устройство для перекачки однофазных или многофазных жидкостей без изменения их свойств

Формула изобретения

1. Устройство для перекачивания крови, состоящее из трубчатого, полого корпуса, направляющего жидкость вдоль оси, в котором имеется нагнетательный элемент, приводимый во вращательное движение статором мотора, размещенным с наружной стороны полого корпуса, при этом нагнетательный элемент ориентирован вдоль оси, в котором кровь имеет возможность перетекать через роторный зазор между нагнетательным элементом и полым корпусом, и в котором по одному направляющему блоку установлено спереди и позади нагнетательного элемента соответственно, отличающееся тем, что нагнетательный элемент подвешен бесконтактным способом между направляющими блоками, каждый из которых разделен зазором вкладыша, посредством элементов магнитной подвески, размещенных в направляющих блоках и в нагнетательном элементе непосредственно против друг друга и имеющих возможность совместного функционирования, при этом элементы магнитной подвески намагничены в осевом направлении и с противоположной полярностью, а позиционные датчики для определения положения и стабилизаторы (12) для коррекции положения нагнетательного элемента размещены в направляющих блоках и на или в стенках полого корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контролирующие параметры потока датчики давления и потока размещены в направляющих блоках и/или на или в стенке полого корпуса.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что элементы магнитной подвески снабжены направляющими поток элементами, которые размещены в направляющих блоках.

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что направляющие блоки выполнены в форме блоков, направляющих поток жидкости, и снабжены жидкостными лопатками.

5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что торцевые поверхности направляющих блоков, обращенные к нагнетательному элементу, и/или торцевые поверхности нагнетательного элемента снабжены ребрами, лопатками, пазами, выпуклостями и/или вогнутостями или эксцентрично расположенными выступами.

6. Устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что в, по крайней мере, одном из направляющих блоков имеется продольный, ориентированный в осевом направлении, канал.

7. Устройство по одному из п.1 или 5, отличающееся тем, что роторный вкладыш нагнетательного элемента снабжен двумя роторными лопатками, разнесенными по оси.

8. Устройство по одному из п.1, 5 или 7, отличающееся тем, что роторный вкладыш и вкладыши выполнены в виде цилиндров, а вкладыши закрываются крышками с торцов, противоположных нагнетательному элементу.

9. Устройство по одному из п.1, 5 или 7, отличающееся тем, что нагнетательный элемент (5) и направляющие выполнены с утолщением или утончением в направлении потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для перекачки однофазных или многофазных жидкостей без изменения их свойств в соответствии с той частью пункта 1 формулы изобретения, в которой отражен уровень техники.

Особенно слабо устойчивые многофазные жидкости, например эмульсии и дисперсии, которые могут испытывать необратимые изменения под воздействием прилагаемых сил, могут самопроизвольно переходить в нестабильную фазу в процессе их перекачки соответствующими устройствами.

Очень чувствительной жидкой системой является кровь. Эта красная непрозрачная жидкость у позвоночных животных циркулирует в закрытой сосудистой системе, причем ритмическое сжатие сердца выдавливает кровь в различные области организма. В этом случае кровь переносит газовые дыхательные смеси, включающие кислород и двуокись углерода, а также питательные вещества, продукты метаболизма и собственные вещества организма. В этом случае, кровеносная сосудистая система, включающая и сердце, герметизирована от окружающей среды таким образом, чтобы кровь не подвергалась никаким изменениям в здоровом организме в процессе перекачки ее через сердце и тело.

Известно, что, при контакте с инородными телу материалами или при инородном силовом воздействии, кровь имеет тенденцию к гемолизу и образованию тромбов. Формирование тромбов может быть смертельно для организма, поскольку они ведут к закупорке широко разветвленной сосудистой системы. Гемолизом является такое состояние, при котором эритроциты растворяются (разрушаются) более чем физиологически допустимо. Причины гемолиза могут быть как механические, так и метаболические. Повышенный гемолиз вызывает множественные поражения органов и может привести к смерти человека.

С другой стороны, было доказано, что существует принципиальная возможность поддерживать перекачивающую способность сердца при определенных условиях за счет конструктивных решений или даже замещать естественное сердце искусственным сердцем, однако, продолжительное действие имплантированных, поддерживающих работу сердца насосов или искусственных сердец в настоящее время только ограниченно возможно, поскольку взаимодействие этих искусственных изделий с кровью все еще приводит к негативным изменениям крови.

В известном уровне техники можно выделить различные направления в разработке кровяных насосов. Поддерживающие сердечные насосы и искусственные сердца могут проектироваться, исходя из заданной разности давлений и объемных параметров потока, или, исходя из принципа перекачки, такие насосы могут реализовываться как, так называемые, пульсационные или, если используется принцип турбины, как устройства, обеспечивающие радиальный или осевой поток (поточные насосы). В настоящее время эти три названных направления развиваются параллельно. Поточные устройства, за счет большей удельной производительности насосов этого типа, имеют меньшие габариты, чем поршневые устройства. В ряду насосов, которые функционируют на принципе турбины, осевой вариант насоса имеет, как правило, меньшие габариты, чем радиальный вариант. Турбоустройство, в принципе, может быть спроектировано для данной разности давлений и данных объемных параметров потока весьма разнообразными способами, например, как осевой или радиальный насос с очень разными угловыми скоростями.

Конструкции осевых кровяных насосов, известные из уровня техники, включают, как правило, внешнюю цилиндрическую трубу, в которой вращается нагнетательный элемент, выполненный в виде ротора, сопряженного с внешним статором, образуя мотор, в котором кровь переносится в осевом направлении. Проблема заключается в способе крепления (подвеске) нагнетательного элемента. Чисто механическое крепление представляется нерациональным из-за повреждения крови и даже из-за относительно высокого коэффициента трения. Известные к настоящему времени типы магнитных подвесок не привели к удовлетворительному решению.

В уровень техники входит осевой кровяной насос для поддержки больного сердца, который может быть имплантирован в грудную клетку пациента (см. In Phase I Ex Vivo Studies of the Baylor/NASA Axial Flow Ventricular Assist Device, in: Heart Replacement Artificial Heart 5, pages 245-252, Springer Verlag Tokyo, 1996, Publisher T. Akutso and H. Koyagani) [1]. Этот осевой кровяной насос имеет вращающееся рабочее колесо с комплектом лопаток, которое размещено в трубке, по которой проходит кровяной поток, и приводится в движение с помощью электродвигателя.

Чтобы добиться этого, рабочее колесо выполнено в виде ротора электродвигателя и сопряжено, посредством установленных на лопатках магнитов, со статором электродвигателя, совмещенным с корпусом (кожухом). Осевая и радиальная поддержка ротора осуществляется с помощью пальцеобразного подшипника, при этом ротор поддерживается за счет точечного контакта с находящимися в потоке элементами подшипника. Такое устройство также известно из патента США №4957504 [2].

Кровяной насос такой конструкции имеет тот недостаток, что кровь при перекачке в значительной степени травмируется и повреждается. В этом случае опасность заключается, главным образом, в формировании тромбов. Причина, в основном, заключается в наличии точек опоры подвески ротора. Еще один недостаток заключается в ограниченном сроке службы механической подвески за счет износа.

В патенте США №4779614 [3] описывается имплантируемый осевой кровяной насос, который состоит из внешней цилиндрической трубки и роторного вкладыша, вращающегося в этой трубке для перекачки крови. Ротор поддерживается магнитным полем и одновременно включает в себя как магниты привода ротора, так и лопатки (лопасти) рабочего колеса (крыльчатки). Поддерживаемый магнитным полем ротор образует совместно с лопатками статора, размещенными на внешней трубке, длинные узкие зазоры. Размещение двух комплектов "мотор-статор" на концах насоса должно стабилизировать расположение ротора. Регулировка его расположения в направлении оси стабилизируется другой парой магнитов, которые должны компенсировать также осевое смещение ротора. Хотя для потока жидкости предусмотрен относительно широкий кольцевой зазор, и при наличии магнитной подвески ротора решается важная конструкторская задача, как в отношении компактности имплантируемого кровяного насоса, так и в отношении герметичности и износостойкости, тем не менее, этот кровяной насос имеет существенные недостатки, касающиеся функционирования и конструктивного выполнения этого насоса. Чрезвычайно длинные и узкие зазоры между роторным вкладышем и лопатками статора увеличивают опасность повреждения крови за счет высокого перепада скоростей потоков в этих зазорах. Наличие двух моторов, требующееся для стабилизации ротора, достаточно неудобно с конструкционной точки зрения. Кроме того, ротор недостаточно надежно закреплен в осевом направлении из-за особенностей своей формы, что представляет определенный риск.

Еще один патент США №5385581 [4] описывает осевой кровяной насос с магнитной подвеской. Размещенные на роторе и статоре магниты-подшипники имеют противоположную полярность. К сожалению, это приводит к поломке насоса, когда эти подшипники не срабатывают. Кроме того, недостатком является и то, что в конструкции не предусмотрено установки так называемой "успокаивающей" решетки, т.е. суммарный напор создается крыльчаткой, и остаточная энергия вращения сохраняется в потоке.

Помимо этих конструкций осевого кровяного насоса с магнитной подвеской ротора, известно решение, описанное в публикации WO 97/49440. Магнитная подвеска размещается на конусообразных концах ротора, который образует крыльчатку. Неподвижно закрепленные полюсные наконечники размещены напротив оконечных частей ротора, при этом полюсные наконечники направляют поля постоянных магнитов. Такая подвеска требует активной стабилизации с помощью, по крайней мере, четырех стабилизирующих обмоток, как в осевом, так и в радиальном направлениях. В последующем варианте предлагаются подшипники с радиально намагниченными кольцевыми постоянными магнитами с изменяющимся направлением намагничивания, но этим явлением чрезвычайно трудно управлять.

Из публикации WO 98/11650 [5] известен еще один осевой кровяной насос с так называемым "бесподшипниковым" приводом (мотором). "Бесподшипниковый" привод - это комбинация мотора и магнитной подвески. Положение ротора стабилизируется пассивно постоянными магнитами в отношении трех степеней свободы - перемещению в направлении оси X, отклонениям в направлениях Х и У. Такая пассивная стабилизация осуществляется постоянным магнитным кольцом ротора, которое окружено со стороны статора кольцом из мягкого железа. Управляющие и рабочие обмотки, которые связаны с кольцом из мягкого железа, позволяют прилагать усилие в соответствии с тремя степенями свободы. Невысокая жесткость подвески требует принятия дополнительных мер. Кроме того, стабилизация подвески необходима в направлениях X и У, что требует значительных усилий с точки зрения требующейся измерительной технологии, и может привести к высокому нагреву насоса за счет рабочих обмоток.

Для перекачки химических жидкостей разработан осевой пропеллерный насос, описанный в европейской заявке ЕР-А №0856666 [6]. Нагнетательный элемент поддерживается магнитным полем между двумя крепежными элементами, прикрепленными к трубчатому полому корпусу с сохранением кольцевого зазора. Нагнетательный элемент служит ротором мотора, статор которого размещен с внешней стороны трубчатого полого корпуса. В радиальном направлении магнитная подвеска осуществляется радиально намагниченными постоянными магнитами, а в осевом направлении - посредством электромагнитных катушек, которые, насколько возможно, отдалены от магнитов. Радиально намагниченные постоянные магниты требуют определенного минимального размера и малых воздушных зазоров.

Поэтому зазор для прохождения потока может быть лишь очень малым, что усложняет задачу по перекачке (пропеллерные насосы производят высокое давление при малой пропускной способности), этот фактор не является существенным для других насосов, но совершенно не приемлем для кровяных насосов. Кроме того, общая осевая жесткость, которая очень высока по сравнению с радиальной жесткостью из-за нагнетательного давления перекачиваемой жидкости, должна обеспечиваться стабилизирующими катушками (обмотками), для которых требуется определенная сила тока, что ведет к необходимости обеспечить соответствующее энергоснабжение и к нагреванию. Контроль за поддержанием осевого положения замедляется с увеличением силы тока, поэтому данный насос пригоден только осуществления пульсационной перекачки лишь в ограниченной степени.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи по созданию достаточно простого в конструктивном отношении устройства для деликатной перекачки одно- или многофазных жидкостей, которое не изменяло бы, или лишь несущественно изменяло, параметры перекачиваемой жидкости; в котором опасные зоны (зоны трения и завихрений) для перекачиваемой жидкости сведены к минимуму, и обеспечивается перекачка пульсационного характера.

Решение этой задачи приводится в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Предпочтительные и целесообразные варианты реализации изобретения приведены в зависимых пунктах формулы.

В данном решении нагнетательный элемент бесконтактно подвешен между крепежными конструкциями, отделенный от каждой из них зазором за счет элементов подшипника из постоянного магнита, которые размещены как в опорных конструкциях, так и в нагнетательном элементе, которые функционально работают вместе, при этом активные лицевые стороны магнитов расположены один напротив другого и намагничены в осевом направлении с противоположной полярностью. Датчики определения положения и стабилизаторы для коррекции положения размещены в крепежных конструкциях, в стенке полого корпуса или на его стенке.

Устройство, описанное в заявке, отличается простотой конструкции. Элементы магнитной подвески, кроме всего прочего, совмещены с постоянными магнитами ротора электромотора непосредственно на нагнетательном элементе. Магнитная подвеска удачно компенсирует как осевые так и радиальные силы. Осевая стабилизация обеспечивает активную регулировку осевого положения нагнетательного элемента, при этом кольцевые катушки (обмотки), размещенные на лицевой стороне нагнетательного элемента, генерируют осевой магнитный поток, который накладывается на осевой магнитный поток элементов магнитной подвески и служит для управления осевым положением.

Зазор ротора, который необходимо предусмотреть между внешним торцом нагнетательного элемента и внутренним торцом трубчатого полого корпуса, должен быть спроектирован таким образом, чтобы минимизировать негативное влияние как мотора, так и зазора. Поэтому очень важно для устранения негативного влияния мотора взаиморасположение ротора и статора. Уменьшенный роторный зазор в двигателе представляется наиболее желательным. С другой стороны, уменьшение роторного зазора ведет к увеличению потерь за счет трения потока и поэтому является технологически невыгодным в отношении потока. Приемлемым компромиссом для кровяных насосов является, например, фиксированная ширина роторного зазора в пределах от 0.5 до 2.5 мм.

Предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения заключается в размещении датчиков для определения, в данный момент времени, разности давления, создаваемой насосом, во вкладышах осевого кровяного насоса и/или в стенках трубчатого полого корпуса. Эти данные поступают в устройство, управляющее процессом перекачки, для определения отклонений, и дает возможность контроля за нагнетательным процессом с точки зрения физиологически оптимальной пульсационной перекачки, сходной с естественными функциями сердца, посредством изменяющейся с течением времени разницы в угловой скорости ротора или пульсационного насоса, оптимизированной с точки зрения наиболее малого потребления энергии, а также привязанной к изменениям угловой скорости в зависимости от времени.

В предпочтительном варианте реализации крепежные элементы выполнены в виде направляющих жидкость блоков, снабженных лопатками. За счет этого минимизируются потери в потоке.

В усовершенствованном варианте реализации изобретения предусматривается размещение на переднем торце вкладыша ротора приспособлений, которые обеспечивают радиальное движение жидкости, находящейся в зазоре вкладыша между направляющим жидкость блоком и нагнетательным элементом, к внешней стороне, этому могут, например, служить радиальные лопатки, пазы, выпуклости или вогнутости.

Еще один усовершенствованный вариант реализации изобретения заключается в том, что просверливается продольный канал в, по крайней мере, одном из направляющих жидкость блоков, сквозь который проходит перекачиваемая жидкость, и который служит для того, чтобы жидкость, скапливающаяся в зазоре вкладыша между направляющим жидкость блоком и нагнетательным элементом, переносилась радиально к внешней стороне.

Оба вышеупомянутых варианта конструкции влияют на распределение радиального давления и порождают компенсационные потоки для предотвращения возникновения областей стоячей воды в зазоре вкладыша между передними гранями направляющего жидкость блока и нагнетательным элементом.

В еще одном усовершенствованном варианте реализации изобретения нагнетательный элемент, особенно роторный вкладыш, имеет спаренные лопатки, разнесенные в осевом направлении. При этом образуется так называемая тандемная решетка. Повышение давления, которое производится каждым рядом лопаток, существенно понижается. Кроме того, подобное специфическое устройство ротора нагнетательного элемента дополнительно ограничивает его нежелательные боковое перемещение.

Изобретения детально иллюстрируется посредством примера со ссылками на конкретные чертежи.

Фиг.1 показывает насос в разрезе по продольной оси;

Фиг.2 показывает продольный разрез осевого перекачивающего устройства с магнитной подвеской и с датчиками осевой стабилизации и контроля за взаимным положением элементов устройства;

Фиг.2а показывает поперечный разрез по линии А-А осевого перекачивающего устройства по фиг.2;

Фиг.2b показывает продольный разрез осевого перекачивающего устройства с магнитной подвеской;

Фиг.2с показывает поперечный разрез по линии А-А осевого перекачивающего устройства по фиг.2b;

Фиг.2d показывает продольный разрез осевого перекачивающего устройства с коническим нагнетательным элементом;

Фиг.3а показывает магнитную подвеску для осевого перекачивающего устройства;

Фиг.3b показывает поперечный разрез магнитной подвески по фиг.3а;

Фиг.4 показывает нагнетательный элемент со спаренными лопатками;

Фиг.5 показывает направляющий блок для жидкости с датчиком контроля за положением и с элементом магнитной подвески на основе постоянных магнитов;

Фиг.5а показывает поперечный разрез по линии В-В направляющего блока для жидкости по фиг.5;

Фиг.6а показывает схематический вид спереди торца роторного вкладыша или вкладышей;

Фиг.6b показывает схематический вид спереди торца другого варианта роторного вкладыша или вкладышей;

Фиг.6с показывает схематический вид спереди торца роторного вкладыша с эксцентрично расположенным выступом;

Фиг.7 показывает схематический разрез зазора вкладыша, образованного между нагнетательным элементом и вкладышем направляющего элемента;

Фиг.7а показывает схематический разрез зазора вкладыша, образованного между нагнетательным элементом и вкладышем направляющего элемента; и

Фиг.8 показывает схематический разрез вкладыша с осевым каналом.

На фиг.1 показан экспериментальный вариант заявляемой конструкции кровяного насоса, включающего кожух 3 насоса и кожух 2 стабилизатора. Статор 31 мотора с обмотками 33 расположен с внешней стороны и вокруг трубчатого полого корпуса 1, в котором осуществляется осевая перекачка жидкости. Статор 31 мотора приводит в движение нагнетательный элемент 5, включающий ротор 32 мотора и роторный вкладыш 52, и который подвешен внутри трубчатого полого корпуса 1. Роторный вкладыш 52 снабжен роторными лопатками 53. На внутренней стенке трубчатого полого корпуса 1 смонтированы направляющие блоки 7, 7', снабженные лопатками 72, 72' и расположенные по ходу потока спереди и сзади роторного вкладыша. Между направляющими блоками 7, 7' и роторным вкладышем 52 образован так называемый зазор 9. Ротор 32, совмещенный с роторным вкладышем 52, может вращаться под влиянием статора 31.

В процессе функционирования кровяного насоса перекачиваемая кровь поступает через колено 6 к нагнетательному элементу 5 и там захватывается роторными лопатками 53, при этом роторный вкладыш 52 служит для создания благоприятных динамических условий для потока. Технически приемлемый поток в направлении роторных лопаток 53 обеспечивается за счет направляющего блока 7', снабженного лопатками 72', жестко связанными с полым корпусом 1. Датчик 60 давления позволяет замерять давление в поступающей жидкости. Нагнетательный элемент 5 приводится в движение известным способом, а именно, за счет индуктивной связи ротора 32 со статором 31. Формирование тромбов в крови сведено к минимуму за счет использования магнитной подвески, поскольку никакие элементы подвески не размещаются в потоке, что, в противном случае, могло бы создавать неблагоприятные области. Завихрения и связанные с ними потери потока появляются лишь в малой степени. Роторный зазор 8 между роторным вкладышем 52 и внутренней стенкой полого корпуса 1 имеет в этом случае размеры, которые обеспечивают малую величину потерь потока и, в то же время, сокращают моторные потери, которые увеличиваются с увеличением расстояния между ротором 32 и статором 31. Ширина роторного зазора 8 в пределах 0,5-2,5 мм оказалась наиболее эффективной. После того как жидкость получила ускорение посредством роторных лопаток 53 роторного вкладыша 52, и связанное с этим давление возросло, жидкость поступает в направляющий блок 7, где она испытывает воздействие в осевом направлении, а давление еще более возрастает. Из-за особенностей конструкции лопаток 72 направляющего жидкость блока 7 обеспечивается гарантия того, что отклонение жидкости в осевом направлении осуществляется деликатно и, в основном, без завихрений.

Кровь выходит из кровяного насоса через колено 6' и поступает в шунт 62 аорты, который прикрепляется посредством съемного соединительного элемента (муфты) 63 к колену. Специфически экранированный оболочкой 11а кабель, включающий линии питания и передачи сигналов для статора 31, осевой стабилизатор 12 и сенсорный механизм, состоящий из датчиков 60, 61 и 43, связан через муфту 11 кабеля с кровяным насосом. Функционирование магнитной подвески представлено на фиг.2 и 2а.

Фиг.2 и фиг.2а показывают, соответственно, продольный и поперечный разрезы усовершенствованного варианта конструкции кровяного насоса, снабженного роторным вкладышем 52, поддерживаемым магнитной подвеской. Ротор 32 встроен в роторный вкладыш 52, при этом ротор 32 содержит элементы 42 магнитной подвески, которые размещены на его торцах, и закреплен в крепежном элементе 4. В направляющих жидкость блоках 7, 7' элементы 41 магнитной подвески размещены непосредственно напротив элементов 42 магнитной подвески. В данном случае, элементы 41 и 42 магнитной подвески имеют противоположную полярность. Направленная по оси сила притяжения элементов 41, 42 магнитной подвески обеспечивает стабильное расположение нагнетательного элемента 5 по оси трубчатого полого корпуса 1 и коррекцию радиальных отклонений. Позиционные датчики 43, также расположенные в направляющих жидкость блоках 7 и 7', определяют ширину зазора 9 вкладыша, а также измеряют и корректируют этот зазор с помощью осевого стабилизатора 12. Осевой стабилизатор 12 размещен в кожухе 2. Осевые стабилизаторы 12, выполненные в виде обмоток, порождают, когда подвод тока включен, магнитное поле, которое передается через кожух 2 стабилизатора и направляющие элементы 10 таким образом, что нагнетательный элемент 5 занимает устойчивое осевое положение между направляющими блоками 7 и 7'. На торцах направляющих блоков 7 и 7', а также на внешней стенке трубчатого полого корпуса 1 размещаются датчики 60 давления и датчик потока 61 для определения параметров потока. Нагнетательный элемент 5, включающий ротор 32 и элементы 42 магнитной подвески, а также роторные лопатки 53, вращается под воздействием статора 31 мотора. Радиальные отклонения в процессе вращения сглаживаются за счет противоположно поляризованных элементов магнитной подвески, в то время как осевая стабилизация обеспечивается датчиками 43 и осевым стабилизатором 12. Концентрация основной массы элементов 42 магнитной подвески в районе оси нагнетательного элемента 5 обеспечивает возможность пульсационного действия насоса, например, посредством быстрого изменения угловой скорости ротора.

Элементы 41 и 42 магнитной подвески альтернативно выполняются в форме кольцевого постоянного магнита с осевой поляризацией вместо цилиндра. Любые, известные специалисту, варианты конструкции, могут использоваться для конструкции элементов 41 и 42 магнитной подвески.

Для стабилизации осевого положения нагнетательного элемента 5 и роторного вкладыша, соответственно, предусмотрен осевой стабилизатор 12, выполненный, как представлено на данном примере; стабилизатор 12 взаимодействует с позиционными датчиками 43 и оказывает воздействие, через направляющие поток блоки 7 и 7', на торцевые поверхности нагнетательного элемента 5, соответственно; при этом он использует цепь электронного управления, не представленную в этом случае. Осевой стабилизатор 12 осуществляет активное управление осевым положением нагнетательного элемента 5, при этом на обмотки стабилизатора оказывают воздействие токи согласно сигналам управления и порождают в то же самое время магнитный поток, который накладывается на осевой магнитный поток элементов магнитной подвески и служит для регулировки осевого смещения. Позиционные датчики 43 определяют отклонения от желательного осевого положения нагнетательного элемента 5 и передают эту информацию в цепь управления.

На фиг.2b и фиг.2с показаны продольный и поперечный разрезы усовершенствованного варианта конструкции заявляемого устройства. Элементы крепежа 75 установлены спереди и сзади нагнетательного элемента 5 при взгляде направлении потока, они состоят из вкладыша 73, установленного с помощью опор 74 на внутренней стенке трубчатого полого корпуса 1. Опоры 74 размещены, например в данном случае, вокруг вкладыша 73 с разносом в 90°. В принципе, одной опоры 74 было бы также достаточно. Элемент крепежа 75 служит, по существу, для крепления элементов 41 магнитной подвески. Противостоящие элементы 41 и 42 магнитной подвески в этом случае также имеют противоположную полярность. Для осевой стабилизации осевого стабилизатора 12 используется позиционный датчик 43 и электронное управление (не показано).

В усовершенствованном варианте конструкции (см. фиг.2d) нагнетательный элемент 5 и направляющий блок 7 выполнены коническими. Конический ротор 80 нагнетательного элемента 5 утолщается в направлении потока и переходит, продлеваясь далее конически, в конусообразный направляющий блок 81. Элементы 41 и 42 магнитной подвески имеют противоположную полярность. Осевая стабилизация также осуществляется посредством позиционных датчиков 43, сопряженных с осевым стабилизатором 12.

Фиг.3а и 3b детально демонстрируют, соответственно, продольный поперечный разрезы экспериментального образца элементов 75 и 74 магнитной подвески.

На фиг.4 показан нагнетательный элемент 5 с роторным вкладышем 52 размещенный вокруг спаренных роторных лопаток 53 и 53'. Установка двух и более роторных лопаток 53 позволяет повысить эффективность лопаток нагнетательного элемента 5.

На фиг.5 и фиг.5а представлены, соответственно, продольный и поперечный разрезы, направляющего поток блока 7 или 7', соответственно, в котором элемент 41 магнитной подвески из постоянных магнитов окружен датчиком 43 контроля за положением.

Конструктивные решения, которые влияют на радиальное распределение давления и создают компенсирующие потоки, предотвращающие образование областей застоя жидкости в районе вкладыша 52 ротора, то есть в зазоре 7 вкладыша между передними гранями направляющих поток блоков 7 и 7' и нагнетающим элементом 5, показаны на фиг.6а, 6b, 6 с, 7 и 7а. Согласно фиг.6а ребро 723, расположенное радиально от центра к внешней стороне, выполнено на передней грани 722 направляющего поток блока 7, 7'.

Согласно фиг.6b ребро 724 выполнено изогнутым. Вместо таких ребер на верхнем торце 722 могут быть предусмотрены также впадины и/или выпуклости, радиальные лопатки, микро-лопатки, ребра, углубления и эксцентрично расположенные выступы 725 (фиг.6с) любой формы или даже просто шероховатость верхнего торца. Важно только, что это позволяет перекачиваемой жидкости вытекать из зазора 9 вкладыша (сравни с фиг.8) при вращении нагнетательного элемента 5. Этот способ может, конечно, быть применен также к конструкции переднего торца вкладыша 52 ротора.

Представленное на фиг.7 решение дает дополнительное преимущество в виде уменьшения возможности сцепления поверхностей в случае перебоев в работе системы осевой стабилизации.

В фиг.8 вкладыш 73 имеет осевой канал 726, сквозь который проходит перекачиваемая жидкость и который обеспечивает, чтобы жидкость, остающаяся в зазоре 9 вкладыша, тоже перекачивалась в радиальном направлении.

Следует подчеркнуть, что описанная в изобретении магнитная подвеска не обязательно ограничивается цилиндрическими формами магнитов. Другие геометрические формы элементов 41 и 42 магнитной подвески на постоянных магнитах также возможно применять.

Список ссылочных номеров

1 - Трубчатый полый корпус

2 - Кожух стабилизатора

3 - Кожух насоса

4 - Крепежный элемент

5 - Нагнетательный элемент

6 - Колено

6' - Колено

7 - Направляющий блок для потока

7' - Направляющий блок для потока

8 - Зазор ротора (роторный зазор)

9 - Зазор вкладыша

10 - Элемент направляющего блока для потока

11 - Оболочка кабеля

11a - Кабель

12 - Осевой стабилизатор

31 - Статор мотора

32 - Ротор мотора

33 - Обмотка статора

41 - Элемент подвески в виде постоянного магнита

42 - Элемент подвески в виде постоянного магнита

43 - Датчик положения

52 - Вкладыш ротора

53 - Лопатки ротора

60 - Датчик давления

61 - Датчик потока

62 - Шунт аорты

63 - Соединительный элемент

72 - Лопатки статора

72' - Лопатки статора

73 - Вкладыш

74 - Опора (суппорт)

75 - Направляющий блок (крепеж)

76 - Крышка вкладыша

722 - Торцевая поверхность

723 - Ребро

724 - Ребро

725 - Выступ

726 - Канал

80 - Конический ротор

81 - Конический направляющий блок