一種采用液力懸浮軸承的人工血泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及醫(yī)療器械，特別是涉及一種采用液力懸浮軸承的人工血栗。
【背景技術(shù)】
[0002]人工血栗從最開始模仿自然心臟的搏動型血栗到目前能夠提供連續(xù)流的旋轉(zhuǎn)式血栗經(jīng)歷了三次技術(shù)的革新，技術(shù)革新主要圍繞人工血栗的體積大小、軸承發(fā)熱和血液相容性等問題展開。
[0003]第一代人工血栗以仿生設(shè)計為主，利用機械或者電磁驅(qū)動產(chǎn)生周期性的容積變化，模擬心臟的搏動。由于這一代的人工血栗普遍存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壽命短等缺點，大多只作為體外輔助使用。第二代人工血栗普遍采用高速旋轉(zhuǎn)式的葉輪（離心式或軸流式）驅(qū)動血液單向流動，這一代人工血栗的普遍特征是采用了浸沒于血液中的接觸軸承。盡管這代人工血栗延長了病人的存活時間，但在臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，接觸式軸承一方面會因磨損引起機械失效，另一方面會因長時間機械接觸造成發(fā)熱從而誘發(fā)溶血、血栓等血液相容性問題。第三代人工血栗，最重要的特征是采用非接觸式軸承設(shè)計，轉(zhuǎn)子在人工血栗中懸浮旋轉(zhuǎn)，與其它部件無機械接觸。根據(jù)懸浮實現(xiàn)原理的不同，其又可以分為三類：磁懸浮式、液力懸浮式和磁液親合式。
[0004]磁懸浮式人工血栗是通過磁力實現(xiàn)懸浮，根據(jù)Earnshaw理論，僅靠永磁體是無法實現(xiàn)穩(wěn)定的被動式懸浮，為保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，至少要對一個運動方向進行主動控制。因此現(xiàn)有的磁懸浮式人工血栗都具有一套主動控制系統(tǒng)，包括：傳感器、控制器、電磁鐵等，這不可避免地帶來了體積大、發(fā)熱大和能耗高等一系列問題，美國專利US6716157B2和美國專利US6264635B1均采用該種方式。
[0005]磁液耦合懸浮軸承方案在軸向和徑向上采用磁力或液力不同的懸浮支承方式，利用兩種懸浮方式的優(yōu)點保證轉(zhuǎn)子的支承。HeartWare公司的兩款產(chǎn)品HVAD和MVAD均采用磁液耦合方式進行懸浮支承。
[0006]對于上述兩種軸承技術(shù)均存在以下問題：
[0007]1、采用主動控制的磁懸浮方式，控制系統(tǒng)復(fù)雜，體積大、發(fā)熱大；
[0008]2、主動控制的磁懸浮軸承能耗尚。
[0009]液力懸浮式人工血栗，利用運動血液在楔形結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的動壓實現(xiàn)葉輪的被動懸浮，與磁懸浮和磁液耦合懸浮等有源懸浮方式相比，液力懸浮無須為懸浮的實現(xiàn)提供額外的能量和控制，結(jié)構(gòu)上大為簡化，具有功耗小、可靠性高、抗沖擊能力強等優(yōu)點，也有學(xué)者將其稱為第四代人工血栗。申請?zhí)朇N201210422080和CN200910096973的專利均采用這種液力懸浮方式，液力懸浮支承間隙大都為微米級間隙，在此種微米級懸浮間隙內(nèi)的流動血液需要滿足以下兩點：
[0010]1、保證血液在微米級間隙內(nèi)有效更新；
[0011]2、同時能夠提供足夠的懸浮支承力。
[0012]而以上的這兩篇專利并不能同時較好地達到這兩個要求?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0013]本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種被動懸浮的、有效保證懸浮支承力的同時又能夠保證良好沖刷效果的、抗沖擊能力強的采用液力懸浮軸承的人工血栗Ο
[0014]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：
[0015]一種采用液力懸浮軸承的人工血栗，在栗殼的中心設(shè)有中心軸，沿中心軸圓周設(shè)有葉輪轉(zhuǎn)子，葉輪轉(zhuǎn)子與中心軸不接觸，在中心軸上部固定有導(dǎo)流葉輪，導(dǎo)流葉輪的高度小于葉輪轉(zhuǎn)子的高度，導(dǎo)流葉輪葉片的寬度小于中心軸的半徑，導(dǎo)流葉輪是兼?zhèn)湮液蛪核译p重作用的固定導(dǎo)流部件，導(dǎo)流葉輪能夠?qū)⒁后w引入葉輪轉(zhuǎn)子的吸水室，且能夠?qū)砹髌鸬骄彌_作用，同時對中心軸與葉輪轉(zhuǎn)子之間的二次流進行引流，有利于二次流流道內(nèi)流體的沖刷和更新，配合葉輪轉(zhuǎn)子改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)子入口的流動情況。同時在栗殼的頂部開有栗入口，栗殼的側(cè)壁開有栗出口，葉輪轉(zhuǎn)子的葉片頂部與底部分別與栗殼內(nèi)壁形成楔形間隙，在中心軸的下部設(shè)置電磁定子線圈，在葉輪轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)設(shè)有永久磁環(huán)，通過電磁定子線圈和永久磁環(huán)作用帶動葉輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，流體通過楔形間隙對葉輪轉(zhuǎn)子形成徑向液力懸浮來支承軸承，保證了葉輪轉(zhuǎn)子懸浮在栗殼內(nèi)與栗殼內(nèi)壁無接觸。
[0016]進一步地，所述葉輪轉(zhuǎn)子包括多個薄厚交替的轉(zhuǎn)子葉片，薄厚交替的轉(zhuǎn)子葉片一方面減少了葉片的排擠和表面摩擦，另一方面又使得葉道有足夠的長度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對液體的充分作用，有效降低流體在栗殼內(nèi)產(chǎn)生的漩渦損失，從而使滑移造成的揚程損失減小，提供足夠的懸浮支承力，且厚的轉(zhuǎn)子葉片起到一個懸浮支承作用。
[0017]進一步地，所述轉(zhuǎn)子葉片的中部彎曲，這樣設(shè)置減少了湍流提高了血栗的工作效率。
[0018]進一步地，所述轉(zhuǎn)子葉片通過設(shè)置在所述栗殼中部的圓環(huán)肋連接在一起，通過圓環(huán)肋實現(xiàn)對多個葉片的連接，不需要借助外力。
[0019]進一步地，所述導(dǎo)流葉輪的中間脊柱與所述中心軸同軸線，在中間脊柱上均布有多個導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流葉片的橫截面呈扇形。
[0020]進一步地，所述楔形間隙沿所述栗殼的徑向由內(nèi)向外逐漸變大。
[0021]進一步地，所述圓環(huán)肋沿所述栗殼的徑向方向厚度逐漸變大，有較薄的圓環(huán)肋進口厚度，圓環(huán)肋最大厚度離進口較遠，從而有較小的進口沖角，較大的進口過流面積，更有利于液體沿圓環(huán)肋向葉輪轉(zhuǎn)子外圈擴散。
[0022]進一步地，所述導(dǎo)流葉片的寬度從所述導(dǎo)流葉輪的頭部到底部逐漸變寬，使得來流與導(dǎo)流葉輪沿徑向的接觸面積逐漸增大，增大了進入葉輪轉(zhuǎn)子的液流角，不易造成整個流道的堵塞。
[0023]本實用新型的工作原理是：工作時，電磁定子線圈通電，與永久磁環(huán)作用，推動葉輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，血液從栗入口處流入，葉輪轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動過程中，一路血液通過葉輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)從栗出口栗出形成主流道，由于栗出口處壓力大于栗入口出壓力，另一路血液（之前提到的二次流）在進出口壓差的作用下，通過下栗殼的內(nèi)表面與葉輪轉(zhuǎn)子大、小葉片側(cè)面的間隙，下栗殼與葉輪轉(zhuǎn)子的大、小葉片下表面的間隙、導(dǎo)流葉輪的葉片間隙以及轉(zhuǎn)子內(nèi)孔形成一個封閉的回路，與栗入口流入的血液匯合，形成軸向和徑向被動懸浮支承的流體液膜副流道。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：
[0025]1)采用液力懸浮的軸承結(jié)構(gòu)，避免了軸承磨損和摩擦發(fā)熱等誘發(fā)血栓因素的產(chǎn)生，需要復(fù)雜的主動控制系統(tǒng)，提高了血栗的抗沖擊能力。
[0026]2)通過將葉輪轉(zhuǎn)子中的葉片設(shè)置厚度不同的轉(zhuǎn)子葉片，且交替設(shè)置，既能有效地保證對葉輪轉(zhuǎn)子的支承，又能有效減少湍流，提高血栗的工作效率。
[0027]3)通過設(shè)置導(dǎo)流葉輪，兼?zhèn)湮液蛪核译p重作用，能夠?qū)⒁后w引入葉輪轉(zhuǎn)子的吸水室，且能夠?qū)砹髌鸬骄彌_作用，同時對中心軸與葉輪轉(zhuǎn)子之間的二次流進行引流，有利于二次流流道內(nèi)流體的沖刷和更新，配合葉輪轉(zhuǎn)子改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)子入口的流動情況。
[0028]4)整個結(jié)構(gòu)大為簡化，具有功耗小、可靠性高、抗沖擊能力強的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0029]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0030]圖2是本實用新型的整體外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖3是本實用新型的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0032]圖4是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子葉片和圓環(huán)肋結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖5是圖導(dǎo)流葉輪結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖6是下栗殼組裝圖。
[0035]圖7是葉輪轉(zhuǎn)子懸浮原理示意圖。
[0036]圖8是本實用新型流體運動原理圖。
[0037]圖中：1、栗入口，2、上栗殼，3、葉輪轉(zhuǎn)子，3A、大葉片頂面，3B、大葉片底面，3C、小葉片頂面，3D、小葉片底面，4、圓環(huán)肋，4A、圓環(huán)肋上表面，4B、圓環(huán)肋下表面，5、下栗殼，6、導(dǎo)流葉輪，6A、中間脊柱