1 引言 医用冷冻实验室
离心机是在离心力的作用 下 ,利用被离心样品物质的沉降系数、浮力、密度 的差别进行分离、浓缩、提取制备样品以及分析测 定生物大分子量和纯度
[ 1] 。在临床化验室中 ,离 心处理是测试病人样本前必须做的试样准备工作 之一。随着医学技术的不断发展 , 对
离心机提出 了高质量高标准的要求 , 特别是对样本试剂温度 目前, 对于医用冷冻实验室
离心机内样本试 剂温度的研究较少。美G某公司对部分采用合金 材料转子的离心机做过相关试验研究
[ 2] , 试验结 果表明对于合金材料转子样本试剂在离心过程当 中温度会随时间而变化, 并**终能够稳定在所要 求的温度范围内,但控制精度不高;军事医学科学 院的程环等研制出离心机转速和温度的测试装置 和方法
[ 3] 。 根据医学实验室常规离心技术功能需求, 4℃验中样本试剂温度应保持在 4℃左右 , 以保护样本试剂的化学活性,保障医学离心试验顺利进行 , 提高离心试验的效果。由此 , 对离心腔及样本试剂温度的低精度控制很容易使样本试剂的活性遭受破坏 ,对医学离心试验会产生负面影响。但在离心机实际运行过程中 , 测量置于高速旋转中的转子内样本试剂的实际温度技术难度较大。目前G内外均采用在离心腔底部离转子较近处设温度传感器 ,通过测量离心腔底部空气温度间接测量转子内样本试剂温度
[ 5] 。
2 医用冷冻实验室离心机
医用冷冻实验室离心机样机主要用于医学*域进行血浆及细胞分离试验的高速
冷冻离心机。主要由电机驱动系统、控制面板、离心转子、制冷系统、壳体等组成 ,设计**高转速 15000ｒ/ｍｉｎ。离心腔体如图 1所示。
图 1 腔体示意
离心腔体在结构上主要由 4部分组成:离心转子、腔体圆筒内壁、腔体下部底面以及腔体上部端盖。所需离心试验的样本试剂装在转子内部 , 腔体内空气的冷却主要依靠腔体圆筒内壁和底面外表面的制冷系统铜管蒸发器 , 制冷系统将转子高速旋转运动时与空气摩擦产生的热量带走 ,维持腔体内的设定温度要求。
3 腔体内样本试剂温度试验研究与分析
试验测试研究是对医用冷冻实验室离心机腔体内样本试剂温度研究的基本手段。通过对不同转速以及不同腔体设定温度工况下腔体转子内样本试剂温度的测试 , 全面分析样本试剂温度变化
规律 ,找出影响样本试剂温度的主要因素, **终得到样本试剂温度控制的基本方法。
3.1 腔体内样本试剂温度测定试验方案由于测量旋转中的转子内样品试剂的实际温
度极为困难, G内外都采用在离心腔底部离转子较近处设温度传感器, 通过控制离心腔内温度间接控制转子内样品试剂温度, 本试验同样采用这种方法。样品温度与腔体温度关系如下:
Ｔ样品 =Ｔ腔体 +Ｔ补偿
式中 ,Ｔ补偿与转子的类别、转速及运行时间有
关。
本试验工况 :工作环境温度为 26℃, 离心机电源采用 60Ｈｚ稳压电源。离心机转头**低转速为 2000ｒ/ｍｉｎ,**高转速为 13000ｒ/ｍｉｎ。选择 3种
不同转速作为测试转速 :2000ｒ/ｍｉｎ、10000ｒ/ｍｉｎ、
13000ｒ/ｍｉｎ。同时考虑到一般的血浆 、细胞分离试验会在 30ｍｉｎ内完成, 因此选取 5、10、15、20、25、30、35ｍｉｎ等 7个时间点对转子内样本试剂温度进行测量。
为了确定腔体底部设定温度传感器测量的精确性 ,本试验在其附近安置一支经过标定的热电偶温度计 ,用于精确测量腔体内空气的温度。
3.2 腔体内样本试剂温度试验及其结果本试验以液态水代替实际医学实验中的样本
试剂。
样本试剂温度测定试验是在同一使用环境温度 26℃的工况下 ,测量试剂温度在不同转速下随运行时间的变化关系,找出其温度变化原因 ,分析该制冷系统能否使样本试剂在 30ｍｉｎ的运行时间内稳定在 4℃左右。试验开始前 ,将转子置于 4℃ 环境中预冷 24ｈ,测试用试剂也应置于恒温水槽内预冷** 4℃。
3.2.1 腔体设定温度为 4℃时样本试剂温度随时间变化关系的试验
图 2示出腔体设定温度 4℃工况下样品试剂温度在不同转速下随时间的变化关系, 图 3示出不同转速下腔体内置热电偶实测温度随时间的变化。
从图 2中可以看出, 随着运行时间的增加, 高转速下样本试剂温度均呈上升趋势。当转速为2000ｒ/ｍｉｎ时,转子内样本试剂温度在 30ｍｉｎ内能够始终维持在 4℃左右 , 达到保持试剂活性的要求。而当转速为 10000ｒ/ｍｉｎ时, 试剂温度随时间的增加而上升并在 35ｍｉｎ内未曾出现下降趋势。
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明显, 与 4℃的偏差也越大。试验结果说明在相 |
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同的初始温度下 ,转速越高 ,试剂温度上升趋势越 |
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明显。 |
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为了分析造成转子内试剂温度上升的原因 , 考虑到转子碳纤维材料的高热阻性能 ,提出以下假设:
(1)液态样本试剂在试管中随着转子的高速旋转本身也在试管内做高速运动产生热量 ,造成试剂温度上升;
(2)转子外表面与空气摩擦产生的热量由通过转子向内传递给试剂造成试剂温度上升。
从图 3 中可以看出 ,腔体内实际温度随运行时间的增加呈周期性波动。这是由该制冷系统压缩机采用双位启停控制方法决定的,转速越高 ,空气摩擦发热量越大,压缩启停越频繁, 波动周期越短。同时,随着转速的增加 ,腔体内实际温度比控制温度高。在设定温度为 4℃情况下 , 转速为10000ｒ/ｍｉｎ时 ,腔体温度在 3 ～ 8℃之间波动, 平均值为 5.5℃;当转速为 13000ｒ/ｍｉｎ时 ,腔体温度在 4.7 ～ 10.6℃之间波动 ,平均值为 7.1℃。分析控制温度测量和试验测量温度偏差引起的原因 , 可能是由于控制温度传感器采用不锈钢外壳的铜电阻,
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内的空气温度 ,而且也感受到腔体底部内表面的 |
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温度。 |
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为了验证试剂在高速运转过程中液态自身运 |
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动产生热量导致温度升高的假设, 取 2支相同试 |
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管分别注入一定质量的液态水以及硅胶, 待硅胶 |
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干燥变硬后和液态水一起预冷** 4℃, 进行液体 |
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试剂与固体硅胶温度测定对比试验。试验结果见 |
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图 4所示可知,液态试剂与固体硅胶温度上升趋势 |
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基本一致 , |
因此得知试剂温度上升并不是由试剂液 |
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体自身运动产生热量引起的,而是由转子外表面的 |
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摩擦热向转子内部样本试剂热传递造成的。 |
温度仍然呈周期性波动, 当转速为 10000ｒ/ｍｉｎ时腔体温度在 -0.4 ～ 4℃之间波动 , 平均温度下降** 2.2℃;当转速为 13000ｒ/ｍｉｎ时腔体温度在 2.4 ～ 6℃之间波动, 平均温度下降** 4.2℃。
由表 1可知, 为了保持样本试剂温度 4℃, 对于试验样机在不同转速离心试验时腔体温度设定方法如下 :当进行转速为 2000 ｒ/ｍｉｎ离心试验时,腔体温度设定在 4℃;当进行转速分别为 10000 ｒ/ｍｉｎ及 13000 ｒ/ｍｉｎ离心试验时, 腔体温度应设定在 -5℃, 此时转子内样本试剂温度能够在 30 ｍｉｎ内维持在 4℃左右,以确保样本试剂的活性不受破坏;对于不同的医用冷冻实验室离心机 ,为了保证样本试剂温度, 腔体设定温度应根据运行转速进行调整, 转速越高, 设定温度越低, 具体调整的规律可以通过试验确定。但需要注意, 当高速运行设定温度低于 0℃时 , 为了防止离心试验结束后未取出的样本试剂发生结冰现象, 停机时控制系统应该调节设定温度回复到样本试剂所要求的温度。
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4 结论 |
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(1)对于目前常规腔体温度控制方式的医用 |
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冷冻实验室离心机 ,随着运行时间的增加, 转子内 |
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的样本试剂温度会呈上升趋势, 转速越高, 温度偏 |
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离设定温度值也越大;-5℃时 ,在转速为 10000ｒ/ｍｉｎ情况下, 腔体温度检查轴端距离 (ＤＢＳＥ)是否符合制造厂的要求。测量ＤＢＳＥ时 ,应使转子主推力面贴在轴瓦上, 电动机转子位于定子磁中心的位置 (若现场调整有困难, 可以先测出主推力面与轴瓦的间隙或电机转子偏离磁中心的值, 在计算ＤＢＳＥ使根据实测情况进行修正), 测量时应沿轮毂圆周每隔 90°测量一次 ,取 4次的平均值。
(2)正确的拧紧膜片组件上螺母对保证膜片联轴器的正常工作**关重要。膜片组件上螺母的拧紧力矩是厂家经过计算给出的 , 拧得过松会导致膜片受载后过早扭曲变形,甚**失效,拧得过紧会增加膜片所受的挤压应力缩短其使用寿命。
5.4 定期检查小的机组往往不设监测设备 ,而是靠人工定
期或不定期的巡检 ,遇有异常噪音或感觉基础异常振动 ,应停机检查;大型透平压缩机组一般配有连续的振动监测系统, 一旦振动有异常变化就应停机检查。检查的内容一般包括 :膜片上的紧固件是否松动、膜片有无断裂或明显的塑性变形、地脚螺栓是否松动、机组的对中是否发生变化、轴承有无不均匀磨损、轴是否有弯曲变形等。
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6 结语 |
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综上所述,膜片联轴器作为一种干式金属弹 |
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性元件挠性联轴器 ,与传统齿式联轴器和非金属 |
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弹性元件联轴器相比 , 具有无需润滑 , 使用寿命长 ,具有更大补偿能力 ,且附加力和附加弯矩很小等明显优势。历经 20多年的发展,目前G内主流供应商已经掌握了设计制造的相关技术, 产品性能和质量与G外先进产品已无明显差距。而且,G内企业在技术支持、售后服务和价格等方面具有诸多优势。因此 ,只要合理设计膜片联轴器的结构和各项参数 ,充分考虑轴系的动态匹配,G产膜片联轴器完全可以可以满足高速大功率应用需要。 |
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