擦,达不到预期的润滑效果。血泵的轴承位置还是容易产生溶血并形成血泵,使得溶血和血栓的发生率难以下降。

发明内容

针对上述现有技术的缺点,本发明的目的是提供离心血泵,以解决现有技术中的一个或多个问题。

为实现上述目的,本发明的技术方案如下:

离心血泵,包括外壳组件及设置于所述外壳组件内部的支承组件及转子组件,所述支承组件与所述转子组件连接,以实现所述转子组件通过所述支承组件可转动的设置于外壳组件内;所述转子组件包括第一部及与所述第一部连接的第二部,磁性件设置于所述第一部和所述第二部之间;所述离心血泵还包括调节件,所述调节件用于与所述第一部和/或所述第二部相配合,以调整所述转子组件的质量平衡。

进一步的,所述第一部上开有至少三个第一槽和/或所述第二部上开有至少三个第二槽,以用于收纳所述调节件。

进一步的,所述第一槽以所述第一部的中心均布或非均布;所述第二槽以所述第二部的中心均布或非均布。

进一步的,所述第一槽和/或所述第二槽均为圆形槽。

进一步的,所述第二部背对所述第一部处具有凹面。

进一步的,所述调节件为实心结构或非实心结构。

进一步的,所述支承组件包括第一轴套、第二轴套及连接于所述第一轴套和第二轴套之间的轴。

进一步的,所述轴的近端与所述第一轴套间隙配合,所述轴的远端与所述第二轴套间隙配合,所述间隙配合使所述轴与所述第一轴套之间以及所述轴与所述第二轴套之间分别形成第一间隙。

进一步的,在所述轴的外侧沿轴向设置至少一外凸部。

进一步的,所述第一部具有与所述轴配合的第一孔,在所述第一孔的孔内壁设置至少一用于配合所述外凸部的内凹部。

进一步的,所述转子组件与所述外壳组件之间具有第二间隙,所述第二间隙沿所述流动路径向所述外壳组件的出口呈逐渐递增。

进一步的,所述外壳组件具有部分曲率半径与包含该曲率半径的部分角度呈二次方正比。

与现有技术相比,本发明的有益技术效果如下:

(一)通过在转子组件中增加调节件可以降低转子组件的左不平衡质量和右不平衡质量,进而将转子组件所受到的离心力降低,从而降低轴组件的径向负载,使作为润滑剂使用的血液所形成的压力液膜的承载力大于轴组件的受力,使压力液膜不容易破裂,增加轴组件工作的润滑性。

(二)进一步的,在所述第二部的底部形成凹面,所述凹面与水平面之间形成倾角,使得第二部底部的液压分力可以抵消一部分液压力,从而降低转子组件在径向的负载,以减少溶血和血栓,提升了离心血泵的血液性能。

(三)进一步的,第一外壳和第二外壳均采用蜗壳结构,该蜗壳结构使得转子组件与所述外壳组件之间的间隙沿流动路径向外壳组件的出口呈逐渐递增,进而实现了蜗壳结构后半部分中间点的平滑过渡,以避免损伤红细胞进而破坏血液,以减小溶血和血栓。

(四)进一步的,所述轴与第一轴套、第二轴套之间的第一间隙的设置使得血液形成的压力液膜的支撑力大,进一步使所述轴组件顺利实现与血液摩擦。

附图说明

图1示出了本发明实施例离心血泵的结构示意图。

图2示出了本发明实施例离心血泵中支承组件轴向放大示意图。

图3示出了本发明实施例离心血泵中支承组件径向放大示意图。

图4示出了本发明实施例一离心血泵中转子组件的结构示意图。

图5示出了本发明实施例二离心血泵中转子组件的结构示意图。

图6示出了本发明实施例离心血泵中第一外壳被隐藏的局部结构示意图。

图7示出了本发明实施例离心血泵中曲率半径与角度的关系示意图。

图8示出了本发明实施例离心血泵中调节件为实心结构的示意图。

图9示出了本发明实施例离心血泵中调节件为第一种非实心结构的示意图。

图10示出了本发明实施例离心血泵中调节件为第二种非实心结构的示意图。

附图中标记:1、外壳组件;101、第一外壳;102、第二外壳;103、蜗旋型线;2、支承组件;201、第一轴套;202、轴;2021、外凸部;203、第二轴套;3、转子组件;301、第一部;3011、第一槽;3012、第一孔;3013、内凹部;302、磁性件;303、第二部;3031、第二槽;3032、凹面;3033、安装槽;4、第一间隙;5、调节件;501、通孔;502、非通孔;6、第二间隙。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的离心血泵作进一步详细说明。根据下面说明,本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是,附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂,请参阅附图。须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

下面描述实施例一所述离心血泵的具体结构:

请参考图1,所述离心血泵包括外壳组件1及设置于外壳组件1的支承组件2及转子组件3,支承组件2与转子组件3连接,以实现转子组件3通过支承组件2可转动的设置于外壳组件1。

请继续参考图1,所述转子组件3包括第一部301及与所述第一部301连接的第二部303,磁性件302设置于第一部301和第二部303之间。具体的,本发明实施例一所述离心血泵中,所述第一部301指上叶轮,所述第二部303指下叶轮,所述磁性件302指被动磁钢,所述磁性件302安装于所述下叶轮的安装槽3033中。所述上叶轮与下叶轮之间通过超声波焊接或胶水连接,使所述被动磁钢被密封在上叶轮和下叶轮内部。

请参考图5,本发明实施例一所述离心血泵还包括调节件5,所述调节件5与所述第一部301和所述第二部303组合使用,以用于调整转子组件3的质量平衡。

请参考图4和图5,具体的,所述第一部301上开有至少三个第一槽3011,所述第二部303上开有至少三个第二槽3031,通过所述第一槽3011和所述第二槽3031连接所述调节件5。

进一步的,在本实施例一所述离心血泵中,开设于第一部301上的第一槽3011的数量优选为四个,且每个所述第一槽3011均为圆形槽,所述第一槽3011开设于所述上叶轮的下表面,各第一槽3011以所述第一部301的轴心为中心并分别以90°角均布。同样的,在本实施例一所述离心血泵中所述第二槽3031的数量同样优选为四个且每个所述第二槽3031均为圆形槽,所述第二槽3031开设于第二部303中安装槽3033的槽底面上,各第二槽3031以所述第二部303的轴心为中心并也分别以90°角均布。

请参考图8至图10,下面描述调节件的具体结构如下:

在本实施例一所述离心血泵中,所述调节件5选用配平片并通过过盈配合的方式嵌入上述第一槽3011和第二槽3031中。所述配平片为与所述槽形状适配结构,在本实施例一所述离心血泵中所述配平片为圆形。根据使用需求可以选择不同质量的配平片,所述配平片可以为如图7所示的实心结构,也可以是如图9或图10所示的非实心结构。

进一步的,请参考图9,所述非实心结构可以是在配平片本体上开设通孔501,也可以是在配平片本体上开设非通孔502,且上述通孔501和非通孔502的孔径也可根据配平片质量的不同增大或减小。

进一步的,配平片的设置数量根据不平衡质量不同的测试结果选择设置不同的数量。具体地,所述配平片可以如本实施例一中全部安装在第一槽3011和第二槽3031中,或者在其他实施例中也可以根据需求采用部分安装在第一槽3011和第二槽3031中,或者也可以部分安装在第一槽3011或第二槽3031中。

进一步的,所述配平片与所述第一槽3011或所述第二槽3031的连接方式可以不局限于本发明实施例一所述采用过盈配合的方式,其也可以通过其他连接关系实现配平片与第一槽3011或第二槽3031的拆卸连接或非拆卸连接,例如可以是卡接、螺接、螺纹连接等,其只要满足将配平片安装在第一槽3011或第二槽3031中并达到质量配平的目的即可。

所述第一槽3011和第二槽3031的设置数量至少为三个的设计目的是为了满足不平衡质量在0~360°角都可以实现配平,以第一槽3011为例,当所述第一槽3011开设为两个且分别以0°、90°布置于上叶轮上时,当测试结果的不平衡质量是在180°时,那么所述上叶轮在180°处的质量就无法配平。

进一步的,请继续参考图4和图5,当转子组件3在运转时,若转子组件3的动平衡不佳,则转子组件3动平衡的不平衡质量会因为旋转而产生离心力,进而增加支承组件2处的负载。通过在第一槽3011和第二槽3031中分别设置配平片来平衡转子组件3的左右不平衡质量,从而降低由离心力带来的对支承组件2的负载。

进一步的,请继续参考图4和图5,所述配平片安装在第一槽3011或第二槽3031之前需要对转子组件3的不平衡质量进行测试,从而得到转子组件3的左右不平衡质量,然后根据测试后得到的具体数值及方向,再将质量合适的配平片安装在对应方向的第一槽3011或第二槽3031中。所述测试过程是本领域技术人员的公知技术,具体是使用动平衡机进行测量,该测试过程本发明不作赘述。

进一步的,请继续参考图4和图5,安装在上叶轮(即第一部301)第一槽3011的所述配平片采用金属材料制成,所述金属材料包括但不限于不锈钢、铜中的一种或多种。而安装在下叶轮(即第二部303)第二槽3031中的配平片采用非金属材料制成,这是因为如果在下叶轮第二槽3031中的配平片也采用金属材料会扰乱被动磁钢(即磁性件302)与主动磁钢(该主动磁钢用于与被动磁钢产生稳定的旋转磁场,从而形成涡流并产生转矩,带动转子组件3高速旋转)之间的磁场,从而影响离心血泵的转动及轴向受力。

进一步的,请继续参考图5,在下叶轮(即第二部303)背对所述上叶轮(即第一部301)处具有凹面3032,具体的,该凹面3032成型于下叶轮的(即第二部(303)的底部,所述凹面3032的凹陷深度由所述下叶轮(即第二部303)的外径向所述下叶轮的中心点逐渐递增,使所述凹面3032的凹陷深度在下叶轮中心处形成最大深度,所述凹面3032与所述水平面之间可以形成倾角α。通过增加所述倾角α,使得下叶轮底部的液压力方向除垂直向上的力之外还增加了径向的液压力分力,该液压力分力的方向是由下叶轮中心向下叶轮外径即由内向外分布。而下叶轮外表面的液压力在径向的方向是从外向内,当下叶轮表面任意一个方向的压强偏高,导致该方向上从外向内的液压力偏大,而于与下叶轮底部具有液压力分力,因此可以抵消一部液压力的作用,从而降低了转子组件3在径向上的负载。

下面描述支承组件2的具体结构:

请参考图1和图2,所述支承组件2包括第一轴套201、第二轴套203及连接于第一轴套201和第二轴套203之间的轴202,本发明实施例一所述离心血泵中所述轴202采用金属材料制成,例如不锈钢、钛合金中的一种或多种。所述第一轴套201、第二轴套203采用耐磨高分子材料,例如聚醚醚酮(peek)或pom塑料。

请继续参考图1,由于血液具有一定的粘度,根据滑动轴承的原理,血液轴202的近端和远端形成压力液膜,实现对支承组件2的支承。压力液膜的支撑力与第一间隙4的大小有关,第一间隙4越小,所述压力液膜的支撑力越大。但是,如果第一间隙4过小,会导致轴与轴承发生干涉,因此需要控制轴202的直线度和粗糙度,第一轴套201、第二轴套203、的粗糙度,以及第一轴套201、第二轴套203之间的同心度,从而保证所述支承组件2顺利实现与液体摩擦。进一步的,请参考图1和图5,在所述轴202的外侧沿轴向设置至少一外凸部2021,在所述上叶轮(即第一部301)的中心开设与所述轴202配合的第一孔3012,在所述第一孔3012的孔内壁沿轴线方向设置至少一用于配合所述外凸部2021的内凹部3013。通过将所述外凸部2021与内凹部3013相配合,使得轴202与上叶轮装配的连接强度进一步增强,从而使得转动摩擦力更低,防止轴202发生位移。

如本领域技术人员所理解的,上述支承组件2也可以称为滑动轴承,该滑动轴承的工作原理及使用效果均与所述支承组件2相同。上述外凸部2021可以是沿径向凸出、且沿周向全部围绕在轴202的外侧,也可以仅只有部分围绕在轴202的外侧,但其只要满足外凸部2021可与内凹部3013配合以使得轴202与上叶轮装配的连接强度增强即可。

下面描述外壳组件1的具体结构如下:

请参考图1和图6,设置于外壳组件1内部的转子组件3与外壳组件1的内侧具有第二间隙6,所述第二间隙6沿血液的流动路径(图6箭头所示方向)向所述外壳组件1的出口呈逐渐递增。

具体的,请继续参考图1和图6,所述外壳组件1由第一外壳101和第二外壳102连接构成,所述第一外壳101和第二外壳102均采用蜗壳结构。具体的,请继续参考图1和图6,所述外壳组件1由第一外壳101和第二外壳102连接构成,所述第一外壳101和第二外壳102均采用蜗壳结构。所述蜗壳结构具有与蜗壳形状对应的蜗旋型线103,所述蜗旋型线与螺旋线类似,具体是指以一个固定点(例如起始点A,当然也可以是除始点A之外的任意一点)向外逐圈旋绕并逐渐渐扩形成的曲线。其中在所述第一外壳101和所述第二外壳102均具有部分曲率半径与包含所述曲率半径的部分角度呈二次方正比。

以所述第二外壳102为例详细解释上述曲率半径与角度之间的关系:

请参考图6和图7,沿所述蜗旋型线上分别分布起始点A、中间点B及终点C,所述蜗壳结构的轴心处为中心点E,所述起始点A、中间点B、终点C及中心点E均位于蜗壳结构的中心线F上。所述蜗旋型线连接起始点A和中间点B构成所述蜗壳结构的前半部分,在所述起始点A和中心点E之间的连线即为所述前半部分蜗壳结构的头部曲率半径,由所述起始点A至所述中间点B之间并位于所述蜗旋型线103中任意一点与中心点E连接构成的曲率半径值均相等。所述蜗旋型线连接中间点B与终点C构成蜗壳结构的后半部分,所述中间点B至所述中心点E之间的连线即为所述前半部分蜗壳结构的尾部曲率半径,以所述尾部曲率半径为基准,所述中间点B至所述终点C之间位于所述蜗旋型线103任意一点与中心点E连接构成的曲率半径是沿液体流向递增的,所述递增在靠近所述蜗壳结构的出口处终止,所述出口用于引道血液流体流出。

请参考图6,由于蜗壳结构的后半部分中半径是递增的,因此任意一条半径与中心线F之间的角度沿液体流动方向也是逐渐递增的。请参考图6,在所述蜗壳结构后半部分中第二曲率半径D2的长度小于第三曲率半径D3的长度,所述第二曲率半径D2与中心线F之间的夹角小于所述第三曲率半径D3与中心线F之间的夹角,因此在所述第一外壳101和所述第二外壳102均具有部分曲率半径与包含所述曲率半径的部分角度呈二次方正比。

进一步的,部分曲率半径是指在中间点B至终点C中位于蜗旋型线103上任意一点与中心点E的连线即蜗壳结构后半部分的曲率半径,以曲率半径D2为例,包含所述曲率半径的部分角度是指夹角β,所述夹角β具体为头部曲率半径(即中心点E与起始点A之间的连线)与第二曲率半径D2之间的夹角,所述夹角β蜗壳结构后半部分曲率半径之间成正比关系变化。

进一步的,上述角度与曲率半径之间的关系可以通过以下公式来证明:

r(θ)=r0+α(θ-π)2

其中α为常数,其范围在0.5~2mm/rad2,θ为变化的曲率半径与头部曲率半径之间的夹角角度,r0为初始半径值即即尾部曲率半径,r(θ)为变化后蜗壳结构的曲率半径值。由上述公式可知,蜗壳结构后半部分中半径与角度的二次方成正比可以保证蜗壳结构中间点B至终点C的平滑过渡,以避免损伤红细胞进而破坏血液。蜗壳结构后半部分的设计同样使得所述蜗壳结构出口位置相比传统圆形结构而言更宽更大,从而避免血液在该出口位置形成拥挤并进一步形成高压。

当然,在其余实施例中,所述第一外壳101和第二外壳102也可以采用除蜗壳之外的结构,其只要满足转子组件3与外壳组件1之间具有第二间隙6,且第二间隙6可沿血液的流动路径向所述外壳组件1的出口呈逐渐递增即可。

上述蜗旋轮廓线与螺旋线类似,具体是指以一个固定点(例如中心点E,当然也可以是除中心点E之外的任意一点)向外逐圈旋绕而形成的曲线。

下面描述实施例二所述离心血泵的具体结构:

请参考图1,实施例二与实施例一不同的是第二部303的结构不同。

具体的,请继续参考图1,实施例二所述第一部301的结构与实施例一中第一部301的结构均相同,所述第二部303不在开设第二槽3031,因此对于下叶轮(即第二部303)的右不平质量不再采用实施例一的质量配平方式,而是通过调整磁性件302相对于第一部301和第二部303之间的关系。具体是可以通过手动旋转磁性件302,使磁性件302相对于第二部303的角度改变。通过动平衡机测试所述下叶轮的右不平衡质量达到预期值之后,然后再通过配平片安装在第一槽3011的方式来实现对上叶轮左不平衡质量的补偿。与实施例一相比,本实施例二所述离心血泵的调节件5省去了在下叶轮中增加第二槽3031,有效减少了下叶轮的厚度,并且上叶轮中配平片也可以直接选用金属材料制成,加工简单便捷。

当然,在本发明的其余实施例中,对于磁性件302与第一部301、第二部303之间的调整方式也可以不局限于本发明实施例中的一组调节件5,其可以是多组调节件5,每组调节件5中磁性件302相对于第一部301、第二部303之间的角度都可以进行改变。

本发明实施例一和实施例二所述离心血泵中,所述调节件5中第一槽3011、第二槽3031的形状可以是除圆形之外的任意形状,所述配平片的形状跟随所述第一槽3011、第二槽3031形状的改变而更改,其只要满足配平片可以安装在第一槽3011和第二槽3031中即可。

相应的,本发明实施例一和实施例二所述离心血泵中对于第一槽3011与上叶轮之间的布置方式、以及第二槽3031与下叶轮之间的布置方式也不局限与需要均布,根据不同的使用需求也可以将第一槽3011与上叶轮、以及第二槽3031与下叶轮之间非均布布置。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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