Насосное устройство с электромеханическим приводом Советский патент 1982 года по МПК A61M1/00 

1

Изобретение относится к медицинской технике, в частности может применяться в аппаратах вспомогательного и искусственного кровообращения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для перекачивания крови, содержащее насос возвратно-поступательного действия, приводной двигатель и преобразователь вида движения типа центробежного механизма Уатта. Преобразователь вида движения, установленный между валом электродвигателя и штоком вытеснителя, представляет собой щарнирный рычажный механизм с закрепленными на каждом звене грузами, при этом между щтоком и шарнирньш рычажным механизмом установлена втулка, а между корпусом насоса и вытеснителем - пружина. Такое выполнение позволяет регулировать производительность насоса путем независимого изменения длительностей и всасывания (систолы и диастолы) 1 .

Недостатками известного устройства являются высокие массогабаритные показатели и низкий КПД устройства. Эти недостатки легко обнаружить, рассматривая изменение полной энергии устройства, которая приближенно определяется потенциальной энергией, накопленной в пружине, и кинематической энергией вращающихся масс. При вытеснении (в систолу) необходимо уменьшать скорость вращения, при этом кинематичес5 кая энергия уменьшается и одновременно уменьшается потенциальная энергия пружины (пружина разжимается). При всасывании необходимо увеличить скорость - увеличивается кинематическая энергия и сжи,0 мается пружина - увеличивается потенциальная энергия. Полная энергия устройства для двух крайних положений вытеснителя различна, причем разница значительна, так как одновременно с увеличением скорости вращения увеличивается и момент инерции

15 четырехзвенного механизма. Таким образом, для осуществления работы известного устройства через электродвигатель необходимо дополнительно пропускать энергию, равную разности полной энергии в двух крайних

20 положениях вытеснителя, что увеличивает массогабаритные показатели двигателя (источника питания), снижает его КПД и, следовательно, увеличивает массогабаритные показатели и снижает КПД устройства в целом.

Целью изобретения является снижение массогабаритных показателей и повышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в насосном устройстве с электромеханическим приводом, содержащем электродвигатель, поршневой насос и центробежный преобразователь вращательного движения в поступательное, выполненный в виде четырехзвенного шарнирно-рычажного механизма, два звена которого с грузиками, установленного между валом электродвигателя и поршнем насоса, звенья, имеющие грузики, выполнены Г-образными, причем грузики размещены на свободных концах звеньев.

На чертеже изображено предложенное насосное устройством электромеханическим приводом, общий вид.

Предлагаемое устройство содержит электродвигатель 1, поршневой насос, состоящий из поршня 2, корпуса 3 насоса и мембраны 4 между ними. Преобразователь вращательного движения в поступательное представляет собой шарнирно-рычажный механизм, образованный парой звеньев 5 и парой звеньев 6 Г-образной формы, на концах которых закреплены грузики 7, а между собой звенья соединяются пальцами 8, образующими шарниры. Между корпусом насоса и поршнем установлена пружина 9. Центробежный механизм со стороны звеньев 6 соединяется шарнирно с валом электродвигателя 1 через промежуточную втулку 10 и соединительную муфту 11. Промежуточная втулка 10 крепится в корпусе 3 насоса с возможностью вращения радиально упорными подшипниками 12, которые снимают осевые усилия с вала электродвигателя.

Центробежный механизм со стороны звеньев 5 шарнирно соединяется с втулкой 13, которая крепится в поршне 2 радиальноупорными подшипниками 14, позволяющими втулке 13 свободно вращаться и передавать осевое усилие со стороны центробежного механизма на порщень. Между корпусом 3 насоса и поршнем 2 установлен подщипник 15 качения, центрирующий порщень и уменьшающий трение. Выходной штуцер 16 герметично установлен на корпусе 3 насоса.

Устройство функционирует следующим образом.

Электродвигатель 1 через соединительную муфту 11 и промежуточную втулку 10 раскручивает центробежный механизм. На звенья с грузиками 7 действует центробежная сила, которая передается через пальцы 8 на втулку 13 и поршень 2. Перемещению порщня 2 препятствует усилие, развиваемое пружиной 9.

При достижении центробежным механизмом определенной скорости усилие, действующее на поршень со стороны центробежного механизма, превышает усилие, развиваемое пружиной 9, и поршень 2 начинает перемещаться, выталкивая газ через штуцер 16,

обеспечивая фазу вытеснения (систола). При вытеснении двигатель 1 развивает момент, совпадающий по направлению с направлением вращения центробежного механизма, работая в двигательном режиме.

Для обеспечения обратного хода поршня двигателем 1 необходимо развивать тормозной момент (направление момента противоположно направлению вращения центробежного механизма). В этом случае усилие со стороны пружины 9 превышает усилие, действующее на поршень 2 со стороны центробежного механизма, и поршень начинает перемещаться, всасывая газ через штуцер 16, обеспечивая фазу всасывания (диастола) .

Использование изобретения позволяет снизить массогабаритные показатели и повысить КПД насосного устройства. Эти преимущества достигаются за счет конструкции центробежного механизма с парой звеньев 6 Г-образной формы и парой звеньев 5, соединенных, как показано на чертеже. Такое конструктивное выполнение центробежного механизма при определенных соотношениях между геометрическими размерами звеньев, массами грузиков 7 и жесткостью пружины 9 позволяет обеспечить примерное постоянство полной энергии системы при работе насосного устройства. В процессе работы устройства потенциальная энергия, накопленная в пружине, перераспределяется в кинематическую энергию вращающихся масс, оставаясь примерно постоянной.

При всасывании работает пружина, ее потенциальная энергия уменьшается, а кинематическая энергия вращающихся масс возрастает, так как возрастает скорость вращения, хотя двигатель и работает в тормозном режиме. При вытеснении сжимается пружина, ее потенциальная энергия возрастает, так как падает скорость вращения. .

Постоянство полной энергии устройства при работе позволяет практически всю энергию, подводимую двигателем, тратить на полезную работу по перекачке газа.

В предлагаемом устройстве электродвигатель пропускает только полезную энергию, что позволяет выбрать электродвигатель, имеющий значительно меньшие массогабаритные показатели по сравнению с известным.

КПД маломощных электродвигателей (мощность 25-50 Вт) не превышает 50-60%, поэтому возможность уменьшить пропускаемую через электродвигатель энергию увеличивает КПД устройства. Снижение потребляемой энергии и увеличение КПД, кроме того, позволяет снизить массогабаритные показатели источника питания, что немаловажно для имплантируемого и ранцевого варианта искусственного сердца. Увеличение КПД и снижение потребления энергии для случая имплантации насосного устройства снижает тепловое воздействие на окружающие ткани, облегчает теплоотвод.

Формула изобретения

Насосное устройство с электромеханическим приводом, содержащее электродвигатель, поршневой насос и центробежный преобразователь вращательного движения в поступательное, выполненный в виде четырехзвенного щарнирно-рычажного механизма, два звена которого с грузиками, установленного между валом электродвигателя и поршнем насоса, отличающееся тем, что, с целью снижения массогабаритных показателей и повышения КПД насосного устройства, звенья, имеющие грузики, выполнены Г-образными, причем грузики размещены на свободных концах звеньев.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2776517/13.

/3