医用空气压缩机的原理、故障维修及改进

李云雷，刘勇

济南市儿童医院设备科 （山东济南 250022）

呼吸机在临床抢救及治疗中发挥着重要作用。大部分呼吸机的正常通气均需要连接高压气源，其中包括高压空气源与高压氧气源，气源质量必须符合国际医用等级，2015年欧洲药典对医用气源的规定为空气中水＜0.1 mg/m3，油＜0.1 mg/m3[1]。在没有中央供气系统的情况下，氧气可由高压氧气气瓶供给，空气由单独空气压缩机供给。我院配备有中央供气系统，但为防止中央供气系统出现故障以及在没有中央供气系统的地方使用呼吸机而配备有多台不同型号空气压缩机，空气压缩机和中央供气系统配合使用[3]。现主要介绍神鹿TF5000医用空气压缩机、C250医用空气压缩机两种机型的工作原理、故障处理及改进。

1 空气压缩机的基本原理

医用空气压缩机在结构上主要分为活塞式、涡轮式、螺杆式3种类型[2]。其中，螺杆式空气压缩机体积较大，主要应用在中央供气系统中，涡轮式空气压缩机内置在呼吸机内部，在转运呼吸机中使用较多。临床使用中空气压缩机大部分采用活塞式设计，活塞式空气压缩机相比涡轮式空气压缩机出气压力更大，流量更足，而且出气压力波动性更平稳。

1.1 神鹿TF5000医用空气压缩机

神鹿TF5000医用空气压缩机的工作原理：接通电源后打开启动开关，此时运行机器自检程序，若机器正常，按动机器工作启动键开始供气工作；空气经过滤器进入压缩泵，压缩泵压缩后，通过散热器输出，其中散热器呈盘旋状安装于空气压缩机后壁，通过风扇散热；经过散热器后的气体分成两路，一路通过单向阀与气罐相连，储气罐又与TF5000_ADC板相连，该板安装有压力传感器，可以测定储气罐内部压力即空气压缩机工作压力，储气罐中气体通过减压阀流出机器并流入气水分离器后供给给呼吸机，经过散热器的另一路到达继电器，该继电器与主板相连，当机器压力达到高限值时压缩泵停止工作，此时电磁阀打开，排放管路中残存气体，防止泵再次启动时过载；当储气罐内压力下降到低值时，机器再次启动产生压缩气体。神鹿TF5000医用空气压缩机电路及气路连接工作流程原理见图1。

图1 神鹿TF5000医用空气压缩机原理

1.2 C250医用空气压缩机

C250医用空气压缩机的工作原理：启动机器后，空气经过滤器进入压缩泵，压缩气体流入铜质散热器，达到露点，水蒸气凝结成水，随空气到达气水分离器后，水分凝结到底部排出；通过气水分离器后气体分成两路，一路到达减压阀，压缩气体经减压后与供气组件相连，一路到达泄压阀，当压力达到高限后，泄压阀将气体排出机外降低压力，同时泄压阀与压力表相连，测出压缩机压力；供气组件可以直接将气体供给呼吸机；供气组件同时与中央供气相连，当中央气源压力合格时可自动关闭压缩机并通过压缩机直接供给呼吸机。C250医用空气压缩机气路及电路连接工作流程原理见图2。

2 故障处理

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

神鹿TF5000医用空气压缩机达到压力高限自动停机后，压力降低到低限无法再启动。

2.1.2 故障分析

图2 C250医用空气压缩机原理

压缩机有启动趋势但无法正常启动，分析电路，传感器及控制电路板通过继电器控制泵的启停，控制电路板同时控制放气电磁阀的启停，电磁阀打开放气时可以降低管路中压力，减小泵的启动负载。

2.1.3 故障处理

我们按照先容易后复杂的处理思路，首先检查压缩泵电容，电容正常；检查压缩泵电源板上控制压缩泵继电器，压缩泵的输入电压正常，排除继电器问题；分析电路气路，当压缩泵停机时，电磁阀得电，排放出管路中残余压力，测量电磁阀发现当机器停机时有电压输入，电磁阀启动，其连接排气管正常排气，但压缩泵依旧无法正常启动；观察机器工作状态，发现保压时显示屏显示压力下降较快，怀疑单向阀故障，单向阀反向通气，管路中电磁阀泄压后压力又继续升高，压缩泵在启动负载大的情况下不能正常启动；拆下单向阀，清理内部并重新安装，开机测试，机器停机后压力下降缓慢，同时机器可以再次正常启动，故障排除。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

C250医用空气压缩机无法正常启动，高温低压报警灯亮，有报警蜂鸣声，机器不启动。2

.2.2 故障分析

高温低压报警灯亮，分析电路可知，机器内部有2个温度传感器：出气口温度传感器为常闭温度传感器，当出气温度过高时断开，此时压缩泵停止工作；另一温度传感器为常开温度传感器，当压缩机内部温度过高时闭合从而使高温低压报警灯亮。电路中与压缩泵工作相关的另一元件为中央供气微动开关，在无外接气源输入或者外接气源压力未达到标准值时，该微动开关闭合，从而压缩泵得电运行。压缩泵启动电容损坏或本身损坏压缩泵则不启动。

2.2.3 故障处理

我们检查压缩泵电容，电容正常，压缩泵单独连通市电，正常工作，压缩泵正常；测量温控开关，2个温控均正常，测量中央供气微动开关，开关断开，此时压缩泵不工作，正常情况下微动开关应闭合导通，更换微动开关，压缩机正常使用。

3 设计改进

3.1 储气罐部分的改进

有些医用空气压缩机气路中无储气罐，设置储气罐后，整机体积增大，但同时具有多项优点。储气罐起到缓冲作用，使输出的气压波动更小，同时通过程序设计，可以使储气罐压力达到一定值时压缩泵停机，气体低于一定压力时再启动压缩泵，延长压缩泵的寿命。储气罐的气体输出口应设置在罐体最低点，方便罐体内部冷凝水的排出，或者专门增加排污阀支路，避免罐体内水分潴留。

3.2 露点的改进

压缩机输送的高压气体中若含有水分会对呼吸机、麻醉机造成极大的损坏，降低空气压缩机露点的方式有冷冻干燥法、吸附干燥法、膜分离法3种[4]，在移动空气压缩机中选择膜分离法，可有效降低噪声，减小体积。大部分空气压缩机从压缩泵排出气体后经过冷凝器到达气水分离器后，然后将处理完的气体输送到呼吸机。另外，我们可以在冷凝器与气水分离器之间设置一半导体冷凝片，辅助降低输出气体气温，在气水分离器后增加膜干燥管，降低压力露点，提高压缩气体质量[5]。

3.3 报警装置的改进

在C250医用空气压缩机中，高温低压报警灯及喇叭均由12 V直流电供应；检查发现，该电池组为8节1.5 V干电池串联组成，此设置可以脱离市电依赖发出声光报警，该设置更加科学安全，但干电池极易用光电量，更换电池后才能正常报警，但更换电池非常麻烦，我们可以选用可充电电池对报警电路进行供电，同时在原基础之上增加充电电路，进而保证空气压缩机报警功能的持续运行。

3.4 进气过滤器的改进

在压缩泵进气端设置进气过滤器可以对空气中的大颗粒粉尘及水分进行初步过滤，保证空气质量，延长压缩泵工作寿命。压缩机均设置有泄压保护装置，在保证空气质量的前提下，泄压装置可以直接与进气过滤器相连，当泄气时，可以产生一个与进气相反的作用力，达到清理过滤器的目的，延长过滤器寿命。

4 小结

当无中央供气系统或中央供气系统出现问题时，空气压缩机在医院使用较多，而加强空气压缩机的维护保养[6]，保证空气压缩机的正常运行，可以降低呼吸机故障率，不仅能够为医院节省大量的机器运行成本，而且可以保证患者的有效抢救和治疗，因此，我们一定要加强对空气压缩机的维护，以降低机器故障率。