1  引言     醫用冷凍實驗室離心機是在離心力的作用 下 ,利用被離心樣品物質的沉降系數、浮力、密度 的差別進行分離、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備工作 之一。隨著醫學技術的不斷發展 , 對離心機提出 了高質量高標準的要求 , 特別是對樣本試劑溫度 目前, 對于醫用冷凍實驗室離心機內樣本試 劑溫度的研究較少。美G某公司對部分采用合金 材料轉子的離心機做過相關試驗研究^[ 2] , 試驗結 果表明對于合金材料轉子樣本試劑在離心過程當 中溫度會隨時間而變化, 并**終能夠穩定在所要 求的溫度范圍內,但控制精度不高;軍事醫學科學 院的程環等研制出離心機轉速和溫度的測試裝置 和方法^[ 3] 。 根據醫學實驗室常規離心技術功能需求, 4℃驗中樣本試劑溫度應保持在 4℃左右 , 以保護樣本試劑的化學活性,保障醫學離心試驗順利進行 , 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 ,對醫學離心試驗會產生負面影響。但在離心機實際運行過程中 , 測量置于高速旋轉中的轉子內樣本試劑的實際溫度技術難度較大。目前G內外均采用在離心腔底部離轉子較近處設溫度傳感器 ,通過測量離心腔底部空氣溫度間接測量轉子內樣本試劑溫度^[ 5] 。
 
2 醫用冷凍實驗室離心機
 
 
醫用冷凍實驗室離心機樣機主要用于醫學*域進行血漿及細胞分離試驗的高速冷凍離心機。主要由電機驅動系統、控制面板、離心轉子、制冷系統、殼體等組成 ,設計**高轉速 15000ｒ/ｍｉｎ。離心腔體如圖 1所示。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
圖 1  腔體示意
 
離心腔體在結構上主要由 4部分組成:離心轉子、腔體圓筒內壁、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子內部 , 腔體內空氣的冷卻主要依靠腔體圓筒內壁和底面外表面的制冷系統銅管蒸發器 , 制冷系統將轉子高速旋轉運動時與空氣摩擦產生的熱量帶走 ,維持腔體內的設定溫度要求。
 
3 腔體內樣本試劑溫度試驗研究與分析
 
 
試驗測試研究是對醫用冷凍實驗室離心機腔體內樣本試劑溫度研究的基本手段。通過對不同轉速以及不同腔體設定溫度工況下腔體轉子內樣本試劑溫度的測試 , 全面分析樣本試劑溫度變化
 規律 ,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 腔體內樣本試劑溫度測定試驗方案由于測量旋轉中的轉子內樣品試劑的實際溫
 
度極為困難, G內外都采用在離心腔底部離轉子較近處設溫度傳感器, 通過控制離心腔內溫度間接控制轉子內樣品試劑溫度, 本試驗同樣采用這種方法。樣品溫度與腔體溫度關系如下:
Ｔ樣品 =Ｔ腔體 +Ｔ補償
 
式中 ,Ｔ補償與轉子的類別、轉速及運行時間有
 
關。
 
本試驗工況 :工作環境溫度為 26℃, 離心機電源采用 60Ｈｚ穩壓電源。離心機轉頭**低轉速為 2000ｒ/ｍｉｎ,**高轉速為 13000ｒ/ｍｉｎ。選擇 3種
 
不同轉速作為測試轉速 :2000ｒ/ｍｉｎ、10000ｒ/ｍｉｎ、
 
13000ｒ/ｍｉｎ。同時考慮到一般的血漿 、細胞分離試驗會在 30ｍｉｎ內完成, 因此選取 5、10、15、20、25、30、35ｍｉｎ等 7個時間點對轉子內樣本試劑溫度進行測量。
 
為了確定腔體底部設定溫度傳感器測量的精確性 ,本試驗在其附近安置一支經過標定的熱電偶溫度計 ,用于精確測量腔體內空氣的溫度。
 
3.2 腔體內樣本試劑溫度試驗及其結果本試驗以液態水代替實際醫學實驗中的樣本
 
試劑。
 
樣本試劑溫度測定試驗是在同一使用環境溫度 26℃的工況下 ,測量試劑溫度在不同轉速下隨運行時間的變化關系,找出其溫度變化原因 ,分析該制冷系統能否使樣本試劑在 30ｍｉｎ的運行時間內穩定在 4℃左右。試驗開始前 ,將轉子置于 4℃ 環境中預冷 24ｈ,測試用試劑也應置于恒溫水槽內預冷** 4℃。
 
3.2.1 腔體設定溫度為 4℃時樣本試劑溫度隨時間變化關系的試驗
 
圖 2示出腔體設定溫度 4℃工況下樣品試劑溫度在不同轉速下隨時間的變化關系, 圖 3示出不同轉速下腔體內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, 高轉速下樣本試劑溫度均呈上升趨勢。當轉速為2000ｒ/ｍｉｎ時,轉子內樣本試劑溫度在 30ｍｉｎ內能夠始終維持在 4℃左右 , 達到保持試劑活性的要求。而當轉速為 10000ｒ/ｍｉｎ時, 試劑溫度隨時間的增加而上升并在 35ｍｉｎ內未曾出現下降趨勢。
 

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

為了分析造成轉子內試劑溫度上升的原因 , 考慮到轉子碳纖維材料的高熱阻性能 ,提出以下假設:
 
(1)液態樣本試劑在試管中隨著轉子的高速旋轉本身也在試管內做高速運動產生熱量 ,造成試劑溫度上升;
 
(2)轉子外表面與空氣摩擦產生的熱量由通過轉子向內傳遞給試劑造成試劑溫度上升。
 
從圖 3 中可以看出 ,腔體內實際溫度隨運行時間的增加呈周期性波動。這是由該制冷系統壓縮機采用雙位啟停控制方法決定的,轉速越高 ,空氣摩擦發熱量越大,壓縮啟停越頻繁, 波動周期越短。同時,隨著轉速的增加 ,腔體內實際溫度比控制溫度高。在設定溫度為 4℃情況下 , 轉速為10000ｒ/ｍｉｎ時 ,腔體溫度在 3 ～ 8℃之間波動, 平均值為 5.5℃;當轉速為 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,

內的空氣溫度 ,而且也感受到腔體底部內表面的
溫度。
為了驗證試劑在高速運轉過程中液態自身運
動產生熱量導致溫度升高的假設, 取 2支相同試
管分別注入一定質量的液態水以及硅膠, 待硅膠
干燥變硬后和液態水一起預冷** 4℃, 進行液體
試劑與固體硅膠溫度測定對比試驗。試驗結果見
圖 4所示可知,液態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
體自身運動產生熱量引起的,而是由轉子外表面的
摩擦熱向轉子內部樣本試劑熱傳遞造成的。

溫度仍然呈周期性波動, 當轉速為 10000ｒ/ｍｉｎ時腔體溫度在 -0.4 ～ 4℃之間波動 , 平均溫度下降** 2.2℃;當轉速為 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℃, 對于試驗樣機在不同轉速離心試驗時腔體溫度設定方法如下 :當進行轉速為 2000 ｒ/ｍｉｎ離心試驗時,腔體溫度設定在 4℃;當進行轉速分別為 10000 ｒ/ｍｉｎ及 13000 ｒ/ｍｉｎ離心試驗時, 腔體溫度應設定在 -5℃, 此時轉子內樣本試劑溫度能夠在 30 ｍｉｎ內維持在 4℃左右,以確保樣本試劑的活性不受破壞;對于不同的醫用冷凍實驗室離心機 ,為了保證樣本試劑溫度, 腔體設定溫度應根據運行轉速進行調整, 轉速越高, 設定溫度越低, 具體調整的規律可以通過試驗確定。但需要注意, 當高速運行設定溫度低于 0℃時 , 為了防止離心試驗結束后未取出的樣本試劑發生結冰現象, 停機時控制系統應該調節設定溫度回復到樣本試劑所要求的溫度。

4  結論

(1)對于目前常規腔體溫度控制方式的醫用

冷凍實驗室離心機 ,隨著運行時間的增加, 轉子內

的樣本試劑溫度會呈上升趨勢, 轉速越高, 溫度偏

離設定溫度值也越大;-5℃時 ,在轉速為 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 ,應使轉子主推力面貼在軸瓦上, 電動機轉子位于定子磁中心的位置 (若現場調整有困難, 可以先測出主推力面與軸瓦的間隙或電機轉子偏離磁中心的值, 在計算ＤＢＳＥ使根據實測情況進行修正), 測量時應沿輪轂圓周每隔 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軸器的正常工作**關重要。膜片組件上螺母的擰緊力矩是廠家經過計算給出的 , 擰得過松會導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力縮短其使用壽命。   5.4 定期檢查小的機組往往不設監測設備 ,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異常振動 ,應停機檢查;大型透平壓縮機組一般配有連續的振動監測系統, 一旦振動有異常變化就應停機檢查。檢查的內容一般包括 :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、機組的對中是否發生變化、軸承有無不均勻磨損、軸是否有彎曲變形等。   6  結語       綜上所述,膜片聯軸器作為一種干式金屬彈     性元件撓性聯軸器 ,與傳統齒式聯軸器和非金屬   彈性元件聯軸器相比 , 具有無需潤滑 , 使用壽命長 ,具有更大補償能力 ,且附加力和附加彎矩很小等明顯優勢。歷經 20多年的發展,目前G內主流供應商已經掌握了設計制造的相關技術, 產品性能和質量與G外先進產品已無明顯差距。而且,G內企業在技術支持、售后服務和價格等方面具有諸多優勢。因此 ,只要合理設計膜片聯軸器的結構和各項參數 ,充分考慮軸系的動態匹配,G產膜片聯軸器完全可以可以滿足高速大功率應用需要。