專利名稱：蠕動流體泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有吸入側和泵送側的蠕動流體泵，這種型式的蠕動流體泵包含一泵殼，帶有一主要的弓形支承表面；一沿著該表面延伸的軟管；一馬達，帶有兩個相對的磙子，在運轉過程中，這兩個磙子在軟管上依次碾過一段管子被逐漸壓縮的入口部分，一段至少跨過不小于180°的弧形角度延伸的泵送部分，一段壓縮逐漸結束的出口部分；以及一馬達，在工作當中使轉子旋轉。
這種蠕動流體泵通常用于對腎功能不健全的病人做血液透析，因此這種泵通過透析器泵送病人的血液。
通常，血液泵按照這樣的方式設計在工作當中兩個磙子可以同時與軟管泵送接合。因此，封閉在兩個磙子之間的管子部分內的血液，相對泵的理想排出壓力承受相當大的正壓。當引導磙不再與管子接合時，正壓被釋放掉。正壓和壓縮脈動所導致的結果是紅血細胞的溶血作用。
從US 3,787,148號專利中可知，蠕動流體泵帶有延伸跨過短于180°的弧形長度的弓形支承表面并且通過端部對稱設置，短斜面朝著弓形支承表面斜向延伸。在該申請中，磙子中的一個開始壓平管子，同時另一個磙子開始相反的操作。但是，這一方案不能避免在被泵送的流體中產生相當大的正壓和壓縮脈動的現象。
在進入入口部分時，最后面的磙子連續地移送管子內的一些流體。這一工作過程與活塞在液壓缸內移送缸筒內的流體的工作過程一致。因此，入口部分的長度就對應于活塞的行程。
但是，上述美國專利提供的已知的傾斜斜面導致的結果是行程比較短，流體在磙子下被很快移送。這種流體被快速移送會導致管內壓縮波的產生。
相反的操作過程發生在出口部分，在此最前面的磙子快速地脫開與管子的接合狀態，因而留出一個需盡快充滿充足流體的空間。
因此，傾斜斜面附加有在泵送流體時產生正壓和壓縮脈動的傾斜部分。
此外，該美國申請還以如下條件為基礎入口部分的工作過程優于相反方向的出口部分的工作過程。
實際上由于下述情況事實是不同的，該情況是指最后面的磙子壓在飽滿的管子上的同時，最前面的磙子開始脫離偏平管子，并且移送流體的體積隨著管子被擠壓而同時增大，隨著不連續的壓縮作用而同時減小。當最前面的管子開始打開時，在打開時還有一個壓差，該壓差與送入壓力和抽吸壓力之間的差值對應。這一壓差不會在最后面的磙子關閉管子的同時出現。
按照這種方式，無論傳統的蠕動泵還是美國專利3,787,148號專利中公開的泵，都不能在不使以循環重復方式流動的流體出現相當大的壓力上升的情況下起作用。
本發明的目的在于提供一種在開始段中所提到的一種蠕動流體泵，將這種泵設計成以比現有技術中小的壓差和流體內壓縮脈動泵送流體。
本發明的第二個目的是提供在開始段中所提到的一種蠕動流體泵，將這種泵設計成在整個泵送循環中排出壓力是恒定值的情況下進行泵送操作。
根據本發明所能得到的創新的和獨有的特點，其原因在于，在工作當中，弧形支承表面的形狀是這樣的形式，即泵中兩個相對的磙子在相對的相位內不同步工作。
因此，就能夠對兩個部分內的操作過程之間的壓差給予補償，同時更具優勢的是可以得到一個常值輸送壓力，而不會在最前面磙子之前或之后的流體內產生壓縮脈動。
如早先所描述的，流體在管子內被連續移送，同時最后面的磙子經過入口部分。同時，磙子在管子內形成一個更大的影響。該影響就象一個在泵送行程中推動其前面流體的活塞一樣起作用。因此，當流體在該管子內流動時，磙子以同樣的速度碾過整個管子。
首先，在管子內的影響不會大到足以能夠產生任何值得注意的在影響前和后之間的壓差。在管內的影響下，通過仍然相對很大的縫隙使壓力一直很均勻。因此，在下面稱作入口部分的空載區域的區域內，沒有泵送操作。
在某一時刻，影響變得那樣大，以致由于在磙子下面的管子內的縫隙現在相對較窄，縫隙的前和后之間不再產生壓力均衡作用。此時，磙子沿著一個下面稱作入口部分泵送區域的一個區域、在從零升至全載輸送壓力的一個壓力下開始泵送。
入口部分的泵送區域逐漸地進入管子的實際泵送部分，所說部分延伸到管子的出口部分內，與入口部分一樣，出口部分帶有一個泵送區域和一個空載區域，但是顯然是放置成相對于轉子的旋轉方向相反的順序上。
在有后面的吸入壓力和前面的輸送壓力條件下，最前面的滾子開始其打開操作。壓差傾向于使流體流向與預想相反的方向。這一缺點通過以這種方式設計成的泵來彌補，在最前面的滾子開始其打開操作之前，最后的滾子此時早已進入使上述壓差均衡的泵送區域。
通過使入口端和出口端之間的角度小于180°，可以恰當地產生壓力均衡作用。
而且，入口的開始端和泵送部分末端之間的角度最好是大于180°。因此，可以確保最前面的滾子有時間從管子在最后的滾子經過泵送部分期間受到的連續壓縮當中抽取過量的流體，而在吸入側沒有顯著的壓力升高。
在泵送流體時，為了避免產生不希望出現的壓縮脈動現象，可以將入口和出口都設計有相對長一些，以確保泵的長行程以及其平滑和穩定的運行。
弓形支承表面還可能以這樣的方式延伸，即在通過入口和出口部分當中，流體排量分別線性地增大和減小。這一點在泵操作當中可以避免產生壓縮脈動。
通常，管子可以由合適的塑料制成。但是，當塑料反復地承受嚴重的變形時，容易產生永久的變形。因此，管子會逐漸變得更扁平。如果出現這種形狀，管子的容積量就不會象以前一樣。因此，在使用當中，泵的有效容量就會逐漸下降。
為了避免出現這種不希望發生的對泵的影響，提供有用于頂靠在管子側面上的壓力裝置，從而用力地保持管子的形狀，因此，在管子與滾子接合的區域之外，管子在單位長度上總是包含同樣的流體量。這就意味著泵的容積量和容量總是保持恒定值。
管子的加強形狀可以是例如其主軸于轉子的旋轉軸垂直的橢圓形。當所說壓力裝置進一步以這種方式設計，即裝置彈性地壓靠著管子的側面時，管子可以起到阻尼器的作用以吸收可能在流體內產生的壓縮脈動。
壓力裝置的一種簡單而有效的實施方式是由設置在管子每個側面上的兩個盤簧構成。
泵還可以包含一種裝置，即一彈簧，用于在管子的入口部分內由彈簧力對管子起作用。該裝置起到一種安全閥的作用，以在最后的滾子的入口相位內防止管子內的壓力超過一預定值。
彈簧的彈簧力最好是可以調整的，這樣泵的排出壓力就可以隨著不同的流動阻力而適應透析器。因此，可以將泵調成泵送同樣的輸出值，而不考慮目前使用的透析器的各個流體阻力。
泵還可以包含一種裝置，例如一彈簧，用于在管子的出口部分的下游區域內隨著彈簧力對管子產生作用。這種裝置作為一種止回閥，其能夠減弱和防止流體沿與希望的相反的方向流動的趨勢。
下面，將更詳細地說明本發明，參照附圖僅說明示例性的實施例，其中
圖1是將本發明中蠕動泵的前蓋拆掉后的側視圖；圖2是沿圖1中截面線11-11的蠕動泵；圖3是圖2中泵處于第二泵送相位的較大比例的局部圖；圖4是處于第一泵送相位、在蠕動泵的管子上滾動的滾子的局部圖；圖5是沿圖4中的線V-V的滾子；圖6是處于第二泵送相位的滾子的局部圖；圖7是沿圖6中的線VII-VII的滾子；圖8是處于第三泵送相位的滾子的局部圖；圖9是沿圖8中的線IV-IV的滾子；圖10是泵的工作循環的示意圖；以及圖11是分別由傳統的血液泵和本發明的血液泵產生的溶血作用的曲線圖。
本發明中的泵可以有利地用于很多場合，例如應用在工業中泵送腐蝕性流體或者泵送飲料，例如需要達到高衛生標準的牛奶。
該泵所具有的最大優點是，可以用作心臟泵或者通過一透析器泵送病人的血液。下面，假設泵是后一種型式的血液泵。
圖1和2中血液泵的主要元件是一泵殼1、一轉子2和一軟管3。
泵殼1內側構成一個支承管子3的弓形支承表面4。泵殼前面由一前蓋5封閉，其后面帶有一設置有軸承7的后蓋6。
轉子2借助于轉子軸8懸空地軸頸連接在后蓋的軸承7內。在殼體內部的部分軸上，兩個平行的轉子臂9相互間隔安裝。與軸8等距離的轉子10′和10″，可旋轉地軸頸連接在每個轉子臂9的端部。
延伸到殼體1外面的轉子軸8部分借助于聯軸器11與馬達12連接，以在工作中使轉子旋轉。
在轉子軸上還安裝了兩個盤簧13，它們利用一間隔管14保持相互距離，并且借助于鎖定環15鎖定在軸8上。
每個盤簧內形成有數個沿徑向延伸的切孔16，以提供理想的彈簧特性，同時另外兩個切口17作為容納滾子的空間。
在工作當中，轉子如箭頭所示逆時針方向旋轉。在滾子的入口端，管子由彈簧18支承，同時第二彈簧19在出口端壓靠著管子。
如圖4-9所示，在進入滾子時，管子被依次壓扁為泵送的形狀，由此滾子通過管子泵送血液。在出口端按照相反的順序進行同樣的工作過程。
如果在被泵送的血液中產生正壓和壓縮脈動，其結果會使紅血細胞發生溶血作用。
在管子入口端的彈簧18起到一個安全閥的作用，以防止在管子內產生正壓。為了達到這一目的，將彈簧18以這種方式設計如果管子內的壓力超過一預定值，彈簧受到該壓力的作用而彎曲。
對彈簧19而言，該彈簧起到止回閥的作用，用于當最前面的滾子開始脫離與管子接合狀態時防止出現倒流現象。彈簧19以這樣的方式設計該彈簧或多或少地擠壓管子，以免壓力下降。因此，就會截斷或者避免可能發生的倒流現象。
從圖3可以看出，盤簧13將管子壓成橢圓形。因此，其橫截面積相對豐滿的圓管而言減小了，所以，當盤簧僅受到壓力作用而彎曲并設想管子回復其初始的圓形時，在最后面的滾子進入過程中，橢圓形的管子可以接收額外的血液而不會有任何顯著的壓力上升現象。
盤簧可以由相對管材具有小摩擦系數的平彈簧鋼制成。可以在朝著管子的彈簧側面上涂覆特氟隆，以減小摩擦。另一種方式是，盤簧可以由特氟隆塑料制成。盤簧內的切孔16為彈簧提供所必需的柔韌性。
所示和所述的彈簧18、19和盤簧13的實施例僅是作為示例，它們在本發明的范圍內可以有任何適當的設計方案。
因此，盤簧13可以由適用的多孔狀橡膠做成的可彈性變形的彎曲的帶條(未示出)替代。帶條在軟管的側面上彈性地施加一壓力，并且在操作當中同時由于管子在滾子經過時受到管子的壓縮。
在透析處理中，理想的情況是所使用的透析器適應病人個體的需求。因此，本發明血液泵適用于帶有不同流動阻力的透析器。如果要使血液泵的容量保持在一個固定值，其排出壓力必需是可以根據現時使用的透析器內的流動阻力進行調節。
該調節的優勢在于借助調節螺釘22調節彈簧的彈簧力數值。所示的螺釘22擰入在彈簧19彎曲端部24上的螺母23內。在螺釘的相對側，設置一個帶有指示器26的調節旋鈕25，指示出刻度盤(沒有顯示)上彈簧力目前的值。
圖4-9表示滾子入口的情況；出口情況順序相反。
在圖4和5中，滾子10開始接觸管子3。此時沒有泵送操作。泵送操作直到滾子已經充分地擠壓管子才開始。這種情況如圖6和7所示。圖8和9是完全的泵送操作。在此要說明的是，即使管子沒有被充分地擠壓，血液泵也能有效地起作用。但是，在某些情況下，最好是完全地將管子擠壓而起到泵送作用。
圖10示意性地表示出血液泵的工作循環。由滾子描述的圓形循環用圖中的點劃線20表示。弓形支承表面4由實線表示，各個滾子在其碾過時產生的壓力用細線21表示。滾子用箭頭表示，不同的泵送相位用字母a-g表示。轉子沿著箭頭所示的方向逆時針旋轉。
滾子在圖4和5所示的a點位置開始與軟管接合，在同一位置點g處脫離。因此，滾子的總行程是間隔a-g。
首先，管子被擠壓的很小，以致沒有產生泵送操作。假設在b點發生圖6和7所示的狀態。于是泵送操作開始。在d點達到圖8和9所示的狀態。進行完全的泵送操作。
現在，在轉子進行連續旋轉當中，以充足的動力泵送流體，直到滾子到達e點。在此，滾子開始放開管子。在f點處發生圖7所示的狀態。泵送操作結束。從f-g點，滾子逐漸進一步脫離管子，但沒有泵送操作。在g點，滾子只是剛好與管子接觸。從g-a點滾子與管子不接觸。
因此，行程a-g被分為一入口部分a-d，一完全泵送部分d-e和一出口部分e-g。
入口部分a-d被進一步分為空載區域a-b和泵送區域b-d，而出口部分e-g被分為泵送區域e-f和空載區域f-g。
在e點，一些傳統的血液泵的最前面的滾子打開管子，該點前面有送入壓力、后面有抽吸壓力。這兩個壓力之間的壓差使血液開始向所希望的流動方向的反方向流動，即向順時針方向而不是向逆時針方向。
因此，本發明中的血液泵的工作循環是這樣設計的沿直徑相對的最后面的滾子在c點時早已進入入口部分b-d的泵送區域，使得滾子已能夠在最前面和最后面滾子之間建立起與泵送壓力水平相當的壓力。
因而，可以防止倒流現象發生，還可以得到以恒定的排出壓力泵送的血液泵。
得到這一效果的條件是入口部分的末端點d和出口部分的開始點e之間的角度α小于180°。
第二個條件是在出口部分的泵送區域上的末端點f相對入口部分內的泵送區域的開始點b移動一個大于180°的弧形角度β。
重要的是，在進入當中滾子應平穩、緩慢地擠壓管子，從而避免產生有害的壓縮脈動，顯然，同樣重要的是，滾子也應緩慢和平穩地脫離管子。
因此，入口部分a-d和出口部分e-g都延伸跨過一個在130°和30°之間的弧形長度χ、δ，較好的是在110°和50°之間，最好是在70°和100°之間。
為了進一步有效地防止在泵送血液中產生壓縮脈動現象，入口部分a-d和出口部分e-g分別以這種方式構成在滾子經過這些部分時，血液的移送量是線性變化的。
圖11是分別利用傳統的血液泵和本發明的血液泵產生的溶血作用的曲線圖。
兩種方式中試驗完成的條件是；血液容量200ml泵送速度300ml/min添加的鈉-肝素70ie/ml如果隨著鉀含量的變化測量溶血作用，這是由于血紅細胞具有很高的鉀含量，其中鉀在溶血作用(血細胞沖破細胞壁)中被釋放到血液原漿(血清)中，因此當鉀含量增大時就可以測量到溶血作用。
可以看到，當用本發明中的血液泵取代傳統的血液泵時，就可以使溶血作用急劇降低。
權利要求
1.一種帶有一吸入側和一泵送側的蠕動流體泵，包含一泵殼(1)，帶有一主要的弓形支承表面(4)；一軟管(3)，沿著上述表面延伸；一轉子(2)，帶有兩個相對的滾子(10′、10″)，用于在操作當中碾過軟管上一段被逐漸壓縮的入口部分(a-d)，一段延伸跨過不小于180°的弧形角度的泵送部分(d-e)，以及一段壓縮逐漸結束的出口部分(e-g)，以及裝置(12)，在操作過程中使轉子轉動；其特征是弓形支承表面(4)是以這樣的方式構成兩個相對的滾子(10′、10″)在工作中的不在對置位置上同步相位運轉。
2.根據權利要求1所述的蠕動流體泵，其特征是泵的弓形支承表面(4)以這樣的方式沿一弓形延伸，即在操作中最后面的滾子(10′、10″)在最前面的滾子(10′、10″)到達出口部分(e-g)的開始點(e)之前，已經在入口部分(a-d)內對管子(3)有一定的壓縮。
3.根據權利要求1或2所述的蠕動流體泵，其特征是入口部分(a-d)的末端點(d)和出口部分(e-g)的起始點(e)之間的角度(α)小于180°。
4.根據權利要求1、2或3所述的蠕動流體泵，其特征是入口部分(a-d)和出口部分(e-g)都分別帶有無泵送操作的空載區域(a-b)和(f-g)以及分別帶有一進行泵送操作的泵送區域(b-d)和(e-f)；并且在出口部分(e-g)的泵送區域(e-f)的末端點(f)，相對入口部分(a-d)內的泵送區域(b-d)的開始點(b)移動了大于180°的弧形角度(β)。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的蠕動流體泵，其特征是入口部分(a-d)和出口部分(e-g)都分別延伸跨過在130°和30°之間的χ、δ的弧形長度，較好的是在110°和50°之間，最好的是在70°和100°之間。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的蠕動流體泵，其特征是泵的弓形支承表面(4)沿著這樣的彎曲形狀延伸，即在滾子(10′、10″)分別通過管子(3)的入口部分(a-d)和出口部分(e-f)的過程中，流體排量在操作當中是線性變化的。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的蠕動流體泵，其特征是泵包含壓力裝置(13)，用于彈性地壓靠著管子(3)的側面，同時在滾子(10′、10″)接合的區域外側使管子(3)保持預定的形狀。
8.根據權利要求7所述的蠕動流體泵，其特征是壓力裝置由置于管子(3)每個側面上的兩個盤簧(13)組成。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的蠕動流體泵，其特征是泵包含一裝置(18)，其在管子的入口部分(a-d)內用彈性力對管子(3)起作用。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的蠕動流體泵，其特征是泵包含一裝置(19)，其在管子(3)的出口部分(e-g)的下游區域內用彈性力對管子起作用。
全文摘要
一種帶有一吸入側和一泵送側的蠕動流體泵。該泵包含:一泵殼(1),帶有一主要的弓形支承表面(4);一軟管(3),沿著上述表面延伸;一轉子(2),帶有兩個相對的滾子(10′、10″),用于在操作當中碾過軟管(3)上一段被逐漸擠壓的入口部分(a－d),一段延伸跨過不小于180°的弧形角度的泵送部分(d－e),以及一段壓縮逐漸結束的出口部分(e－g),以及一馬達(12),在操作過程中使轉子轉動。弓形支承表面(4)以這種方式構成,即當滾子分別經過入口部分(a－d)和出口部分(e－g)時,最前面和最后面的滾子(10′、10″)在相對置相位上不同步運轉。因此,能夠獲得這樣一種蠕動流體泵,其能夠以比現有技術小的壓差和小的壓縮脈動泵送流體。該泵特別適于作為通過透析器泵送病人血液的血液泵。
文檔編號F04C5/00GK1350617SQ00807421
公開日2002年5月22日 申請日期2000年5月9日 優先權日1999年5月12日
發明者約翰·G·安德松, 巴隆·佩爾·布雷克 申請人:約翰·G·安德松