[发明专利]一种具有过速保护装置的离心机系统

说明书

本发明涉及一种防止离心机由于过速超出给定转鼓应力限度而出事故的具有过速保护装置的离心机系统。

用于实验生物学与生物化学、以及用于诊断的分析与制备所用的离心机需要高速运转（高达每分钟10万转）来实现分级分离或有关分离。转速越快，分离越精细，作为一个整体的实验室程序的一部份的样品科学分析就完成得越快。高的转速必须通过离心机转鼓快而平稳地加速以及随后的快而平稳地降速来达到，这样生物样品与样品带分布不会显著改变并且样品得以保存下来。一个离心机转鼓能达到的转速受到转鼓的应力、离心机壳体与阻挡环所能安全承受的动能量的最大值所限制。

在转鼓被加速至其额定的最大转速时，电动机的、离心机转鼓的、或控制系统的缺陷都能导致转鼓出事故。转鼓、电动机或常规用来监测与控制离心机转鼓转速的控制系统如有缺陷都会带来转鼓事故。在一个高速转鼓从驱动转轴脱离，或者不能按设计来运转的情况下，这样的一个转鼓就会放出大量动能。为了保证使用者的安全和离心机装置的牢固性，常规的做法是用钢阻挡环放在离心机壳体内包围着转鼓与电动机组合，为的是在发生事故时包封住转鼓。

可以设置各种故障保护系统作为初级安全措施，跟离心机装置结合来控制转鼓转速并鉴定一种特定转鼓，确定该给定转鼓是否超越设定安全使用极限工作。例如，电动机转速可以按爱瑞特的美国专利3，436，637，4，284，931与4，286，203（已转让与本申请之承让人）的技术来控制。另外，用如在美国专利3，921，047（已转让与本申请的承让人）中所记载的一种通过使用装到每个转鼓上的光感过速传感盘的转鼓鉴定法可使该离心机操作系统检测出一个给定转鼓是否已经达到或超越其允许的工作额定值。诸如一种如授予程与丘累的美国专利4，568，325（已转让与本申请之承让人）描述的断脱转鼓底座这样的机械安全措施曾被使用，目的是要在超出离心机壳体与阻挡环的承受极限的动能放出以前令转鼓先行安全地损坏来防止过量的动能释出。

使用一个磁性检测器来感测由多个嵌镶在每个转鼓底座里的磁体发生的磁通变化的转速控制与转鼓鉴定的方法曾被发展来作为另一种方案。在转鼓转过磁性检测器时，转速与转鼓鉴定都可被确认出来，以在异常状态恶化到转鼓出事故之前检测到转鼓的工作状态。这种检测方法可用磁信号作为电动机计时信号的函数来检测转鼓的不平衡和控制转鼓的转速。

至今为止不论提供了多少种安全与控制系统来保障转鼓的安全，但是最后的故障保护装置仍然是在离心机壳体内包围着转鼓组合的常规钢阻挡环。阻挡环被设计来在转鼓出事故时承受住转鼓出事故过程中发生的力，并防止转鼓伤及操作者人身和财产。在离心机室顶部有一个重的阻挡盖作为一个补充阻挡物来在任何转鼓事故中包封住转鼓。

一定不能依赖原有的鉴定方法、诸如转鼓的产品证明书的方法来作为限定转鼓转速的唯一依据，因为常规的转鼓鉴别依赖于产品证明书的准确性，而产品证明书是会装错的。

目前核定有三种与转鼓故障有关的事故。

第一种是属于较大直径的转鼓的，在事故中会散发出大量的角动量。这种转鼓的解体会带来相应的离心机的翻转。这些离心机会突然自身翻转以散发所述的角动量，对在这些机器周围工作的人是一种危险。

第二种是属于中等直径范围的转鼓的，存在着转鼓含有的总能量可能超出机械包封系统的承受能力的危险。现时，所有机械包封系统通常都制造成具有足够的能量容纳能力来抗御并包封住任何解体的转鼓。

第三种是属于小的非常高速的转鼓的，能量的快速散发会造成高度的能量爆发，这就可能发生化学反应，由此产生的爆炸就能够突破了设计在设备内的包封能力。

应当理解到操作者的错误同样能危害到转鼓。例如，一些转鼓构造在经过一定数量的“周期”后要例行地降低最高额定转速运转。这样的最高额定转速的降低现时是通过替换过速传感盘或更换在传感盘底面的光学识别数据来实现的。已经发现有操作者在更换中错将不适用的过速传感盘装到转鼓上，这就可能产生一个引起解体的转速。

无论如何，在转鼓发生解体后就需要对离心机进行大修。真空室被破坏。冷却系统被破坏，通常是难以修复的。转鼓一定要经过分析。修复的可靠性问题会被提出来。总之，对制造商与用户来说都希望有防止转鼓出事故的措施。

本发明的目的在于提供一种通过计算转鼓的转动惯量来防止离心机转鼓过速与出事故的具有过速保护装置的离心机系统。

防止离心机转鼓出事故的系统包括使用计算出的转动惯量来鉴别或逐个地鉴定转鼓，按特定的离心机使用方案淘汰某些转鼓并确立离心机转速的总的极限。