浅析高速冷冻离心机的故障维修与维护质控

韦星宇，欧小红，陆立程，甘辛

（广西医科大学第一附属医院，广西 南宁 530021）

高速冷冻离心机是一种带低温控制系统的高速旋转机械，它是利用离心力、不同物质在离心场中的沉淀速度差异，分离液体与固体颗粒或液体与液体混合物中各个组分的机械，适用于微量样品快速分离合成，是医学、药物学、生物学、化学等科研生产部门使用的重要设备。工程师掌握离心机常见故障的维修和维护方法知识，是保障相关科研生产部门正常运行的基础。

1 高速冷冻离心机的结构

1.1 电机驱动系统

驱动电机是离心机中的主要部件之一，驱动转子部分以产生离心力/场，在生物医用制药领域中，离心机系统中电机应用类型主要有有刷电机、无刷电机及变频电机。

1.2 制冷系统

冷冻离心机中的制冷系统一般由压缩机、冷却介质管路系统、热交换器构成，为离心室提供降温功能。

1.3 机械系统

高速离心机的机械系统由机壳，机盖，机盖锁紧机构、密封圈、离心室组成、起到支撑、密封、降噪的作用。

1.4 转子体

离心机的转子体是固定在电机主轴上用于装配离心容器的机械部件，伴随着电机主轴旋转，常见的有甩平式和角式两种。

1.5 电子控制系统

高速冷冻离心机电子控制系统由控制主板、电机转速传感器、温度传感器、信息显示面板和控制面板组成。电子控制系统为驱动电机、制冷系统，机盖电磁锁紧机构提供转速、温度、锁紧动作的监测和驱动控制功能。

1.6 电源

在生物医用制药领域中，冷冻离心机所选用的电源将输入的交流市电变压整流为各个系统、部件所需的直流电和交流电。

2 高速冷冻离心机的常见故障及维修

2.1 故障一

（1）故障现象：离心机不能开机。（2）故障原因分析：电源线、电源开关、保险丝、电源模块、控制主板、信息显示面板或控制面板损坏或者接触不良。（3）故障排除与维修：首先，通过目视检查，电表测量电源线是否有断裂、开胶，电源机械开关弹性部件是否损坏、触点是否接触不良、保险丝是否熔断或松脱。电源线损坏视情况通过锡焊连接修复，或者更换整条电源线修复。开关机械弹性部位损坏通过更换修复，触点松脱，脱焊则通过重新安装，重新锡焊触点修复。保险丝如熔断，通过更换修复，松脱则重新安装修复。如果以上部件经检查正常或者维修后不能排除故障，则进一步拆卸电源模块、控制主板、显示面板、控制面板。通过目视检查拆卸下的部件电路板上有无烧焦，电路板上的电阻、电容、电感、集成电路模块等器件有鼓包烧毁来诊断故障点，当目视不易诊断故障点时，通过电表测量电路板上的电容、电阻、电感等器件来诊断故障点。确定故障器件后，重新焊接好的元器件修复。当以上办法无法诊断故障点以及更换部分元器件不能修复故障时，通过置换法诊断故障点。故障时，更换新的整部件或模块修复。

2.2 故障二

（1）故障现象：离心机报错不工作。（2）故障原因分析：控制主板故障损坏、主板对应部件损坏、机盖未锁紧，锁紧信号错误。（3）故障排除与维修：首先，通过设备错误代码表确定故障范围，故障点范围在驱动电机、制冷系统、机盖电磁锁紧机构时，检查驱动电机、制冷系统、机盖电磁锁紧机构与主板接口之间的电缆、信号线有无松脱，断裂，接口有无损坏。有松脱时重新连接，电缆断裂通过锡焊连接修复，信号线断裂，接口损坏通过更换修复。线缆和信号线无明显损伤时，通过电表测量诊断，如损坏则通过更换线缆和信号线修复。当部件与控制主板之间的电缆、信号线、接口均正常时，通过通电测试、电表测量驱动电机、制冷压缩机、机盖锁紧电磁驱动器有无故障。当不易诊断部件是否正常时，通过置换法诊断部件是否正常。如上述部件故障，通过更换部件修复。故障点范围在控制主板本身、转速传感器和温度传感器时，通过目视检查控制主板上有无烧焦，主板上的电阻、电容、电感，集成电路模块等部件有无鼓包、烧毁来判断主板是否故障。当目视不易诊断故障点时，通过置换法来诊断，如故障则更换修复。对于转速传感器的检查判断，如果是电磁式的传感器部件如霍尔元件，通过置换法来诊断故障，故障时通过更换修复。如果是机械计数式的，则检查机械触点是否正常，置换法检查计数模块是否正常，故障时更换部件修复。对于温度传感器故障的检测和修复，通过置换法诊断，故障时更换修复。当故障代码指示机器未锁紧密封时，先目视检查锁紧机械机构有无变形损坏，出现变形损坏时更换修复。当锁紧机械机构正常时，找到锁紧触发电路模块与电磁驱动器，检查其电缆连接是否正常，有无损坏。电缆正常时，通过置换法诊断，如故障则更换修复。

2.3 故障三

（1）故障现象：离心机工作时振动和噪声异常。（2）故障原因分析：转头与主轴不同轴，离心容器装配不平衡，机壳连接部位松动，减震部件变形松动，电机老化故障，压缩机老化故障。（3）故障排除与维修：先目视检查离心机放置是否水平，不水平时调节脚座至平衡。检查转子体安装是否和主轴同轴，不同轴时重新安装或更换转子体排除故障。检查转头上装配的离心容器是否平衡，不平衡则重新安装至平衡。当离心机水平，转子体和离心容器安装正确且故障存在时，检查机器壳体连接是否松动，如松动则重新紧固。如机器壳体连接正常，拆卸机壳检查驱动电机和压缩机基座与减震件是否变形或松动，出现松动时重新紧固修复，对于基座和减震件变形失效的情况，用工具矫正修复，难以修复时更换部件修复。当驱动电机和压缩机基座与减震件均正常故障存在时，则拆卸驱动电机目视检查电机主轴是否变形，电机轴连接头是否磨损，电机绕组是否老化烧毁，转子轴承是否锈蚀和润滑缺失，如电机烧毁通过更换电机修复，对于转子轴承出现锈蚀和润滑缺失时可抛光和补充润滑油修复。驱动电机正常时，拆卸制冷压缩机检查其转子是否正常，压缩机电机部位绕组是否老化烧毁，转子轴承是否锈蚀和润滑缺失。对于转子微小变形的情况，可以通过工具校正修复。转子轴承出现锈蚀和润滑缺失时，可通过抛光和补充润滑油修复，当压缩机损坏较为严重时，通过更换修复。

2.4 故障四

（1）故障现象：离心机实际转速和实际温度异常。（2）故障原因分析：电机轴霍尔元件、温度传感器老化异常，主板、驱动电动机、压缩机工作异常，制冷管路、蒸发器、冷凝器泄漏，冷冻离心室密封泄漏。（3）故障排除与维修：当实际转速异常时，先通过置换法诊断转速传感器是否正常，如故障则更换修复。当转速传感器正常时，检查电机绕组是否老化，局部烧毁，如损坏通过更换修复。转速监测，电机部分均正常时，通过置换法诊断主板是否故障，如故障则通过更换修复。出现温度异常故障时，先通过置换法诊断温度传感器，如故障则更换修复。温度传感器正常时，拆卸制冷压缩机检查其转子压缩部件是否正常，压缩机电机绕组是否老化烧毁，转子轴承是否锈蚀和润滑缺失。对于压缩机转子微小变形的情况，可以通过工具校正修复。转子轴承出现锈蚀和润滑缺失导致转速下降时，可通过抛光和补充润滑油修复。当压缩机损坏较为严重时，通过更换修复。当压缩机也正常时，检查制冷系统管路是否泄漏，如泄漏通过更换修复。检查蒸发器和冷凝器导热片积灰肮脏程度，对其进行清洁，恢复导热能力。制冷系统检测后无异常时，应检查冷冻离心室密封情况，如果密封失效导致绝热能力下降，通过更换密封胶条，填充绝热材料修复。以上部件检查均正常且温度异常时，故障点应在控制主板上，通过置换法诊断和修复。

2.5 故障五

（1）故障现象：离心机转子体与主轴卡死不能拆卸。（2）故障原因分析：部位锈蚀。（3）故障排除与修复：遇到转子体与主轴卡死的故障，用滴管沿着转子体与主轴连接的缝隙处滴入除锈剂，再用合适工具进行敲击振动使其松脱，敲击方向应沿主轴轴向，以免主轴变形。

2.6 故障六

（1）故障现象：离心机机盖不能锁紧或者解锁。（2）故障原因分析：机械机构变形，接线故障，电磁驱动器故障，主板故障。（3）故障排除与维修：当机盖不能锁紧时，检查锁紧机械机构有无变形损坏，损坏时，用工具校正或者更换。当锁紧机械机构正常时，检查电磁锁紧驱动器电缆连接是否正常，有无损坏。电缆正常时，通电测量或者置换法诊断电磁驱动器是否故障，如故障则更换修复。以上部件均正常时，故障点应在主板上，通过置法诊断和修复。当机盖锁紧后不能解锁时，先通过备用机械解锁装置解锁，然后，按照无法锁紧故障时的流程处置。当备用机械解锁装置也故障不能打开机盖时，拆卸壳体手动解锁，检查整个解锁装置机械部件有无故障，对出现的故障部件，通过重新安装，工具校正，更换部件进行修复。

2.7 小结

遇到此种设备的各种故障时，要快速排查修复设备，关键在于熟悉设备的结构、部件原理和各个部件之间的联系。在此基础上判断可能性高的故障点，快速拆卸检查后修复。

3 高速冷冻离心机的维护和质量控制

3.1 维护

使用中离心机故障大多是因为转子不平衡、轴向弯矩大积累导致的，而样品的称重偏差，离心过程中的样品液的泄漏以及转子腐蚀等，是导致转子不平衡的关键原因。分析常见的故障和事故，有以下常见原因：

（1）进行离心管平衡时，因为测量用天平长时间没有校准，对称放置的离心管重量差异大于0.5g。

（2）离心管在装样品时，因样品液注满或离心管帽没有旋紧密封，在离心机工作中，离心腔内的高真空情况导致离心管抽扁、裂开和样品液泄漏，导致转子不平衡而出现轴弯曲形变或断轴。

（3）因为原样品的占比并不等同于配平液的占比，转子动平衡失衡而工作异常。

（4）采用水平转子时，吊桶装配没有对应相应的水平转子核心位置，转子动平衡失衡而工作异常。

（5）铝合金离心管帽与不锈钢离心管帽混合使用（两者之间占比不一样），转子动平衡失衡而工作异常。

（6）离心管帽内橡胶密封环运用不善和杀菌消毒不符合规定，如常年使用内部开裂的橡胶密封环或固高温消毒(采用热烘干)而导致密封环老化开裂、丧失密封性，使样品在高速运转时溢出，转子动平衡失衡而工作异常。

（7）对于各类材质、品牌的离心管，没有熟悉和执行厂商规定的离心管使用条件和规定消毒方法，使用规定的化学溶液，导致离心管在运转中溶胀、开裂而出现转子动平衡失衡。

（8）转子盖未能扭紧或者是将转子盖和转子柄交换，导致螺扣不契合，当开机启动时，转子脱落导致故障和事故。

（9）离心管老化或将中低速离心管用于高速以上离心机中，超出离心管工况导致离心管在运转时开裂，样品液溢出导致失转子动平衡失衡而工作异常。

（10）因为使用期限管控不善和各类锈蚀等，转子在运转中开裂损坏。

综合以上原因，高速冷冻离心机每次使用后，应打开机盖，用干净抹布擦干冷凝水，用中性清洁剂擦拭离心室，保持清洁防止腐蚀，自然晾晒至干燥后关闭机盖。转头部件，离心容器每次使用完毕后需要拆卸，用中性清洁剂清洁，防止腐蚀，分类存放。冷冻离心机每月至少清洁一次制冷热交换器，保证热交换效率。每2～3个月需要对转头和电机主轴进行润滑，提高其使用寿命和防止腐蚀。

3.2 质量控制

要保证科研生产部门的正常运行，须定期对其使用的高速冷冻离心机进行质量控制。对于高速冷冻离心机，日常要观察其外壳面板，铭牌标签信息是否完好清洁，每2～4周检查设备附件说明、使用记录、使用说明及注意事项是否完整，每3～6月须检查其内部线缆有无破损，电机和转头的平衡状态是否正常，制冷系统管路是否有泄漏并进行设备壳内清洁，校准量定离心管及工质的测量工具，保证离心机转子配平精度。每年须维修技师复核转速、温度等主要性能参数。