CN1706556A - 离心机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构，其中在旋转件破裂时，通过能在宽的区域内立即接受碎片来防止冲击力集中到一个局部，并且能够进一步促进断裂能量的消耗。而且，对于配置了冷却器的离心机，当旋转件破裂时，通过将在蒸发器***设置的隔热层用作使防护筒变形的空间，来使问题得以解决。

Description

离心机

技术领域

本发明涉及一种用于在设备中密封旋转部件的碎片的结构，即使如在离心机中那样，所述旋转部件在高速旋转时由于离心机中的离心力而意外断裂情况下，也能够在设备中密封所述旋转部件的碎片。

背景技术

用于离心机的旋转部件带有试管孔，主要用于保持装有试样的试管，用户将装有试样的所述试管***到所述孔中且以高速使所述旋转部件旋转，并通过对所述试样施加离心力的操作来分离具有小质量差或密度差的所述试样。在这种场合，离心力被自然地施加到所述旋转部件本身，由此在所述旋转部件内部产生应力。因此，人们担心旋转部件在旋转中会由于所述离心力而产生破损。制造者为此执行具有充分裕量的设计，该设计包括考虑由于重复使用而导致的金属疲劳，除了所述旋转部件的使用方法不当的情况，例如所述试样的比重没有在许可的范围内，或者由于在处理腐蚀性试样时发生失误而导致旋转部件腐蚀这类情况外，预先确定的产品使用年限被打破的可能性为零。

然而，近年来提出的思路是，即使在看来不可能发生的破损发生时也需要确保用户的安全，并且按照IEC标准61010-2-020“对于实验室离心机的特别要求(Particular requirements for laboratorycentrifuges)”，假定了出现最大损坏事故的可能、进行了造成事故的测试(MCA测试：最大可信故障(Maximum Credible Accident)测试)，以及由此要求保证用户更安全。虽然所述MCA测试的情况会由于离心机的种类和使用的旋转部件不同而不同，例如由于轴承的塞滞、轴的断裂、旋转部件与轴的分离等，并且不能被穷尽地说明，但是在大多数情况下，由离心力造成的旋转部件的破损仍被选择作为带来最大损坏的事故。但如上所述，通过正常使用旋转部件来使所述旋转部件断裂是困难的，因此在旋转部件3d上做出经计算的切割凹槽，如图8A中的标号14所示，使受选择的旋转部件在其所能达到的最大转速时断裂，来将其分成两个部分。而且，估算碎片是否能被密封在一个主体中、用于执行密封操作的防护部件是否破裂、所述主体是否在预定范围内移动等等。因此，为了满足这些标准，在多数情况下需要构建能够承受破裂的上述离心机。通常如图6所示，防护筒13作为一个防护部件，被放置在转筒4b的外周，所述转筒4b构成供旋转部件旋转的旋转室2b，并且所述防护筒被设计成即使当旋转部件断裂并冲击时，碎片也不能将它击穿。另外，对于配有称作冷却器的一类离心机(为了使待分离的试样的温度保持恒定，所述冷却器用于使冷却流体在转筒外侧流动)，如图7所示，为了防止多余热量的输入，必须在转筒4c的***放置隔热层11c，因此通过在隔热层11c的***再安装防护筒13c来将碎片密封在离心机中。

下面参考图8A、8B、图9，以MCA测试为例子来解释在旋转部件断裂时的运转状态。如图8A所示，切割凹槽14被做在旋转部件3d上，该切割凹槽14被设计成在旋转部件3d旋转到最大转速时断裂，所述旋转部件3d可用于被评估的离心机并被供给发生断裂的最大能量，并且所述离心机以预定转速运转，以便被离心力断裂。如8B所示，断裂为两部分的所述旋转部件3d的旋转部件碎片15具有在转动的切线方向的速度分量，因此在不考虑破裂过程的断开行为的条件下，假定所述旋转部件被瞬间断裂成两个分离的部分，如图9所示，由此分别以箭头标记的方向径向地移动，击穿具有薄壁结构的转筒4d并冲击到防护筒13d，再冲击在外侧上。在此场合，旋转部件的转动能量(E＝1/2×I×ω²，其中I是围绕旋转部件轴的惯性矩，ω是旋转部件的角速度)，大部分作为防护筒13d的局部变形能量、总体变形(变成椭圆形)的能量以及旋转部件碎片15本身由于所述冲击的变形能量而被消耗掉了，并且还有一部分由热、声音等消耗。另一方面，上述旋转部件碎片15在切线方向的速度分量产生一个力偶矩，其中还有一种情况，其中部分力偶矩传导到防护筒13d，或被传导到与防护筒13d成一体的离心机，使得所述离心机的主体转动或移动。特别是在防护筒13d严重变形而冲击或冲撞作为所述离心机外框架的外框10d时，使离心机主体转动或移动的力将进一步增大，因而加大了危险。

从上述内容可见，在旋转部件破损中用作防护部件的防护筒应有足够的强度和硬度，使得所述防护筒即使在旋转部件意外断裂并且所述碎片冲击在其上时也不发生破裂，并且使得所述防护筒的变形尽可能地小。按照可用旋转部件的最大转动能量的不同而使用不同的材料，通常在能够使用大能量的旋转部件并且具有大的破裂能量的离心机中，使用热处理钢或高硬化钢，而对于仅能够使用具有比较小能量的旋转部件的离心机来说，则采用市售且廉价的碳钢管代替所述热处理钢或所述高硬化钢，并且通过适当选择壁厚来调整必要的强度。确定所述离心机的防护筒和外框之间的空气间隙，使得即使在防护筒受到断裂碎片的冲击而变形时，也能将离心机的移动充分地限制在一个预定范围中。而且，如JP-A-50-056988所示，在防护筒的内侧安装有比所述防护筒软的部件，在碎片冲击时该软的部件易于变形，以此来消耗能量并且延长能量的消耗时间，从而减弱冲击力。

发明内容

根据所述相关技术的离心机，为了防止碎片跃迁到离心机的外部，或即使在旋转部件断裂时也能避免离心机的主体的移动超过规定的幅度，就需要采用具有在碎片冲击时能够承受冲击力的足够厚度的防护筒，这也成了使得此类离心机沉重的一个因素。而且，在以市售的钢管代替需要使用热处理钢或高硬化钢的防护筒以便降低成本而达到等同效果时，需要把防护筒的壁厚加大几倍，从而引起产品变重而尺寸变大的问题。而且，在离心机配有冷却器的情况下，需要在转筒外周设隔热层，需要在所述隔热层的外侧设置防护筒，这是产品体积进一步增大的又一个因素。即使在这种情况下，虽然具有按照指定尺度制造出的尺寸匹配的防护筒的离心机是可行的，但在考虑成本而不得已使用钢管的情况中，则不能保证市售的钢管具有与所述隔热层外径相匹配的内径尺寸，因而经常采用具有较大内径的钢管，因而造成产品变得越来越重且尺寸变得越来越大的问题。另一方面，在所述防护筒中设置软防护部件的这一做法，虽然从吸收能量的角度考虑是出色的，但其难点在于，因为外加所述软防护部件的需求十分必要，因而必将增加成本，并且还使所述主体尺寸增大。

本发明旨在克服上述缺陷。本发明的一个目的是提供一种离心机，所述离心机能够充分密封旋转部件的碎片并且重量轻，尤其是能减小配有冷却器的离心机主体的尺寸。

上述目的是通过将钢线、不锈钢线等线材编织成网状圆筒来取代在离心机中通常作为防护筒的金属圆筒而实现的。而且，在配有冷却器的离心机的情况下，通过使用隔热层，能够进一步降低该离心机主体的尺寸。

根据本发明的一个方面，当旋转部件意外破损时，采用网状结构的防护筒(通过将细长的线编织成网状而构成的圆筒)代替由金属制成的防护筒，用于密封包括所述离心机中的旋转部件的断裂碎片在内的碎片，因此能够减轻这种离心机的重量。而且，在配有冷却器的离心机中，防护筒能够与在缠有冷却管的转筒(蒸发器)的外周设置的隔热层制成一体，因此与需要在隔热层的外周设置防护筒的相关技术的离心机相比，本发明的离心机能够实现尺寸更小和重量更轻的构造。

根据本发明的另一方面，提供了一种离心机，该离心机包括：可操作地用来放置试样的旋转部件；用于以预定的速度转动所述旋转部件的驱动装置；包括转筒和开口部分的旋转室，所述开口部分用于放入和取出所述的旋转部件；以及用于关闭的部件，在所述旋转部件转动时由该用于关闭的部件将所述旋转室的开口部分关闭；在所述转筒的外周设有由线材编织成的网状的圆筒。

根据本发明的另一方面，提供了一种离心机，该离心机包括：可操作地用来放置试样的旋转部件；用于以预定的速度转动所述旋转部件的驱动装置；包括转筒和开口部分的旋转室，所述开口部分用于放入和取出所述的旋转部件；以及用于关闭的部件，在所述旋转部件转动时由该用于关闭的部件将所述旋转室的开口部分关闭；放置在所述转筒的外周的隔热部件，该隔热部件在其中具有由线材编织成的网状的圆筒；围所述转筒外周缠绕的管道；以及，使得冷却流体在所述管道中流动的冷却装置。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的在转筒外周设有防护筒的离心机的局部剖面示意图。

图2是根据本发明第二实施例的配有冷却器的离心机的局部剖面示意图。

图3是根据本发明实施例的一个防护筒的外观侧视图。

图4是用于说明根据本发明实施例的防护筒网孔的放大的外观示意图。

图5是用于说明根据本发明实施例的防护筒另一网孔的放大的外观示意图。

图6是根据相关技术的离心机的局部剖面示意图。

图7是根据相关技术的配有冷却器的离心机的局部剖面示意图。

图8A和8B为示意图，表示在去掉了用于密封性地关闭旋转室的门部分后而从旋转室的上面看到的情况，在所述旋转部件上做有凹槽，用于说明当旋转部件由于离心力而断裂时碎片的行为。

图9是一个示意图，用于说明在旋转部件断裂并且旋转部件的碎片冲击到防护筒时，根据相关技术的离心机的行为。

图10是一个示意图，用于说明在旋转部件断裂并且旋转部件的碎片冲击到网状防护筒时，根据本发明第二实施例的配有冷却器的离心机的行为。

具体实施方式

图1是根据本发明第一实施例的在转筒外周设有防护筒的离心机的局部剖面示意图。图2是根据本发明第二实施例的配有冷却器的离心机的局部剖面示意图。图3是根据本发明实施例的一个防护筒的外观侧视图。图4、5是用于说明根据本发明实施例的防护筒网孔的放大的外观示意图。图6示出相关技术的离心机的局部剖面示意图。图7示出相关技术的配有冷却器的离心机的局部剖面图。图8A和8B为示意图，表示在去掉了用于密封性地关闭旋转室的门部分后而从旋转室的上面看到的情况，在所述旋转部件上做有凹槽，用于说明当旋转部件由于离心力而断裂时碎片的行为。图9是一个示意图，用于说明在旋转部件断裂并且旋转部件的碎片15冲击到防护筒时，根据相关技术的离心机的行为。图10是一个示意图，用于说明在旋转部件被破坏以及旋转部件的碎片15e冲击到网状防护筒时，根据本发明的配有冷却器的离心机的行为。

下面参考图1说明根据本发明第一实施例的离心机。驱动装置9的输出轴(没示出)伸入到离心机1的旋转室2中，插有试样8的旋转部件3被安装到输出轴并且高速旋转，从而使所述试样8受到离心操作。所述旋转室2的上部开口部分具有一个能开能关的门7，并且带有用于锁定门7的门锁(没示出)，使得在旋转部件3旋转期间使用者不能用手触及旋转部件3，并且所述门7由一个控制器(同样没示出)所控制。而且，门锁的设计使得即使在旋转部件3或所述旋转部件3的碎片冲击门7时，所述门7也不被打开，并且在旋转部件3意外地与所述输出轴脱开或分离时、或在旋转部件3断裂时也能够保持锁定状态。

而且，构成旋转室2的转筒4是有底的薄板件，在其内表面既无凹陷也无突起，由此减少由于转动所述旋转部件3产生的气流损失(wind loss)，或者，例如，在处理一种病原性试样时，使用者容易打扫，易于通过加压或旋转来灭菌或净化，并且通常使用不锈钢、铝或铜质薄板作为转筒4的材料。而且，在所述转筒4的外周部分安装有网状防护筒5，其为由不锈钢丝或钢丝编织成的圆筒形的金属网，并且在防护筒5的外周外面以预定的间隔还设有一个辅助防护筒6。

当图1所示的旋转部件3如图8B所示那样断裂时，所述旋转部件的碎片冲击转筒4，由于转筒4是薄壁的，故所示旋转部件的碎片将击穿所述薄壁而撞击到所述网状的防护筒5，由于所述网状的防护筒5是较细长线材的集合体，所以受到冲击的部分将随着旋转部件碎片的形状而相应地变形，因此能够在宽的面积内承受所述的冲击负荷，而且由于形成所述网的线材在若干部分相互摩擦而发生变形，同时消耗能量，所以能够延长能量消耗的时间并且能够大大减轻冲击力。而且，整个网状防护筒5将由于所述撞击而变成一个椭圆形的筒，则处在椭圆短径侧的部分将绷紧，以次使转筒4变形，以便进一步消耗能量。而且，网状防护筒5的线材可以不由单根线状的结构来构成，而是可以由线索之类的绳状结构等来构成。

另一方面，相关技术的离心机需要采用厚壁金属制作的防护筒13、13d，因为如图6、图9所示，冲击负荷被施加到一个局部，为了不对外框10d产生影响，在对集中了负荷的一个点操作后，所发生的变形仍会是一个得到了调整的变形；此外，能量要在一个短时段内被消耗，从而产生一强烈的冲击力，因此需要强化这一结构，使之能承受所述的冲击力。

因此，根据本发明的第一实施例，重量轻且壁薄的网状防护筒5能够足以替代壁厚的由金属制作的防护筒。而且，可以提供具有两层或三层的多层网状防护筒5。

而且，当网状防护筒5装备有由轧制薄板构成的辅助防护筒6时，还能够承受穿过所述网孔的细长碎片(由于是细长碎片，承受该碎片的能量小)，并且将所述碎片密封在离心机1中的效果进一步提高。但是，根据网孔的大小或旋转部件3的能量，辅助防护筒6的功能也可以由外框10来代替，而不使用辅助防护筒6。

下面，根据图2说明根据第二实施例的配有冷却器的离心机。

蒸发器由在转筒4a外周的并与该转筒4a外周紧密接触的冷却管12缠绕，以便把旋转部件3a保持在一个温度，由于旋转导致的气流损失，旋转部件3a的温度将会上升，使用致冷器(没示出)使得冷却介质在冷却管12中流动，并且通过降低转筒4a的温度来冷却旋转部件3a，从而降低旋转室2a的温度。

因此，所述转筒4a最好由热容量小、抗腐蚀能力强和薄壁的不锈钢制成。而且，最好通过测量旋转室2a的温度而把所述旋转部件3a的温度保持为恒定，通过热敏电阻等(没示出)并且通过控制器(没示出)实现致冷器的开-关而使得所述旋转室2a的温度与旋转部件3a的温度具有相关性。另外还有通过利用冷却水流代替致冷器、或使用利用帕尔帖元件的电子冷却来控制转筒4a的温度而把旋转部件3a保持在恒温的方法。除了被称为超速离心机以及把所述转筒4a放置在真空容器中的离心机之外，在任何方法中，所述转筒4a的外周面都设有隔热层11，以便阻止额外热量的输入或冷凝；所述隔热层11是通过填充发泡聚氨酯(根据本实施例)、与发泡苯乙烯模制产品成为一体、或粘贴一种单独的发泡材料隔热板而成的。

根据本发明的第二实施例，类似于第一实施例的网状防护筒5a被嵌入到隔热层11中，尤其在如本实施例中通过填充发泡聚氨酯而实现绝热的情况下，因为圆筒是由网孔构成，所以泡沫溶液容易穿过所述网孔，因此泡沫溶液能够充分地蔓延到角落。而在使用发泡苯乙烯的模制产品或粘贴发泡材料板的情况下，通过一个双重结构，可将所述网状防护筒5a置于所述双重构造之间。同时，虽然由于所述网状防护筒5a被放置在紧邻冷却管12的一个部分上，但有一种情况是，其中所述隔热层的厚度变得不足，使得热量从网状防护筒5a输入到转筒4a，或相反地，成为加温所述转筒4a的一个障碍，但因为所述材料包括金属网，该材料的热容量小于金属管的热容量，由此造成的影响是轻微的。

与上文的描述相类似，如图10所示，当旋转部件3a出现结构断裂时，旋转部件的碎片15e将击穿低强度的转筒4e和包括铜管的冷却管12e，冲击到网状防护筒5e。在此场合，就冲击和变形而言，隔热层11e能够被视为是与空气类似。另外，由于消耗能量的过程类似于上文描述的情况，所以重量轻且壁薄的网状防护筒5e能够类似地替代金属制成的壁厚的防护筒。而且，在此所要特别提到的是，所述隔热层11e也能够用作使所述网状防护筒5e变形的一个空间，并且甚至在旋转部件的碎片15e穿过所述网状防护筒5e时，所述网状防护筒5e的变形也能够被保持在所述隔热层11e中。

即，与如图7所示的厚壁防护筒13c放置在隔热层11c的外周部分并且还需要在所述外周有足够的空气间隙的相关技术的离心机相比，本实施例能够实现尺寸小和重量轻的构造。而且，当隔热层11的外周装有类似于第一实施例的由轧制薄板构成的辅助防护筒6时，能够挡住穿过所述网孔的细长碎片(由于是细长的碎片，所述能量小)或隔热层11的碎片，并且能够进一步实现在所述离心机中密封所述碎片的效果。但是，根据网孔的大小或旋转部件的能量，辅助防护筒6a的作用可由外框10a替代，而不需使用辅助防护筒6a。

随后参照图3、图4、图5说明根据本发明的网状的防护筒。如图3所示，利用在其轴向没有断裂的细长金属线编织所述网状防护筒，并且根据所述旋转部件的能量选择编织所述网状防护筒的方法。举例来说，有如图4所示的平纹组织法，或如图5所示的带状编织法，在所示的带状编织法中，波浪形的线材20由线材21连接。针对旋转部件的能量，用作金属线材的材料最好是例如普通的不锈钢线、弹簧用不锈钢线、钢琴线等。

而且，绳索之类的绳状结构可用来代替所述的金属线材，而且预期以由芳纶纤维、碳纤维之类的高强度纤维织成的布样的圆筒也能得到类似的效果，并且能够根据情况制造出更小尺寸和更轻重量的离心机主体，并且还能够进一步减少对冷却的影响。而且，由金属编织成的片状的金属网或由强化纤维织成的布可以利用焊接、止动销、粘合剂等等作成一个圆筒(圆柱形)的形状。

Claims (10)

1.一种离心机，包括：

可操作地用来放置试样的旋转部件；

用于转动所述旋转部件的驱动装置；

旋转室，该旋转室包括：

转筒，在该转筒的外周设有由线材编织成的网状的圆筒，和

开口部分，该开口部分用于放入和取出所述的旋转部件；

以及

用于关闭的部件，在所述旋转部件转动时由该用于关闭的部件将所述旋转室的开口部分关闭。

2.一种离心机，包括：

可操作地用来放置试样的旋转部件，

用于转动所述旋转部件的驱动装置，

旋转室，该旋转室包括转筒和用于放入和取出所述旋转部件的开口部分；

用于关闭的部件，当所述旋转部件旋转时由该用于关闭的部件将所述旋转室的开口部分关闭；

放置在所述转筒的外周的隔热部件，并且该隔热部件在其中具有由线材编织成的网状的圆筒；

围绕所述转筒外周缠绕的管道；和

使得冷却流体在所述管道中流动的冷却装置。

3.根据权利要求1的离心机，其中所述转筒是由不锈钢、铝和铜中的至少一种制成的薄板件。

4.根据权利要求1的离心机，其中所述线材是由钢和不锈钢中的至少一种制成的金属线构成的，或者是由芳纶纤维和碳纤维中的至少一种制成的纤维构成的，以及

其中所述圆筒是由所述金属线和所述纤维中的至少一种织成的金属网和布中的至少一种。

5.根据权利要求2的离心机，其中在所述隔热部件的外周装有钢管。

6.根据权利要求2的离心机，其中所述冷却装置是使包括氟利昂气体的冷却介质流动的致冷器。

7.根据权利要求1的离心机，其中所述用于关闭的部件是门。

8.根据权利要求2的离心机，其中所述用于关闭的部件是门。

9.根据权利要求2的离心机，其中所述管道与所述转筒接触。

10.根据权利要求2的离心机，其中所述线材是由钢和不锈钢中的至少一种制成的金属线构成的，或者是由芳纶纤维和碳纤维中的至少一种制成的纤维构成的，以及

其中所述圆筒是由所述金属线和所述纤维中的至少一种织成的金属网和布中的至少之一。

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