УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ КРОВИ
BLOOD PUMPING APPARATUS

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для перекачивания крови и может быть использовано в качестве внутрикорпорального вспомогательного устройства при недостаточной работе сердца, а также в качестве основного насоса в системах вспомогательного интеркорпорального кровообращения.
Известны устройства, применяемые по указанному назначению, описанные в патентах №6652447 и №7264606.
Общим для этих устройств является применение насоса с осевым рабочим колесом в качестве основного органа для перекачивания крови. При этом лопатки колеса имеют традиционное исполнение и поэтому форма лопаток в описаниях не оговаривается.
Наиболее близким техническим решением, направленным на достижение минимальных гемолиза и тромбоза крови, является решение по патенту США №5951263. Оно является близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату. Однако, из-за несовершенной формы лопаток рабочего колеса, данное техническое решение является недостаточно эффективным.
Под эффективностью устройства для перекачивания крови понимается минимизация гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности устройства для перекачивания крови путем изменения формы лопаток осевого рабочего колеса насоса.
Согласно изобретению в устройстве для перекачивания крови, включающем размещенные внутри статорной обмотки электропривода ротор с осевым рабочим колесом и спрямляющим аппаратом, с лопатками рабочего колеса, имеющими корневые и свободные периферийные части, с установленными в роторе постоянными магнитами, развертки корневых и свободных периферийных частей лопаток рабочего колеса выполнены в форме сопряженных отрезков логарифмических спиралей. При этом формы разверток корневой и свободной периферийной частей выполняются отличными одна от другой.
Одним из важнейших медицинских требований к устройствам для перекачивания крови является требование минимизации гемолиза и тромбоза крови, что может быть достигнуто только уменьшением возмущений, вихреобразований и сдвиговых напряжений потока крови в пограничных слоях лопастей осевого насоса. Для выполнения данного требования предлагается иметь специальную, отличную от обычной, форму лопаток рабочего колеса осевого насоса.
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.
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 изображен продольный разрез устройства для перекачивания крови, а фиг.2 - развертка поверхности вращения, проходящей через периферию и корневые участи лопаток рабочего колеса, где:
1 - корпус;
2 - обмотка электродвигателя;
3 - кабель;
4 - входной участок насоса;
5 - выходной участок насоса;
6 - ротор;
7 - лопатки;
8 - подшипники;
9 - пилоны;
10 - поверхность вращения;
11 - поверхность вращения;
12 - спрямляющий аппарат;
13 - периферийная часть лопатки;
14 - точки сопряжения отрезков логарифмической спирали;
15 - точки сопряжения отрезков логарифмической спирали;
16 - корневая часть лопатки.
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 с осевым рабочим колесом с лопатками 7. Ротор опирается на подшипники 8, которые расположены в пилонах 9 на входном 4 и выходном 5 участках насоса. В центральной осевой части ротора размещены постоянные магниты (не показаны).
Развертки пересечений свободной периферийной 13 и корневой 16 частей лопаток рабочего колеса с поверхностями вращения 10 и 11, проходящими через наружные и внутренние диаметры лопаток рабочего колеса, представляют собой сопряженные отрезки логарифмической спирали, а 14 и 15 - точки сопряжения отрезков логарифмической спирали. Непосредственно за лопатками рабочего колеса расположен спрямляющий аппарат 12, прикрепленный к корпусу 1.
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. Входной участок лопаток, 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 7, обеспечиваемые профилированием их из сопряженных отрезков логарифмической спирали, подводят энергию к жидкости (крови) без существенного вихреобразования и с минимальными возмущениями. Особенно важно это в зоне максимальных скоростей потока на периферийных участках лопаток рабочего колеса. Выходящий из лопаток 7 закрученный поток попадает в неподвижный спрямляющий аппарат 12, раскручивающий поток до осевого направления. Радиальные и осевые силы, действующие на ротор 6, воспринимаются подшипниками 8 в пилонах 9 во входном 4 и выходном 5 участках насоса.
Таким образом, достигается технический результат изобретения: обеспечиваются минимальные возмущения в пограничных слоях лопаток, а также минимальные вихреобразование потока и сдвиговые напряжения, что в конечном итоге решает поставленную задачу - повышение эффективности устройства для перекачивания крови.
Для построения поверхностей лопаток, с образующими из сопряженных отрезков логарифмической спирали, разработана специальная компьютерная программа.
Наиболее эффективно применение данного изобретения в медицинских устройствах, перекачивающих кровь, а также в насосах, где требуется минимальная деструкция перекачиваемого продукта.
Источники информации
1. Патент США №6652447.
2. Патент США №7264606.
3. Патент США №5951263 - прототип.