CN103566419A - 一种磁液悬浮离心叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种叶轮，具体公开一种磁液悬浮离心叶轮，它包括叶轮壳体、安装在叶轮壳体中心下部环形安装孔内的磁悬浮动磁环和多个安装在叶轮壳体外侧安装孔内的电机磁钢，电机磁钢沿叶轮壳体周向均匀分布。本发明的叶轮能够最大限度的减少对血细胞的碾压作用，能够减轻血栓和溶血现象，特别适用于对体积、重量和温升有苛刻要求的人工辅助心脏装置。
Description
技术领域
本发明属于一种叶轮，具体涉及一种用于人工辅助心脏装置的磁液悬浮离心叶轮。
背景技术
随着心脏外科的迅速发展，心脏移植成为治疗终末期心力衰竭最有效的手段之一。然而，供心不足是心脏移植手术广泛开展的最大障碍。因次，使用机械辅助装置进行心脏辅助，可以为等待供心的病人摆脱心力衰竭，从而获得较充分的时间争取到合适的供心。使用机械辅助装置是当前解决供心不足的重要手段之一。心脏辅助循环无论作为治疗措施还是作为心脏移植的过渡性或者永久性支持都是必不可少的。
目前，临床上应用的主要是第二代血泵（采用机械轴承），转子多采用机械支撑方式。由于泵腔内有机械摩擦，使人工辅助心脏装置不可避免的出现溶血及血栓现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁液悬浮离心泵叶轮，该叶轮能够最大限度的减少对血细胞的碾压作用，能够减轻血栓和溶血现象，特别适用于对体积、重量和温升有苛刻要求的人工辅助心脏装置。
实现本发明目的的技术方案如下：一种磁液悬浮离心泵叶轮，它包括叶轮壳体、安装在叶轮壳体中心下部环形安装孔内的磁悬浮动磁环和多个安装在叶轮壳体外侧安装孔内的电机磁钢，电机磁钢沿叶轮壳体周向均匀分布。
所述的叶轮壳体上、沿叶轮周向均匀设有多个流道，多个流道通过位于叶轮壳体中心上部的环形凹槽贯通。
所述的在每一个被流道隔开的叶轮壳体的上表面均设有一个动压斜面和一个环形台阶平面，所述的动压斜面和环形台阶平面组成动压收敛槽。
所述的叶轮壳体上表面有连接动压斜面和环形凹槽的导流槽
所述的叶轮壳体上表面上、位于每个动压斜面和流道之间的位置均设有一个倾斜导流面
所述的相邻的流道之间均开有电机磁钢安装孔，电机磁钢安装孔内设有电机磁钢。
所述的叶轮壳体中心设有磁悬浮动磁环安装孔，磁悬浮动磁环安装孔内设有磁悬浮动磁环。
所述的磁悬浮动磁环和电机磁钢由密封垫片限位固定在叶轮壳体内。
所述的叶轮的楔形流道采用圆弧形、螺旋线形或准螺旋形的叶片型线。
本发明的有益技术效果在于：本发明应用于采用动压液悬浮和永磁悬浮的组合技术的离心泵，在磁悬浮与液悬浮的双重作用下，叶轮悬浮于泵腔内。磁悬浮动磁环嵌入在叶轮中，提供叶轮在泵腔内磁悬浮力，代替了传统接触式的机械轴承，转子与定子之间没有机械接触，不会产生机械磨损，避免了对血细胞的碾轧，防止出现血栓。本发明的磁液悬浮离心叶轮适用于第三代可植入式人工心脏辅助装置，采用泵机合一的结构设计方式，使人工辅助心脏泵内仅有一个旋转部件，即保证了产品的可靠性，又在最大程度上降低了泵的体积和质量。叶轮上表面有一个5°～10°的导流槽以及4～8个3°～8°的倾斜导流面，导流面和导流槽能够提高液体的流动能力，防止出现血流死区，降低血栓的形成。楔形流道之间均嵌入一块电机磁钢，在叶轮中间布置了三块磁悬浮动磁环，由密封垫片限位固定在泵轮内，叶轮壳体与密封垫片通过激光焊接。使用该叶轮结构后，能够达到减小流体与固体壁面之间的剪切应力的效果，减少了泵的溶血。同时叶片均进行光滑处理，降低了叶片的叶尖切线速度。叶片内部流动顺畅；同时，无轴承的结构，消除了血液的滞流区域，减少在血泵内形成血栓的危险。
附图说明
图1为本发明所提供的一种磁液悬浮离心泵叶轮的结构示意图；
图2为本发明所提供的一种磁液悬浮离心泵叶轮的平面结构示意图；
图3为本发明所提供的一种磁液悬浮离心泵叶轮的三维结构意图；
图4为本发明所提供的一种磁液悬浮离心泵叶轮的底面三维结构意图。
图中：1.叶轮壳体，2.磁悬浮动磁环，3.电机磁钢，4.密封垫片，5.流道，6.动压面，7.环形台阶平面，8.导流面，9.导流槽，10.环形凹槽，11.电机磁钢安装孔，12.磁悬浮动磁环安装孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如附图1、图2和图3所示，本发明所提供的一种磁液悬浮离心泵叶轮，由叶轮壳体1、磁悬浮动磁环2、电机磁钢3和密封垫片4组成。
本发明所提供的一种磁液悬浮离心泵叶轮的直径为20mm～40mm。叶轮壳体1上、沿叶轮周向均匀设有4～8个楔形流道5，楔形流道5采用圆弧形、螺旋线形或准螺旋形的型线，楔形流道5的宽度为3mm～6mm，所有的楔形流道5通过位于叶轮壳体1中心的环形凹槽10贯通。在每一个被楔形流道5隔开的叶轮上表面，均有一个由动压斜面6和位于动压斜面边缘的环形台阶平面7组成的动压收敛槽，动压斜面6的倾斜角度为0.5°～3°。叶轮壳体1上表面上设有一个连接动压斜面6和环形凹槽10的导流槽9，导流槽9的数量为4～8个，导流槽9的倾斜角度为5°～10°。叶轮壳体1上表面上、位于每个动压斜面6和楔形流道5之间的位置均设有一个倾斜导流面8，倾斜导流面8的倾斜角度为3°～8°，倾斜导流面8的数量为4～8个。导流面8和导流槽9能够提高液体的流动能力，防止出现血流死区，降低血栓的形成。
如图1和图4所示，叶轮壳体1上、每两个相邻的楔形流道5之间均开有一个电机磁钢安装孔11，电机磁钢安装孔11沿叶轮周向均匀分布，每个电机磁钢安装孔11均嵌入一块电机磁钢3。在位于叶轮壳体1中心的环形磁悬浮动磁环安装孔12内布置有从上至下叠在一起的三块磁悬浮动磁环2，三块磁悬浮动磁环2和电机磁钢3由密封垫片4限位固定在叶轮壳体1内，叶轮壳体1底部与密封垫片4通过激光焊接。
如图1所示：在本发明中，叶轮既是离心泵的叶轮同时也是电机的转子，电机磁钢3为4～8块N、S极性交替排列的永磁磁极，永磁体轴向磁化，由外部驱动线圈（图中未示）的变化驱动叶轮旋转，完成液体传输功能。
磁悬浮动磁环2与磁悬浮静磁环（图中未示）均由3块永磁磁钢组成，磁极按N、S极性相对安放，组成被动式磁悬浮结构。磁悬浮主要利用永磁体之间的吸引力和排斥力产生径向和轴向的悬浮力。通过调整3块磁悬浮静磁环（图中未示）相对于3块磁悬浮动磁环轴向位置，从而调整轴向的磁悬浮力值的大小。当磁悬浮力与作用于叶轮上的动压悬浮力和叶轮的重力大小相等时，叶轮1即可在六个自由度上全方位悬浮于磁液悬浮离心泵腔中，实现叶轮无机械轴承支撑运转。
如图3所示：叶轮壳体1的上端面有动压结构，动压结构即为动压收敛槽，当叶轮旋转时，液体被带入动压收敛槽，形成压力液体膜将叶轮与磁液悬浮离心泵上壳体推开，产生轴向液压悬浮推力，该动压悬浮力和重力大小与磁悬浮的轴向力大小平衡时，叶轮在轴向处于平衡状态。在磁液悬浮离心泵工作过程中，叶轮处于一种不断变化的动平衡中。
如图1所示：叶轮的楔形流道5采用圆弧形、螺旋线形或准螺旋形的叶片型线，流道形状与流线走向一致，能够保证过流断面面积均匀变化，减少流场的旋涡、二次流等不良流动状态，避免局部压力分布不均，能够较大的提高微型泵效率。
叶轮在动压悬浮力、磁悬浮力的共同作用下处于平衡状态，悬浮在泵腔内，从而取代了机械轴承，消除了机械摩擦。同时，在泵腔的内表面增加陶瓷涂层，增加了泵腔内的硬度，改善悬浮效果，同时有效提高了泵腔内的表面光洁度。
本发明所提供的磁液悬浮离心叶轮特别适用于医疗器械领域的人工辅助心脏装置，同时本发明也适用于化工及机械领域的离心泵上，用于改善泵的各种性能。
Claims (9)
1.一种磁液悬浮离心泵叶轮，其特征在于：它包括叶轮壳体（1）、安装在叶轮壳体（1）中心下部环形安装孔内的磁悬浮动磁环（2）和多个安装在叶轮壳体（1）外侧安装孔内的电机磁钢（3），电机磁钢（3）沿叶轮壳体（1）周向均匀分布。
2.根据权利要求1所述的一种磁液悬浮离心泵叶轮，其特征在于：所述的叶轮壳体（1）上、沿叶轮周向均匀设有多个流道（5），多个流道（5）通过位于叶轮壳体（1）中心上部的环形凹槽（10）贯通。
3.根据权利要求2所述的一种磁液悬浮离心泵叶轮，其特征在于：所述的在每一个被流道（5）隔开的叶轮壳体（1）的上表面均设有一个动压斜面（6）和一个环形台阶平面（7），所述的动压斜面（6）和环形台阶平面（7）组成动压收敛槽。
4.根据权利要求3所述的一种磁液悬浮离心泵叶轮，其特征在于：所述的叶轮壳体（1）上表面有连接动压斜面（6）和环形凹槽（10）的导流槽（9）。
5.根据权利要求4所述的一种磁液悬浮离心泵叶轮，其特征在于：所述的叶轮壳体（1）上表面上、位于每个动压斜面（6）和流道（5）之间的位置均设有一个倾斜导流面（8）。
6.根据权利要求5所述的一种磁液悬浮离心泵叶轮，其特征在于：所述的相邻的流道（5）之间均开有电机磁钢安装孔（11），电机磁钢安装孔（11）内设有电机磁钢（3）。
7.根据权利要求6所述的一种磁液悬浮离心泵叶轮，其特征在于：所述的叶轮壳体（1）中心设有磁悬浮动磁环安装孔（12），磁悬浮动磁环安装孔（12）内设有磁悬浮动磁环（2）。
8.根据权利要求7所述的一种磁液悬浮离心泵叶轮，其特征在于：所述的磁悬浮动磁环（2）和电机磁钢（3）由密封垫片（4）限位固定在叶轮壳体（1）内。
9.根据权利要求8所述的一种磁液悬浮离心泵叶轮，其特征在于：所述的叶轮的楔形流道（5）采用圆弧形、螺旋线形或准螺旋形的叶片型线。
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