[发明专利]混合慈悬挂和转动的离心泵送设备及方法

说明书

本发明涉及磁支承和转动转子，更具体来说，涉及一种离心泵设备，其盘状叶轮是以无接触方式磁悬挂和转动的，叶轮的转速是由流体压力及叶轮定位算法电子控制和变化的。

流体泵曾有种类繁多的类型和结构，所有流体泵基本为同一最终目的而工作，即，提供从一个地点向另一地点的流体运动。所有的泵具有相似的特征，借助泵的工作产生的真空通过容器或管道将流体抽入泵中。除了主要的真空力以外，次要的力如重力、叶轮惯性力或存在的管道/容器流体压力也对流体的流动具有作用。泵机构的工作可产生流体压力和/或流体速度，因而接着产生通过泵的进口将流体抽入泵中的真空。借助泵机构流体从进口送过泵，然后使流体流向泵的出口。

流体泵的结构主要根据其功能而变化。例如，升力泵利用往复运动使流体移动，而真空泵则产生真空，用真空来使流体移动。旋转式轴流泵利用连接于转轴的螺旋桨状叶片实现流体的移动。喷射泵利用蒸汽喷射器，其进入汞内的一个狭窄的腔室，形成一个低压区，低压区相应地形成将流体从进口抽入腔室中的抽吸力。虽然还可限定其它种类的泵，但是，在下文中将更具体地提到敏感液体如血液的流体泵，其更容易地适应于对泵的尺寸和几何形状要求苛刻的环境。

旋转式离心泵就其性质而言结构更为紧凑，适于泵送敏感流体。与许多普通的工业应用场合相比较。血液流动泵具有相对较低的流动速率工作特性，但要求显著的压升。离心泵比轴流式泵或其它结构更适用于这种应用场合。因而本发明的推荐实施例采用离心泵结构。这种泵包括若干安装在叶轮上的肋或叶片，其转动力借助离心作用将流体推向转子之外。离心泵一般具有装在浸入流体中的装在轴上的叶轮，轴穿过一密封和轴承装置伸向驱动机构。叶轮的旋转叶片在转动轴线的中心附近形成局部真空，从而通过泵的吸入口抽入流体。泵的静止件中有光滑的泵涡室以保证被泵送的流体从叶轮的出口顺利地流向泵的出口通道。当泵流排出泵的叶轮时，涡室积蓄泵流并发挥增加流体压力的作用，这是通过将流体的动能(速度)转换成势能(压力)而实现的。虽然离心泵并不需要流动运动的阀门，但是，泵的几何形状必须使得通过输入口抽入的流体继续通过泵送机构流向出口而没有显著的内部流体泄漏即无效。

大家知道这些现有技术的泵具有问题，例如，据不少文件记载，在传统的离心泵中的轴封都容易磨损、失效，甚至受某些流体的侵蚀，因而产生泄漏问题。大家也知道，用于某些流体的泵需要精心地设计，并需要特殊的泵送技术，以便避免流体损害、污染和其它不利的情况。例如，腐蚀性流体(酸或碱)或敏感的流体如血液需要特别的考虑，使密封装置不致泄漏，因而丧失液体的整体性。通过连续流动的泵来泵送敏感的流体如血液，还需要高度可靠和非损伤的轴承来支承旋转叶轮。现有技术的泵，其叶轮转动时支承叶轮的轴承具有很明显的问题。如果靠轴封来隔绝敏感流体(血液)并用无体(non-body)流体来润滑，那么，只能使用滚珠和其它滚动件的轴承。在这种情形中，上述所有密封问题都会发生。如果普通的滚珠或其它滚动件轴承采用敏感流体作为润滑剂，那么，敏感流体的活性，如血液中的红细胞由于在轴承中滚动件间研磨而在短时内毁灭。由敏感流体润滑的推力和径向流体膜轴承已经在一些现有技术的泵中被采用，它们由于转动件在静止件中的咬死、血栓(凝块)的产生、因溶血而对敏感流体的损害(高剪切)及其它问题，因而性能不佳和/或多发生故障。流体膜轴承也不能提供关于泵的瞬时压力和流量的信息，而这些信息却可用来控制电机，以便使生理需要与未来泵的性能相匹配。传统的滚珠轴承和流体膜推力和径向轴承没有长期的可靠性，而这正是必须避免流体停滞和高的流体剪切应力的泵如血液泵所需要的。另外，滚珠轴承当用于泵送敏感流体时寿命有限。往往必须由外部润滑液润滑，这就需要保留润滑液的密封装置。轴承润滑液的输送和容纳增加了泵的总体尺寸，另外，由于需要额外的容器和用来输送和冷却润滑油的机构，因而也增加了操作的复杂性，因而如果用于替代自然心脏功能，使泵不能被植入。因此，带有轴和传统轴承的流体泵的较短寿命使其不适于植入体腔以长期替代自然心脏功能。

另外，血液的泵送还涉及叶轮式血液泵的轴封由于对滞流和过热敏感而产生的公知的特殊危险。另外，泵送敏感流体如血液需要精心考虑叶轮叶片和泵壳的几何形状。过度的机械工作和血液受热会使血液成份由于溶血和蛋白质变质而受到破坏，这会引起凝块和血栓。