淺析高速冷凍離心機的故障維修與維護質控

韋星宇，歐小紅，陸立程，甘辛

（廣西醫科大學第一附屬醫院，廣西 南寧 530021）

高速冷凍離心機是一種帶低溫控制系統的高速旋轉機械，它是利用離心力、不同物質在離心場中的沉淀速度差異，分離液體與固體顆粒或液體與液體混合物中各個組分的機械，適用于微量樣品快速分離合成，是醫學、藥物學、生物學、化學等科研生產部門使用的重要設備。工程師掌握離心機常見故障的維修和維護方法知識，是保障相關科研生產部門正常運行的基礎。

1 高速冷凍離心機的結構

1.1 電機驅動系統

驅動電機是離心機中的主要部件之一，驅動轉子部分以產生離心力/場，在生物醫用制藥領域中，離心機系統中電機應用類型主要有有刷電機、無刷電機及變頻電機。

1.2 制冷系統

冷凍離心機中的制冷系統一般由壓縮機、冷卻介質管路系統、熱交換器構成，為離心室提供降溫功能。

1.3 機械系統

高速離心機的機械系統由機殼，機蓋，機蓋鎖緊機構、密封圈、離心室組成、起到支撐、密封、降噪的作用。

1.4 轉子體

離心機的轉子體是固定在電機主軸上用于裝配離心容器的機械部件，伴隨著電機主軸旋轉，常見的有甩平式和角式兩種。

1.5 電子控制系統

高速冷凍離心機電子控制系統由控制主板、電機轉速傳感器、溫度傳感器、信息顯示面板和控制面板組成。電子控制系統為驅動電機、制冷系統，機蓋電磁鎖緊機構提供轉速、溫度、鎖緊動作的監測和驅動控制功能。

1.6 電源

在生物醫用制藥領域中，冷凍離心機所選用的電源將輸入的交流市電變壓整流為各個系統、部件所需的直流電和交流電。

2 高速冷凍離心機的常見故障及維修

2.1 故障一

（1）故障現象：離心機不能開機。（2）故障原因分析：電源線、電源開關、保險絲、電源模塊、控制主板、信息顯示面板或控制面板損壞或者接觸不良。（3）故障排除與維修：首先，通過目視檢查，電表測量電源線是否有斷裂、開膠，電源機械開關彈性部件是否損壞、觸點是否接觸不良、保險絲是否熔斷或松脫。電源線損壞視情況通過錫焊連接修復，或者更換整條電源線修復。開關機械彈性部位損壞通過更換修復，觸點松脫，脫焊則通過重新安裝，重新錫焊觸點修復。保險絲如熔斷，通過更換修復，松脫則重新安裝修復。如果以上部件經檢查正常或者維修后不能排除故障，則進一步拆卸電源模塊、控制主板、顯示面板、控制面板。通過目視檢查拆卸下的部件電路板上有無燒焦，電路板上的電阻、電容、電感、集成電路模塊等器件有鼓包燒毀來診斷故障點，當目視不易診斷故障點時，通過電表測量電路板上的電容、電阻、電感等器件來診斷故障點。確定故障器件后，重新焊接好的元器件修復。當以上辦法無法診斷故障點以及更換部分元器件不能修復故障時，通過置換法診斷故障點。故障時，更換新的整部件或模塊修復。

2.2 故障二

（1）故障現象：離心機報錯不工作。（2）故障原因分析：控制主板故障損壞、主板對應部件損壞、機蓋未鎖緊，鎖緊信號錯誤。（3）故障排除與維修：首先，通過設備錯誤代碼表確定故障范圍，故障點范圍在驅動電機、制冷系統、機蓋電磁鎖緊機構時，檢查驅動電機、制冷系統、機蓋電磁鎖緊機構與主板接口之間的電纜、信號線有無松脫，斷裂，接口有無損壞。有松脫時重新連接，電纜斷裂通過錫焊連接修復，信號線斷裂，接口損壞通過更換修復。線纜和信號線無明顯損傷時，通過電表測量診斷，如損壞則通過更換線纜和信號線修復。當部件與控制主板之間的電纜、信號線、接口均正常時，通過通電測試、電表測量驅動電機、制冷壓縮機、機蓋鎖緊電磁驅動器有無故障。當不易診斷部件是否正常時，通過置換法診斷部件是否正常。如上述部件故障，通過更換部件修復。故障點范圍在控制主板本身、轉速傳感器和溫度傳感器時，通過目視檢查控制主板上有無燒焦，主板上的電阻、電容、電感，集成電路模塊等部件有無鼓包、燒毀來判斷主板是否故障。當目視不易診斷故障點時，通過置換法來診斷，如故障則更換修復。對于轉速傳感器的檢查判斷，如果是電磁式的傳感器部件如霍爾元件，通過置換法來診斷故障，故障時通過更換修復。如果是機械計數式的，則檢查機械觸點是否正常，置換法檢查計數模塊是否正常，故障時更換部件修復。對于溫度傳感器故障的檢測和修復，通過置換法診斷，故障時更換修復。當故障代碼指示機器未鎖緊密封時，先目視檢查鎖緊機械機構有無變形損壞，出現變形損壞時更換修復。當鎖緊機械機構正常時，找到鎖緊觸發電路模塊與電磁驅動器，檢查其電纜連接是否正常，有無損壞。電纜正常時，通過置換法診斷，如故障則更換修復。

2.3 故障三

（1）故障現象：離心機工作時振動和噪聲異常。（2）故障原因分析：轉頭與主軸不同軸，離心容器裝配不平衡，機殼連接部位松動，減震部件變形松動，電機老化故障，壓縮機老化故障。（3）故障排除與維修：先目視檢查離心機放置是否水平，不水平時調節腳座至平衡。檢查轉子體安裝是否和主軸同軸，不同軸時重新安裝或更換轉子體排除故障。檢查轉頭上裝配的離心容器是否平衡，不平衡則重新安裝至平衡。當離心機水平，轉子體和離心容器安裝正確且故障存在時，檢查機器殼體連接是否松動，如松動則重新緊固。如機器殼體連接正常，拆卸機殼檢查驅動電機和壓縮機基座與減震件是否變形或松動，出現松動時重新緊固修復，對于基座和減震件變形失效的情況，用工具矯正修復，難以修復時更換部件修復。當驅動電機和壓縮機基座與減震件均正常故障存在時，則拆卸驅動電機目視檢查電機主軸是否變形，電機軸連接頭是否磨損，電機繞組是否老化燒毀，轉子軸承是否銹蝕和潤滑缺失，如電機燒毀通過更換電機修復，對于轉子軸承出現銹蝕和潤滑缺失時可拋光和補充潤滑油修復。驅動電機正常時，拆卸制冷壓縮機檢查其轉子是否正常，壓縮機電機部位繞組是否老化燒毀，轉子軸承是否銹蝕和潤滑缺失。對于轉子微小變形的情況，可以通過工具校正修復。轉子軸承出現銹蝕和潤滑缺失時，可通過拋光和補充潤滑油修復，當壓縮機損壞較為嚴重時，通過更換修復。

2.4 故障四

（1）故障現象：離心機實際轉速和實際溫度異常。（2）故障原因分析：電機軸霍爾元件、溫度傳感器老化異常，主板、驅動電動機、壓縮機工作異常，制冷管路、蒸發器、冷凝器泄漏，冷凍離心室密封泄漏。（3）故障排除與維修：當實際轉速異常時，先通過置換法診斷轉速傳感器是否正常，如故障則更換修復。當轉速傳感器正常時，檢查電機繞組是否老化，局部燒毀，如損壞通過更換修復。轉速監測，電機部分均正常時，通過置換法診斷主板是否故障，如故障則通過更換修復。出現溫度異常故障時，先通過置換法診斷溫度傳感器，如故障則更換修復。溫度傳感器正常時，拆卸制冷壓縮機檢查其轉子壓縮部件是否正常，壓縮機電機繞組是否老化燒毀，轉子軸承是否銹蝕和潤滑缺失。對于壓縮機轉子微小變形的情況，可以通過工具校正修復。轉子軸承出現銹蝕和潤滑缺失導致轉速下降時，可通過拋光和補充潤滑油修復。當壓縮機損壞較為嚴重時，通過更換修復。當壓縮機也正常時，檢查制冷系統管路是否泄漏，如泄漏通過更換修復。檢查蒸發器和冷凝器導熱片積灰骯臟程度，對其進行清潔，恢復導熱能力。制冷系統檢測后無異常時，應檢查冷凍離心室密封情況，如果密封失效導致絕熱能力下降，通過更換密封膠條，填充絕熱材料修復。以上部件檢查均正常且溫度異常時，故障點應在控制主板上，通過置換法診斷和修復。

2.5 故障五

（1）故障現象：離心機轉子體與主軸卡死不能拆卸。（2）故障原因分析：部位銹蝕。（3）故障排除與修復：遇到轉子體與主軸卡死的故障，用滴管沿著轉子體與主軸連接的縫隙處滴入除銹劑，再用合適工具進行敲擊振動使其松脫，敲擊方向應沿主軸軸向，以免主軸變形。

2.6 故障六

（1）故障現象：離心機機蓋不能鎖緊或者解鎖。（2）故障原因分析：機械機構變形，接線故障，電磁驅動器故障，主板故障。（3）故障排除與維修：當機蓋不能鎖緊時，檢查鎖緊機械機構有無變形損壞，損壞時，用工具校正或者更換。當鎖緊機械機構正常時，檢查電磁鎖緊驅動器電纜連接是否正常，有無損壞。電纜正常時，通電測量或者置換法診斷電磁驅動器是否故障，如故障則更換修復。以上部件均正常時，故障點應在主板上，通過置法診斷和修復。當機蓋鎖緊后不能解鎖時，先通過備用機械解鎖裝置解鎖，然后，按照無法鎖緊故障時的流程處置。當備用機械解鎖裝置也故障不能打開機蓋時，拆卸殼體手動解鎖，檢查整個解鎖裝置機械部件有無故障，對出現的故障部件，通過重新安裝，工具校正，更換部件進行修復。

2.7 小結

遇到此種設備的各種故障時，要快速排查修復設備，關鍵在于熟悉設備的結構、部件原理和各個部件之間的聯系。在此基礎上判斷可能性高的故障點，快速拆卸檢查后修復。

3 高速冷凍離心機的維護和質量控制

3.1 維護

使用中離心機故障大多是因為轉子不平衡、軸向彎矩大積累導致的，而樣品的稱重偏差，離心過程中的樣品液的泄漏以及轉子腐蝕等，是導致轉子不平衡的關鍵原因。分析常見的故障和事故，有以下常見原因：

（1）進行離心管平衡時，因為測量用天平長時間沒有校準，對稱放置的離心管重量差異大于0.5g。

（2）離心管在裝樣品時，因樣品液注滿或離心管帽沒有旋緊密封，在離心機工作中，離心腔內的高真空情況導致離心管抽扁、裂開和樣品液泄漏，導致轉子不平衡而出現軸彎曲形變或斷軸。

（3）因為原樣品的占比并不等同于配平液的占比，轉子動平衡失衡而工作異常。

（4）采用水平轉子時，吊桶裝配沒有對應相應的水平轉子核心位置，轉子動平衡失衡而工作異常。

（5）鋁合金離心管帽與不銹鋼離心管帽混合使用（兩者之間占比不一樣），轉子動平衡失衡而工作異常。

（6）離心管帽內橡膠密封環運用不善和殺菌消毒不符合規定，如常年使用內部開裂的橡膠密封環或固高溫消毒(采用熱烘干)而導致密封環老化開裂、喪失密封性，使樣品在高速運轉時溢出，轉子動平衡失衡而工作異常。

（7）對于各類材質、品牌的離心管，沒有熟悉和執行廠商規定的離心管使用條件和規定消毒方法，使用規定的化學溶液，導致離心管在運轉中溶脹、開裂而出現轉子動平衡失衡。

（8）轉子蓋未能扭緊或者是將轉子蓋和轉子柄交換，導致螺扣不契合，當開機啟動時，轉子脫落導致故障和事故。

（9）離心管老化或將中低速離心管用于高速以上離心機中，超出離心管工況導致離心管在運轉時開裂，樣品液溢出導致失轉子動平衡失衡而工作異常。

（10）因為使用期限管控不善和各類銹蝕等，轉子在運轉中開裂損壞。

綜合以上原因，高速冷凍離心機每次使用后，應打開機蓋，用干凈抹布擦干冷凝水，用中性清潔劑擦拭離心室，保持清潔防止腐蝕，自然晾曬至干燥后關閉機蓋。轉頭部件，離心容器每次使用完畢后需要拆卸，用中性清潔劑清潔，防止腐蝕，分類存放。冷凍離心機每月至少清潔一次制冷熱交換器，保證熱交換效率。每2～3個月需要對轉頭和電機主軸進行潤滑，提高其使用壽命和防止腐蝕。

3.2 質量控制

要保證科研生產部門的正常運行，須定期對其使用的高速冷凍離心機進行質量控制。對于高速冷凍離心機，日常要觀察其外殼面板，銘牌標簽信息是否完好清潔，每2～4周檢查設備附件說明、使用記錄、使用說明及注意事項是否完整，每3～6月須檢查其內部線纜有無破損，電機和轉頭的平衡狀態是否正常，制冷系統管路是否有泄漏并進行設備殼內清潔，校準量定離心管及工質的測量工具，保證離心機轉子配平精度。每年須維修技師復核轉速、溫度等主要性能參數。