[go: up one dir, main page]

RU2629054C1 - Axial pump of auxiliary circulation - Google Patents

Axial pump of auxiliary circulation Download PDF

Info

Publication number
RU2629054C1
RU2629054C1 RU2016133021A RU2016133021A RU2629054C1 RU 2629054 C1 RU2629054 C1 RU 2629054C1 RU 2016133021 A RU2016133021 A RU 2016133021A RU 2016133021 A RU2016133021 A RU 2016133021A RU 2629054 C1 RU2629054 C1 RU 2629054C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impeller
pump
blades
guide blocks
flow
Prior art date
Application number
RU2016133021A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Петрович Банин
Александр Михайлович Гуськов
Алексей Васильевич Коротеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2016133021A priority Critical patent/RU2629054C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629054C1 publication Critical patent/RU2629054C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • A61M60/80Constructional details other than related to driving
    • A61M60/802Constructional details other than related to driving of non-positive displacement blood pumps
    • A61M60/818Bearings
    • A61M60/824Hydrodynamic or fluid film bearings
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • A61M60/20Type thereof
    • A61M60/205Non-positive displacement blood pumps

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: pump consists of a tubular hollow body. A pressure element with blades, oriented along the axis is rotatably mounted Inside the body. The pressure element forms a gap between the pressure element and the hollow body. The pump contains guide blocks with blades installed along the flow path. Blocks with blades are rigidly fixed to the inner wall of the body and are located in front and behind the discharge element. The motor is located in one of the guide blocks. A labyrinth seal is installed between the guide blocks and the impeller. The discharge element is mounted on the rotor shaft and is made in the form of an impeller.
EFFECT: simplified design of the axial pump and reduced power consumption by eliminating magnetic bearings.
7 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при перекачивании однофазных или многофазных жидкостей, например для перекачивания крови без существенного воздействия на нее (температурного, сдвигового), т.е. подвижные части, контактирующие с кровью, не вызывают высоких градиентов сдвиговых напряжений.The invention relates to medical equipment and can be used for pumping single-phase or multiphase liquids, for example, for pumping blood without significant impact on it (temperature, shear), i.e. moving parts in contact with blood do not cause high shear stress gradients.

Уровень техникиState of the art

Кровь - полидисперсная система (суспензия форменных элементов (эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов) в плазме). Система кровообращения в организме человека является замкнутой, что препятствует взаимодействию крови с окружающей средой и, вследствие этого, изменению ее свойств. По результатам исследований известно, что кровь чувствительна к контакту с чужеродными материалами или силовому (сдвиговому) воздействию. При таких контактах в крови происходит гемолиз (разрушение эритроцитов с последующим выделением избыточного гемоглобина) и образование тромбов. Формирование тромбов может привести к закупорке малых сосудов и повлиять на мехатронные устройства вспомогательного кровообращения, что, в свою очередь, может привести к летальному исходу. При гемолизе происходит повышенное выделение гемоглобина в кровь, что приводит к поражению органов.Blood is a polydisperse system (a suspension of uniform elements (red blood cells, platelets, white blood cells) in plasma). The circulatory system in the human body is closed, which prevents the interaction of blood with the environment and, consequently, a change in its properties. According to the results of studies, it is known that blood is sensitive to contact with foreign materials or force (shear) effects. With such contacts in the blood, hemolysis occurs (the destruction of red blood cells, followed by the release of excess hemoglobin) and the formation of blood clots. The formation of blood clots can lead to blockage of small vessels and affect the mechatronic devices of the auxiliary blood circulation, which, in turn, can lead to death. With hemolysis, an increased release of hemoglobin into the blood occurs, which leads to organ damage.

За последние 20 лет достигнут огромный прогресс в разработке систем вспомогательного кровообращения. Устройства вспомогательного кровообращения позволяют частично заместить или полностью заменить насосную функцию сердца. По последним данным INTERMACS количество установленных имплантируемых систем вспомогательного кровообращения в США с каждым годом растет. В 2013 году этот показатель по США достиг уровня в 1052 имплантации. В России количество имплантаций отечественного насоса АВК-Н за три года составляет 19 (в 2013 - 3 имплантации, в 2014 - 7 имплантаций, в 2015 - 9 имплантаций). Для сравнения, за последние 20 лет в США проводится от 2300 до 2500 пересадок сердца в год. В России этот показатель за последние 2-3 года находится на уровне около 160 операций в год.Over the past 20 years, tremendous progress has been made in the development of auxiliary circulatory systems. Auxiliary circulatory devices can partially replace or completely replace the pumping function of the heart. According to the latest INTERMACS data, the number of installed implantable assisted circulatory systems in the USA is growing every year. In 2013, this figure in the United States reached the level of 1052 implantations. In Russia, the number of implantations of the domestic AVK-N pump over three years is 19 (in 2013 - 3 implants, in 2014 - 7 implants, in 2015 - 9 implants). For comparison, over the past 20 years in the United States conducted from 2300 to 2500 heart transplants per year. In Russia, this figure over the past 2-3 years is at the level of about 160 operations per year.

В известном уровне техники выделяется несколько направлений по разработке насосов вспомогательного кровообращения: пульсирующие насосы и насосы постоянного потока. В свою очередь, насосы постоянного потока делятся на осевые, центробежные и диагональные. В основе проектирования лежат критерии физиологического перепада давления (по сравнению со здоровым сердцем), расхода, минимизации зон застоя и рециркуляции, максимизации кпд.In the prior art there are several areas for the development of auxiliary circulation pumps: pulsating pumps and constant flow pumps. In turn, constant flow pumps are divided into axial, centrifugal and diagonal. The design is based on the criteria of physiological pressure drop (compared to a healthy heart), flow rate, minimization of stagnation and recirculation zones, and maximization of efficiency.

Из уровня техники известен осевой насос вспомогательного кровообращения (Патент США US 4779614), который состоит из двух неподвижных частей (направляющих блоков) и одного рабочего колеса. Для обеспечения вращения и удержания рабочего колеса в заданном положении в конструкции предусмотрены активные магнитные опоры. Вращение обеспечивается посредством магнитов, установленных в теле рабочего колеса (роторная часть) и на внешней трубке (статорная часть). Стоит отметить, что установка внешних магнитов вне проточной части требует увеличения габарита всего изделия, также такая схема установки налагает существенные требования к расстоянию между магнитами: с одной стороны, передача момента будет эффективнее при малом расстоянии между магнитами ротора и статора, но при уменьшении расстояния происходит уменьшение площади проходного сечения потока, что приводит к увеличению градиента скорости движения частиц. Кроме того, малый зазор между лопатками рабочего колеса и корпусом приводит к увеличению сдвиговых напряжений, что может привести к возрастанию гемолиза в проточной части насоса. Рабочее колесо, представленное в заявке, из-за своей формы ненадежно закреплено в осевом направлении. Также стоит отметить громоздкость схемы с двумя электродвигателями.The prior art axial circulation pump (US Pat. US 4,779,614), which consists of two fixed parts (guide blocks) and one impeller, is known. To ensure rotation and holding the impeller in a predetermined position, active magnetic supports are provided in the design. The rotation is provided by means of magnets mounted in the body of the impeller (rotor part) and on the outer tube (stator part). It is worth noting that the installation of external magnets outside the flow part requires an increase in the size of the entire product, also such an installation scheme imposes significant requirements on the distance between the magnets: on the one hand, torque transmission will be more efficient with a small distance between the rotor and stator magnets, but with a decrease in distance a decrease in the flow cross-sectional area, which leads to an increase in the particle velocity gradient. In addition, a small gap between the impeller vanes and the casing leads to an increase in shear stresses, which can lead to an increase in hemolysis in the flow part of the pump. The impeller presented in the application, due to its shape, is unreliably fixed in the axial direction. It is also worth noting the bulkiness of the circuit with two electric motors.

Известна иная реализация осевого насоса вспомогательного кровообращения (Патент № US 5951263, США). Проточная часть состоит из рабочего колеса на подшипниках скольжения и двух направляющих блоков. В осевом направлении ротор зафиксирован в опорах скольжения. Вращение рабочего колеса осуществляется посредством магнитов, встроенных в тело рабочего колеса (роторная часть), и внешних магнитов, вынесенных на внешнюю трубку (статор). Эффективность такого двигателя существенно зависит от зазора между магнитами, при расположении ротора в статоре с большим зазором внешний габарит (диаметр) статора должен быть достаточно большим. Уменьшить зазор между ротором и статором в данной схеме не представляется возможным без существенного повреждения форменных элементов крови.A different implementation of the axial pump of auxiliary circulation is known (Patent No. US 5951263, USA). The flowing part consists of an impeller on sliding bearings and two guide blocks. In the axial direction, the rotor is fixed in sliding bearings. The rotation of the impeller is carried out by means of magnets built into the body of the impeller (rotor part), and external magnets brought to the outer tube (stator). The efficiency of such an engine substantially depends on the gap between the magnets; when the rotor is located in the stator with a large gap, the external dimension (diameter) of the stator should be large enough. To reduce the gap between the rotor and the stator in this scheme is not possible without significant damage to the formed elements of the blood.

В патенте РФ №2430748 предлагается конструкция осевого насоса вспомогательного кровообращения по предыдущей схеме компоновки проточной части, но с несколько измененной геометрий спрямителя и диффузора, а также ротора с лопатками, сопряженными отрезками логарифмической спирали. Осевое удерживание рабочего колеса осуществляют подшипники скольжения. В теле рабочего колеса расположены постоянные магниты, которые приводятся в движение статорной обмоткой, вынесенной за пределы проточной части насоса для исключения контакта обмоток с кровью. Вынесение статорной части также ведет к увеличению полного габарита всего изделия, что налагает существенные ограничения на размер полости в организме человека для длительной имплантации насоса.The RF patent No. 2430748 proposes the design of an axial auxiliary circulation pump according to the previous layout of the flow part, but with a slightly modified geometry of the straightener and diffuser, as well as a rotor with blades, interfaced with segments of a logarithmic spiral. Axial holding of the impeller is carried out by bearings. Permanent magnets are located in the body of the impeller, which are driven by a stator winding that is removed from the flow part of the pump to prevent contact of the windings with blood. The removal of the stator part also leads to an increase in the overall size of the entire product, which imposes significant restrictions on the size of the cavity in the human body for long-term implantation of the pump.

Известно устройство для вспомогательного кровообращения (Патент №2266141, Россия), принятое за прототип. Осевой насос вспомогательного кровообращения состоит из трубчатого полого корпуса, внутри которого установлен с возможностью вращения нагнетательный элемент с лопатками, ориентированный вдоль оси и образующий зазор между нагнетательным элементом и полым корпусом, и направляющие блоки с лопатками, жестко закрепленные на внутренней стенке корпуса и расположенные спереди и позади нагнетательного элемента Проточная часть насоса состоит из неподвижных направляющих блоков, снабженных лопатками. В направляющих блоках и рабочем колесе расположены постоянные магниты. Магниты обеспечивают удержание ротора в осевом направлении и расположены напротив друг друга с намагниченностью противоположной полярности. Такое выполнение насоса с выступающей центральной частью не является оптимальным с точки зрения габаритов изделия, размещение большого количества магнитных опор требует большей сложности системы управления и большего энергопотребления всего изделия.A device for auxiliary circulation (Patent No. 2266141, Russia), adopted as a prototype. The axial pump of auxiliary circulation consists of a tubular hollow body, inside of which is installed a rotary discharge element with vanes, oriented along the axis and forming a gap between the discharge element and the hollow body, and guide blocks with vanes, rigidly fixed to the inner wall of the body and located in front and behind the discharge element The flow part of the pump consists of fixed guide blocks equipped with blades. Permanent magnets are located in the guide blocks and impeller. Magnets provide axial retention of the rotor and are located opposite each other with magnetization of opposite polarity. This embodiment of the pump with a protruding central part is not optimal in terms of product dimensions, the placement of a large number of magnetic supports requires more control system complexity and greater energy consumption of the entire product.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является уменьшение габарита насоса, уменьшение травмы крови в процессе прохождения потока через проточную часть устройства, снижение энергопотребления.The task to be solved by the claimed invention is directed is to reduce the size of the pump, reduce blood trauma in the process of passing the stream through the flow part of the device, and reduce energy consumption.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что осевой насос вспомогательного кровообращения состоит из трубчатого полого корпуса, внутри которого установлен с возможностью вращения нагнетательный элемент с лопатками, ориентированный вдоль оси и образующий зазор между нагнетательным элементом и полым корпусом, и направляющие блоки с лопатками, жестко закрепленные на внутренней стенке корпуса и расположенные спереди и позади нагнетательного элемента, при этом электродвигатель размещен в одном из направляющих блоков, а нагнетательный элемент установлен на валу ротора и выполнен в виде рабочего колесаThe technical result of the claimed invention is achieved by the fact that the axial auxiliary circulation pump consists of a tubular hollow body, inside of which is installed a rotary discharge element with vanes, oriented along the axis and forming a gap between the discharge element and the hollow body, and guide blocks with vanes, rigidly fixed on the inner wall of the housing and located in front and behind the discharge element, while the motor is placed in one of the guides forge, and the discharge element is mounted on the rotor shaft and is made in the form of an impeller

Кроме того:Besides:

- направляющие блоки выполнены с разъемными крышками, имеющими сферическую, коническую или эллипсоидальную форму;- the guide blocks are made with detachable covers having a spherical, conical or ellipsoidal shape;

- рабочее колесо выполнено тонкостенным с выполнением между ним и направляющими блоками лабиринтного уплотнения;- the impeller is made thin-walled with the implementation between it and the guide blocks of the labyrinth seal;

- провода электродвигателя выведены через лопатки направляющих элементов;- the motor wires are led out through the blades of the guide elements;

- число лопаток рабочего колеса не равно и не кратно количеству лопаток направляющих блоков;- the number of impeller vanes is not equal to and not a multiple of the number of guide vanes;

- зазор между лопатками рабочего колеса и внутренней поверхностью корпуса насоса находится в диапазоне 0,1-1 мм;- the gap between the blades of the impeller and the inner surface of the pump housing is in the range of 0.1-1 mm;

- зазор между торцевыми поверхностями рабочего колеса и направляющими блоками находится в диапазоне 0,2-1 мм;- the gap between the end surfaces of the impeller and the guide blocks is in the range of 0.2-1 mm;

- корпус насоса выполнен разъемным.- the pump housing is detachable.

Технический результат изобретения достигается тем, что для размещения двигателя используется внутренняя полость стационарных элементов проточной части, таким образом, конструкция упрощается за счет исключения магнитных опор для удержания ротора в осевом положении. Обмотки двигателя могут при этом располагаться друг относительно друга с минимальным зазором и быть достаточно компактными.The technical result of the invention is achieved by the fact that the internal cavity of the stationary elements of the flow part is used to accommodate the motor, thus, the design is simplified by eliminating the magnetic bearings to keep the rotor in axial position. The motor windings can be located relative to each other with a minimum clearance and be compact enough.

Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что увеличивается проходное сечение насоса для уменьшения скорости вращения рабочего колеса, что приводит к уменьшению травмы крови в процессе прохождения потока через проточную часть устройства при сохранении малого габарита всего устройства по сравнению с аналогами, а отказ от осевой стабилизации за счет магнитных опор позволяет уменьшить энергопотребление.The combination of the above essential features leads to the fact that the pump cross section increases to reduce the impeller rotation speed, which leads to a decrease in blood trauma during the passage of the flow through the flow part of the device while maintaining the small size of the entire device in comparison with analogues, and the rejection of axial Stabilization due to magnetic supports reduces energy consumption.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 приведен вариант установки насоса при операции обхода левого желудочка, гдеIn FIG. 1 shows the installation of the pump during the operation to bypass the left ventricle, where

1 - выходное колено1 - output knee

2 - крышка направляющего блока2 - cover of the guide block

3 - направляющий блок3 - guide block

4 - рабочее колесо4 - impeller

5 - направляющий блок5 - guide block

6 - крышка направляющего блока6 - cover of the guide block

7 - входное колено7 - input knee

8 - направление потока крови из сердца8 - direction of blood flow from the heart

9 - вывод питающих и управляющих проводов9 - output power and control wires

10 - электродвигатель10 - electric motor

На фиг. 2 показана конструкция насоса вспомогательного , гдеIn FIG. 2 shows the design of the auxiliary pump, where

2 - крышка направляющего блока2 - cover of the guide block

3 - направляющий блок3 - guide block

4 - рабочее колесо4 - impeller

5 - направляющий блок5 - guide block

6 - крышка направляющего блока6 - cover of the guide block

8 - направление потока крови из сердца8 - direction of blood flow from the heart

10 - электродвигатель10 - electric motor

11 - прижимная гайка11 - clamping nut

12 - штуцер12 - fitting

13 - корпус насоса13 - pump housing

14 - подшипниковая опора14 - bearing support

15 - уплотнение15 - seal

16 - вал электродвигателя16 - motor shaft

На фиг. 3 показана конструкция насоса вспомогательного кровообращения с тонкостенным рабочим колесом, гдеIn FIG. 3 shows the design of the auxiliary circulation pump with a thin-walled impeller, where

2 - крышка направляющего блока2 - cover of the guide block

3 - направляющий блок3 - guide block

4 - рабочее колесо4 - impeller

5 - направляющий блок5 - guide block

6 - крышка направляющего блока6 - cover of the guide block

8 - направление потока крови из сердца8 - direction of blood flow from the heart

10 - электродвигатель10 - electric motor

11 - прижимная гайка11 - clamping nut

12 - штуцер12 - fitting

13 - корпус насоса13 - pump housing

14 - подшипниковая опора14 - bearing support

15 - уплотнение15 - seal

16 - вал электродвигателя16 - motor shaft

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На фиг. 1 показан вариант выполнения устройства. Электродвигатель 10, расположенный в одном из направляющих блоков 5 или 3 с лопатками, передает крутящий момент на вал 16, проходящий через как минимум одну подшипниковую опору 14 с уплотнением 15. Уплотнение 15 или система уплотнений изолирует электродвигатель 10 от попадания крови в камеру электродвигателя. На выходе из направляющего блока 5 или 3 на вал 16 устанавливается рабочее колесо 4 с лопатками. Второй опорой вала электродвигателя 16 служит противоположный направляющий блок 3 или 5 с подшипником 14 и уплотнением 15, либо системой уплотнений для лучшей изоляции внутренней полости направляющего блока 3 или 5. Оба направляющих блока 3 и 5 жестко скреплены с корпусом насоса 13 через лопатки. Рабочее колесо 4 закреплено только на валу электродвигателя 16.In FIG. 1 shows an embodiment of the device. An electric motor 10, located in one of the guide blocks 5 or 3 with blades, transmits torque to the shaft 16 passing through at least one bearing support 14 with a seal 15. A seal 15 or a seal system isolates the electric motor 10 from the ingress of blood into the motor chamber. At the exit of the guide block 5 or 3, an impeller 4 with blades is mounted on the shaft 16. The second support of the motor shaft 16 is the opposite guide block 3 or 5 with the bearing 14 and the seal 15, or a sealing system for better insulation of the inner cavity of the guide block 3 or 5. Both guide blocks 3 and 5 are rigidly fastened to the pump casing 13 through the blades. The impeller 4 is mounted only on the shaft of the electric motor 16.

Предлагаемый осевой насос работает следующим образом.The proposed axial pump operates as follows.

Перекачиваемая кровь поступает из камеры желудочка через колено 7 к рабочему колесу 4. Проходя через лопатки направляющего блока 3 или 5, поток захватывается лопатками на рабочем колесе 4, при том что на направляющем блоке на входе лопатки проектируются из соображений безударного набегания потока для повышения эффективности насоса. Рабочее колесо 4 придает потоку энергию и разгоняет его. Попадая на лопатки направляющего блока на выходе, поток тормозится, активно взаимодействуя с лопатками, тем самым достигается необходимый перепад давления между входом в насос и выходом из него. Для минимизации завихрений между торцами направляющих блоков и рабочего колеса устанавливается минимально возможный зазор от 0,2 до 1 мм, что особенно важно для второго экспериментального варианта устройства, где используется тонкостенное рабочее колесо 4, т.к. минимальный зазор между торцами позволяет реализовать эффективное лабиринтное уплотнение и лучше изолировать полость с электродвигателем 10. Тонкостенное рабочее колесо 4 представляет собой цилиндр с переменным диаметром, при этом в одном из исполнений конфигурация тонкостенного рабочего колеса выполняется в виде тонкостенного цилиндра (толщина как минимум в 10 раз меньше диаметра), переходящего в толстостенный цилиндр для посадки на вал (длина посадки выбирается из условий надежной фиксации рабочего колеса на валу). Толстостенная часть, в свою очередь, переходит в тонкостенную часть.The pumped blood flows from the ventricular chamber through the knee 7 to the impeller 4. Passing through the vanes of the guide block 3 or 5, the flow is captured by the vanes on the impeller 4, while the vanes are designed on the guide block at the inlet of the flow for reasons of shock-free running of the flow to increase pump efficiency . Impeller 4 gives energy to the flow and accelerates it. Once on the blades of the guide block at the outlet, the flow is inhibited, actively interacting with the blades, thereby achieving the necessary pressure difference between the inlet to the pump and the outlet from it. To minimize eddies between the ends of the guide blocks and the impeller, the smallest possible gap is set from 0.2 to 1 mm, which is especially important for the second experimental version of the device, where a thin-walled impeller 4 is used, because the minimum gap between the ends allows you to implement an effective labyrinth seal and better isolate the cavity with the electric motor 10. Thin-walled impeller 4 is a cylinder with a variable diameter, while in one embodiment, the configuration of the thin-walled impeller is made in the form of a thin-walled cylinder (at least 10 times thick less than the diameter) that goes into a thick-walled cylinder for landing on the shaft (the landing length is selected from the conditions of reliable fixation of the impeller on the shaft). The thick-walled part, in turn, passes into the thin-walled part.

Для исключения дополнительных возмущений потока количество лопаток рабочего колеса 4 не равно и не кратно количеству лопаток направляющих блоков. Ширина зазора между лопатками рабочего колеса 4 и внутренней частью корпуса 13 может быть выбрана в диапазоне 0,1-1 мм. Зазор выбирается из условия минимизации сдвиговых напряжений по отношению к критическому значению при сохранении достаточного гидравлического коэффициента полезного действия насоса, т.к. основное повреждение крови происходит именно в зазорах. На выходе из направляющего блока 5 кровь попадает в выходное колено 1, которое соединено с одним из крупных сосудов системы кровообращения.To eliminate additional flow disturbances, the number of impeller vanes 4 is not equal to and not a multiple of the number of guide vanes. The gap width between the blades of the impeller 4 and the inner part of the housing 13 can be selected in the range of 0.1-1 mm The gap is selected from the condition of minimizing shear stresses in relation to the critical value while maintaining a sufficient hydraulic pump efficiency, since The main damage to the blood occurs precisely in the gaps. At the exit of the guide block 5, blood enters the outlet knee 1, which is connected to one of the large vessels of the circulatory system.

Питание и сигналы на электродвигатель 10 передаются посредством питающих и управляющих проводов 9 в изолирующей обмотке и экранирующей оболочке. Крышки направляющих блоков 6 и 2, установленные на направляющие блоки посредством резьбового соединения, по посадке или вклеенные, позволяют монтировать электродвигатель, подшипники и уплотнения и обеспечивают сборку всего изделия. Колено 1 и 7, представляющее собой в одном из вариантов исполнения гибкую или жесткую трубку, надетую на штуцер. При сборке штуцер 12 вставляется в корпус насоса 13 и плотно закрепляется прижимной гайкой 11, после вставки штуцера 12 во внутреннюю часть корпуса вставляется направляющий блок с электродвигателем, подшипником, уплотнением и фиксируется в определенном осевом положении посредством измерительного приспособления в виде стержня, устанавливаемого на штуцер во время сборки. После фиксации направляющего блока 3 или 5 с электродвигателем на вал электродвигателя надевается рабочее колесо 4. После этого на вал двигателя 16 заводится другой направляющий блок 5 или 3 и фиксируется в определенном положении. Фиксация происходит измерительным приспособлением, описанным выше. Для удобства в качестве одного из вариантов исполнения можно использовать не цельный корпус насоса, а разъемный.Power and signals to the electric motor 10 are transmitted through the supply and control wires 9 in the insulating winding and the shielding. The covers of the guide blocks 6 and 2, mounted on the guide blocks by means of a threaded connection, fit or glued in, allow mounting the electric motor, bearings and seals and ensure assembly of the entire product. Elbow 1 and 7, which in one embodiment is a flexible or rigid tube worn on the fitting. When assembling the nozzle 12 is inserted into the pump housing 13 and tightly fixed with a clamping nut 11, after inserting the nozzle 12 into the inner part of the housing, a guide block with an electric motor, bearing, seal is inserted and fixed in a certain axial position by means of a measuring device in the form of a rod mounted on the nozzle in build time. After fixing the guide block 3 or 5 with the electric motor, the impeller 4 is put on the motor shaft 4. After that, another guide block 5 or 3 is started on the motor shaft 16 and fixed in a certain position. Fixation takes place with the measuring device described above. For convenience, as one of the options, you can use not a one-piece pump housing, but a detachable one.

Данное устройство предусматривает имплантацию в тело человека при операции обхода желудочка, когда насос забирает кровь из вершины желудочка и перекачивает ее непосредственно в обход клапана сердца в восходящий отдел аорты. Поток по канюле (гибкой или жесткой трубке) попадает в проточную часть насоса: сначала поток проходит через область направляющего аппарата с прямыми или повернутыми лопатками для регуляризации потока, т.е. для уменьшения окружной составляющей скорости входного потока, безударного (или близкого к безударному) набегания потока на лопатки рабочего колеса. Далее поток попадает в область рабочего колеса, где энергия вращения ротора передается набегающему потоку. После этого ускоренный поток попадает в область другого направляющего блока, изогнутые лопатки которого за счет изменения проходного сечения преобразуют кинетическую энергию потока в энергию давления. Лопатки рабочего колеса, диффузора и спрямителя потока проектируются посредством математического моделирования работы насоса при физиологических условиях потока (перепад давления в зависимости от режима работы 80-180 мм рт.ст., расход в зависимости от режима работы от 2 до 6 л/мин), минимизации зон стагнации и рециркуляции, максимизации гидравлического коэффициента полезного действия, минимизации скорости вращения рабочего колеса, т.к. это основной фактор инициации процесса гемолиза. Электродвигатель может быть расположен в одном из направляющих блоков. Направляющие блоки являются стационарными частями насоса, крепление их осуществляется посредством точечной сварки к корпусу или посредством рассверливания отверстий и крепления к корпусу винтами либо вклейкой. Перед установкой стационарной части (направляющий блок) с электродвигателем на вал двигателя надеваются подшипниковая опора (подшипник качения или скольжения) и уплотнение для изоляции полости с приводом от контакта с рабочей жидкостью, также может быть предусмотрена установка нескольких уровней уплотнений (одно за другим) для более надежной изоляции полости двигателя. После установки опоры с двигателем и монтажа уплотнений и подшипника на вал двигателя насаживается рабочее колесо по посадке или с использованием нагревания. После установки рабочего колеса монтируется другой направляющий блок, в котором также предусмотрены посадочные места под уплотнение и подшипник либо под тандем уплотнений. Особенность изготовления направляющих блоков в том, что они изготавливаются из двух элементов: непосредственно втулка с лопатками и крышка, которая может вклеиваться, привариваться или иметь резьбовое крепление к втулке.This device provides implantation into the human body during the ventricular bypass operation, when the pump takes blood from the top of the ventricle and pumps it directly to bypass the heart valve into the ascending aorta. The flow through the cannula (flexible or rigid tube) enters the flow part of the pump: first, the flow passes through the area of the guide apparatus with straight or turned vanes to regulate the flow, i.e. to reduce the peripheral component of the velocity of the input stream, shock-free (or close to shock-free) run-up of the flow on the blades of the impeller. Further, the flow enters the region of the impeller, where the rotational energy of the rotor is transmitted to the incoming flow. After this, the accelerated flow enters the region of another guide block, the curved blades of which, by changing the flow area, convert the kinetic energy of the flow into pressure energy. The blades of the impeller, diffuser and flow straightener are designed by mathematical modeling of the pump under physiological flow conditions (pressure drop depending on the operating mode 80-180 mm Hg, flow depending on the operating mode from 2 to 6 l / min), minimize stagnation and recirculation zones, maximize the hydraulic efficiency, minimize the impeller rotation speed, because this is the main factor initiating the hemolysis process. The electric motor may be located in one of the guide blocks. The guide blocks are stationary parts of the pump, their fastening is carried out by spot welding to the body or by drilling holes and fastening to the body with screws or gluing. Before installing the stationary part (guide block) with an electric motor, a bearing support (rolling or sliding bearing) and a seal are put on the motor shaft to isolate the cavity driven by contact with the working fluid, several levels of seals (one after the other) can also be installed for more reliable insulation of the engine cavity. After installing the engine mount and mounting the seals and bearing on the motor shaft, the impeller is mounted to fit or using heat. After installing the impeller, another guide block is mounted, which also provides seats for the seal and bearing or under the tandem of seals. A feature of the manufacture of guide blocks is that they are made of two elements: the sleeve directly with the blades and the cover, which can be glued, welded or screwed to the sleeve.

Такая конструкция опор позволяет обеспечить простой монтаж двигателя, уплотнений и подшипника при сборке насоса.This design of the bearings allows for easy installation of the motor, seals and bearing during assembly of the pump.

Для достижения указанного результата (уменьшение габаритов конечного изделия, уменьшения энергопотребления и упрощения монтажа) электродвигатель рабочего колеса размещается внутри одного из направляющих блоков. Отказ от осевой стабилизации за счет магнитных опор позволяет уменьшить энергопотребление, уменьшить количество выводных проводов для платы управления, упростить саму плату управления в связи с уменьшением управляющих сигналов (требуется управлять только двигателем, а осевая стабилизация обеспечивается за счет соосного исполнения рабочего колеса и вала двигателя).To achieve the specified result (reducing the dimensions of the final product, reducing energy consumption and simplifying installation), the impeller electric motor is located inside one of the guide blocks. The rejection of axial stabilization due to magnetic supports allows to reduce power consumption, reduce the number of output wires for the control board, simplify the control board itself due to the reduction of control signals (it is only necessary to control the motor, and axial stabilization is ensured by the coaxial execution of the impeller and motor shaft) .

Изобретение позволяет уменьшить размер насоса вспомогательного кровообращения по сравнению с аналогами при сохранении физиологических параметров потока (расход, перепад давления) для более удобного длительного размещения насоса в организме пациента. Простота конструкции достигается за счет использования схемы с подшипниками скольжения/качения и составных направляющих блоков с крышками.EFFECT: invention makes it possible to reduce the size of the auxiliary circulation pump in comparison with analogs while maintaining the physiological parameters of the flow (flow rate, differential pressure) for a more convenient long-term placement of the pump in the patient's body. The simplicity of the design is achieved through the use of a scheme with sliding / rolling bearings and integral guide blocks with covers.

Таким образом, заявленное изобретение решает проблему механической поддержки кровообращения для пациентов, которым либо невозможно имплантировать живое сердце от донора, либо донорских органов недостаточно для удовлетворения спроса. В некоторых случаях устройство позволяет отказаться от пересадки донорского органа, а в некоторых - восстановить здоровую функцию сердца. Известны случаи, когда разгруженный миокард (главная сердечная мышца) восстанавливался с течением времени, что позволяло удалить насос вспомогательного кровообращения.Thus, the claimed invention solves the problem of mechanical support of blood circulation for patients who are either unable to implant a living heart from a donor, or donor organs are insufficient to meet demand. In some cases, the device allows you to refuse transplantation of a donor organ, and in some cases, restore healthy heart function. There are cases when the unloaded myocardium (main cardiac muscle) was restored over time, which allowed to remove the auxiliary circulation pump.

Предложенное устройство является миниатюрным насосом поддержки кровообращения, которое за счет своих размеров может быть удобно размещено в малых полостях организма человека, тем самым обеспечивая мобильность и лучшее качество жизни пациента.The proposed device is a miniature circulatory support pump, which due to its size can be conveniently placed in small cavities of the human body, thereby providing mobility and a better quality of life for the patient.

Claims (7)

1. Осевой насос вспомогательного кровообращения, состоящий из трубчатого полого корпуса, внутри которого установлен с возможностью вращения нагнетательный элемент с лопатками, ориентированный вдоль оси и образующий зазор между нагнетательным элементом и полым корпусом, и установленные по ходу потока направляющие блоки с лопатками, жестко закрепленные на внутренней стенке корпуса и расположенные спереди и позади нагнетательного элемента отличающийся тем, что электродвигатель размещен в одном из направляющих блоков, между направляющими блоками и рабочим колесом установлено лабиринтное уплотнение, а нагнетательный элемент установлен на валу ротора и выполнен в виде рабочего колеса.1. An axial auxiliary circulation pump, consisting of a tubular hollow body, inside of which a discharge element with blades is mounted for rotation, oriented along the axis and forming a gap between the discharge element and the hollow body, and guide blocks with vanes installed along the flow, rigidly fixed to the inner wall of the housing and located in front and behind the discharge element, characterized in that the electric motor is placed in one of the guide blocks, between the guide with blocks and impeller, a labyrinth seal is installed, and the discharge element is mounted on the rotor shaft and is made in the form of an impeller. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что направляющие блоки выполнены с разъемными крышками, имеющими сферическую, коническую или эллипсоидальную форму.2. The device according to p. 1, characterized in that the guide blocks are made with detachable covers having a spherical, conical or ellipsoidal shape. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что провода электродвигателя проходят через лопатки стационарных элементов.3. The device according to claim 1, characterized in that the electric motor wires pass through the blades of stationary elements. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество лопаток рабочего колеса не равно и не кратно количеству лопаток направляющих блоков.4. The device according to claim 1, characterized in that the number of impeller vanes is not equal to and not a multiple of the number of guide vanes. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зазор между лопатками рабочего колеса и внутренней поверхностью корпуса насоса находится в диапазоне 0,1-1 мм.5. The device according to claim 1, characterized in that the gap between the blades of the impeller and the inner surface of the pump housing is in the range of 0.1-1 mm. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зазор между торцевыми поверхностями рабочего колеса и направляющими блоками находится в диапазоне 0,2-1 мм.6. The device according to claim 1, characterized in that the gap between the end surfaces of the impeller and the guide blocks is in the range of 0.2-1 mm. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве опор вала электродвигателя установлены подшипники скольжения или подшипники качения.7. The device according to p. 1, characterized in that the bearings of the shaft of the electric motor mounted bearings or rolling bearings.
RU2016133021A 2016-08-10 2016-08-10 Axial pump of auxiliary circulation RU2629054C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016133021A RU2629054C1 (en) 2016-08-10 2016-08-10 Axial pump of auxiliary circulation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016133021A RU2629054C1 (en) 2016-08-10 2016-08-10 Axial pump of auxiliary circulation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629054C1 true RU2629054C1 (en) 2017-08-24

Family

ID=59744956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016133021A RU2629054C1 (en) 2016-08-10 2016-08-10 Axial pump of auxiliary circulation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629054C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734142C1 (en) * 2020-03-04 2020-10-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) Device and method for biventricular bypass of heart

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1985001436A1 (en) * 1983-09-28 1985-04-11 Nimbus, Inc. Anti-thrombogenic blood pump
US6609883B2 (en) * 1997-05-09 2003-08-26 Ventrassist Pty Ltd Rotary pump with hydrodynamically suspended impeller
RU2266141C2 (en) * 1999-04-20 2005-12-20 Берлин Харт Аг Device for transferring single-phase or multi-phase fluids without changing their properties
US20070156006A1 (en) * 2005-06-06 2007-07-05 The Cleveland Clinic Foundation And Foster-Miller, Inc. Blood pump
RU127630U1 (en) * 2012-12-19 2013-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" ARTIFICIAL VENTRICLE OF THE HEART

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1985001436A1 (en) * 1983-09-28 1985-04-11 Nimbus, Inc. Anti-thrombogenic blood pump
US6609883B2 (en) * 1997-05-09 2003-08-26 Ventrassist Pty Ltd Rotary pump with hydrodynamically suspended impeller
RU2266141C2 (en) * 1999-04-20 2005-12-20 Берлин Харт Аг Device for transferring single-phase or multi-phase fluids without changing their properties
US20070156006A1 (en) * 2005-06-06 2007-07-05 The Cleveland Clinic Foundation And Foster-Miller, Inc. Blood pump
RU127630U1 (en) * 2012-12-19 2013-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" ARTIFICIAL VENTRICLE OF THE HEART

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734142C1 (en) * 2020-03-04 2020-10-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова" Минздрава России) Device and method for biventricular bypass of heart

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2637605C1 (en) Microaxial pump for circulation maintenance (versions)
US12427301B2 (en) Pump, in particular a blood pump
US7972122B2 (en) Multiple rotor, wide blade, axial flow pump
US7699586B2 (en) Wide blade, axial flow pump
CN108175884B (en) Ventricular assist pump
US6176848B1 (en) Intravascular blood pump
CN102935249B (en) There is the axial-flow pump of multi-grooved rotor
US6302661B1 (en) Electromagnetically suspended and rotated centrifugal pumping apparatus and method
US8512013B2 (en) Hydrodynamic thrust bearings for rotary blood pumps
CA2253435C (en) Hybrid magnetically suspended and rotated centrifugal pumping apparatus and method
AU722998B2 (en) Electromagnetically suspended and rotated centrifugal pumping apparatus and method
CN111699009B (en) Single-inflow double-suction centrifugal blood pump
AU2001250360B2 (en) Blood pump
US20190060539A1 (en) Blood Pump
EP2734251A1 (en) Cardiac pump
RU2629054C1 (en) Axial pump of auxiliary circulation
HK40038474A (en) Single inflow double suction centrifugal blood pump
CN119565018A (en) Interventional catheter pump
CN115419601A (en) Mixed-flow axial flow centrifugal assembly and artificial heart pump
HK40038474B (en) Single inflow double suction centrifugal blood pump