| Пріоритети: | Пристрій для осьового нагнітання рідин, зокрема крові, в якому частина, що нагнітає, розміщена повністю в магнітній підвісці і доповнена радіальною підвіскою, що забезпечує достатню жорсткість і демпфування, за рахунок чого вирішені проблеми критичних швидкостей потоку і негативні наслідки гідродинамічного і механічного розбалансування ротора. Магнітна підвіска доповнена гідродинамічною підвіскою, яка виконана у вигляді закріпленого на елементі, що нагнітає, щонайменше, одного циліндричного підтримуючого кільця з симетрією обертання, причому підтримуючі кільця розміщені на початку і/або в кінці ротора або між цими положеннями. 6 іл.
Малюнки до патенту Україна 2326268
Винахід відноситься до пристрою для аксіального нагнітання рідин відповідно до обмежувальної частини пункту 1 формули винаходу.
Зокрема, недостатньо стабільні багатофазні рідини, що піддаються впливу зовнішніх сил, часто зазнають незворотних змін, як, наприклад, у разі емульсій та дисперсій, і можуть втратити необхідні стабільні властивості при проходженні через відповідніпристрої, такі як насоси.
Кров є особливо чутливою рідкою системою. Ця червона непрозора рідина в тілі хребетних циркулює у замкнутій системі судин, за допомогою якої ритмічні скорочення серця нагнітають кров у різні сфери організму. При цьому кров переносить дихальні гази – кисень та двоокис вуглецю, а також поживні речовини, продукти обміну речовин та активні ендогенні компоненти. Система кровообігу, що включає серце, герметично ізольована від навколишнього середовища таким чином, що в здоровому організмі кров не зазнає жодних змін, за винятком обміну речовинами із соматичними клітинами в процесі циркуляції, яка забезпечується за рахунок серця.
Відомо, що кров при контакті з неендогенними матеріалами або внаслідок впливу зовнішніх сил має тенденцію до гемолізу та утворення згустків. Утворення згустків може виявитися фатальним для організму, тому що може призвести до закупорки судини у розгалуженій системі кровообігу. Гемоліз називається такий стан, коли еритроцити в організмі незворотно пошкоджені.
Гемоліз може бути викликаний механічним впливом чи порушенням обміну речовин. Великий гемоліз викликає ушкодження значної частини життєво важливих органів прокуратури та може призвести до загибелі людини.
З іншого боку, очевидно, що в принципі цілком можливо за наявності деяких конструктивних рішень підтримувати нагнітальну здатність серця або навіть замінювати природне серце штучним. Однак тривалість функціонування імплантованих кардіостимулюючих систем або штучних сердець в даний час має деякі обмеження, оскільки взаємодія цих штучних пристроїв з кров'ю та з організмомЗагалом завжди таки викликає небажані зміни крові та організму.
З рівня техніки відомі аксіальні насоси для крові, які, головним чином, складаються з циліндричної труби, що містить нагнітаючий обертальний елемент, виконаний у вигляді ротора, що поєднується із зовнішнім статором мотора. Ротор, з комплектом так званих "лопатей", при обертанні переміщає рідину в осьовому напрямку. Серйозною проблемою є підвіска ротора, що використовується в таких насосах. Чисто механічна підвіска є небажаною через те, що вона викликає пошкодження крові та має відносно високий коефіцієнт тертя. Магнітні підвіски, відомі на цей час, не дали задовільних результатів роботи в аксіальних насосах.
Магнітна підвіска у разі використовує як аксіальні, і радіальні сили. Осьова локалізація нагнітальної частини здійснюється активними методами, а радіальна підвіска частини, що нагнітає, здійснюється виключно пасивними методами, а саме за рахунок наявності постійних магнітів. Проте дана конструкція має низку недоліків.
Пасивна частина магнітної підвіски – радіальна – характеризується відносно низькою жорсткістю та амортизаційною здатністю, у зв'язку з чим у процесі нагнітання виникають проблеми на певних критичних швидкостях ротора та/або підвіски. Можливість виникнення гідродинамічного та механічного розбалансування серйозно впливає на функціонування насоса, особливо коли він використовується для нагнітання крові.
Даний винахід вирішує завдання створення такого пристрою для аксіального нагнітання рідин, в якому елемент, що нагнітає, має чисто магнітну підвіску і в якому радіальна підвіска має достатню жорсткість і ефективнуамортизацію для того, щоб усунути як проблеми проходження через критичні швидкості, так і негативний вплив гідродинамічного та механічного розбалансування.
Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для осьового нагнітання рідин, що містить порожнистий циліндричний корпус, в якому співвісно розташований нагнітаючий елемент, з магнітною підвіскою і приводний у обертання статором двигуна, розташованим зовні порожнистого корпусу, причому цей з магнітною підвіскою нагнітальний елемент , а додатково до магнітної підвіски використовується гідродинамічна радіальна підвіска, згідно винаходу магнітна підвіска елемента, що нагнітає включає активно стабілізовану магнітну осьову підвіску і пасивну магнітну радіальну підвіску.
Радіальна гідродинамічна підвіска може бути виконана у вигляді закріпленого на елементі, що нагнітає, циліндричного підтримуючого кільця з симетрією обертання.
Нагнітаючий елемент може бути забезпечений щонайменше одним кільцем, що підтримує.
Підтримуючі кільця на роторі двигуна розміщені переважно на початку та/або в кінці ротора або між цими положеннями.
Переважно, щоб осьовий розмір підтримуючого кільця максимально збігався з осьовим розміром елемента, що нагнітає.
Також бажано, щоб радіальний розмір кільця, що підтримує, збігався з радіальним розміром лопатей ротора.
Кільце, що підтримує, може бути скріплене з лопатями ротора.
Згідно з одним з варіантів здійснення винаходу, радіальний розмір (товщина) підтримує кільця дозволяє надати йому радіальний профіль, що сприяє згладжуванню вхідного потоку, що надходить до лопат нагнітає елемента.
При цьому кільце, що підтримує, може мати такий осьовий розмір, що лопаті по всій своїй довжині обмежені в радіальному напрямку підтримуючим кільцем.
Згідно з одним з варіантів здійснення винаходу, робоча поверхня підтримуючого кільця, звернена до внутрішньої сторони порожнистого циліндричного корпусу, має покриття з аварійними антизадирними властивостями, яке є біологічно сумісним.
Внутрішня поверхня кільця, що підтримує, переважно є профільованою.
Робоча поверхня підтримуючого кільця переважно забезпечена робочим рубом.
Жорсткість та демпфуючі властивості нагнітальної частини в радіальному напрямку забезпечуються, в основному, за рахунок поєднання магнітної та гідродинамічної підвісок. Гідродинамічна підвіска виконана у вигляді, принаймні, одного порожнистого циліндричного корпусу, що має симетрію обертання підтримуючого кільця, жорстко скріпленого з частиною, що нагнітає. При відповідному виконанні підтримуючого кільця ротор набуває значної радіальної стійкості. Переважно, такий ефект спостерігається при значних поздовжніх розмірах підтримуючого кільця або при оснащенні ротора принаймні двома кільцями, що підтримують.
При великих поздовжніх розмірах підтримуючого кільця та/або при значному або повному перекритті лопатей за допомогою такого кільця вдається усунути руйнівні явища в області, що примикає до країв лопатей.
Винахід докладніше пояснюється кресленнями, а саме:
фіг.1 - поздовжній переріз осьового насоса з підтримуючим кільцем;
фіг.2 - схема розміщення підтримуючого кільця на роторі;
фіг.3 - схема розміщення двох підтримуючих кілець на роторі;
фіг.4 -схема розміщення підтримуючого кільця з профільованою внутрішньою поверхнею;
фіг.5 - схема з підтримуючим кільцем по всій довжині ротора, і
фіг.6 - схема з підтримуючим кільцем, забезпеченим робочим ребром на робочій поверхні.
На фіг.2 показаний ротор 8 мотора з комплектом лопатей 11 в підлогому циліндричному корпусі 1. Відповідно до винаходу підтримуюче кільце в даному випадку розташоване в кінцевій зоні статора 8. Перекачується рідина проходить між внутрішньою поверхнею 16 підтримуючого кільця 13 і ротором 8. 14 підтримуючого кільця 13 ковзає з мінімальним зазором по внутрішній стінці 2 порожнистого циліндричного корпусу 1.
Фіг 3. ілюструє розташування двох підтримуючих кілець 13 і 13' на кінцях ротора 8. Порожнистий циліндричний корпус 1 на цьому кресленні не зображено.
На фіг.4 показаний подальший варіант конструкції підтримуючого кільця 13 згідно винаходу. На внутрішній поверхні підтримуючого кільця 13 видно профіль 15. Як можна помітити на поздовжньому розрізі підтримуючого кільця 13, профіль 15 виконаний тут у формі несучої поверхні. На цій схемі зображення порожнистого циліндричного корпусу теж не наводиться.
У ще одному варіанті реалізації винаходу, наведеному на фіг.5, порожнистий циліндричний корпус 1 теж не показаний, а підтримуюче кільце 13 закриває повністю осьову довжину ротора 8 з його комплектом лопатей 11. Перекачування рідини в цьому випадку також відбувається між внутрішньою поверхнею 16 підтримуючого кільця 13 та ротором 8.
У наступному варіанті реалізації винаходу, проілюстрованому на фіг.6, підтримуюче кільце 13 має робочу поверхню 14, з опуклим робочим ребром 17, яке полегшує підтримкумінімального зазору між робочою поверхнею 14 і внутрішньою стінкою 2 порожнистого циліндричного корпусу 1 при одночасному зниженні тертя між ними.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Пристрій для осьового нагнітання рідин, що містить порожнистий циліндричний корпус, в якому співвісно розташований нагнітаючий елемент, з магнітною підвіскою і приводний у обертання статором двигуна, розташованим зовні порожнистого корпусу, причому з магнітною підвіскою нагнітальний елемент має роторні лопаті, а додатково використовується гідродинамічна радіальна підвіска, що відрізняється тим, що магнітна підвіска нагнітального елемента включає активно стабілізовану магнітну осьову підвіску і пасивну радіальну магнітну підвіску, радіальна гідродинамічна підвіска виконана у вигляді закріпленого на нагнітальному елементі, щонайменше, одного циліндричного підтримуючого кільця кільця розміщені на початку та/або в кінці ротора або між цими положеннями.
2. Пристрій п.1, відрізняється тим, що осьовий розмір підтримуючого кільця максимально збігається з осьовим розміром нагнітального елемента.
3. Пристрій п.1 або 2, що відрізняється тим, що радіальний розмір підтримуючого кільця збігається з радіальним розміром лопатей ротора.
4. Пристрій за будь-яким з пп.1-3, що відрізняється тим, що кільце, що підтримує, скріплено з лопатями ротора.
5. Пристрій за будь-яким з пп.1-4, відрізняється тим, що радіальний розмір (товщина) підтримує кільця дозволяє надати йому радіальний профіль, що сприяє згладжуванню вхідного потоку, що надходить до лопат нагнітає елемента.
6. Пристрій за будь-яким з пп.1-5, який відрізняється тим, щопідтримуюче кільце має такий осьовий розмір, що лопаті по всій своїй довжині обмежені в радіальному напрямку кільцем, що підтримує.
7. Пристрій за будь-яким з пп.1-6, яке відрізняється тим, що робоча поверхня підтримуючого кільця, звернена до внутрішньої сторони порожнистого циліндричного корпусу, має покриття з аварійними антизадирними властивостями, яке є біологічно сумісним.
8. Пристрій за будь-яким з пп.1-7, який відрізняється тим, що внутрішня поверхня підтримуючого кільця є профільованою.
9. Пристрій за будь-яким з пп.1-8, який відрізняється тим, що робоча поверхня підтримуючого кільця забезпечена робочим ребром.
