一种密封机构及心脏血泵的制作方法

1.本发明涉及医疗器械设计技术领域，具体涉及一种密封机构及心脏血泵。


背景技术：

2.心衰指由于心脏的收缩功能和(或)舒张功能发生障碍，不能将静脉回心血量充分排出心脏，导致静脉系统血液淤积，动脉系统血液灌注不足，从而引起心脏循环障碍症候群。
3.目前心衰治疗的手段包括有药物治疗、手术换心脏、左心室辅助装置。其中左心室辅助装置即为通过心脏血泵对血液进行抽吸，促进心脏血液的流动，该方案具有治疗效果好，成本低等优点，但该方案存在心脏内血泵内易进入血液造成血栓，心脏内血泵的电机停机等问题。
4.对于目前的心脏内血泵，为了避免血液进入电机而造成血栓或停机故障，通常会采用密封结构(us5911685)或电机冲洗装置(us10610626)。现有的两种方案依旧存在以下问题：
5.1、电机冲洗装置(us10610626)式血泵需要一套额外复杂的电机冲洗装置(如蠕动泵)为电机提供冲洗液，冲洗液的压力大于血压，从而避免血液进入电机中，如果冲洗装置中任一个零件失效，血泵也会失效，降低了系统的可靠性。
6.2、密封结构式血泵(us5911685)的密封结构采用传统行业密封件，流体在前进方向存在间隙或遮挡物，容易在密封件附近形成血液流动停滞区，血液在流动停滞区没有前进速度，逐步凝血形成血栓，或形成密封材料磨损而带来生物相容问题。


技术实现要素：

7.针对背景技术中的问题，本发明提供了一种密封机构，用于叶轮与动力机构连接处的密封，所述动力机构的输出端上连接有一壳体，所述叶轮位于所述壳体内，且与所述动力机构的输出轴连接；所述壳体上远离所述动力机构的一端设有第一开口部，所述壳体上靠近所述动力机构与所述叶轮连接处的一端设有第二开口部；所述密封机构包括：
8.第一密封部，为形成于所述壳体内靠近所述第二开口部处的流线型非流动停滞区；在所述叶轮的作用下，来自第一开口部或第二开口部的流体，流经所述流线型非流动停滞区，直接呈流线型流过，不发生停滞；
9.第二密封部，为设置在所述叶轮或所述输出轴与所述动力机构之间密封件，所述密封件与所述输出轴或所述叶轮之间形成动密封。
10.在一些实施例中，所述叶轮的轮毂和/或所述密封件与所述第二开口部相对处呈流线型，所述叶轮的轮毂和/或所述密封件，与所述壳体之间构成所述流线型非流动停滞区。
11.在一些实施例中，所述动力机构包括机座和设置在所述机座上的动力件，所述动力件的输出轴与所述叶轮的轮毂同轴连接；所述壳体朝向所述机座的一端同轴连接到所述
机座朝向所述叶轮的一端上。
12.在一些实施例中，所述密封件为径向密封件，所述径向密封件一端同轴套设在所述轮毂或所述输出轴上实现动密封，相对的另一端与所述壳体或所述机座连接实现静密封；
13.所述径向密封件的外圈面沿其轴向呈流线型，所述径向密封件的流线型外圈面与所述壳体之间构成所述流线型非流动停滞区。
14.在一些实施例中，所述径向密封件为单道径向密封，所述径向密封件内圈与所述轮毂或所述输出轴之间只有一处接触形成一道密封。
15.在一些实施例中，所述径向密封件朝向所述叶轮的一端内圈与所述轮毂或所述输出轴过盈配合实现动密封。
16.在一些实施例中，所述径向密封件为多道径向密封，所述密封件内圈与所述轮毂或所述输出轴之间多处接触形成多道密封。
17.在一些实施例中，所述径向密封件朝向所述叶轮的一端内圈与所述轮毂或所述输出轴过盈配合形成第一道密封；所述轮毂或所述输出轴的外圈面上周向设有第一凸起，所述第一凸起与所述径向密封件内圈面接触形成第二道密封；所述径向密封件内圈面设置有第二凸起，所述第二凸起与所述轮毂或所述输出轴接触形成第三道密封。
18.在一些实施例中，所述径向密封件的另一端套设在所述机座的端部上，且所述径向密封件另一端的外圈与所述壳体的内圈固定密封连接。
19.在一些实施例中，所述径向密封件径向具有弹性。
20.在一些实施例中，所述密封件为轴向密封件，所述轴向密封件与所述叶轮、所述机座同轴设置，所述轴向密封件轴向一端与所述轮毂的端面接触实现动密封，另一端与所述机座接触实现静密封；所述轴向密封件的外圈面与所述壳体内表面接触实现静密封；
21.所述轮毂靠近所述轴向密封件一端的外圈面和/或所述轴向密封件靠近所述轮毂一端的外圈面，沿其轴向呈流线型；所述轮毂的流线型外圈面和/或所述轴向密封件外圈面，与所述壳体之间构成所述流线型非流动停滞区。
22.在一些实施例中，所述轴向密封件为单道轴向密封，所述轴向密封件的端面与所述轮毂端面之间只有一处接触形成一道密封。
23.在一些实施例中，所述轴向密封件朝向所述轮毂一端的端面边缘处具有一密封平面，所述密封平面与所述轮毂端面接触形成一道密封。
24.在一些实施例中，所述轴向密封件为多道轴向密封，所述轴向密封件的端面与所述轮毂端面之间多处接触形成多道密封。
25.在一些实施例中，所述轴向密封件朝向所述轮毂一端的端面边缘处具有一密封平面，所述密封平面与所述轮毂端面接触形成第一道密封；所述轮毂朝向所述轴向密封件一端的端面上设有第三凸起，所述第三凸起与所述轴向密封件接触形成第二道密封。
26.在一些实施例中，所述轴向密封件的轴向具有弹性。
27.在一些实施例中，所述轴向密封件的外圈面沿其周向设有一内凹部。
28.在一些实施例中，所述第一开口部为同轴设置在所述壳体远离所述动力机构一端的端面上的轴向开口；所述第二开口部为均设在所述壳体靠近所述动力机构一端侧壁一圈上的多个径向开口。
29.在一些实施例中，所述壳体内相邻所述径向开口之间均设置有导叶片，所述导叶片沿着相邻所述径向开口之间的壳体设置，所述导叶片与所述密封件或所述动力机构连接。
30.在一些实施例中，所述密封件的材料采用生物相容性的耐磨材料。
31.在一些实施例中，所述叶轮的叶片外径与所述壳体内壁之间的间距为0-0.3mm。
32.在一些实施例中，所述叶轮的叶片厚度为0.1-0.8mm。
33.在一些实施例中，所述动力件设置在所述机座内，所述机座远离所述叶轮的一端的外圈面呈缩小的流线型。
34.在一些实施例中，所述壳体为一圆柱中空薄壁结构。
35.本发明还提供了一种心脏血泵，采用如上所述的密封机构。
36.本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
37.本发明提供的密封机构适用于心脏血泵中的密封，通过在叶轮与动力机构连接处形成一流线型非流动停滞区，使得血液流经该处的时候不会发生停滞，直接流过，同时配合密封件的使用作进一步的密封，从而避免血液在叶轮轮毂与输出轴连接处形成血栓，避免血液自连接处渗入到动力机构内致使停机故障。
附图说明
38.结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：
39.图1为本发明实施例1提供的密封机构的剖示意图；
40.图2为本发明实施例1中径向密封件的结构示意图；
41.图3为本发明实施例2提供的密封机构的剖示意图；
42.图4为本发明实施例2中a处的局部示意图；
43.图5为本发明实施例2中径向密封件的结构示意图；
44.图6为本发明实施例3提供的密封机构的剖示意图；
45.图7为本发明实施例3中b处的局部示意图；
46.图8为本发明实施例3中轴向密封件的结构示意图；
47.图9为本发明实施例4提供的密封机构的剖示意图；
48.图10为本发明实施例4中c处的局部示意图。
具体实施方式
49.参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
50.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
51.本发明提供了一种密封机构，用于叶轮与动力机构连接处的密封，动力机构的输出端上连接有一壳体，叶轮位于壳体内，且与动力机构的输出轴连接；壳体上具有供流体流动的第一开口部和第二开口部，第一开口部设于壳体远离动力机构的一端，第二开口部设于壳体上靠近动力机构与叶轮连接处的一端；密封机构包括第一密封部和第二密封部，第一密封部为形成于壳体内靠近第二开口处的流线型非流动停滞区；在叶轮的作用下，来自第一开口部或第二开口部的流体，流经流线型非流动停滞区，流体直接呈流线型流过，不发生停滞；第二密封部为设置在叶轮或输出轴与动力机构之间密封件，密封件与输出轴或叶轮之间形成动密封。
52.动力机构的输出轴带动叶轮相对于壳体、动机机构转动，使得流体自第一开口部进入到壳体内，在叶轮的推动作用下轴向推进至流线型非流动停滞区，在流线型非流动停滞区的作用下呈流线型流过叶轮与动力机构连接处，然后直接从而第二开口部输出；或者，动力机构的输出轴带动叶轮相对于壳体、动机机构转动，使得流体自第二开口部进入到壳体内，在流线型非流动停滞区的作用下呈流线型流过叶轮与动力机构连接处，然后再在叶轮的推动作用下轴向推进至第一开口部，并从第一开口部输出；第一开口部、第二开口部作为进出口的切换，可通过调整叶轮的转向来实现。
53.其中流线型非流动停滞区，利用流体的特性调整其流经的区域的流线型，使得流体在该区域内不会发生湍流、打转等问题，直接流经该区域而不发生滞留，其中流线型的具体形状可根据具体因素进行调整，例如，流体的流速、壳体的管径、流体的密度等因素，可根据具体情况对该区域进行多次调整模拟等，使得流体流经该区域不发生滞留即可。
54.本发明提供的密封机构适用于心脏血泵中的密封，通过在叶轮与动力机构连接处形成一流线型非流动停滞区，使得血液流经该处的时候不会发生停滞，直接流过，同时配合密封件的使用作进一步的密封，从而避免血液在叶轮轮毂与输出轴连接处形成血栓，避免血液自连接处渗入到动力机构内致使停机故障。
55.本发明冲破现有心脏血泵中只采用密封件进行密封的固有思维，开创性的通过流线型非流动停滞区和密封件的结合来解决血液进入动力机构造成血栓或停机故障的问题，提出了一种新的密封理念，且具有结构简单，成本低等优点。
56.本发明提供的密封机构可适用于左心室辅助装置中的心脏血泵中，此时第一开口部作为血液流入口、第二开口部作为血液流出部；也可适用于右心室辅助装置中的心脏血泵中，此时第二开口部作为血液流入口、第一开口部作为血液流出部。本发明提供的密封机构并不局限于用于以上装置，也可适用于其他装置，此处不做限制。
57.下面以用于左心室辅助装置中的心脏血泵中为例，作进一步的说明：
58.实施例1
59.参照图1-2，在本实施例中动力机构包括有机座4和动力件，动力件具体可采用电机5，电机5同轴设置在机座4内，电机5的输出轴501伸出机座4。
60.其中，本实施中电机5完全位于机座4内，当然在其他实施例中电机5也可不完全在机座内，只要保证电机5安装在机座4上即可，此处不做限制；当然在其他实施例中机座4也可和电机5的外壳合二为一，此处也不做限制。
61.在本实施例中，壳体1为一圆柱中空薄壁结构，其一端同轴套设在机座4端部的第一台阶部上402上，并通过焊接、粘接等方式实现固定连接；且机座4与壳体1外面的过渡处
过渡，避免心脏血泵插入到心脏内时且外表面刮伤组织。
62.叶轮2采用轴流式叶轮，包括有轮毂201和设置在轮毂上的叶片；轮毂201与输出轴501同轴固定连接，本实施例中轮毂201套设在输出轴501上实现固定连接，当然在其他实施例中，也可输出轴501套设在轮毂201上，此处不做限制，可根据具体情况进行选择。
63.其中，壳体1远离电机5一端的端面敞口直接形成轴向开口101；壳体朝向电机5一端的外圈面上周向均布有多个径向开口102，且径向开口102靠近轮毂201与输出轴501的连接处设置。电机5带动叶轮2转动，使得血液自轴向开口101进入到壳体1内，血液在叶片2的推动作用下向径向开口一侧流动，并从径向开口102处排出。
64.其中，径向开口102相对于轴向倾斜设置，由于在叶轮的推动作用下壳体1内的血液并不是沿轴向平直的流动的，而是呈螺旋式的轴向前进的，径向开口102的倾斜方向与血液的流向匹配，以保证血液能够顺利快速的流出径向开口102。
65.其中，叶轮2的叶片202外径与壳体1内壁之间的间距为0-0.3mm，优选的为0.1-0.2mm，这样设置即可避免叶片202转动过程中碰到壳体1，同时间距不可过大以保证血液在壳体1内轴向上的顺利推进。叶轮2的叶片202外径与壳体1内壁之间的间距的取值可根据壳体直径、流速等因素来进行选择，此处不做限制。
66.其中，叶轮2的叶片202的厚度为0.1-0.8mm，这样设置在保证叶片202强度的同时，还最大范围的保证了血液流通的流量。叶片202厚度的取值可根据壳体直径、流速等因素来进行选择，此处不做限制。
67.其中，机座4远离叶轮的一端的外圈面401呈缩小的流线型，从径向开口102流出的血液再向机座4远离叶轮的一端流动，流经流线型的外圈面401，使得血液不会在末端发生打转、滞留等情况，可保证血液顺畅的往后流动。
68.在本实施例中，轮毂201与输出轴501连接的一端上设置有一径向密封件3；径向密封件3一端套设在轮毂201外圈面上实现动密封，当然当输出轴是套设在轮毂上实现时，径向密封件3一端就套设在输出轴的外圈面上，此处不做限制；径向密封件3的另一端套设到机座4端部的第二台阶部403上，且径向密封件3的另一端边缘处的外圈面与壳体1的内壁面贴合并固定连接，径向密封件3的另一端与机座4以及壳体1之间均实现了静密封。
69.其中，径向密封件3朝向径向开口102处的外圈面301，沿其轴向呈流线型，使得径向密封件3的流线型外圈面301与壳体1内壁之间构成流线型非流动停滞区；进一步的径向密封件3的外圈面呈自轮毂201向径向开口102一侧流线型延伸的形状，从而使得来自叶片202输送过来的血液经过径向密封件3时成流线型流出径向开口102，防止血液在该处发生滞留。
70.其中，径向密封件3径向具有弹性，可以发生弹性形变，以起到径向缓冲力的作用。
71.在本实施例中，径向密封件3为单道径向密封，径向密封件3内圈与轮毂201或输出轴之间只有一处接触形成一道密封。具体的，径向密封件3的内圈呈锥形，保证只有径向密封件朝向叶轮的一端内圈302与轮毂201/输出轴501过盈配合实现动密封，以防止血液的渗入。
72.在本实施例中径向密封件3的材料采用生物相容性的耐磨材料，如生物耐磨陶瓷或生物兼容耐磨塑料或生物兼容耐磨橡胶，这样可以减少磨损颗粒的产生，避免密封件附近的溶血血栓问题和生物相容问题。
73.本实施例中其他与血液接触的结构也采用生物相容性材料，例如叶轮、壳体、机座等。
74.实施例2
75.本实施例是在实施例1的基础上进行的调整，在本实施例中径向密封件3为多道径向密封，径向密封件3内圈与轮毂201/输出轴501之间多处接触形成多道密封。
76.具体的，参照图3-5，在本实施例中，径向密封件3朝向叶轮2的一端内圈302与轮毂201或输出轴501之间过盈配合形成第一道密封。
77.进一步的，轮毂201(或输出轴501)的外圈面上周向设有第一凸起203，第一凸起203与径向密封件3内圈面接触形成第二道密封；其中，第一凸起203可以为直接一体成形在轮毂201外圈一周的结构，也可为一套设在轮毂201外圈上的密封圈，此处不做限制，可根据具体情况进行调整。
78.进一步的，径向密封件3内圈面设置有第二凸起303，第二凸起303与轮毂201(或输出轴501)接触形成第三道密封；其中，第二凸起303可以为直接一体成形在径向密封件3内圈的结构，也可为一套设在径向密封件3内圈上的结构，此处不做限制，可根据具体情况进行调整。
79.本实施例中采用三道密封，从而大大提高了密封效果，即使第一道密封失效，也有后续密封；当然在其他实施例中也可以只有两道密封，也可以三道以上的密封，此处不做限制，只要保证其为迷宫式密封结构即可，此处不做限制。
80.在本实施例中，壳体1内相邻径向开口102之间均设置有导叶片304，导叶片304沿着相邻径向开口102之间的壳体1设置，其中导叶片304可与该处壳体垂直设置，也可相对于其倾斜设置，此处不做限制，可根据具体情况进行调整；进一步的，本实施例中导叶片304一侧与径向密封件3的外圈面连接，另一延伸至相邻径向开口102之间的壳体上，如图5中所示；当然在其他实施例中导叶片也可与壳体1或者机座4固定连接，此处不做限制。
81.本实施例通过导叶片304的设置，便于径向开口102处血液的整流，减小血液周向旋转速度分量，增加轴向直线速度分量，增大血液流量。
82.本实施例中，密封机构的其他具体结构均可参照实施例1中的描述。
83.实施例3
84.本实施例是在实施例1的基础上进行的调整，在本实施例中密封件采用轴向密封件。
85.参照图6-8，在本实施例中轴向密封件8与叶轮2、机座4同轴设置，具体的轴向密封件8同轴套设在机座4端部的第二台阶部上；轴向密封件8轴向上一端与轮毂201的端面接触实现动密封，另一端与机座4接触实现静密封，轴向密封件8的外圈面与壳体1内表面接触实现静密封；进一步的轴向密封件8与壳体1固定连接。
86.其中，轴向密封件8为单道轴向密封，轴向密封件8的端面与轮毂201的端面之间只有一处接触形成一道密封。进一步的，轴向密封件8朝向轮毂201一端的端面204上具有一与轮毂接触的密封平面801，且密封平面801位于轴向密封件8端面的边缘处，如图8中所示；这样设置可保证轮毂201与壳体1之间无间隙，如图7中所示，从而避免血液在该处滞留产生血栓。
87.当然，在其他实施例中轴向密封件8也可为多道密封结构，此处不做限制。
88.其中，轴向密封件8为一轴向具有弹性的密封件，以保证在血液轴向冲击叶轮2时，起到一定的缓冲作用；具体的本实施例中通过轴向密封件8的外圈面沿其周向设有内凹部803，来实现轴向具有弹性的功能，当然在其他实施例中也可不设有内凹部，其本身即为一弹性结构，此处不做限制，可根据具体情况进行调整。
89.进一步的，使轴向密封件8的轴向具有弹性，。
90.在本实施例中，轮毂201套设在输出轴501上并实现固定连接，轮毂201靠近轴向密封件8一端的外圈面沿其轴向呈流线型，且该流线型外圈面位于径向开口102处；轮毂201的流线型外圈面与壳体1之间构成流线型非流动停滞区。
91.本实施例中，密封机构的其他具体结构均可参照实施例1中的描述。
92.实施例4
93.本实施例是在实施例3的基础上进行的调整。
94.参照图9-10，在本实施例中轴向密封件9朝向轮毂201的一端轴向延伸一段结构，轴向密封件9的外圈面与径向开口相对；且该延伸段的外圈面901呈流线型，延伸段的外圈面901与壳体1之间构成流线型非流动停滞区。
95.在本实施例中，轴向密封件9为多道径向密封；具体的，如图10中所示，轴向密封件8朝向轮毂201一端的端面边缘处具有一与轮毂接触的密封平面902，形成第一道密封；轮毂201的端面设有与轴向密封件9接触的第三凸起205，形成第二道密封。
96.在本实施例中，壳体1内相邻径向开口102之间均设置有导叶片904，导叶片302沿着相邻径向开口102之间的壳体1设置并与之垂直；进一步的，本实施例中导叶片904一侧与轴向密封件9的外圈面连接，另一延伸至相邻径向开口102之间的壳体上，如图10中所示。
97.本实施例通过导叶片904的设置，便于径向开口102处血液的整流，减小血液周向旋转速度分量，增加轴向直线速度分量，增大血液流量。
98.本实施例中，密封机构的其他具体结构均可参照实施例3中的描述。
99.本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围之内作出变化和修改。