[发明专利]用于离心机设备的能量监测装置

说明书

本发明涉及用于离心机设备的监测装置，该监测装置监测施加到离心机设备上以加速安装在其中的旋转体的能量。

离心机设备是一种使液体样品受到离心力场作用的装置。样品装载在一个叫做离心机旋转体的部件中。该旋转体安装在可旋转的驱动轴顶端，而所说驱动轴与一动力源相连接。

根据拟进行的分离目的的不同，离心机装置可以使用一组不同的离心旋转体中的任何一个。但是不论使用什么旋转体，重要的是确保旋转体所得到的能量不超过离心机设备蓄能安全系统的容量。

蓄能安全系统包括离心机设备上所有相互配合的构件，以便将在旋转体发生故障时所产生的碎片封闭在设备中。例如这些构件包括一个(或多个、同心的)护环，仓门及相应的门闩。已制造成形的蓄能安全系统具有预定的蓄能阈值。

输入系统中的总能量等于在设备工作时消耗的能量与存储的能量之和。在离心机设备中所消耗的能量是指为克服机械驱动系统的内部损耗和流体摩擦所需施加的能量部分。这部分施加的能量是以热的形式耗散掉的。所施加能量的其余部分存蓄在旋转体的运动中。如果发生故障的旋转体中积蓄的能量超过设备的蓄能阈值，则旋转体的碎片就可能无法被封闭在蓄能安全系统中，而会飞出。飞出设备的碎片会产生造成伤害和/或破坏的巨大威胁。所以在旋转体发生故障时必须将积蓄的能量抑制。

旋转体中积蓄的运动能量、或动能与角速度密切相关，可由下列关系式表示：

动能＝1/2(Iω²)             (1)

其中I是旋转体的转动惯量，ω为旋转体的角速度。

目前限制旋转体能量的最直接的方法是限制旋转体所能达到的速度(即角速度)，或线速度。

有一种限制旋转体速度的方法是利用空气阻力限制旋转体。空气阻力限制是一种无源速度限制技术。空气阻力限制是通过对旋转体进行专门设计而实现的，即，使那些超过克服旋转体驱动系统中的摩擦损耗和驱动旋转体达到预定安全速度所需能量水平以上的部分由空气阻力，或空气摩擦消耗掉。

另一种限制旋转体速度的方法是在离心机设备中提供一种能够自动地将每个特定的旋转体速度可靠限制在被允许的范围内的过速控制系统。使用有源过速控制系统，要想有效地限制旋转体速度，需要查明安装在离心机中的旋转体的标识。

旋转体标识信息可以直接由操作员给出，即在启动离心机运行之前由操作员将标识信息输入控制系统。但是，为了防止操作人员误操作，使用了旋转体标识自动识别装置。旋转体标识识别装置自动识别当前安在离心机驱动轴上的旋转体的标识，并根据识别结果，只允许向旋转体施加可使其达到预定许可速度的能量。

已知有许多种旋转体标识识别装置。在其中一种装置中，一套旋转体中的每一个旋转体都带有一个由具有不同的光反射率的条带或区域构成的速度贴印标志。贴印标志上的图案包含了确定旋转体标识的识别码。这个识别码可由相应的传感器在预定的低角速度下读取。美国专利US-4,205,261(Franklin)是这种形式的旋转体标识识别装置的代表。在另一种形式的识别装置中，一套旋转体中的每一个都带有预定分布形状的磁极。这些磁极用一适合的探测器，典型的如霍尔效应器件来探测，以读取旋转体识别码。美国专利US-4,601,696(Kamm)是这种类型的旋转体识别装置的代表。

其他形式的旋转体标识自动识别装置是通过检测旋转体结构的一个特定参数来识别旋转体。在美国专利US-5,037,371(Romanauskas)(已被转让给本发明的受让人)中公开的装置中，是利用超声波探测安装在驱动轴上的旋转体形状从而产生一个代表旋转体标识的信号。在美国专利US-4,827,197(Giegeler)中是测量安装在驱动轴上的旋转体的惯量，并以之作为旋转体标识识别信号的基础。

由于上述各种类型的旋转体标识识别装置都侧重于使用与旋转体相关的附加特征，使得在基本的速度控制测定操作以外又在旋转体速度控制程序上增加了一层复杂性。因此，为了使控制过程简单化，可以相信，提供一个使用与离心机运转相关的基本的、易于明确的信息的离心机设备控制系统来限制施加到旋转体上的能量，从而防止旋转体蓄积的能量达到设备蓄能安全系统的能量阈值是可取的做法。