ОПТИМИЗАЦИЯ УСИЛИЯ ОСЕВОГО АКТИВНОГО МАГНИТНОГО ПОДШИПНИКА НАСОСА ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
МГТУ им. Н.Э. Баумана; ИМАШ им. А.А. Благонравова РАН
На рисунке: Схема НВК в разрезе с указанием основных функциональных элементов и электромагнитой силы АМП
Искусственный желудочек сердца (ИЖС) находит применение в терапии сердечной недостаточности терминальной стадии. Роль рабочего звена ИЖС, непосредственно обеспечивающего транспорт крови в обход желудочка сердца, играет насос вспомогательного кровообращения (НВК). В настоящее время наблюдается тенденция по переходу от традиционных подшипниковых узлов скольжения к магнитному подвесу. Данный переход связан с уменьшением гемолиза крови, потерь мощности насоса и риска тромбообразования при использовании магнитного подвеса [1].
Магнитный подвес должен обеспечивать контролируемую динамику рабочего колеса (РК) при действии внешних сил, имея при этом минимально возможные габариты. Применительно к проектированию НВК внешние силы обусловлены набегающим потоком крови. В работе [2] представлена оценка действующих на рабочее колесо гидродинамических сил, которая получена посредством решения стационарной CFD‑задачи.
В данной работе рассмотрен осевой тип НВК. Его вид в разрезе с указанием характерных элементов приведён на рисунке. Согласно выбранной схеме, поток крови набегает вдоль оси насоса на его составляющие, расположенные в проточной части: спрямляющий аппарат (СА), рабочее колесо и диффузор. Лопасти РК условно не показаны. РК приводится во вращение электродвигателем, его положение контролируется магнитным подвесом. Здесь и далее подразумевается именно активный магнитный подвес (АМП). АМП установлен в торцевые части СА и диффузора.
Для конструирования конфигурации магнитного подвеса применена методика, изложенная в [3]. Определены число витков в катушке АМП, сила тока, осевое усилие.
Для уточнения характерных размеров разрабатываемой конфигурации решена задача оптимизации по критерию минимума геометрических параметров при выполнении требования по осевой нагрузке. Варьируемыми параметрами представлены геометрические размеры, число витков, сила тока. Для достижения цели была построена конечноэлементная модель АМП. На её основе решена задача расчёта распределения магнитного поля АМП и генерируемых сил в стационарной постановке, а также проведена оптимизация по обозначенному выше списку параметров. Результат работы выражен определёнными из анализа оптимальными характеристиками АМП в составе НВК.
Благодарность: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-31-90051.
1. Hoshi H., Shinshi T., Takatani S. Third‐generation blood pumps with mechanical noncontact magnetic bearings //Artificial organs. – 2006. – Т. 30. – №. 5. – С. 324-338.
2.Скорюков С.В., Киселёв В.В., Крупнин А.Е., Банин Е.П., Гуськов А.М., Сорокин Ф.Д. Оценка гидродинамических сил на импеллере осевого насоса вспомогательного кровообращения с применением методов вычислительной гидродинамики // МИКМУС-2019 (Москва, 4-6 декабря 2019). – М: Изд-во ИМАШРАН. – 2020. – С. 406-409.
3. Журавлёв Ю.Н. Активные магнитные подшипники: теория, расчёт, применение. СПб: Политехника, 2003. 206 p.
