1  引言     醫(yī)用冷凍實驗室離心機(jī)是在離心力的作用 下 ,利用被離心樣品物質(zhì)的沉降系數(shù)、浮力、密度 的差別進(jìn)行分離、濃縮、提取制備樣品以及分析測 定生物大分子量和純度^[ 1] 。在臨床化驗室中 ,離 心處理是測試病人樣本前必須做的試樣準(zhǔn)備工作 之一。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 , 對離心機(jī)提出 了高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)的要求 , 特別是對樣本試劑溫度 目前, 對于醫(yī)用冷凍實驗室離心機(jī)內(nèi)樣本試 劑溫度的研究較少。美G某公司對部分采用合金 材料轉(zhuǎn)子的離心機(jī)做過相關(guān)試驗研究^[ 2] , 試驗結(jié) 果表明對于合金材料轉(zhuǎn)子樣本試劑在離心過程當(dāng) 中溫度會隨時間而變化, 并**終能夠穩(wěn)定在所要 求的溫度范圍內(nèi),但控制精度不高;軍事醫(yī)學(xué)科學(xué) 院的程環(huán)等研制出離心機(jī)轉(zhuǎn)速和溫度的測試裝置 和方法^[ 3] 。 根據(jù)醫(yī)學(xué)實驗室常規(guī)離心技術(shù)功能需求, 4℃驗中樣本試劑溫度應(yīng)保持在 4℃左右 , 以保護(hù)樣本試劑的化學(xué)活性,保障醫(yī)學(xué)離心試驗順利進(jìn)行 , 提高離心試驗的效果。由此 , 對離心腔及樣本試劑溫度的低精度控制很容易使樣本試劑的活性遭受破壞 ,對醫(yī)學(xué)離心試驗會產(chǎn)生負(fù)面影響。但在離心機(jī)實際運行過程中 , 測量置于高速旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子內(nèi)樣本試劑的實際溫度技術(shù)難度較大。目前G內(nèi)外均采用在離心腔底部離轉(zhuǎn)子較近處設(shè)溫度傳感器 ,通過測量離心腔底部空氣溫度間接測量轉(zhuǎn)子內(nèi)樣本試劑溫度^[ 5] 。
 
2 醫(yī)用冷凍實驗室離心機(jī)
 
 
醫(yī)用冷凍實驗室離心機(jī)樣機(jī)主要用于醫(yī)學(xué)*域進(jìn)行血漿及細(xì)胞分離試驗的高速冷凍離心機(jī)。主要由電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、控制面板、離心轉(zhuǎn)子、制冷系統(tǒng)、殼體等組成 ,設(shè)計**高轉(zhuǎn)速 15000ｒ/ｍｉｎ。離心腔體如圖 1所示。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
圖 1  腔體示意
 
離心腔體在結(jié)構(gòu)上主要由 4部分組成:離心轉(zhuǎn)子、腔體圓筒內(nèi)壁、腔體下部底面以及腔體上部端蓋。所需離心試驗的樣本試劑裝在轉(zhuǎn)子內(nèi)部 , 腔體內(nèi)空氣的冷卻主要依靠腔體圓筒內(nèi)壁和底面外表面的制冷系統(tǒng)銅管蒸發(fā)器 , 制冷系統(tǒng)將轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)運動時與空氣摩擦產(chǎn)生的熱量帶走 ,維持腔體內(nèi)的設(shè)定溫度要求。
 
3 腔體內(nèi)樣本試劑溫度試驗研究與分析
 
 
試驗測試研究是對醫(yī)用冷凍實驗室離心機(jī)腔體內(nèi)樣本試劑溫度研究的基本手段。通過對不同轉(zhuǎn)速以及不同腔體設(shè)定溫度工況下腔體轉(zhuǎn)子內(nèi)樣本試劑溫度的測試 , 全面分析樣本試劑溫度變化
 規(guī)律 ,找出影響樣本試劑溫度的主要因素, **終得到樣本試劑溫度控制的基本方法。
 
3.1 腔體內(nèi)樣本試劑溫度測定試驗方案由于測量旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子內(nèi)樣品試劑的實際溫
 
度極為困難, G內(nèi)外都采用在離心腔底部離轉(zhuǎn)子較近處設(shè)溫度傳感器, 通過控制離心腔內(nèi)溫度間接控制轉(zhuǎn)子內(nèi)樣品試劑溫度, 本試驗同樣采用這種方法。樣品溫度與腔體溫度關(guān)系如下:
Ｔ樣品 =Ｔ腔體 +Ｔ補(bǔ)償
 
式中 ,Ｔ補(bǔ)償與轉(zhuǎn)子的類別、轉(zhuǎn)速及運行時間有
 
關(guān)。
 
本試驗工況 :工作環(huán)境溫度為 26℃, 離心機(jī)電源采用 60Ｈｚ穩(wěn)壓電源。離心機(jī)轉(zhuǎn)頭**低轉(zhuǎn)速為 2000ｒ/ｍｉｎ,**高轉(zhuǎn)速為 13000ｒ/ｍｉｎ。選擇 3種
 
不同轉(zhuǎn)速作為測試轉(zhuǎn)速 :2000ｒ/ｍｉｎ、10000ｒ/ｍｉｎ、
 
13000ｒ/ｍｉｎ。同時考慮到一般的血漿 、細(xì)胞分離試驗會在 30ｍｉｎ內(nèi)完成, 因此選取 5、10、15、20、25、30、35ｍｉｎ等 7個時間點對轉(zhuǎn)子內(nèi)樣本試劑溫度進(jìn)行測量。
 
為了確定腔體底部設(shè)定溫度傳感器測量的精確性 ,本試驗在其附近安置一支經(jīng)過標(biāo)定的熱電偶溫度計 ,用于精確測量腔體內(nèi)空氣的溫度。
 
3.2 腔體內(nèi)樣本試劑溫度試驗及其結(jié)果本試驗以液態(tài)水代替實際醫(yī)學(xué)實驗中的樣本
 
試劑。
 
樣本試劑溫度測定試驗是在同一使用環(huán)境溫度 26℃的工況下 ,測量試劑溫度在不同轉(zhuǎn)速下隨運行時間的變化關(guān)系,找出其溫度變化原因 ,分析該制冷系統(tǒng)能否使樣本試劑在 30ｍｉｎ的運行時間內(nèi)穩(wěn)定在 4℃左右。試驗開始前 ,將轉(zhuǎn)子置于 4℃ 環(huán)境中預(yù)冷 24ｈ,測試用試劑也應(yīng)置于恒溫水槽內(nèi)預(yù)冷** 4℃。
 
3.2.1 腔體設(shè)定溫度為 4℃時樣本試劑溫度隨時間變化關(guān)系的試驗
 
圖 2示出腔體設(shè)定溫度 4℃工況下樣品試劑溫度在不同轉(zhuǎn)速下隨時間的變化關(guān)系, 圖 3示出不同轉(zhuǎn)速下腔體內(nèi)置熱電偶實測溫度隨時間的變化。
從圖 2中可以看出, 隨著運行時間的增加, 高轉(zhuǎn)速下樣本試劑溫度均呈上升趨勢。當(dāng)轉(zhuǎn)速為2000ｒ/ｍｉｎ時,轉(zhuǎn)子內(nèi)樣本試劑溫度在 30ｍｉｎ內(nèi)能夠始終維持在 4℃左右 , 達(dá)到保持試劑活性的要求。而當(dāng)轉(zhuǎn)速為 10000ｒ/ｍｉｎ時, 試劑溫度隨時間的增加而上升并在 35ｍｉｎ內(nèi)未曾出現(xiàn)下降趨勢。
 

明顯, 與 4℃的偏差也越大。試驗結(jié)果說明在相
同的初始溫度下 ,轉(zhuǎn)速越高 ,試劑溫度上升趨勢越
明顯。

為了分析造成轉(zhuǎn)子內(nèi)試劑溫度上升的原因 , 考慮到轉(zhuǎn)子碳纖維材料的高熱阻性能 ,提出以下假設(shè):
 
(1)液態(tài)樣本試劑在試管中隨著轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)本身也在試管內(nèi)做高速運動產(chǎn)生熱量 ,造成試劑溫度上升;
 
(2)轉(zhuǎn)子外表面與空氣摩擦產(chǎn)生的熱量由通過轉(zhuǎn)子向內(nèi)傳遞給試劑造成試劑溫度上升。
 
從圖 3 中可以看出 ,腔體內(nèi)實際溫度隨運行時間的增加呈周期性波動。這是由該制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)采用雙位啟停控制方法決定的,轉(zhuǎn)速越高 ,空氣摩擦發(fā)熱量越大,壓縮啟停越頻繁, 波動周期越短。同時,隨著轉(zhuǎn)速的增加 ,腔體內(nèi)實際溫度比控制溫度高。在設(shè)定溫度為 4℃情況下 , 轉(zhuǎn)速為10000ｒ/ｍｉｎ時 ,腔體溫度在 3 ～ 8℃之間波動, 平均值為 5.5℃;當(dāng)轉(zhuǎn)速為 13000ｒ/ｍｉｎ時 ,腔體溫度在 4.7 ～ 10.6℃之間波動 ,平均值為 7.1℃。分析控制溫度測量和試驗測量溫度偏差引起的原因 , 可能是由于控制溫度傳感器采用不銹鋼外殼的銅電阻,

內(nèi)的空氣溫度 ,而且也感受到腔體底部內(nèi)表面的
溫度。
為了驗證試劑在高速運轉(zhuǎn)過程中液態(tài)自身運
動產(chǎn)生熱量導(dǎo)致溫度升高的假設(shè), 取 2支相同試
管分別注入一定質(zhì)量的液態(tài)水以及硅膠, 待硅膠
干燥變硬后和液態(tài)水一起預(yù)冷** 4℃, 進(jìn)行液體
試劑與固體硅膠溫度測定對比試驗。試驗結(jié)果見
圖 4所示可知,液態(tài)試劑與固體硅膠溫度上升趨勢
基本一致 ,	因此得知試劑溫度上升并不是由試劑液
體自身運動產(chǎn)生熱量引起的,而是由轉(zhuǎn)子外表面的
摩擦熱向轉(zhuǎn)子內(nèi)部樣本試劑熱傳遞造成的。

溫度仍然呈周期性波動, 當(dāng)轉(zhuǎn)速為 10000ｒ/ｍｉｎ時腔體溫度在 -0.4 ～ 4℃之間波動 , 平均溫度下降** 2.2℃;當(dāng)轉(zhuǎn)速為 13000ｒ/ｍｉｎ時腔體溫度在 2.4 ～ 6℃之間波動, 平均溫度下降** 4.2℃。
由表 1可知, 為了保持樣本試劑溫度 4℃, 對于試驗樣機(jī)在不同轉(zhuǎn)速離心試驗時腔體溫度設(shè)定方法如下 :當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速為 2000 ｒ/ｍｉｎ離心試驗時,腔體溫度設(shè)定在 4℃;當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速分別為 10000 ｒ/ｍｉｎ及 13000 ｒ/ｍｉｎ離心試驗時, 腔體溫度應(yīng)設(shè)定在 -5℃, 此時轉(zhuǎn)子內(nèi)樣本試劑溫度能夠在 30 ｍｉｎ內(nèi)維持在 4℃左右,以確保樣本試劑的活性不受破壞;對于不同的醫(yī)用冷凍實驗室離心機(jī) ,為了保證樣本試劑溫度, 腔體設(shè)定溫度應(yīng)根據(jù)運行轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整, 轉(zhuǎn)速越高, 設(shè)定溫度越低, 具體調(diào)整的規(guī)律可以通過試驗確定。但需要注意, 當(dāng)高速運行設(shè)定溫度低于 0℃時 , 為了防止離心試驗結(jié)束后未取出的樣本試劑發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象, 停機(jī)時控制系統(tǒng)應(yīng)該調(diào)節(jié)設(shè)定溫度回復(fù)到樣本試劑所要求的溫度。

4  結(jié)論

(1)對于目前常規(guī)腔體溫度控制方式的醫(yī)用

冷凍實驗室離心機(jī) ,隨著運行時間的增加, 轉(zhuǎn)子內(nèi)

的樣本試劑溫度會呈上升趨勢, 轉(zhuǎn)速越高, 溫度偏

離設(shè)定溫度值也越大;-5℃時 ,在轉(zhuǎn)速為 10000ｒ/ｍｉｎ情況下, 腔體溫度檢查軸端距離 (ＤＢＳＥ)是否符合制造廠的要求。測量ＤＢＳＥ時 ,應(yīng)使轉(zhuǎn)子主推力面貼在軸瓦上, 電動機(jī)轉(zhuǎn)子位于定子磁中心的位置 (若現(xiàn)場調(diào)整有困難, 可以先測出主推力面與軸瓦的間隙或電機(jī)轉(zhuǎn)子偏離磁中心的值, 在計算ＤＢＳＥ使根據(jù)實測情況進(jìn)行修正), 測量時應(yīng)沿輪轂圓周每隔 90°測量一次 ,取 4次的平均值。   (2)正確的擰緊膜片組件上螺母對保證膜片聯(lián)軸器的正常工作**關(guān)重要。膜片組件上螺母的擰緊力矩是廠家經(jīng)過計算給出的 , 擰得過松會導(dǎo)致膜片受載后過早扭曲變形,甚**失效,擰得過緊會增加膜片所受的擠壓應(yīng)力縮短其使用壽命。   5.4 定期檢查小的機(jī)組往往不設(shè)監(jiān)測設(shè)備 ,而是靠人工定   期或不定期的巡檢 ,遇有異常噪音或感覺基礎(chǔ)異常振動 ,應(yīng)停機(jī)檢查;大型透平壓縮機(jī)組一般配有連續(xù)的振動監(jiān)測系統(tǒng), 一旦振動有異常變化就應(yīng)停機(jī)檢查。檢查的內(nèi)容一般包括 :膜片上的緊固件是否松動、膜片有無斷裂或明顯的塑性變形、地腳螺栓是否松動、機(jī)組的對中是否發(fā)生變化、軸承有無不均勻磨損、軸是否有彎曲變形等。   6  結(jié)語       綜上所述,膜片聯(lián)軸器作為一種干式金屬彈     性元件撓性聯(lián)軸器 ,與傳統(tǒng)齒式聯(lián)軸器和非金屬   彈性元件聯(lián)軸器相比 , 具有無需潤滑 , 使用壽命長 ,具有更大補(bǔ)償能力 ,且附加力和附加彎矩很小等明顯優(yōu)勢。歷經(jīng) 20多年的發(fā)展,目前G內(nèi)主流供應(yīng)商已經(jīng)掌握了設(shè)計制造的相關(guān)技術(shù), 產(chǎn)品性能和質(zhì)量與G外先進(jìn)產(chǎn)品已無明顯差距。而且,G內(nèi)企業(yè)在技術(shù)支持、售后服務(wù)和價格等方面具有諸多優(yōu)勢。因此 ,只要合理設(shè)計膜片聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)和各項參數(shù) ,充分考慮軸系的動態(tài)匹配,G產(chǎn)膜片聯(lián)軸器完全可以可以滿足高速大功率應(yīng)用需要。