CN1125162A - 离心机转子 - Google Patents

Abstract

一种用于不抽真空的室内的转子。该转子可以有一容积为Vc的阻液环。该转子还有预定数量N的液体捕获孔，设定每个孔的尺寸和倾斜度，使之能够捕获预定体积V_H的液体，在转子转动时，体积V_H的液体可从容器中逸出。至少每个孔的开口的某一部分位于由多个(M个)容器腔之每个腔上的最远点所限定的圆形轨迹的径向外侧。孔的数量N和体积V_H满足N·V_H+V_C≥n·V_R，其中n是小于或等于M的整数，V_R是在转子腔中的容器破裂时逸出液体的体积。

Description

离心机转子

本发明涉及一种带有多个液体捕获孔的离心机转子，所述孔被设置用来捕获在容器破裂情况下可能逸出的预定体积的液体。

离心机转子是用在在离心装置内使液体试样经受离心力场作用的较大部件。在转子上设置有多个腔。这些腔可以相对转子的转动轴线倾斜一预定角度，或者可以使其轴线与转动轴线平行。在通常情况下，携带液体试样的容器装在每个腔内。

操作时容器会有破裂的危险，在这种情况下，由于腔的倾斜角度及其形状，由该容器携带的一些或全部液体试样可能会从腔内逸出。如果使这些逸出的液体不受限制，它们就可能威胁到在转子及其相关的罩之间的密封件，从而可能逸出转子而进入离心装置的室内。如果该液体是一种危险的生物制品，其从转子内的逸出将是一个灾难性的事件。

一些现有技术试图通过绕转子体的周部设置一个环状唇来防止任何逸出的液体从转子内部逸出。该唇从转子的边沿上径向内伸，并同该边沿以及与其相邻的转子体上表面一起限定一个阻液环。该阻液环的尺寸设定得具有足以容纳预定液体体积的保持容积，所述液体体积是在一个或更多试样容器破裂时可能从腔逸出的体积。带有由阻液唇限定的阻液环的典型转子是在1979年4月的“Hereaus Christcatalog HC-E11/1”上示出的转子。美国专利4,372,483也示出一种带阻液唇的转子。美国专利5,071,402示出一种具有阻液唇、并在转子腔的周围设置有槽结构的转子，还设置有一个与所述槽流体连通的孔，以便扩展其能力。

在通常情况下，具有预定容积的、尺寸适宜的阻液唇足以应付逸出液体产生的问题。但是，当转子在不抽真空的离心装置的室中工作(即在包含某种数量级的空气压力的室中)时，就会出现与阻遏逸出液体有关的特殊问题。对于这种转子来说，由于与转子空气阻力有关的抵销作用，不能提供一种尺寸合适的阻液环来直接解决这个问题。

空气阻力是一种阻力或摩擦力，当物体转动或以其它方式在空气中运动时，该力作用在物体上。就具有不抽真空的室的离心装置而言，转子空气阻力取决于诸如转子的直径和/或高度等实际尺寸以及转子相对于其所处的室的尺寸。转子挨近转子室壁而产生的扰动气流更增加了空气阻力。空气阻力降低了转子的速度，并因而降低了给定电动机转矩特性。因此，在转子中一个或更多容器破裂时，不可能总是可仅设置一个带有一容积能力的阻液环，以足以捕获预计要逸出的所有液体。这是因为设置这种阻液环可能导致实际尺寸(例如直径和/或高度)会产生下述量级的空气阻力之转子，该阻力足以将转子速度和特性降至不可接受的程度。

鉴于上述，可以确信下述措施是有利的，即提供一种用在不抽真空的室内的离心机转子，在一个或更多容器破裂的情况下，该转子具有足以捕获和容纳所有在转子内逸出的液体的阻液能力，而且能保持转子特性并降低空气阻力。

本发明的目的是提供一种适宜于在不抽真空的室内绕转动轴转线动的离心机转子。在该转子上有预定的多个(M个)腔，每个腔有一个开口，每个腔的开口上有一个点位于预定的距转动轴线最大距离处，该最大距离处的点限定一个圆形轨迹。每个腔适宜于容纳一个容器，容器的尺寸能够容纳一预定体积的液体。每个腔有一个贯穿的轴线，该腔的轴线相对于转动轴线倾斜一预定的角度。在转子转动时容器破裂的情况下，腔的预定倾斜角度限定从设置在腔内的容器中逸出的液体体积V_R。具有预定弧长S的圆弧在两个相邻腔的轴线之间延伸。该转子可以选择性地包括一个环形边沿，在该环形边沿上有一个径向内伸的唇，该边沿和唇一起限定一个阻液环。如果设置阻液环，该阻液环的尺寸就要制定得在转子转动时可以容纳预定体积V_C的液体。

根据本发明的转子包括设置在转子内的预定数量N的液体捕获孔，每个液体捕获孔有一个贯穿的轴线。每个孔的轴线相对于转动轴线倾斜一预定的角度。在较佳的情况下，每个液体捕获孔有一个圆筒部和一个球形底部。设定每个孔的尺寸和倾斜度，使之在转子转动时能够捕获一预定的体积V_H。

孔的数量N和每个孔的体积V_H满足关系式：

                 N·V_H＋V_C≥n·V_R其中n是小于或等于M的整数。如果不设置阻液环，则V_C项为零。

每个液体捕获孔设置在两个相邻腔之间，使从转动轴线向任何一个孔延伸的一个半径平分在与所述孔相邻的腔之间的弧长S。在每个液体捕获孔上有一开口，至少每个液体捕获孔开口的某一部分位于最大距离点所限定的圆形轨迹的径向外侧。

从下面作为本申请的一部分的详细说明和附图中将会充分地理解本发明，其中：

图1是一个根据本发明离心机转子相对称的半个的正视图，在该转子上设置有预定数量的液体捕获孔；

图2是沿图1的剖切线2-2所取的剖视图，示出在离心机体内倾斜的转子的结构设置，和在离心机转动时在腔内设置的容器破裂的情况下转子腔体所能负担的阻液能力；

图3是一个沿图1的剖切线3-3所取的剖视图，示出在根据本发明的转子体内设置的一个倾斜的液体捕获孔的结构设置及其可负担的阻液能力。

在下述全部详细说明中，所有附图中相同的件号对应于相似的部件。

图1是一个根据本发明离心机转子相对称的的半个的正视图，该离心机转子通常由件号10表示，适用于在离心装置的未抽真空的腔(未示)内绕转动轴线A转动。转子10是一个较大部件，其上有一个主体部10B，该主体部10B的上表面为10S。转子10是由诸如铝合金那样的合适金属，通常通过锻造和机加工而制造的。转子主体10B的中央部位有一个孔10L，该孔在主体10B的中央轴向延伸，转子10通过该孔可以固定在驱动主轴(未示)的上端。如果需要，转子主体10B的底部可以切去诸如10U那样的一块，以减少质量和惯性。

在转子10的主体10B上有预定的多个携带样品容器的腔12。可以根据诸如转子所承受的应力水平和在其中使用转子的腔的尺寸、可得到的电动机转矩和离心力场的需要，设置任何适当数量M的腔12。每个腔12都在转子10的主体10B内(例如)通过膛孔(钻孔)而适当地加工。每个腔12都有一个开口12M，在该开口处，腔12与转子主体10B的上表面10S相交。在每个开口12M上的点12P离转动轴线A的距离为预定的最大径向距离R_M。所有的点12P限定一个以转动轴A为中心的圆形轨迹12L。每个腔都有一个贯穿的轴线12A，该轴线12A相对于转子转动轴线A倾斜一预定的角14。两个相邻的腔12的轴线12A与表面10S的交点由一个具有预定弧长S的圆弧15所连接，转动轴线A到圆弧15的径向距离由R_A表示。

每个腔12都适于容纳一个未示出的容器。每个容器的尺寸可以容纳预定体积的液体。如果在仪器操作时容器破裂，容器内所盛的液体就会逸入腔12。如图2所示，由于腔12的轴线12A相对于转动轴线A倾斜，腔12的几何形状就会使至少与新月形液面的体积16(图中以水平点划线示出)相等的一份体积不能从腔12逸出。但是，由于容器的体积会超过新月形液面体积16的容量，因此一些液体的增量体积V_R会从破裂的容器内逸出，并被离心力推出腔12。这种在容器破裂的情况下会逸出的液体增量体积V_R在图2中由腔12上的点划线示出。

现有技术中防止液体逸出的方法是在转子10上设置一个环绕转子主体10B的周部的直立的环形边沿20。在边沿20上有一个径向内伸的唇22。边沿20和唇22与位于腔12径向外侧的转子10的表面10S的部分10S’一起限定一个阻液环24。阻液环24的大小设定得具有容纳预定的液体阻遏体积V_C。阻遏体积V_C是由交叉的垂直和水平点划线来表示的。阻液环24避免捕获的液体威胁到设置在顶盖30的下表面的密封件28。正如本领域的普通技术人员所理解的那样，在转子工作时，顶盖30装在转子10内，并固定于其上。

如上所述，在设计一个用于不抽真空的装置的腔的转子时，空气阻力的作用对阻液环24的尺寸，由此也对阻遏体积V_C产生实际的限制。此处所使用的术语“不抽真空”指的是含有处于大气压下的空气的离心装置室，尽管该术语也可以理解为包围一种仪器的室压为一毫巴左右，或大于一毫巴量级的压力。因此，对于在不抽真空的装置室内工作的转子来说，必须找到一种不是用尺寸相称的阻液环来捕获逸出液体的措施。

根据本发明，在转子10上设置有预定数量的液体捕获孔34。在最有利的情况下，液体捕获孔34的数量N等于携带容器的腔12的数量，不过它们并不必须相等。如图3所示，在每个液体捕获孔34上都有一个贯穿的轴线34A。每个孔34都相对于转动轴线A倾斜一预定的角36。在最好的情况下，每个孔34设置有一个圆筒部34C和一个球底部34S。这种几何形状可以使人们利用传统的钻孔装置加工孔34。应该理解，孔可以有另一种几何形状，并可以用另一种去除材料的技术加工。所述另一种技术包括铣削、激光切削或铸出带有孔34的转子。

在每个液体捕获孔34上都限定一个开口34M，在此处，孔34与转子10的表面10S相交。根据本发明，如图1所示，每个液体捕获孔34的开口34M的至少某一部分处在由最大距离12P的点所限定的圆形轨迹的径向外侧。每个液体捕获孔34最好是(但不必须是)设置在相邻腔12的中间，使从转动轴线A向轴线34A延伸的半径R_H将弧长S的圆弧15平分，所述弧长S处在与孔34相邻的两个腔12的轴线12A之间。孔34的另一种结构可以利用一对间隔很近的孔，该对孔设置在位于相邻的腔12中间的转子部位上，半径R_H通过该对孔之间所限定的腹板。如果设置一个唇22，那么至少孔34的开口的某一部分(无论其是怎样构成的)就会与由该唇所限定的阻液环连通。

根据本发明，以下述方式确定孔34的尺寸并使之倾斜，即当转子转动时，在孔34中可以捕获预定的液体体积V_H。在图3中，体积V_H由水平点划线表示。

根据本发明，孔34的数量和每个孔可捕获的液体体积V_H满足关系式：

                  N·V_H＋V_C≥n·V_R.           (1)其中n是一个小于或等于M的整数，M是在转子上设置的腔的数量。整数n可选任何适当的数值。

由于转子10具有根据本发明的液体捕获孔34，因而，由于容器破裂而逸出的液体全部容纳在转子10内，而不会威胁到密封件28。因此，就不必仅仅依靠阻液唇22来起到容纳逸出液体的作用。实际上，如果与转子所承受的应力水平相一致，能在转子主体10B内形成适当数量N适当尺寸的孔34(无论其形状怎样)，这些孔34至少足以容纳在n个容器破裂的情况下逸出的液体体积，这样，唇22及其可以承担的阻液容积V_C就可以减到最小或被取消。在这种情况下(即取消唇22)，孔34的数量N和每个孔34可以捕获的液体体积V_H应满足关系式：

                   N·V_H≥n·V_R.             (1A)其中n是一个小于或等于M的整数，M是设置在转子上的腔的数量。

使用液体捕获孔34的另一个结果是，随着唇22的减小或取消，可以选择转子10的直径和/或高度尺寸，以减小空气阻力的作用。此外还很明显，从转子上去除材料以形成液体捕获孔也起到减小转子的质量、并因此减小转子惯性的作用。质量和惯性的减小可以改善转子的加速和/或减速性能。质量的减小也使转子易于拿握。

从下面具体的实例中可以更加完全和清楚地理解本发明。

根据本发明的一个转子由一种铝合金构成，在其上加工有六个腔(M＝6)。该转子设计得以每分钟大约一万二千转(12,000转/分)的转速在不抽真空的室内工作。每个腔倾斜20度角(角14＝20°)，并且每个腔的尺寸可以容纳一个五百毫升(500ml)的容器(V_R与体积16之和)。在腔中容纳的容器破裂时从每个腔中逸出的液体增量体积(逸出体积V_R)为三百五十毫升(350ml)。转子具有一个边沿20和一个唇22，它们限定一个阻液环24，该阻液环24的阻液体积(体积V_C)为二百一十五毫升(215ml)。该转子有六个液体捕获孔34(N＝6)。每个孔倾斜20度(角36＝20°)，每个孔的尺寸可以容纳二十二点五毫升(22.5ml)的液体(体积V_H)。这样，转子满足式(1)，其整数n选择为1(n＝1)。液体捕获孔34的设置使转子的最大半径尺寸(见图2，件50)为6.23英寸，高度尺寸(见图2，件52)为9.1英寸。

从本发明说明中受启发的那些本领域的普通技术人员可以对本发明作出多种修正。但这种修正应解释为仍落在后附的权利要求所限定的本发明范围之内。

Claims (3)

1.一种用于在不抽真空的室内绕转动轴线转动的离心机转子，该转子上设有多个(M个)腔，每个腔有一个开口，每个开口有一个预定的位于距转动轴线最大距离处的点，这些最大距离处的点限定一个以转动轴线为中心的圆形轨迹，

每个腔适宜于容纳一个容器，每个容器的尺寸能够容纳一预定体积的液体，每个腔有一个贯穿的轴线，所述的每个腔的轴线相对于转动轴线倾斜一预定的角度，在转子转动时容器破裂的情况下，每个腔的预定倾斜角度限定出从单个容器中逸出的液体体积V_R，其中，在两个相邻腔的轴线之间延伸的圆弧具有一个预定的弧长S，

其特征在于，改进包括：

设置在转子内的预定数量N的液体捕获孔，每个液体捕获孔有一个圆筒部和一个球形底部，每个液体捕获孔有一个贯穿的轴线，每个贯穿的轴线相对于转动轴线倾斜一预定的角度，设定每个孔的尺寸和倾斜度，使之在转子转动时能够捕获一预定的体积V_H，

在每个液体捕获孔上有一个开口，至少每个液体捕获孔开口的某一部分位于由最大距离点所限定的圆形轨迹的径向外侧，

孔的数量N和每个孔的体积V_H满足关系式：

                 N·V_H≥n·V_R其中n是小于或等于M的整数，

每个液体捕获孔设置在两个相邻腔之间，使从转动轴线起至任何一个孔轴线延伸的半径平分在与所述孔相邻的腔之间的弧长S。

2.一种用于在不抽真空的室内绕转动轴线转动的离心机转子，在该转子上有多个(M个)腔，

每个腔有一个开口，每个开口有一个预定的位于距转动轴线最大距离处的点，这些最大距离处的点限定一个圆形轨迹，

每个腔适宜于容纳一个容器，每个容器的尺寸能够容纳一预定体积的液体，每个腔有一个贯穿的轴线，所述每个腔的轴线相对于转动轴线倾斜一预定的角度，在转子转动时容器破裂的情况下，每个腔的预定倾斜角度限定出从单个容器中逸出的液体体积V_R，其中，在两个相邻腔的轴线之间延伸的圆弧具有一个预定的弧长S，

该转子有一个环形凸缘，在该环形凸缘上有一个径向内伸的唇，该凸缘和唇一起限定一个阻液环，该阻液环的尺寸制定得在转子转动时可以容纳预定体积V_C的液体，

其特征在于，改进包括：

设置在转子内的预定数量N的液体捕获孔，每个液体捕获孔有一个圆筒部和一个球形底部，每个液体捕获孔有一个贯穿的轴线，每个贯穿的轴线相对于转动轴线倾斜一预定的角度，设定每个孔的尺寸和倾斜度，使之在转子转动时能够捕获一预定的体积V_H，

在每个液体捕获孔上有一个开口，至少每个液体捕获孔开口的某些部分位于由最大距离点所限定的圆形轨迹的径向外侧，

孔的数量N和每个孔的体积V_H满足关系式：

                 N·V_H＋V_C≥n·V_R其中n是小于或等于M的整数，

每个液体捕获孔设置在两个相邻腔之间，使从转动轴线起至任何一个孔轴线延伸的半径平分在与所述孔相邻的腔之间的弧长S。

3.根据权利要求2所述的转子，其特征在于，至少每个孔的某一部分与阻液环相通。

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