專利名稱：離心機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在設備中密封旋轉部件的碎片的結構，即使如在離心機中那樣，所述旋轉部件在高速旋轉時由于離心機中的離心力而意外斷裂情況下，也能夠在設備中密封所述旋轉部件的碎片。
背景技術：
用于離心機的旋轉部件帶有試管孔，主要用于保持裝有試樣的試管，用戶將裝有試樣的所述試管插入到所述孔中且以高速使所述旋轉部件旋轉，并通過對所述試樣施加離心力的操作來分離具有小質量差或密度差的所述試樣。在這種場合，離心力被自然地施加到所述旋轉部件本身，由此在所述旋轉部件內部產生應力。因此，人們擔心旋轉部件在旋轉中會由于所述離心力而產生破損。制造者為此執(zhí)行具有充分裕量的設計，該設計包括考慮由于重復使用而導致的金屬疲勞，除了所述旋轉部件的使用方法不當的情況，例如所述試樣的比重沒有在許可的范圍內，或者由于在處理腐蝕性試樣時發(fā)生失誤而導致旋轉部件腐蝕這類情況外，預先確定的產品使用年限被打破的可能性為零。
然而，近年來提出的思路是，即使在看來不可能發(fā)生的破損發(fā)生時也需要確保用戶的安全，并且按照IEC標準61010-2-020“對于實驗室離心機的特別要求(Particular requirements for laboratorycentrifuges)”，假定了出現最大損壞事故的可能、進行了造成事故的測試(MCA測試最大可信故障(Maximum Credible Accident)測試)，以及由此要求保證用戶更安全。雖然所述MCA測試的情況會由于離心機的種類和使用的旋轉部件不同而不同，例如由于軸承的塞滯、軸的斷裂、旋轉部件與軸的分離等，并且不能被窮盡地說明，但是在大多數情況下，由離心力造成的旋轉部件的破損仍被選擇作為帶來最大損壞的事故。但如上所述，通過正常使用旋轉部件來使所述旋轉部件斷裂是困難的，因此在旋轉部件3d上做出經計算的切割凹槽，如圖8A中的標號14所示，使受選擇的旋轉部件在其所能達到的最大轉速時斷裂，來將其分成兩個部分。而且，估算碎片是否能被密封在一個主體中、用于執(zhí)行密封操作的防護部件是否破裂、所述主體是否在預定范圍內移動等等。因此，為了滿足這些標準，在多數情況下需要構建能夠承受破裂的上述離心機。通常如圖6所示，防護筒13作為一個防護部件，被放置在轉筒4b的外周，所述轉筒4b構成供旋轉部件旋轉的旋轉室2b，并且所述防護筒被設計成即使當旋轉部件斷裂并沖擊時，碎片也不能將它擊穿。另外，對于配有稱作冷卻器的一類離心機(為了使待分離的試樣的溫度保持恒定，所述冷卻器用于使冷卻流體在轉筒外側流動)，如圖7所示，為了防止多余熱量的輸入，必須在轉筒4c的外圍放置隔熱層11c，因此通過在隔熱層11c的外圍再安裝防護筒13c來將碎片密封在離心機中。
下面參考圖8A、8B、圖9，以MCA測試為例子來解釋在旋轉部件斷裂時的運轉狀態(tài)。如圖8A所示，切割凹槽14被做在旋轉部件3d上，該切割凹槽14被設計成在旋轉部件3d旋轉到最大轉速時斷裂，所述旋轉部件3d可用于被評估的離心機并被供給發(fā)生斷裂的最大能量，并且所述離心機以預定轉速運轉，以便被離心力斷裂。如8B所示，斷裂為兩部分的所述旋轉部件3d的旋轉部件碎片15具有在轉動的切線方向的速度分量，因此在不考慮破裂過程的斷開行為的條件下，假定所述旋轉部件被瞬間斷裂成兩個分離的部分，如圖9所示，由此分別以箭頭標記的方向徑向地移動，擊穿具有薄壁結構的轉筒4d并沖擊到防護筒13d，再沖擊在外側上。在此場合，旋轉部件的轉動能量(E＝1/2×I×ω2，其中I是圍繞旋轉部件軸的慣性矩，ω是旋轉部件的角速度)，大部分作為防護筒13d的局部變形能量、總體變形(變成橢圓形)的能量以及旋轉部件碎片15本身由于所述沖擊的變形能量而被消耗掉了，并且還有一部分由熱、聲音等消耗。另一方面，上述旋轉部件碎片15在切線方向的速度分量產生一個力偶矩，其中還有一種情況，其中部分力偶矩傳導到防護筒13d，或被傳導到與防護筒13d成一體的離心機，使得所述離心機的主體轉動或移動。特別是在防護筒13d嚴重變形而沖擊或沖撞作為所述離心機外框架的外框10d時，使離心機主體轉動或移動的力將進一步增大，因而加大了危險。
從上述內容可見，在旋轉部件破損中用作防護部件的防護筒應有足夠的強度和硬度，使得所述防護筒即使在旋轉部件意外斷裂并且所述碎片沖擊在其上時也不發(fā)生破裂，并且使得所述防護筒的變形盡可能地小。按照可用旋轉部件的最大轉動能量的不同而使用不同的材料，通常在能夠使用大能量的旋轉部件并且具有大的破裂能量的離心機中，使用熱處理鋼或高硬化鋼，而對于僅能夠使用具有比較小能量的旋轉部件的離心機來說，則采用市售且廉價的碳鋼管代替所述熱處理鋼或所述高硬化鋼，并且通過適當選擇壁厚來調整必要的強度。確定所述離心機的防護筒和外框之間的空氣間隙，使得即使在防護筒受到斷裂碎片的沖擊而變形時，也能將離心機的移動充分地限制在一個預定范圍中。而且，如JP-A-50-056988所示，在防護筒的內側安裝有比所述防護筒軟的部件，在碎片沖擊時該軟的部件易于變形，以此來消耗能量并且延長能量的消耗時間，從而減弱沖擊力。

發(fā)明內容
根據所述相關技術的離心機，為了防止碎片躍遷到離心機的外部，或即使在旋轉部件斷裂時也能避免離心機的主體的移動超過規(guī)定的幅度，就需要采用具有在碎片沖擊時能夠承受沖擊力的足夠厚度的防護筒，這也成了使得此類離心機沉重的一個因素。而且，在以市售的鋼管代替需要使用熱處理鋼或高硬化鋼的防護筒以便降低成本而達到等同效果時，需要把防護筒的壁厚加大幾倍，從而引起產品變重而尺寸變大的問題。而且，在離心機配有冷卻器的情況下，需要在轉筒外周設隔熱層，需要在所述隔熱層的外側設置防護筒，這是產品體積進一步增大的又一個因素。即使在這種情況下，雖然具有按照指定尺度制造出的尺寸匹配的防護筒的離心機是可行的，但在考慮成本而不得已使用鋼管的情況中，則不能保證市售的鋼管具有與所述隔熱層外徑相匹配的內徑尺寸，因而經常采用具有較大內徑的鋼管，因而造成產品變得越來越重且尺寸變得越來越大的問題。另一方面，在所述防護筒中設置軟防護部件的這一做法，雖然從吸收能量的角度考慮是出色的，但其難點在于，因為外加所述軟防護部件的需求十分必要，因而必將增加成本，并且還使所述主體尺寸增大。
本發(fā)明旨在克服上述缺陷。本發(fā)明的一個目的是提供一種離心機，所述離心機能夠充分密封旋轉部件的碎片并且重量輕，尤其是能減小配有冷卻器的離心機主體的尺寸。
上述目的是通過將鋼線、不銹鋼線等線材編織成網狀圓筒來取代在離心機中通常作為防護筒的金屬圓筒而實現的。而且，在配有冷卻器的離心機的情況下，通過使用隔熱層，能夠進一步降低該離心機主體的尺寸。
根據本發(fā)明的一個方面，當旋轉部件意外破損時，采用網狀結構的防護筒(通過將細長的線編織成網狀而構成的圓筒)代替由金屬制成的防護筒，用于密封包括所述離心機中的旋轉部件的斷裂碎片在內的碎片，因此能夠減輕這種離心機的重量。而且，在配有冷卻器的離心機中，防護筒能夠與在纏有冷卻管的轉筒(蒸發(fā)器)的外周設置的隔熱層制成一體，因此與需要在隔熱層的外周設置防護筒的相關技術的離心機相比，本發(fā)明的離心機能夠實現尺寸更小和重量更輕的構造。
根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種離心機，該離心機包括可操作地用來放置試樣的旋轉部件；用于以預定的速度轉動所述旋轉部件的驅動裝置；包括轉筒和開口部分的旋轉室，所述開口部分用于放入和取出所述的旋轉部件；以及用于關閉的部件，在所述旋轉部件轉動時由該用于關閉的部件將所述旋轉室的開口部分關閉；在所述轉筒的外周設有由線材編織成的網狀的圓筒。
根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種離心機，該離心機包括可操作地用來放置試樣的旋轉部件；用于以預定的速度轉動所述旋轉部件的驅動裝置；包括轉筒和開口部分的旋轉室，所述開口部分用于放入和取出所述的旋轉部件；以及用于關閉的部件，在所述旋轉部件轉動時由該用于關閉的部件將所述旋轉室的開口部分關閉；放置在所述轉筒的外周的隔熱部件，該隔熱部件在其中具有由線材編織成的網狀的圓筒；圍所述轉筒外周纏繞的管道；以及，使得冷卻流體在所述管道中流動的冷卻裝置。


圖1是根據本發(fā)明第一實施例的在轉筒外周設有防護筒的離心機的局部剖面示意圖。
圖2是根據本發(fā)明第二實施例的配有冷卻器的離心機的局部剖面示意圖。
圖3是根據本發(fā)明實施例的一個防護筒的外觀側視圖。
圖4是用于說明根據本發(fā)明實施例的防護筒網孔的放大的外觀示意圖。
圖5是用于說明根據本發(fā)明實施例的防護筒另一網孔的放大的外觀示意圖。
圖6是根據相關技術的離心機的局部剖面示意圖。
圖7是根據相關技術的配有冷卻器的離心機的局部剖面示意圖。
圖8A和8B為示意圖，表示在去掉了用于密封性地關閉旋轉室的門部分后而從旋轉室的上面看到的情況，在所述旋轉部件上做有凹槽，用于說明當旋轉部件由于離心力而斷裂時碎片的行為。
圖9是一個示意圖，用于說明在旋轉部件斷裂并且旋轉部件的碎片沖擊到防護筒時，根據相關技術的離心機的行為。
圖10是一個示意圖，用于說明在旋轉部件斷裂并且旋轉部件的碎片沖擊到網狀防護筒時，根據本發(fā)明第二實施例的配有冷卻器的離心機的行為。
具體實施例方式
圖1是根據本發(fā)明第一實施例的在轉筒外周設有防護筒的離心機的局部剖面示意圖。圖2是根據本發(fā)明第二實施例的配有冷卻器的離心機的局部剖面示意圖。圖3是根據本發(fā)明實施例的一個防護筒的外觀側視圖。圖4、5是用于說明根據本發(fā)明實施例的防護筒網孔的放大的外觀示意圖。圖6示出相關技術的離心機的局部剖面示意圖。圖7示出相關技術的配有冷卻器的離心機的局部剖面圖。圖8A和8B為示意圖，表示在去掉了用于密封性地關閉旋轉室的門部分后而從旋轉室的上面看到的情況，在所述旋轉部件上做有凹槽，用于說明當旋轉部件由于離心力而斷裂時碎片的行為。圖9是一個示意圖，用于說明在旋轉部件斷裂并且旋轉部件的碎片15沖擊到防護筒時，根據相關技術的離心機的行為。圖10是一個示意圖，用于說明在旋轉部件被破壞以及旋轉部件的碎片15e沖擊到網狀防護筒時，根據本發(fā)明的配有冷卻器的離心機的行為。
下面參考圖1說明根據本發(fā)明第一實施例的離心機。驅動裝置9的輸出軸(沒示出)伸入到離心機1的旋轉室2中，插有試樣8的旋轉部件3被安裝到輸出軸并且高速旋轉，從而使所述試樣8受到離心操作。所述旋轉室2的上部開口部分具有一個能開能關的門7，并且?guī)в杏糜阪i定門7的門鎖(沒示出)，使得在旋轉部件3旋轉期間使用者不能用手觸及旋轉部件3，并且所述門7由一個控制器(同樣沒示出)所控制。而且，門鎖的設計使得即使在旋轉部件3或所述旋轉部件3的碎片沖擊門7時，所述門7也不被打開，并且在旋轉部件3意外地與所述輸出軸脫開或分離時、或在旋轉部件3斷裂時也能夠保持鎖定狀態(tài)。
而且，構成旋轉室2的轉筒4是有底的薄板件，在其內表面既無凹陷也無突起，由此減少由于轉動所述旋轉部件3產生的氣流損失(wind loss)，或者，例如，在處理一種病原性試樣時，使用者容易打掃，易于通過加壓或旋轉來滅菌或凈化，并且通常使用不銹鋼、鋁或銅質薄板作為轉筒4的材料。而且，在所述轉筒4的外周部分安裝有網狀防護筒5，其為由不銹鋼絲或鋼絲編織成的圓筒形的金屬網，并且在防護筒5的外周外面以預定的間隔還設有一個輔助防護筒6。
當圖1所示的旋轉部件3如圖8B所示那樣斷裂時，所述旋轉部件的碎片沖擊轉筒4，由于轉筒4是薄壁的，故所示旋轉部件的碎片將擊穿所述薄壁而撞擊到所述網狀的防護筒5，由于所述網狀的防護筒5是較細長線材的集合體，所以受到沖擊的部分將隨著旋轉部件碎片的形狀而相應地變形，因此能夠在寬的面積內承受所述的沖擊負荷，而且由于形成所述網的線材在若干部分相互摩擦而發(fā)生變形，同時消耗能量，所以能夠延長能量消耗的時間并且能夠大大減輕沖擊力。而且，整個網狀防護筒5將由于所述撞擊而變成一個橢圓形的筒，則處在橢圓短徑側的部分將繃緊，以次使轉筒4變形，以便進一步消耗能量。而且，網狀防護筒5的線材可以不由單根線狀的結構來構成，而是可以由線索之類的繩狀結構等來構成。
另一方面，相關技術的離心機需要采用厚壁金屬制作的防護筒13、13d，因為如圖6、圖9所示，沖擊負荷被施加到一個局部，為了不對外框10d產生影響，在對集中了負荷的一個點操作后，所發(fā)生的變形仍會是一個得到了調整的變形；此外，能量要在一個短時段內被消耗，從而產生一強烈的沖擊力，因此需要強化這一結構，使之能承受所述的沖擊力。
因此，根據本發(fā)明的第一實施例，重量輕且壁薄的網狀防護筒5能夠足以替代壁厚的由金屬制作的防護筒。而且，可以提供具有兩層或三層的多層網狀防護筒5。
而且，當網狀防護筒5裝備有由軋制薄板構成的輔助防護筒6時，還能夠承受穿過所述網孔的細長碎片(由于是細長碎片，承受該碎片的能量小)，并且將所述碎片密封在離心機1中的效果進一步提高。但是，根據網孔的大小或旋轉部件3的能量，輔助防護筒6的功能也可以由外框10來代替，而不使用輔助防護筒6。
下面，根據圖2說明根據第二實施例的配有冷卻器的離心機。
蒸發(fā)器由在轉筒4a外周的并與該轉筒4a外周緊密接觸的冷卻管12纏繞，以便把旋轉部件3a保持在一個溫度，由于旋轉導致的氣流損失，旋轉部件3a的溫度將會上升，使用致冷器(沒示出)使得冷卻介質在冷卻管12中流動，并且通過降低轉筒4a的溫度來冷卻旋轉部件3a，從而降低旋轉室2a的溫度。
因此，所述轉筒4a最好由熱容量小、抗腐蝕能力強和薄壁的不銹鋼制成。而且，最好通過測量旋轉室2a的溫度而把所述旋轉部件3a的溫度保持為恒定，通過熱敏電阻等(沒示出)并且通過控制器(沒示出)實現致冷器的開-關而使得所述旋轉室2a的溫度與旋轉部件3a的溫度具有相關性。另外還有通過利用冷卻水流代替致冷器、或使用利用帕爾帖元件的電子冷卻來控制轉筒4a的溫度而把旋轉部件3a保持在恒溫的方法。除了被稱為超速離心機以及把所述轉筒4a放置在真空容器中的離心機之外，在任何方法中，所述轉筒4a的外周面都設有隔熱層11，以便阻止額外熱量的輸入或冷凝；所述隔熱層11是通過填充發(fā)泡聚氨酯(根據本實施例)、與發(fā)泡苯乙烯模制產品成為一體、或粘貼一種單獨的發(fā)泡材料隔熱板而成的。
根據本發(fā)明的第二實施例，類似于第一實施例的網狀防護筒5a被嵌入到隔熱層11中，尤其在如本實施例中通過填充發(fā)泡聚氨酯而實現絕熱的情況下，因為圓筒是由網孔構成，所以泡沫溶液容易穿過所述網孔，因此泡沫溶液能夠充分地蔓延到角落。而在使用發(fā)泡苯乙烯的模制產品或粘貼發(fā)泡材料板的情況下，通過一個雙重結構，可將所述網狀防護筒5a置于所述雙重構造之間。同時，雖然由于所述網狀防護筒5a被放置在緊鄰冷卻管12的一個部分上，但有一種情況是，其中所述隔熱層的厚度變得不足，使得熱量從網狀防護筒5a輸入到轉筒4a，或相反地，成為加溫所述轉筒4a的一個障礙，但因為所述材料包括金屬網，該材料的熱容量小于金屬管的熱容量，由此造成的影響是輕微的。
與上文的描述相類似，如圖10所示，當旋轉部件3a出現結構斷裂時，旋轉部件的碎片15e將擊穿低強度的轉筒4e和包括銅管的冷卻管12e，沖擊到網狀防護筒5e。在此場合，就沖擊和變形而言，隔熱層11e能夠被視為是與空氣類似。另外，由于消耗能量的過程類似于上文描述的情況，所以重量輕且壁薄的網狀防護筒5e能夠類似地替代金屬制成的壁厚的防護筒。而且，在此所要特別提到的是，所述隔熱層11e也能夠用作使所述網狀防護筒5e變形的一個空間，并且甚至在旋轉部件的碎片15e穿過所述網狀防護筒5e時，所述網狀防護筒5e的變形也能夠被保持在所述隔熱層11e中。
即，與如圖7所示的厚壁防護筒13c放置在隔熱層11c的外周部分并且還需要在所述外周有足夠的空氣間隙的相關技術的離心機相比，本實施例能夠實現尺寸小和重量輕的構造。而且，當隔熱層11的外周裝有類似于第一實施例的由軋制薄板構成的輔助防護筒6時，能夠擋住穿過所述網孔的細長碎片(由于是細長的碎片，所述能量小)或隔熱層11的碎片，并且能夠進一步實現在所述離心機中密封所述碎片的效果。但是，根據網孔的大小或旋轉部件的能量，輔助防護筒6a的作用可由外框10a替代，而不需使用輔助防護筒6a。
隨后參照圖3、圖4、圖5說明根據本發(fā)明的網狀的防護筒。如圖3所示，利用在其軸向沒有斷裂的細長金屬線編織所述網狀防護筒，并且根據所述旋轉部件的能量選擇編織所述網狀防護筒的方法。舉例來說，有如圖4所示的平紋組織法，或如圖5所示的帶狀編織法，在所示的帶狀編織法中，波浪形的線材20由線材21連接。針對旋轉部件的能量，用作金屬線材的材料最好是例如普通的不銹鋼線、彈簧用不銹鋼線、鋼琴線等。
而且，繩索之類的繩狀結構可用來代替所述的金屬線材，而且預期以由芳綸纖維、碳纖維之類的高強度纖維織成的布樣的圓筒也能得到類似的效果，并且能夠根據情況制造出更小尺寸和更輕重量的離心機主體，并且還能夠進一步減少對冷卻的影響。而且，由金屬編織成的片狀的金屬網或由強化纖維織成的布可以利用焊接、止動銷、粘合劑等等作成一個圓筒(圓柱形)的形狀。
權利要求
1.一種離心機，包括可操作地用來放置試樣的旋轉部件；用于轉動所述旋轉部件的驅動裝置；旋轉室，該旋轉室包括轉筒，在該轉筒的外周設有由線材編織成的網狀的圓筒，和開口部分，該開口部分用于放入和取出所述的旋轉部件；以及用于關閉的部件，在所述旋轉部件轉動時由該用于關閉的部件將所述旋轉室的開口部分關閉。
2.一種離心機，包括可操作地用來放置試樣的旋轉部件，用于轉動所述旋轉部件的驅動裝置，旋轉室，該旋轉室包括轉筒和用于放入和取出所述旋轉部件的開口部分；用于關閉的部件，當所述旋轉部件旋轉時由該用于關閉的部件將所述旋轉室的開口部分關閉；放置在所述轉筒的外周的隔熱部件，并且該隔熱部件在其中具有由線材編織成的網狀的圓筒；圍繞所述轉筒外周纏繞的管道；和使得冷卻流體在所述管道中流動的冷卻裝置。
3.根據權利要求1的離心機，其中所述轉筒是由不銹鋼、鋁和銅中的至少一種制成的薄板件。
4.根據權利要求1的離心機，其中所述線材是由鋼和不銹鋼中的至少一種制成的金屬線構成的，或者是由芳綸纖維和碳纖維中的至少一種制成的纖維構成的，以及其中所述圓筒是由所述金屬線和所述纖維中的至少一種織成的金屬網和布中的至少一種。
5.根據權利要求2的離心機，其中在所述隔熱部件的外周裝有鋼管。
6.根據權利要求2的離心機，其中所述冷卻裝置是使包括氟利昂氣體的冷卻介質流動的致冷器。
7.根據權利要求1的離心機，其中所述用于關閉的部件是門。
8.根據權利要求2的離心機，其中所述用于關閉的部件是門。
9.根據權利要求2的離心機，其中所述管道與所述轉筒接觸。
10.根據權利要求2的離心機，其中所述線材是由鋼和不銹鋼中的至少一種制成的金屬線構成的，或者是由芳綸纖維和碳纖維中的至少一種制成的纖維構成的，以及其中所述圓筒是由所述金屬線和所述纖維中的至少一種織成的金屬網和布中的至少之一。
全文摘要
本發(fā)明提供一種結構，其中在旋轉件破裂時，通過能在寬的區(qū)域內立即接受碎片來防止沖擊力集中到一個局部，并且能夠進一步促進斷裂能量的消耗。而且，對于配置了冷卻器的離心機，當旋轉件破裂時，通過將在蒸發(fā)器外圍設置的隔熱層用作使防護筒變形的空間，來使問題得以解決。
文檔編號B04B5/02GK1706556SQ20051007503
公開日2005年12月14日 申請日期2005年6月7日 優(yōu)先權日2004年6月8日
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