一种采用液力悬浮轴承的人工血泵制造技术

本实用新型专利技术公开了一种采用液力悬浮轴承的人工血泵，在泵壳的中心设有中心轴，沿中心轴圆周设有叶轮转子，在中心轴上部固定有导流叶轮，导流叶轮的高度小于叶轮转子的高度，导流叶轮叶片的宽度小于中心轴的半径，泵壳的顶部开有泵入口，泵壳的侧壁开有泵出口，叶轮转子的叶片顶部与底部分别与泵壳内壁形成楔形间隙，在中心轴的下部设置电磁定子线圈，在叶轮转子的内侧设有永久磁环；本实用新型专利技术的有益效果：通过将叶轮转子中的叶片设置厚度不同的转子叶片，且交替设置，既能有效地保证对叶轮转子的支承，又能有效减少湍流，提高血泵的工作效率，实现在保证血液在微米级间隙内有效更新的同时，能够提供足够的悬浮支承力。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及医疗器械，特别是涉及一种采用液力悬浮轴承的人工血栗。
技术介绍
人工血栗从最开始模仿自然心脏的搏动型血栗到目前能够提供连续流的旋转式血栗经历了三次技术的革新，技术革新主要围绕人工血栗的体积大小、轴承发热和血液相容性等问题展开。第一代人工血栗以仿生设计为主，利用机械或者电磁驱动产生周期性的容积变化，模拟心脏的搏动。由于这一代的人工血栗普遍存在体积大、结构复杂、寿命短等缺点，大多只作为体外辅助使用。第二代人工血栗普遍采用高速旋转式的叶轮（离心式或轴流式）驱动血液单向流动，这一代人工血栗的普遍特征是采用了浸没于血液中的接触轴承。尽管这代人工血栗延长了病人的存活时间，但在临床应用中发现，接触式轴承一方面会因磨损引起机械失效，另一方面会因长时间机械接触造成发热从而诱发溶血、血栓等血液相容性问题。第三代人工血栗，最重要的特征是采用非接触式轴承设计，转子在人工血栗中悬浮旋转，与其它部件无机械接触。根据悬浮实现原理的不同，其又可以分为三类：磁悬浮式、液力悬浮式和磁液親合式。磁悬浮式人工血栗是通过磁力实现悬浮，根据Earnshaw理论，仅靠永磁体是无法实现稳定的被动式悬浮，为保持系统的稳定性，至少要对一个运动方向进行主动控制。因此现有的磁悬浮式人工血栗都具有一套主动控制系统，包括：传感器、控制器、电磁铁等，这不可避免地带来了体积大、发热大和能耗高等一系列问题，美国专利US6716157B2和美国专利US6264635B1均采用该种方式。磁液耦合悬浮轴承方案在轴向和径向上采用磁力或液力不同的悬浮支承方式，利用两种悬浮方式的优点保证转子的支承。HeartWare公司的两款产品HVAD和MVAD均采用磁液耦合方式进行悬浮支承。对于上述两种轴承技术均存在以下问题：1、采用主动控制的磁悬浮方式，控制系统复杂，体积大、发热大；2、主动控制的磁悬浮轴承能耗尚。液力悬浮式人工血栗，利用运动血液在楔形结构上产生的动压实现叶轮的被动悬浮，与磁悬浮和磁液耦合悬浮等有源悬浮方式相比，液力悬浮无须为悬浮的实现提供额外的能量和控制，结构上大为简化，具有功耗小、可靠性高、抗冲击能力强等优点，也有学者将其称为第四代人工血栗。申请号CN201210422080和CN200910096973的专利均采用这种液力悬浮方式，液力悬浮支承间隙大都为微米级间隙，在此种微米级悬浮间隙内的流动血液需要满足以下两点：1、保证血液在微米级间隙内有效更新；2、同时能够提供足够的悬浮支承力。而以上的这两篇专利并不能同时较好地达到这两个要求。
技术实现思路
本技术的目的就是为了解决上述问题，提供一种被动悬浮的、有效保证悬浮支承力的同时又能够保证良好冲刷效果的、抗冲击能力强的采用液力悬浮轴承的人工血栗Ο为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种采用液力悬浮轴承的人工血栗，在栗壳的中心设有中心轴，沿中心轴圆周设有叶轮转子，叶轮转子与中心轴不接触，在中心轴上部固定有导流叶轮，导流叶轮的高度小于叶轮转子的高度，导流叶轮叶片的宽度小于中心轴的半径，导流叶轮是兼备吸水室和压水室双重作用的固定导流部件，导流叶轮能够将液体引入叶轮转子的吸水室，且能够对来流起到缓冲作用，同时对中心轴与叶轮转子之间的二次流进行引流，有利于二次流流道内流体的冲刷和更新，配合叶轮转子改变叶轮转子入口的流动情况。同时在栗壳的顶部开有栗入口，栗壳的侧壁开有栗出口，叶轮转子的叶片顶部与底部分别与栗壳内壁形成楔形间隙，在中心轴的下部设置电磁定子线圈，在叶轮转子的内侧设有永久磁环，通过电磁定子线圈和永久磁环作用带动叶轮转子旋转，流体通过楔形间隙对叶轮转子形成径向液力悬浮来支承轴承，保证了叶轮转子悬浮在栗壳内与栗壳内壁无接触。进一步地，所述叶轮转子包括多个薄厚交替的转子叶片，薄厚交替的转子叶片一方面减少了叶片的排挤和表面摩擦，另一方面又使得叶道有足够的长度，以保证液流的稳定性和叶片对液体的充分作用，有效降低流体在栗壳内产生的漩涡损失，从而使滑移造成的扬程损失减小，提供足够的悬浮支承力，且厚的转子叶片起到一个悬浮支承作用。进一步地，所述转子叶片的中部弯曲，这样设置减少了湍流提高了血栗的工作效率。进一步地，所述转子叶片通过设置在所述栗壳中部的圆环肋连接在一起，通过圆环肋实现对多个叶片的连接，不需要借助外力。进一步地，所述导流叶轮的中间脊柱与所述中心轴同轴线，在中间脊柱上均布有多个导流叶片，导流叶片的横截面呈扇形。进一步地，所述楔形间隙沿所述栗壳的径向由内向外逐渐变大。进一步地，所述圆环肋沿所述栗壳的径向方向厚度逐渐变大，有较薄的圆环肋进口厚度，圆环肋最大厚度离进口较远，从而有较小的进口冲角，较大的进口过流面积，更有利于液体沿圆环肋向叶轮转子外圈扩散。进一步地，所述导流叶片的宽度从所述导流叶轮的头部到底部逐渐变宽，使得来流与导流叶轮沿径向的接触面积逐渐增大，增大了进入叶轮转子的液流角，不易造成整个流道的堵塞。本技术的工作原理是：工作时，电磁定子线圈通电，与永久磁环作用，推动叶轮转子旋转，血液从栗入口处流入，叶轮转子在转动过程中，一路血液通过叶轮转子的旋转从栗出口栗出形成主流道，由于栗出口处压力大于栗入口出压力，另一路血液（之前提到的二次流）在进出口压差的作用下，通过下栗壳的内表面与叶轮转子大、小叶片侧面的间隙，下栗壳与叶轮转子的大、小叶片下表面的间隙、导流叶轮的叶片间隙以及转子内孔形成一个封闭的回路，与栗入口流入的血液汇合，形成轴向和径向被动悬浮支承的流体液膜副流道。与现有技术相比，本技术具有以下优点：1)采用液力悬浮的轴承结构，避免了轴承磨损和摩擦发热等诱发血栓因素的产生，需要复杂的主动控制系统，提高了血栗的抗冲击能力。2)通过将叶轮转子中的叶片设置厚度不同的转子叶片，且交替设置，既能有效地保证对叶轮转子的支承，又能有效减少湍流，提高血栗的工作效率。3)通过设置导流叶轮，兼备吸水室和压水室双重作用，能够将液体引入叶轮转子的吸水室，且能够对来流起到缓冲作用，同时对中心轴与叶轮转子之间的二次流进行引流，有利于二次流流道内流体的冲刷和更新，配合叶轮转子改变叶轮转子入口的流动情况。4)整个结构大为简化，具有功耗小、可靠性高、抗冲击能力强的优点。【附图说明】图1是本技术的结构原理示意图。图2是本技术的整体外部结构示意图。图3是本技术的转子结构俯视图。图4是转子转子叶片和圆环肋结构示意图。图5是图导流叶轮结构示意图。图6是下栗壳组装图。图7是叶轮转子悬浮原理示意图。图8是本技术流体运动原理图。图中：1、栗入口，2、上栗壳，3、叶轮转子，3A、大叶片顶面，3B、大叶片底面，3C、小叶片顶面，3D、小叶片底面，4、圆环肋，4A、圆环肋上表面，4B、圆环肋下表面，5、下栗壳，6、导流叶轮，6A、中间脊柱当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用液力悬浮轴承的人工血泵，其特征在于，在泵壳的中心设有中心轴，沿中心轴圆周设有叶轮转子，在中心轴上部固定有导流叶轮，导流叶轮的高度小于叶轮转子的高度，导流叶轮叶片的宽度小于中心轴的半径，泵壳的顶部开有泵入口，泵壳的侧壁开有泵出口，叶轮转子的叶片顶部与底部分别与泵壳内壁形成楔形间隙，在中心轴的下部设置电磁定子线圈，在叶轮转子的内侧设有永久磁环。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩青，赵诗奎，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：新型
国别省市：山东;37