心脏泵叶轮设计方法和叶轮.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107693868A(43)申请公布日2018.02.16(21)申请号201710733191.6(22)申请日2017.08.24(71)申请人清华大学地址100000北京市海淀区清华园1号(72)发明人刘树红左志钢罗先武(74)专利代理机构北京超凡志成知识产权代理事务所(普通合伙)11371代理人齐海迪(51)Int.Cl.A61M1/10(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图14页(54)发明名称心脏泵叶轮设计方法和叶轮(57)摘要本发明提供了一种心脏泵叶轮设计方法和叶轮，涉及医疗设备领域。该方法先计算各种叶轮与泵的参数，然后依据计算的尺寸，绘制出初步的轴面流道，进而确定轴面流道形状；而后，选择和计算进口边叶片安放角并对轴面流线分点并画流线方格网，从而确定叶片加厚图和叶片木模图，再基于溶血剪切率指标的心脏泵叶轮水力优化最终进行叶轮才冲刷孔优化，得到满足溶血生理指标的离心式叶轮。所述叶轮由如上所述的心脏泵叶轮设计方法设计而出，包括轮基和叶片，在所述轮基上沿轴向开设有平衡孔。本发明解决了现有的心脏泵叶轮设计需要制作样机的技术问题。CN107693868ACN107693868A权利要求书1/2页1.一种心脏泵叶轮设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，通过计算泵的比转速确定叶片形状；步骤二，计算泵的效率；步骤三，计算泵的轴功率和原动机功率；步骤四，确定泵的进口直径、出口直径、进口速度、出口速度；步骤五，确定叶轮进口直径、叶片进口出直径、叶轮出口宽度和叶轮出口直径；步骤六，依据步骤二到步骤四中计算的尺寸，绘制出初步的轴面流道，进而确定轴面流道形状；步骤七，选择和计算进口边叶片安放角；步骤八，对轴面流线分点并画流线方格网；步骤九，确定叶片加厚图和叶片木模图；步骤十，基于溶血剪切率指标的心脏泵叶轮水力优化；步骤十一，基于步骤十的优化效果，进行叶轮才冲刷孔优化。2.根据权利要求1所述的心脏泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤一中，泵的比转速计算公式为其中Q为流量，H为扬程，n为转速。3.根据权利要求2所述的心脏泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤二中，先计算泵的水力效率容积效率机械效率最终计算出总效率η＝ηhηmηv。4.根据权利要求3所述的心脏泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤三中，泵的轴功率计算公式为原动机功率计算公式为pg＝Kgp/ηt，其中Kg为安全系数，ηt为原动机效率。5.根据权利要求4所述的心脏泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤四中，泵的进口直径为泵的出口直径Dd＝Ds，泵的进口速度泵的出口速度Vd＝Vs，其中，Vs为泵的进口流速。6.根据权利要求5所述的心脏泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤六中，依据步骤二到步骤四中计算的尺寸，先绘制出初步的轴面流道，然后对其进行过水断面流道检查，根据过水断面流道检查的结果确定轴面流道形状。7.根据权利要求1所述的心脏泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤十中，首先进行全流道水力模型建模，然后进行网格划分，再进行网格无关性验证，最后进行计算结果分析确定2CN107693868A权利要求书2/2页改进方案并初步优化。8.根据权利要求7所述的心脏泵叶轮设计方法，其特征在于，采用UG进行建模，采用ANSYS软件下的ICEM进行网格划分。9.根据权利要求1所述的心脏泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤十一中，首先进行水力模型建模和网格划分，再进行结果分析。10.一种叶轮，其特征在于，所述叶轮由如权利要求1-9任一项所述的心脏泵叶轮设计方法设计而出，包括轮基和叶片，在所述轮基上沿轴向开设有平衡孔。3CN107693868A说明书1/10页心脏泵叶轮设计方法和叶轮技术领域[0001]本发明涉及医疗设备技术领域，尤其是涉及一种心脏泵叶轮设计方法和叶轮。背景技术[0002]心脏泵是协助治疗严重心衰病患者的部分或全部替代心脏泵血功能的装置，从叶轮中血液流动方向上可分为轴流、离心、斜流等。[0003]现有的心脏泵叶轮设计大多考虑心脏泵泵血的水力性能，结合叶轮基地材料、表面涂层等，通过样机实验验证后的改型优化来保证心脏泵的生理相容性。[0004]基于此，本发明提供了一种心脏泵叶轮设计方法和叶轮以解决上述的技术问题。发明内容[0005]本发明的目的在于提供一种心脏泵叶轮设计方法，以解决现有的心脏泵叶轮设计需要制作样机的技术问题。[0006]本发明的目的还在于提供一种叶轮,用于解决现有叶轮易形成血栓的技术问题。[0007]基于上述第一目的，本发明提供了一种心脏泵叶轮设计方法，包括如下步骤：[0008]步骤一，通过计算泵的比转速确定叶片形状；[0009]步骤二，计算泵的效率；[0010]步骤三，计算泵的轴功率和原动机功率；[0011]步骤四，