醫用空氣壓縮機的原理、故障維修及改進

李云雷，劉勇

濟南市兒童醫院設備科 （山東濟南 250022）

呼吸機在臨床搶救及治療中發揮著重要作用。大部分呼吸機的正常通氣均需要連接高壓氣源，其中包括高壓空氣源與高壓氧氣源，氣源質量必須符合國際醫用等級，2015年歐洲藥典對醫用氣源的規定為空氣中水＜0.1 mg/m3，油＜0.1 mg/m3[1]。在沒有中央供氣系統的情況下，氧氣可由高壓氧氣氣瓶供給，空氣由單獨空氣壓縮機供給。我院配備有中央供氣系統，但為防止中央供氣系統出現故障以及在沒有中央供氣系統的地方使用呼吸機而配備有多臺不同型號空氣壓縮機，空氣壓縮機和中央供氣系統配合使用[3]。現主要介紹神鹿TF5000醫用空氣壓縮機、C250醫用空氣壓縮機兩種機型的工作原理、故障處理及改進。

1 空氣壓縮機的基本原理

醫用空氣壓縮機在結構上主要分為活塞式、渦輪式、螺桿式3種類型[2]。其中，螺桿式空氣壓縮機體積較大，主要應用在中央供氣系統中，渦輪式空氣壓縮機內置在呼吸機內部，在轉運呼吸機中使用較多。臨床使用中空氣壓縮機大部分采用活塞式設計，活塞式空氣壓縮機相比渦輪式空氣壓縮機出氣壓力更大，流量更足，而且出氣壓力波動性更平穩。

1.1 神鹿TF5000醫用空氣壓縮機

神鹿TF5000醫用空氣壓縮機的工作原理：接通電源后打開啟動開關，此時運行機器自檢程序，若機器正常，按動機器工作啟動鍵開始供氣工作；空氣經過濾器進入壓縮泵，壓縮泵壓縮后，通過散熱器輸出，其中散熱器呈盤旋狀安裝于空氣壓縮機后壁，通過風扇散熱；經過散熱器后的氣體分成兩路，一路通過單向閥與氣罐相連，儲氣罐又與TF5000_ADC板相連，該板安裝有壓力傳感器，可以測定儲氣罐內部壓力即空氣壓縮機工作壓力，儲氣罐中氣體通過減壓閥流出機器并流入氣水分離器后供給給呼吸機，經過散熱器的另一路到達繼電器，該繼電器與主板相連，當機器壓力達到高限值時壓縮泵停止工作，此時電磁閥打開，排放管路中殘存氣體，防止泵再次啟動時過載；當儲氣罐內壓力下降到低值時，機器再次啟動產生壓縮氣體。神鹿TF5000醫用空氣壓縮機電路及氣路連接工作流程原理見圖1。

圖1 神鹿TF5000醫用空氣壓縮機原理

1.2 C250醫用空氣壓縮機

C250醫用空氣壓縮機的工作原理：啟動機器后，空氣經過濾器進入壓縮泵，壓縮氣體流入銅質散熱器，達到露點，水蒸氣凝結成水，隨空氣到達氣水分離器后，水分凝結到底部排出；通過氣水分離器后氣體分成兩路，一路到達減壓閥，壓縮氣體經減壓后與供氣組件相連，一路到達泄壓閥，當壓力達到高限后，泄壓閥將氣體排出機外降低壓力，同時泄壓閥與壓力表相連，測出壓縮機壓力；供氣組件可以直接將氣體供給呼吸機；供氣組件同時與中央供氣相連，當中央氣源壓力合格時可自動關閉壓縮機并通過壓縮機直接供給呼吸機。C250醫用空氣壓縮機氣路及電路連接工作流程原理見圖2。

2 故障處理

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

神鹿TF5000醫用空氣壓縮機達到壓力高限自動停機后，壓力降低到低限無法再啟動。

2.1.2 故障分析

圖2 C250醫用空氣壓縮機原理

壓縮機有啟動趨勢但無法正常啟動，分析電路，傳感器及控制電路板通過繼電器控制泵的啟停，控制電路板同時控制放氣電磁閥的啟停，電磁閥打開放氣時可以降低管路中壓力，減小泵的啟動負載。

2.1.3 故障處理

我們按照先容易后復雜的處理思路，首先檢查壓縮泵電容，電容正常；檢查壓縮泵電源板上控制壓縮泵繼電器，壓縮泵的輸入電壓正常，排除繼電器問題；分析電路氣路，當壓縮泵停機時，電磁閥得電，排放出管路中殘余壓力，測量電磁閥發現當機器停機時有電壓輸入，電磁閥啟動，其連接排氣管正常排氣，但壓縮泵依舊無法正常啟動；觀察機器工作狀態，發現保壓時顯示屏顯示壓力下降較快，懷疑單向閥故障，單向閥反向通氣，管路中電磁閥泄壓后壓力又繼續升高，壓縮泵在啟動負載大的情況下不能正常啟動；拆下單向閥，清理內部并重新安裝，開機測試，機器停機后壓力下降緩慢，同時機器可以再次正常啟動，故障排除。

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

C250醫用空氣壓縮機無法正常啟動，高溫低壓報警燈亮，有報警蜂鳴聲，機器不啟動。2

.2.2 故障分析

高溫低壓報警燈亮，分析電路可知，機器內部有2個溫度傳感器：出氣口溫度傳感器為常閉溫度傳感器，當出氣溫度過高時斷開，此時壓縮泵停止工作；另一溫度傳感器為常開溫度傳感器，當壓縮機內部溫度過高時閉合從而使高溫低壓報警燈亮。電路中與壓縮泵工作相關的另一元件為中央供氣微動開關，在無外接氣源輸入或者外接氣源壓力未達到標準值時，該微動開關閉合，從而壓縮泵得電運行。壓縮泵啟動電容損壞或本身損壞壓縮泵則不啟動。

2.2.3 故障處理

我們檢查壓縮泵電容，電容正常，壓縮泵單獨連通市電，正常工作，壓縮泵正常；測量溫控開關，2個溫控均正常，測量中央供氣微動開關，開關斷開，此時壓縮泵不工作，正常情況下微動開關應閉合導通，更換微動開關，壓縮機正常使用。

3 設計改進

3.1 儲氣罐部分的改進

有些醫用空氣壓縮機氣路中無儲氣罐，設置儲氣罐后，整機體積增大，但同時具有多項優點。儲氣罐起到緩沖作用，使輸出的氣壓波動更小，同時通過程序設計，可以使儲氣罐壓力達到一定值時壓縮泵停機，氣體低于一定壓力時再啟動壓縮泵，延長壓縮泵的壽命。儲氣罐的氣體輸出口應設置在罐體最低點，方便罐體內部冷凝水的排出，或者專門增加排污閥支路，避免罐體內水分潴留。

3.2 露點的改進

壓縮機輸送的高壓氣體中若含有水分會對呼吸機、麻醉機造成極大的損壞，降低空氣壓縮機露點的方式有冷凍干燥法、吸附干燥法、膜分離法3種[4]，在移動空氣壓縮機中選擇膜分離法，可有效降低噪聲，減小體積。大部分空氣壓縮機從壓縮泵排出氣體后經過冷凝器到達氣水分離器后，然后將處理完的氣體輸送到呼吸機。另外，我們可以在冷凝器與氣水分離器之間設置一半導體冷凝片，輔助降低輸出氣體氣溫，在氣水分離器后增加膜干燥管，降低壓力露點，提高壓縮氣體質量[5]。

3.3 報警裝置的改進

在C250醫用空氣壓縮機中，高溫低壓報警燈及喇叭均由12 V直流電供應；檢查發現，該電池組為8節1.5 V干電池串聯組成，此設置可以脫離市電依賴發出聲光報警，該設置更加科學安全，但干電池極易用光電量，更換電池后才能正常報警，但更換電池非常麻煩，我們可以選用可充電電池對報警電路進行供電，同時在原基礎之上增加充電電路，進而保證空氣壓縮機報警功能的持續運行。

3.4 進氣過濾器的改進

在壓縮泵進氣端設置進氣過濾器可以對空氣中的大顆粒粉塵及水分進行初步過濾，保證空氣質量，延長壓縮泵工作壽命。壓縮機均設置有泄壓保護裝置，在保證空氣質量的前提下，泄壓裝置可以直接與進氣過濾器相連，當泄氣時，可以產生一個與進氣相反的作用力，達到清理過濾器的目的，延長過濾器壽命。

4 小結

當無中央供氣系統或中央供氣系統出現問題時，空氣壓縮機在醫院使用較多，而加強空氣壓縮機的維護保養[6]，保證空氣壓縮機的正常運行，可以降低呼吸機故障率，不僅能夠為醫院節省大量的機器運行成本，而且可以保證患者的有效搶救和治療，因此，我們一定要加強對空氣壓縮機的維護，以降低機器故障率。