设备控制原理（精选7篇）
设备控制原理 篇1
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在用医疗设备:指在各级各类医疗机构中正处于直接或间接服务于临床或患者阶段的各种医疗设备,它包含从安装验收后交付使用至准报废期间的所有医疗设备(含临床诊断设备、临床治疗设备、实验设备等),其质控事关医疗安全(包含使用过程安全和运行结果安全两部份)。
在用医疗设备质控体系:和一般的质量体系一样包含策划、制度的设计、运行、评审四个阶段,其核心是质量(包含安全和效果两方面的涵义),其依照基础是在用医疗设备的技术原理(包含医学应用和工程技术两方面)。
1 在用医疗设备质控体系现状
我国各级(指政府评定的一级、二级、三级等)公立医院通过前几年的发展,其内部的重要资产——医疗设备已占整个医院固定资产的很大比例,有些三级医院的医疗设备资产总值超过地产,实际情况证明现代化医院在诊断、治疗、研究疾病方面很大程度需要设备的支持。在医院内部的运行管理中,由于长期形成的意识和多方面原因,在用医疗设备的运行保障队伍建设落后,人员数量严重不足,有的医院没有专业的在用医疗设备的运行保障人员。医院管理层大多认为医疗设备在医院的运行中非常重要,但大多停留在医疗设备的资产管理方面,严重忽视医疗设备的技术管理,因此建立的医疗设备管理制度主要是进购、防止资产流失、资源调配和被动服务临床等,而对在用医疗设备的使用运行过程状态、质量及其管理体系没有深入研究。有的临床医学专家过度依赖于设备公司,但殊不知“远水解不了近渴”、“在用医疗设备的质量不光取决于表观运行状态”、“维修不是目的,安全可靠才是根本要求”等等的隐含道理。在用医疗设备质控决定医疗安全,建立在用医疗设备质控体系,发挥质量控制作用是有效、科学管理在用医疗设备的必要手段。
建立在用医疗设备质控体系,参照的基础和目的是什么?通常对“建立在用医疗设备质控体系的目的”这个问题能够容易给出答案:建立在用医疗设备质控体系,保障每一台在用医疗设备运行过程和运行结果均安全有效,从而确保整体医疗安全,因此其关注核心是质量。
对“建立在用医疗设备质控体系的参照基础”这个问题的回答会存在不同观点,有的认为仅依照国家颁布的有关医疗设备的政策法规,在此基础上保障每一台在用医疗设备可用于临床和研究,这在很大程度上属于共性化管理;有的认为在现有国家颁布的有关医疗设备的政策法规框架下,以在用医疗设备的技术原理(医学应用原理和工程技术原理)为参照基础,探讨在用医疗设备质控的个性化管理,实施具体行为制度和考核指标(包含风险评估等内容)。这两种质控体系观点中,前者在很多医院已初具模型,是一种被动适应模式。此种模型在很大程度上属于资产管理“模式”,它存在任务不细、目的不明、效率不高等缺点。后者是近年来学者和专家观点,将在用医疗设备的技术原理作为建立在用医疗设备质控体系的参照基础,探讨每一台在用医疗设备的个性化的质量安全管理模型,是一种技术管理模式。该体系的优点是完成具体任务明确、发展方向明确、具有预防性和前瞻性。在该体系中,人的素质是主要的,能充分发挥队伍中人员的主动性和创新性,对医院的科学发展和成本控制管理具有重要的不可缺少的作用。
2 在用医疗设备质控体系建设的几个观点
从在用医疗设备技术原理出发探讨在用医疗设备质控体系建设,其关键是队伍建设,建立医学工程人员素质培训平台和相关资金、硬件投入机制是强化队伍建设的手段。在用医疗设备质控体系建设是整个医疗安全建设的重要内容。
2010年1月18日,卫生部正式颁布《医疗器械临床使用安全管理规范》,表明医疗器械临床使用安全受到政府的高度重视。探讨在用医疗设备质控体系建设迎来了好时机。
(1)政府主持并参与在用医疗设备质控体系建设,新医改是契机。从在用医疗设备技术原理出发探讨在用医疗设备质控体系建设,有很多需要解决的问题(如:人员配置、继续教育培训、机制建立、资金专项投入等问题),光靠医院内部是不能可靠解决这些问题的。新医改的总体原则是坚持公共医疗卫生的公益性、预防性,强化政府责任和投入,其中推进公立医院改革试点是新医改近期5项重点改革之一。公立医院主动结合新医改要求,找准在用医疗设备质控体系建设路子,争取政府的支持,积极主动,这对在用医疗设备质控体系建设是一个有利契机。
(2)禁止二手医疗设备转手流入基层医院,确保医疗器械临床使用安全。受前几年市场经济观念的影响,各级各类医院纷纷以创收盈利为目的,千方百计创造条件和项目名称从病人身上收钱,其中投资购入医疗设备来增加诊疗项目获取收入是一种主要方式。对在用医疗设备的质控和安全不加重视,这种现象尤其在基层医院(一级、二级医院)非常突出,二手医疗设备有了市场,对基层医院的医疗器械临床使用安全带来极大风险,加之基层医院的医学工程队伍建设落后(有的医院没有专业的从事维修保障的医学工程人员),误诊误治引起医疗安全事故时有发生。从在用医疗设备技术原理出发,禁止二手医疗设备流入医院再用是确保在用医疗设备质控体系建设的宏观管理手段之一。
(3)建立临床医学工程专家库,培养专业型临床医学工程实用及研究人才,指导各级医院的相应队伍建设。从在用医疗设备技术原理出发探讨在用医疗设备质控体系建设,离不开政府和专家的支持。目前国内从事临床医学工程人员中也有不少有贡献的专家,有的还有临床工程研究成果,但在参与政府主办的科技成果奖评审时,却缺乏相关的评审专家,导致成果不能受到政府重视。鉴于此,建立临床医学工程专家库,培养专业型临床医学工程实用及研究人才,是从在用医疗设备技术原理出发,把在用医疗设备质控体系建设同专家队伍建设结合起来,在宏观上指导并完成各级医院内部的在用医疗设备质控体系建设,为新医改作出贡献。
摘要：在用医疗设备质量控制决定医疗安全。如何形成在用医疗设备质量控制体系,发挥质量控制作用是在用医疗设备质量控制体系建设的重要内容。本文从在用医疗设备技术原理出发探讨在用医疗设备质量控制体系建设,并浅述几个观点。
关键词：在用医疗设备,质量控制体系,技术管理
参考文献
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设备控制原理 篇2
关键词：IEC61010,测量,控制和实验室用电气设备,解析
IEC61010-1标准是测量、控制和实验室用电气设备的通用标准。适用于电器实验测试设备、电气控制设备、实验室设备以及这些设备的附件。同一系列的, 还有若干专用标准。 (例如:IEC61010-2-020实验室离心机的特殊要求, IEC61010-2-031电气测量和试验用手持式探头装置等。)
本文将详细解释分析IEC61010-1测量、控制和实验室用电气设备通用要求, 介绍相关要求规范, 帮助企业准确理解和把握标准要求。
1 产品使用的环境条件
室内, 海拨2 000 m以内, 5～40℃, 线性减少的相对湿度 (31℃时80%, 40℃时50%) , 电源波动±10%, 正常的瞬态过压和额定污染等级。室外, 超过2 000 m, 低于5℃或高于40℃;高湿度, 电源波动超过±10%。
2 标志耐久性试验, 用棉布、 (规定的溶剂或) 水、异丙醇和秒表
对于标志是指除了内部零部件的标志外, 我们人眼可以直接从设备外部就能看见的 (熔断器的标示除外) 。
3 防电击和电灼伤
电击伤 (electrical ingury) 俗称触电, 通常是指人体直接触高压, 电经过空气或其他导电介质传递电流, 此时电流通过人体时引起的组织损伤和功能障碍, 电灼伤是由于电流流过或穿过人体表皮而引起皮肤或器官的灼伤, 两者都有可能发生心跳和呼吸的骤停。
3.1 剩余能量测试试验, 所用基本设备为数字示波器和RCL测量仪
关于电荷或者能量不超过标准6.3.1条款正常条件下和标准6.3.2条款故障条件下的的限值, 一般需要进行两个试验:
(1) 把整个设备看成一个导体, 测量该导体所能存储的电荷大小;
(2) 电源插头在与电网电源分离的时候被测产品的带电量能否在规定的时间内放电到安全电压。
3.2 可触及电压/电流/电容量/存储的能量试验, 所用基本设备为符合标准附录A的测量电路, 数字万用表, RCL测量仪和数字示波器
(1) 判定零部件是否为可触及零部件 (标准6.2条款) 。用符合标准附录B规定的合适的试验指 (装有10 N测力指示器) , 100 mm长的试验销 (直径4 mm) 和3 mm直径的试验销进行判定。
(2) 对于可触及零部件, 我们在产品正常条件下与单一故障条件下, 进行电压/电流/电容量/存储的能量试验。
测量接触电流所用的装置考虑到电流通过人体包括心脏时产生的生理效应的测量, 即采用模拟的人体阻抗的网络, 图1 (a) 为直流和1 MHz以下测量常用的人体阻抗网络, 当频率不超过100 Hz时, 可用纯电阻2 kΩ替换, 即采用图1 (b) 。高频点灼伤的接触电流用图1 (c) 。用图1 (d) 的电路测量潮湿接触电流。
3.3 连接阻抗/接地连续性试验, 所用基本设备为接地电阻测试仪 (0～30 A)
标准规定保护导体端子与规定要采用保护连接的每一个可触及零部件之间的阻抗不得超过0.1Ω。我们试验直流电流为25 A或者等于产品额定电流二倍的电流, 保持时间1 min。
3.4 电气间隙和爬电距离, 所用基本设备为数字示波器, 千分尺/游标卡尺, 测力计
3.4.1 电气间隙防范的是跨接于绝缘上的瞬态过电压或重复峰值电压, 而爬电距离是考核绝缘在给定的工作电压和污染等级下的耐受能力。
电网电源电路的电气间隙和爬电距离需满足标准中6.7.2条款表4的规定值, 除电网电源电路以外的电路的电气间隙分两种情况:1) 符合标准6.7.3.1a) 的按照表5的规定值;2) 符合标准6.7.3.1b) 的应按照6.7.3.2的规定计算。
产品具体绝缘的判定通常可遵循下列原则:危险工作电压与SELV间采用双重或加强绝缘;危险工作电压与安全接地电路或接地金属外壳间采用基本绝缘;危险工作电压与未接地的金属外壳间采用双重或加强绝缘;在危险电压电路内部, 采用基本绝缘。
1) 设备规定成能在2 000 m的海拨高度上工作, 则其电气间隙要乘以6.7.1.1表3中的倍增系数;
2) 需判断测量类别与污染度等级, 然后按照标准6.7.4条款计算电气间隙和爬电距离数值。
3.4.2 测量分类也称安装分类, 它确定配电系统中标准化的脉冲承受电压电平。
表示建筑物各个部分与测量分类的关系 (图2) 。较高级别测量分类意味着PCB上爬电距离较大, 通常元器件的体积也较大。
测量分类I (CATI) :是不和墙壁上交流电源插座直接连接的电路上进行测量, 比如带保护的变压器次级、传真信号、网络信号和能量有限的电路。
测量分类II (CATII) :对直接和配电系统, 比如墙壁插座 (220VAC) 相连接的电路进行测量。测量的例子在家用电器, 便携式工具和类似设备上的测量等。
测量分类III (CATIII) :对建筑物的配电设备进行测量, 比如在配电板、断路器、固定设备和电路断电器中的硬接线装置上的测量等。
测量分类IV (CATIV) :对供电线端 (≤1 000 V) 进行测量, 比如在初级过流保护装置、纹波控制单元或电表上的测量等。
3.4.3 污染指导电尘埃或湿气会减少材料的表面电阻和介电强度。
污染等级是根据导电尘埃、电离气体和湿气等外来物质的数量来测定的。较高的污染等级意味着PCB上爬电距离较大, 通常元器件的体积也较大。办公室通常是污染等级2, 某些工业领域是污染等级3。
3.5 介电强度试验, 所用基本设备为交流/直流试验仪
3.5.1 在进行耐压试验前, 我们要把产品放入潮湿箱进行预处理48 h, 温度为40±2℃, 相对湿度92.5%±2%。
3.5.2 耐压测试:把一个高于正常工作的电压加在被测设备的绝缘体上, 并持续一段规定的时间, 如果其间的绝缘性足够好, 加在上面的电压就只会产生很小的漏电流。如果一个被测设备绝缘体在规定的时间内, 其漏电流保持在规定的范围内, 就可以确定这个被测设备可以在正常的运行条件下安全运行。对一般被测设备, 耐压测试是测量L-N与可触及端子的之间的漏电流值。测试电压值根据IEC61010—1中6.8.4条款表9的规定值。
3.5.3 判定产品电气间隙、爬电距离、抗电强度限值举例:
某数字万用表, 测量电压最大值为600 V, 测量电路为CATIII, 污染等级为2, 试验地点海拔高度为1～500 m, 分别确定该产品的电气间隙、爬电距离和抗电强度的限值。方法如下:
1) 查6.7.4条款表8 (>300～≤600 V) 项, 满足CATIII的电气间隙限值:基本绝缘5.5 mm, 加强绝缘10.5 mm。
2) 测量电压最大值为600 V, 查6.7.3.3条款表7, 因无工作电压为600 V一项, 故查工作电压为500 V与630 V两项, 分别得到在污染等级2, 材料IIIa-b条件下的爬电距离:基本绝缘5.0 mm和6.3 mm, 从而计算在600 V下的基本绝缘, 得到6.0 mm, 并根据加强绝缘应当是基本绝缘规定值的两倍计算出爬电距离为12 mm。
3) 根据电气间隙限值:基本绝缘5.5 mm, 查6.8.4条款表9中电气间隙5.5 mm一项, 得到试验电压为3320Vr.m.s, 并根据6.8.4.1条款计算出修正的试验电压3320V×1.16≈3851V, 即该产品的基本绝缘的试验电压为3851V, 加强绝缘为3851×1.6≈6 162 V。
4 防机械危险:由机械产生的危险是指在使用过程中, 可能对人的身心健康造成损伤或危害
对于电器产品, 其外壳应有一定的机械强度, 使得在正常使用 (包括粗鲁操作) 中能达到保护使用者安全、维持产品功能的目的。产品经过规定的试验后, 不能出现导致不符合本标准的要求的损坏, 尤其不能产生以下危险:X2H (ix'd Ka C7Se (1) 防触电保护方面的危险, 例如带电部件可触及; (2) 防水、防潮方面的危险, 例如由于外壳损坏, 导致防水性能降低; (3) 产品安全结构中电气间隙、爬电距离的减少以及固体绝缘的损坏, 导致耐压试验不合格。
4.1 稳定性试验, 所用基本设备为电子台称, 力矩计和10°测斜仪
1) 手持式产品, 倾斜10°。
2) 高度≥1 m且质量≥25 kg产品以及落地式产品, 除底部以外施加250 N或者产品重量的20%取较小者的一个力。
3) 落地式设备施加800 N的力, 力要向下施加在水平工作表面和具有明显突出部分且高度≤1 m的其他表面上, 并能产生最大力矩的位置上。
4) 产品上如带有提起和搬运用装置的需要承受产品重量4倍的力, 力要平稳增加, 加力10 s后达到试验值并保持1 min。
5) 墙壁安装的产品, 其支架应当能承受产品重量4倍的力, 力要缓慢增加, 能在5～10 s内从零加到满载, 并持续1 min。
4.2 外壳刚性试验, 所用基本设备为试验棒, 冲击钢球, 摆球装置和刚性表面等
当产品承受正常使用时可能遇到的冲击和碰撞时不得引起危险。试验后应满足标准6.8条款的电压试验, 并且用目视检查产品结构是否符合标准。
4.2.1 静态试验
注意:对具有非金属外壳的产品在高温下是否能通过本试验, 则产品要在40℃的高温下, 或在最高额定温度下 (如果该温度更高) 工作, 直至达到稳定状态后再进行本试验。试验前需断开产品的电源。
4.2.2 动态试验
动态试验如图3所示, 注意: (1) 对具有非金属外壳的产品, 如果额定最低环境温度低于2℃, 则使产品冷却到最低额定环境温度, 然后在10 min内完成实验; (2) 最多试验3个点。
4.3 跌落试验
4.3.1 角跌落
角跌落如图4所示, 注意:1) d=100 mm±10 mm或者α=30°, 取其较为严酷的情况;2) 产品要沿4个边缘依次进行试验, 使产品在4个底面的每一个底面上跌落依次;3) 如果产品底面的边缘数超过4个, 则跌落次数应当限值在4次。
4.3.2 面跌落
面跌落如图5所示, 注意:1) d=25 mm±2.5 mm或者α=30°, 取其较为严酷的情况;
4.4 手持式设备的跌落试验
从1 m的高度跌落到50 mm厚的硬木板上 (木板密度>700 kg/m3) 。
注意:对具有非金属外壳的设备, 如果额定最低环境温度低于2℃, 则使产品冷却到最低额定环境温度, 然后在10 min内完成实验。
5 防止火焰从设备内向外蔓延
5.1 限能电路试验, 所用基本设备为电子负载
在电路中, 限流限压都可以达到电路的限能效果。限压是限制电压的电路, 如在开关电源电路中, 当开关管集电极接有电感元件时, 为防止脉冲峰值电压损坏开关管, 常在电感上并接RC等元件, 用来吸收浪涌电压。限流电路是用来限制过电流的。
6 防过高温:所用基本设备为温度记录仪
6.1
一般来说, 我们要把产品放置在试验角中进行试验, 试验角有互相成直角的墙板、地板, 以及天花板 (如有必要) 组成, 它们全部采用约20 mm厚胶合板并涂上无光黑色涂料。
6.2温升测试的方法:
电阻法, 根据导线温度升高其电阻增加的原理。采用电阻法时, 首先要测出绕组冷态电阻R1的数值和记录环境温度T1, 再测出绕组运行后热态电阻R2和记录环境温度T2, 然后代入下式算出绕组的温升。T= (R2-R1) /R1× (T1+K) - (T2-T1) , 式中:T———绕组温升 (K) ;K———温度系数, 铜线为234.5, 铝线为225。用电阻法推算出来的是平均温升, 一般为减小电阻法的误差, 我们一般测量10个数据, 在对数纸上画出曲线来推算出断开时绕组的温升。
热电偶法, 常用于温度测量和调节, 能测量生产过程中0～1 600℃范围内液体、蒸汽和气体的温度。其中用白金———含铑白金制成的热电偶, 可以用作国际实用制度的标准温度计。热电偶的测量端, 测线圈温度时, 用玻璃带绑在绕组线边上, 自由端固定在线圈端脚。
6.3 非金属外壳耐高温试验, 所用基本设备为烘箱 (200℃)
非工作处理我们又称外壳的应力试验, 指产品在不通电的情况下, 在 (70±2) ℃或在比10.5.1的试验时测得的温度高 (10±2) ℃的温度下放置7 h。
工作处理是在产品在正常的条件下工作, 放置在环境温度要比40℃高 (20±2) ℃, 或比最高的额定环境温度 (如果高于40℃) 高 (20±2) ℃的烘箱内。
6.4 绝缘材料
6.4.1 采用维卡 (ISO 306方法A) (维卡装置包括加热箱、传热液体、砝码、深度指示器、探针、温度记录仪、卡尺、介电强度试验仪) 等, 维卡软化温度至少应当为130℃。
6.4.2 采用球压试验, 试验温度为 (125±2) ℃。
7 防液体和液体压力
7.1
清洗/消毒, 按说明书的规定
7.2 洒落试验
用0.2 L的水从0.1 m的高度以15 s的时间平稳倒在液体有可能接触到的电气零部件的每个部位上后进行耐压试验。
7.3 溢出试验
容器装满液体, 然后用等于容器容量15%的或0.25 L的额外液量 (取其加大的液量) , 以60 s的时间平稳地倒入后进行耐压试验。
7.4 防液体压力和泄漏
(1) 在正常使用或单一故障条件下, 产品的零部件能承受的最大压力不得超过该零部件的额定最大工作压力。
(2) 高压单元, 试验压力为最大允许工作压力乘以液压试验的压力与额定最大工作压力之比。试验时压力逐渐升高到规定的试验值, 然后保持1 min。试验后无危险包括破裂, 发生永久变形或泄漏。注意:试验时, 要使用于限制最大工作压力的任何过压安全装置不起作用。
(3) 低压单元, 要有检查和更换液体零部件的说明, 如需要对零部件施加在正常使用时的最大压力的两倍压力试验, 不得发生可能导致危险的泄漏。
8 关于元器件的安全选用
安全性关键元件特指严重影响产品或用户安全的元件。这类元件通常处于危险的工作电路中, 尤其是桥接在基本绝缘/双重绝缘体/加强绝缘体上, 例如开关变压器、光电耦合器、继电器、保险丝以及插座、开关等等。安全性关键元件应符合相关的元件标准, 且其额定值要按最终产品标准来选择。
注意:1) UL和IEC元件标准对绝大多数元件是不兼容的, 因此在美国和欧洲, 需要验证这两种标准的一致性;2) CE标记是针对产品的, 而不是针对元件的。
随着科技的发展, 测量、控制和实验室用电气设备的应用领域将越来越广。国内外市场需求旺盛。这对于众多的测量、控制和实验室用电气设备的生产企业来说是一个很好的契机。了解国际标准, 熟悉标准要求, 将为这些企业打开市场的大门。不仅可以把产品推广到欧美市场, 同时也为国内不久将实施的强制性产品认证做好了充分的准备。
参考文献
[1]IEC61010-1:2001《Safety requirements for electrical e-quipment for measurement, control, and laboratory use-Part1:General requirements》
设备状态标识牌原理及应用 篇3
设备状态标识牌可准确地将设备当前状态标示清楚, 利用不同颜色并配上注释文字即可清晰区别不同的设备状态, 视觉上简洁、直观。
标识牌底面圆盘 (图1) 上按圆周方向标清5种不同的设备状态, 标识牌主体 (图2) 中心位置 (标号1) 处用平垫和螺钉、螺母连接底面圆盘 (图2) 圆心位置, 组装后如图3所示。标识牌主体上有一扇形缺口, 转动圆盘, 可从扇形缺口中依次显示不同设备状态, 视具体情况选择。标识牌采用磁性贴或双面胶固定在设备表面醒目处。可方便、快捷地表示出正常运行、停机保养、设备故障、设备停用及设备封存5种常见状态。稍作调整可以表示更多种状态。不仅适用于设备状态标识, 还可应用于其他需要标识两种以上状态的物体或场所。
叠压供水设备的原理与应用 篇4
关键词：叠压供水,二次供水,综合效益
目前, 供水安全已经成为全世界共同面对的问题。传统的供水方式如市政管网直接供水方式、水池—水泵—水箱供水方式、含有气压给水设备的供水方式和变频泵供水方式等, 均曾经得到较广泛的应用, 但都在卫生和耗能等方面存在着明显的缺陷。管网叠压 (无负压) 供水设备是一种新型二次加压供水设备, 其加压供水泵组直接与市政供水管网连接、在利用市政管网剩余压力基础上叠压供水并保护市政管网, 且使之不产生负压;它的应用在一定程度上能够弥补传统供水方式在卫生和耗能等方面的不足, 更加符合供水系统“四节一环保” (节能、节地、节水、节材和环保) 的基本思想。近几年来, 随着该技术的逐渐成熟, 叠压 (无负压) 供水设备及其技术在给水工程上得到了大量运用[1,2]。
1 管网叠压 (无负压) 供水设备的组成及原理
管网叠压 (无负压) 供水设备的核心是在二次加压供水系统运行过程中如何防止负压产生, 消除机组运行对市政管网的影响, 在保证不影响附近用户用水的前提下实现安全、可靠、平稳、持续供水。其基本组成为:稳流罐、真空抑制器、变频调速水泵机组、压力传感器、变频控制柜、倒流防止器 (可选) 、消毒装置 (可选) 、小流量保压罐 (可选) 等。
从市政管网引来的进水管直接连接到稳流罐的进水口, 稳流罐的出水口通过消毒装置后连接到加压泵组的进水管, 加压机组的出水管与用户用水管连接, 直接向用户管网供水 (见图1) 。
其基本流程如下:自来水管网→倒流防止器 (可选) →稳流罐、负压抑制装置→压力传感器、变频控制柜→水泵→小流量保压罐 (可选) →消毒装置 (可选) →管网系统→用水点。
其中稳流罐是设备入口处的罐体, 它起到缓冲市政管网压力和削峰动态补偿作用;负压抑制装置是在市政管网出现波动时消除设备运行给市政管网带来的不利影响;水泵起到的是提升压力的目的, 小流量保压罐可以实现设备小流量时通过控制系统实现水泵机组停机, 利用其调节容积实现保压功能。另外系统设有一条直供管路用于市政管网满足用水压力时设备停机。
工作原理分以下几种情况[3,4]:
1) 市政管网的水压可以满足用户用水量及水压的要求, 即管网压力不小于用户需要压力时, 加压泵停止工作, 自来水可通过旁通管直接到达用水点。
2) 市政管网水压不能满足用户用水量及水压的要求, 即由压力表发出电信号给数控柜, 启动水泵加压供水;用户管网实际压力满足要求, 变频控制柜控制水泵机组以恒定转速运行供水。
3) 用水高峰时, 用户管网压力下降到要求水量和压力, 压力表发出信号给变频控制柜, 水泵机组增加转速, 提高出水量和出水压力, 直至满足用户实际压力要求。
4) 用水低谷时, 用户管网压力上升到用水要求, 压力表发出信号给变频控制柜, 降低水泵机组转速, 使用户管网实际压力降低。若用水量过低, 水泵机组自动停止工作。自来水从小流量保压罐直接通过旁通管到达用户。
2 管网叠压 (无负压) 供水设备分类及性能
按防负压设施结构和防负压原理的不同, 管网叠压 (无负压) 供水设备可分为机械防负压式和电子防负压式及负压产生后消除负压式和预防负压产生无负压供水设备。有研究者对机械防负压式和电子防负压式无负压供水设备分别做了简介, 并对众多性能做了对比, 多数性能指标为电子防负压式无负压供水设备优于机械防负压式管网叠压供水设备[2]。电子防负压式管网叠压 (无负压) 供水方式具有先进的控制理念和工作原理, 具有明显的优点, 正在被越来越多的管理、设计、使用者接受, 受到广泛欢迎。另外, 预防负压产生也将成为无负压供水技术的研究重点, 越来越多的技术更先进、性能更优良、性价比更合理的高新技术型产品的出现, 电子防负压将成为管网叠压供水技术的研究方向。
3 叠压 (无负压) 供水设备的选用原则
1) 水源供水量稳定, 且充分大于设计秒流量:建筑面积条件不受限制时, 可采用罐式无负压供水设备;当受建筑面积限制时, 无负压供水设备宜采用管道泵式。
2) 水源供水量基本稳定且大于设计水量:应在无负压供水设备出水管上设小型隔膜气压罐。
3) 水源供水量不稳定, 周期性小于设计水量, 供水设备宜采用箱式无负压。
4实例
许多实际工程的应用也可以证明, 叠压供水系统运行稳定, 综合效益十分明显, 可广泛适用于新建、改造的项目中, 尤其是在应用变频供水设备的项目中, 可以充分发挥其优越性。李世英[3]对某住宅小区给水工程进行比较分析得出:同一工程, 两种不同给水方式的运行费用相差50%, 即叠压供水方式比传统供水方式节约50%的能耗, 由于省去了蓄水池和屋顶水箱, 节省了土建造价, 使给水系统的工程造价和占地面积大大下降, 比传统供水方式节省投资约47%, 节省占地面积80%。潘书通等[5]对某住宅小区给水系统进行改造并作了比较得出:改造后每年各种费用占原来费用的15%, 经济效益十分明显, 且通过检测进水管周围的压力对比分析, 设备运行与非运行期间均无压力异常情况出现。
5结语
通过实际工程的应用可知, 叠压 (无负压) 设备运行稳定, 综合效益十分明显, 可广泛应用于实际工程项目中, 尤其是在应用变频供水设备的项目中, 可以充分发挥其优越性。随着科技的发展、时代的进步, 高科技电子产品的问世, 先进的电控制技术应用到叠压 (无负压) 设备上会使得该技术日趋完善, 性能日趋卓越。
参考文献
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恒温恒湿设备的原理与检修 篇5
随着现代传感、制冷等技术的发展，各种各样的恒温恒湿设备应运而生，给工业生产和居民生活带来极大的便利。特别是在工业生产方面和实验室，有些产品的生产和试件的实验必须在恒温恒湿环境下进行，才能保证产品的质量和实验结果的准确性。但恒温恒湿设备技术资料和维修资料都比较少，给维修带来极大的不便，除非是厂方技术人员，一般情况下一旦出了故障，用户就只有停产了。我院学生在安康市福利工贸有限公司天实商混分公司实习期间，其水泥试件培养室出现了故障。它就是一个恒温恒湿设备实验室，该实验室的作用是将每个批次水泥试件放在培养室里，室内温度为20°C，湿度为95%，放置28天，然后测试试件抗压强度等指标，判断水泥是否合格。为此，我们对该设备做了详细研究和检测，最后排除故障。现将该设备的结构和工作原理做一个详细解答，给遇到维修该设备的技术人员提供借鉴。同时就常见故障的排除做一些简单的分析。
2 恒温恒湿设备的组成
恒温恒湿设备是由制冷系统、加热系统、水循环系统、电控系统四部分组成，整体分为机械和电气两大部分。
2.1 机械部分如（图1）所示
图中标本培养室就是放置水泥试件的房间，该房间要求密闭，给房间保持恒温恒湿提供基本条件。
水循环系统由水槽、水管、水泵、壳管式换热器、雾化喷头组成。其中水槽的水面和标本培养室的地面平行。水泵把水从水槽抽取经过壳管式换热器由雾化喷头把水喷洒到标本培养室的空间，其中壳管式换热器的作用是将水的温度调节到室温需要的范围，雾化喷头的作用是调节室内的湿度。水槽的水进入水管的入口处安装有止回阀，防止水泵不工作时水循环系统里的水倒流回水槽，造成系统里缺水。
制冷系统由壳管式换热器、压缩机、冷凝器、节流装置、风扇组成。壳管式换热器由蒸发器、加热器、外壳体、浮球式磁控开关组成。图中加热器、浮球式磁控开关未画出。制冷的原理是卡诺逆循环方式，即把热量从低温热源传送到高温热源去，本设备的低温热源就是循环水，高温热源就是室外空气环境，因为夏天室外空气环境温度往往高于室内温度。卡诺逆循环作用就是使低温热源的温度降得更低，高温热源的温度升的更高。要完成这一过程，用压缩机将冷媒压缩成高温高压的液太冷媒，由冷凝器、风扇散热，由节流装置将高温高压的液太冷媒输送到低温低压的蒸发器，冷媒由液态变为低温低压的气态吸热，将水中的热量吸走，完成换热，水温降低，低温低压的气态冷媒再由压缩机吸回压缩成高温高压的液态，如此周而复始，实现室内降温要求。制冷用于标本培养室温度高于20°C的时候。
加热系统就是在壳管式换热器内部安放一个电加热管，当水温低于20°C的时候，制冷停止，由电加热管加热使水温升高，实现室内升温要求。
2.2 电气部分如（图2）所示
在（图2）中，键盘和显示屏用来完成人机对话，显示屏显示温度湿度数值，键盘完成温度和湿度的设置工作。控制中心是用来接受传感器信号以及键盘设置信号，即时输出显示信号给显示屏，再就是控制中心根据温度和湿度的要求驱动执行元件K1或K2或K3。一般来说，只要输入的工作电压正常，控制中心、键盘、显示屏的电器故障极低，对维修人员而言，在这里就不做详细介绍。下面着重介绍一下传感器和执行元件。
温度传感器的种类很多，本设备采用NTC半导体元件测量温度，其特性具有负温度系数，也就是随温度升高其阻值变小。本设备用了两个温度传感器，一个传感器测量室内空气温度，另一个传感器表面包着纱布，将多余纱布放在一个小水槽里吸水传到传感器上，该传感器测量的是水蒸发时的温度。相当于我们经常看到的普通温度计，一只测量空气温度，另一只下面包着纱布放在水槽里，测量水蒸发时的温度，通过湿度对照表就可以查到当前空气的湿度值。本设备的控制中心就是根据这一原理来判断室内的湿度是否符合要求的。
水位传感器的种类也很多，本设备采用浮球式磁控开关传感器测量水循环系统里水的有无。该传感器的结构是：在滑杆的外面套着一个环形磁性浮球，随着水位的升高和绛低浮球跟着升降，滑杆内部封装一个由两根引线引出的常开型干簧管，实际就是一个磁控开关，磁铁靠近时开关闭合，磁铁远离时开关断开。该传感器安放在壳管式换热器里，有水时浮球升高干簧管开关断开，无水时浮球降低干簧管开关闭合，控制中心根据干簧管开关的闭合或断开情况判断水循环系统里水的有无。
执行元件继电器K1、K2、K3分别控制水泵M1、压缩机M2和风扇M3、加热管的启停任务。
3 恒温恒湿设备的工作原理
前面介绍了该恒温恒湿设备的组成，下面进一步说明该设备如何自动完成温度和湿度控制的。如（图3）为控制流程图，从图中可见，首先启动水泵工作，控制中心判断水循环系统里是否有水，若没水或者水循环系统有故障，则整个设备就不工作，若水循环系统正常控制中心进一步判断室内温度，若温度过低（冬天）启动加热设备，若温度过高（夏天）启动制冷设备，使室内温度保持在设定范围内，控制中心最后判断室内湿度是否符合设定值，若符合湿度设定值则水泵停止，否则水泵继续运行。
4 常见故障及维修方法
如表1所示。
5 设备的不足之处
(1)室内水槽补水是靠人工完成的，当没有及时补水而缺水时，控制中心会误判而停机。
(2)雾化喷头可以改成超声波加湿器效果会更好。
摘要：针对恒温恒湿设备应用越来越多而技术资料相对较少的情况,本文对恒温恒湿设备的结构和工作原理以及常见故障做了比较具体的阐述,为检修该类设备的技术人员提供借鉴。
关键词：恒温恒湿,结构,原理,检修
参考文献
[1]任华,郭咏虹,何茹肖.工程训练——工业系统的测量、驱动与控制[M].西安交通大学出版社,2003.8
[2]王毓银.数字电路逻辑设计:脉冲与数字电路[M].教育出版社,1992.4.
管网叠压供水设备原理及应用 篇6
关键词：管网叠压供水,二次供水污染,工作原理,应用
0 引言
目前,我国大约60%的城镇居民采用二次供水方式,但常常被用水难和二次供水水质被污染所困扰。随着高层建筑的不断出现及居民小区的不断扩建和改造,原有的市政自来水管网的局部压力出现不足。许多地区的高层建筑存在用水高峰期上不去水,居民用水困难等问题,这一现象在大中城市表现尤为突出。传统的二次加压供水方式是先将市政自来水贮存到水池或水箱,然后通过二次加压泵站将水供给到用户,以保证每一个用户的用水要求。但由此带来的问题由于管理不善,水池、水箱缺乏定期的清洗,二次消毒措施失效以及系统本身的缺陷造成的水质二次污染,已直接影响了供水水质的安全,甚至产生了严重的水质污染事故。而且,二次加压供水方式存在投资大、水资源浪费和能源浪费的问题。为解决二次供水中出现的问题,近年来,一种新型的二次供水设备——管网叠压供水设备出现,它具有节能、卫生、易安装、维护简单等特点,应用日渐广泛。
1 管网叠压供水设备的工作原理
管网叠压供水设备是在变频恒压供水设备上发展起来的,主要由稳流补偿器、水泵、智能控制系统等组成。管网叠压供水是供水设备在工作时,通过设备的控制方式、稳流补偿器与真空抑制器的联合作用,能够消除水泵工作时产生的吸程,并且利用了市政管网原有的压力,实现压力差多少补多少的节能、无污染的供水方式。管网叠压供水设备采用全密闭的结构,隔绝了与空气的接触,同时对自来水管网的动压不产生影响。管网叠压供水设备系统见图1。
当自来水的压力Pz低于用户所需的设定压力Py时,系统会自动控制变频泵启动运行,直到管道内的压力P=Py,系统控制变频泵以一恒速运行。自来水的压力Pz越高,变频泵的转速就越低,自来水的压力Pz越低,变频泵的转速就越高。当自来水的压力Pz=Py时,变频泵就停止工作,既充分利用了管网原有的压力,又能确保用户所需要的压力稳定。
系统时刻检测稳流补偿器内的压力,通过控制真空抑制器来稳定稳流补偿器内的压力,从而保证稳流补偿器不对市政管网构成虹吸状态,抑制负压的产生,确保市政管网的运行安全。当停电时设备通过旁通管自行恢复自来水常压供水。
2 管网叠压供水方式特点
与传统的二次供水方式相比较,管网叠压供水方式具有清洁、卫生、节能、环保、占地小、易安装、维护简单等特点。管网叠压供水方式和传统二次供水方式的比较见表1。
3 管网叠压供水设备的应用实例
青岛某小区的3栋16层的住宅楼,层高2.8 m,共有住户288户,最高日用水量为172.8 m3。采用管网叠压供水设备,型号为WWG46-65-2,设备流量为46 m3,扬程为65 m,配备2台型号为CR20-6的水泵,每台水泵功率为7.5 kW。设备总投资为45万元,年运行费用为4.5万元。
若采用普通变频供水设备,变频供水设备型号为BTG36-60-3,设备流量为36 m3,扬程为60 m,配备3台型号为40LG12-15×5的水泵,每台水泵功率为5.5 kW。设备投资为15万元,其他设施投资为14万元,按每天3台水泵运行时间为14 h,2台水泵运行时间为10 h,普通变频供水设备按节能20%考虑,电费按0.8元/(kW·h)计算,年用电费用约为8万元,年维护费用约1万元,年总运行费用约为9万元。
经过比较可以看出采用管网叠压供水设备一次性投资较大,但其日常运行费用低,年费用可节省约4.5万元,4年即可节省出部分增加投资。
4 管网叠压供水设备的应用前景
管网叠压供水方式以其清洁卫生、节能环保、占地小、易安装、维护简单受到很多设计单位、房地产商和企事业单位的青睐。但我国供水条例中有一条硬性规定,就是“禁止在公共供水管道上直接装泵抽水”,以免造成有负压有吸程,水压不稳定,影响其他用户用水。在这种情况下,导致了我国二次供水行业长期落后,而管网叠压供水方式采用真空抑制技术解决了给水设备与自来水管网直接串联产生的负压问题,一举突破了禁区,引发了二次供水革命。但是,由于人们长期受传统思维的束缚,使其推广应用受到一定的限制。
随着人们对二次供水污染严重性的认识日益加深,管网叠压供水设备所具备的清洁、卫生、节能等优点,引起人们的广泛关注。2004年,北京市政府文件中将《城市供水条例》相关条款解禁,天津、山东等省份也相继出台了试用细则。水务部门于2005年5月1日颁发了在城市供水管网中试用无负压供水设备的通知,目前我国的上海、天津、山东、福建、广州、长春等省市已比较广泛采用了管网叠压供水技术,并取得了良好效果。
但管网叠压供水同样有它一定的局限性。比如,对于市政管网来说,如果存在供水压力过低、经常性停水、间隙性供水或供水水量和压力波动过大现象的区域不应使用管网叠压供水设备;对于用户来说,用水集中、瞬间用水量过大的用户,用水保证率要求高、不允许停水的用户,以及对有毒物质、药品等危险化学品进行加工、制造、贮存的工厂、科研单位、仓库等不应使用;对于具体工程项目来说,管网叠压供水设备直接从市政供水管网上抽水,设置前必须征得地方自来水公司的同意。
5 结语
管网叠压供水设备尽管有它的局限性,但只要我们合理的利用它的优点,使它的使用更科学、更合理、更环保、更节能,管网叠压供水设备终将得到广泛的应用,并造福于广大人民群众。
参考文献
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设备控制原理 篇7
传统的中药提取实质上就是浸取, 也就是利用适当的溶剂和方式, 在合适的温度下把药材中的有效成分分离出来。本质上, 浸取是一种处理固体混合物的固—液萃取。一般认为这一过程包括3个步骤: (1) 溶剂到药材组织细胞内; (2) 细胞内的溶质解析、溶解于溶媒 (溶剂) ; (3) 溶质从细胞内部向外扩散[1]。
传统的中药提取一直采用罐式煎煮的方法, 其中也包含压榨的提取工艺。随着时代的进步, 又出现了许多新方法、新工艺, 如超临界流体萃取、超声波提取、微波提取等, 本文仅就微波提取的机理与设备进行论述。
1 微波提取原理
1.1 微波提取
微波提取全称应是微波辅助提取技术。微波辅助提取又称微波萃取, 是颇具发展潜力的一种新的萃取技术, 是微波和传统的溶剂提取法相结合而成的一种提取方法。依据溶剂极性不同, 它可以透过溶剂, 使物料直接被加热, 其热量传递和质量传递是一致的[2]。
利用微波提取植物药材的原理主要有两方面, 一方面是利用微波辐射透过萃取剂到达物料的内部维管束和腺细胞系统, 细胞内的极性物质尤其是水分子吸收微波能产生大量的热, 使细胞内温度迅速升高, 水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破, 表面出现裂纹。孔洞或裂纹的存在使细胞外溶剂容易进入细胞内, 溶解并释放出细胞内有效成分, 扩散到萃取剂中[3]。
微波提取主要是利用其热效应。由于被萃取物细胞内含水和极性有效成分, 在微波电磁场作用下, 极性分子从原来的热运动状态转向依照电磁场的方向交变而排列取向, 产生类似摩擦热[2], 这些含水和极性有效成分在微波场中大量吸收热量, 内部产生热效应, 从而被萃取物的细胞结构发生破裂。细胞外溶剂容易进入细胞内, 溶解并释放出细胞内物质。这就是细胞的破壁作用。微波技术应用于植物细胞破壁, 可有效提高收率。
1.2 微波提取工艺流程
微波提取与常规提取工艺近似, 仅在实施提取的关键点上有自身特点, 其工艺流程:选料→清洗→粉碎→浸泡→微波提取→分离→浓缩→干燥→粉化→成品。
其操作一般包括以下几步: (1) 将物料切碎, 使之更充分地吸收微波能; (2) 将物料与适宜的萃取剂混合, 置于微波设备中, 接受辐照 (关键性的一步) ; (3) 从萃取相中分离除去残渣[4]。
在实际操作中, 将切碎的干药材在溶剂中浸泡适当时间 (一般为0.5~1.5 h) , 再进入微波提取这一步非常重要。因为经浸润后的物料, 内部溶剂量增加, 利于更好地吸收微波能, 达到升温与细胞破壁的目的。也可使提取时间缩短, 节约能源。
1.3 微波提取特点及与传统热提取的区别
传统热提取是以热传导、热辐射等方式由外向里进行的, 而微波提取是通过偶极子旋转和离子传导两种方式里外同时加热, 和传统热提取相比, 微波特点是: (1) 质量好, 可有效地保护物质中的功能成分; (2) 对提取物具有高的选择性; (3) 回收率高; (4) 加热速度快、易于控温; (5) 溶剂用量少 (可较常规方法少50%~90%) , 低耗能。
2 微波提取设备
微波提取的设备主要分两类:一类是微波提取罐, 另一类为连续微波提取线。两者主要区别:提取罐是分批处理物料, 类似常规的多功能提取罐;连续微波提取线是以连续方式工作的提取设备。具体参数一般由设备生产厂根据使用厂家的要求设计。
在我国, 目前应用于工业微波机使用的频率有两种:2 450 MHz和915 MHz。使用中, 可根据被加热材料的形状、大小, 均匀性, 含水量及对物料的穿透深度来选择。
2.1 微波提取罐
微波提取罐形式与中药企业使用的多功能提取罐形式相同, 只是根据微波的特点, 在罐体容积与罐体材料上有很大不同, 提取加热的方式不同。
2.1.1 微波罐式提取
由于受微波对溶剂的穿透深度影响, 微波渗透深度随波长的增大而变化。换言之, 它与频率有关。频率越高, 波长越短, 其穿透力也越弱。在2 450 MHz时, 微波对水的渗透深度为2.3 cm, 在915 MHz时增加到20 cm;2 450 MHz时, 微波在空气中的渗透深度为12.2 cm;915 MHz时为33.0 cm。
提取的溶媒水是常用的溶剂, 极性大, 溶解范围广, 价格便宜。其缺点是选择性差, 容易浸出大量无效成分。乙醇为半极性溶剂, 溶解性介于极性与非极性溶剂之间。缺点是价格较高, 具有挥发性、易燃性。
小型罐体充分发挥了微波提取的特长, 在提取收率、提取效率上均明显高于常规提取。所以在实际应用中, 容积在100 L以下的微波提取罐已相当普遍。所以罐体形式的微波提取设备应用于小量药品提取及药品研究工作方面, 效果显著。
对中到大型的微波提取罐, 实质上提取还是与传统的热传导方法在共同作用。从微波对水的穿透深度来看, 沿罐体壁一圈的提取溶剂都能被微波辐射、加热、细胞破壁。而在容器内部的溶剂, 一是靠中心的搅拌器对物料进行动态扰动、对流、位置置换, 二是利用常规的热传导将热量传递到内部。所以, 提取罐容积不能做的太大, 换言之, 就是直径不能太大。一般我们将罐体直径限制在500 mm以下。
罐式提取的特点是间歇式生产, 提取后的药渣与有用的提取液同时被不同的管道出料, 还需对料、液进行过滤分离, 不适合大容量的生产。
由于大多数有机溶剂具有易燃性, 因此生产中应格外注意车间的通风和反应器的密闭, 采用防爆电器设备。用乙醇、乙醚、石油醚做溶剂时更要倍加小心。
2.1.2 微波辐射时间
一般微波提取辐照时间在10~100 min之间。对于不同的物质, 最佳提取时间不同, 连续辐照时间也不可太长, 否则容易引起溶剂沸腾, 不仅造成溶剂的极大的浪费, 而且还会带走指标产物[3]。
2.1.3 提取罐材料
微波具有穿透、吸收、反射的特性。对于玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙烯塑料之类的绝缘体, 微波几乎是光穿透而不被吸收, 它们常作为反应器的材料。由于这种“透明”特性, 在微波工程中也常用绝缘体材料来防止污物进入某些要害部位。
对于水和湿性物料或含有极性分子的材料, 会吸收微波能。而对于金属材料, 微波会被反射。由于受微波特性的制约, 微波提取罐的材料绝大多数选用无毒、耐高温、不与药物材料发生反应的聚四氟乙烯。在微波发生器 (磁控管) 外加装用于屏蔽的金属材料, 保证微波设备使用安全。
对于大容量的提取罐, 因罐体材料的强度所限, 需要选用不锈钢材料。此时, 可以采用如图1所示的发明的专利技术, 利用聚四氟乙烯的穿透性和不锈钢材料的反射特性, 用不锈钢做罐体材料, 上嵌装聚四氟乙烯套, 再用不锈钢材料做屏蔽。完成大型罐体设计。
聚四氟乙烯套做成圆锥形或棱锥形与金属罐壁紧密配合, 用来对溶剂的密封, 防止渗漏。聚四氟乙烯套厚度的设计前提是必须保证罐体压力强度。在聚四氟乙烯套外用不锈钢板紧压, 以对微波进行屏蔽。
2.2 连续微波提取机
2.2.1 连续微波提取机
连续微波提取机主要指连续逆流提取机。连续提取操作是物料和溶剂在提取过程中同时作连续的逆流运动或移动, 物料在运动过程中不断改变与溶剂的接触状况, 并在传输机构的作用下得到充分混合接触, 出料的料渣和提取液连续分离, 分别排出, 实现连续提取, 这样可大大提高提取收率。
连续提取装置具有结构紧凑、占地面积小、操作方便及自动化程度高等优点。可有效地缩短提取时间, 减少溶媒用量, 改善工作条件, 提高设备利用率。
2.2.2 连续提取装置的结构
连续提取装置的结构可用不锈钢管道制造, 微波辐射结构采用上述的专利方式, 根据容积在管道底或底部两侧进行分布。
连续提取装置出料的料渣和提取液是连续分离的, 可在出料口端部设置压榨装置, 将药渣中含有的提取液充分榨尽，回流到提取液出口。
连续提取装置内的螺旋推进器可以做成多种形式, 如多孔螺旋板式、浆叶式、带式等, 螺旋推进器的优点在于可以实现在连续移动物料的同时, 对物料施加搅拌、搓揉、剪切等机械强化作用, 提高提取效率。
结构形式如图2所示。
2.2.3 连续提取装置的微波功率设置
微波提取的温度一般为20~70℃, 在微波提取过程中, 所需的微波功率应以最有效地提取出目标成分为原则。要考虑提取时间 (与罐式提取相同) 、提取温度、被提取药材的性质、提取溶剂的单位时间流量 (主要是提取剂用量与物料之间的固液比, 一般在1︰1~20︰1之间) 等等。一般对连续逆流提取的微波功率确定为20~60 k W之间。
特别需要强调指出的是, 连续提取机的进料也应经过溶剂浸泡过适宜的时间再进入设备内为好;否则, 用碎块状的干药材直接进料, 药材内部没有溶剂浸入, 微波提取的功能还没被发挥, 药材中间芯部的有效成分根本无法被提取出来, 只是在设备内走了个过场, 表面被加热、提取了一层而已。
3 微波提取设备的设计要点
3.1 安全
提起微波设备, 对它的泄漏应重视, 这一点国家也有安全标准。对应用其可能被人体某部分接触到并有超过微波泄漏容许限值危险的所有设备, 应提供保护措施如装设带有联锁的机壳门或屏障。处于“正常运行”状态下的微波加热设备, 在距其任何部位的距离≥0.05 m的任何易接近处, 其微波泄漏功率密度应不大于50 W/m2 (5 m W/cm2) , 对处于“非正常运行”状态下的设备, 则不应超过100 W/m2[5]。
对微波提取罐或微波连续逆流提取设备来讲, 设计上必须有安全联锁装置, 包括:
(1) 提取设备内无溶剂或溶剂量不到液位线时不能够开机。这一条主要是控制空载不能开微波, 或者是溶剂少量, 将磁控管发射部分暴露在空腔中的情况下, 不能够开机, 以免对人身造成伤害, 或者对设备造成损坏;
(2) 观察窗打开, 微波应自动关闭。还需要考虑微波加热过程中人为打开观察窗的情况, 因为在这种情况下, 微波发射器有可能在液面低的情况下透射出来, 对人身造成伤害;
(3) 溶剂、温度与压力对人体与设备的影响;
(4) 要考虑出料过程中药渣温度及清理存放。
3.2 易于控制
微波加热的热惯性极小, 若配用微机控制, 则特别适宜于加热过程和加热工艺的自动化控制。测温控制系统:加热箱现有红外辐射测温仪。测温精确, 性能稳定, 由此可以实现温度的自动控制, 从而精确控制产品的质量。
采用PLC控制系统, 使微波功率选择更灵活, 温度更均匀, 运行更稳定, 操作更方便。真正实现温度自动控制;程序存储, 并可实现程序自动控制。
自行研究开发的高压变压器二级冷却系统, 变压器处在油箱中, 油中设计热交换器, 高压变压器工作时的热量被油、水在箱中降温后带走。每个磁控管均有一个独立的短路、过载保护装置控制, 可根据用户需要分别工作。
3.3 防泄漏
作为提取设备, 对设备各部位的密封性要求较高, 不仅要防溶剂泄漏, 还要防止微波泄漏, 所用材料不同, 而达到的要求却更高。尤其是连续逆流提取机, 对螺旋推进器内的轴承不仅要求不与药物、溶剂发生反应, 无毒性, 还要易于清洗, 不被溶液堵塞、卡住。螺旋推进器上应设计有过流孔, 便于溶液顺利流过。同时过流孔还不易被药物堵塞, 利于清理, 如图3所示。
3.4 设备的在线清洗
设备的清洗尤为重要, 提取罐均为圆柱形筒, 出料后用清洗球自动进行清洗, 下部密闭门同时清理干净。对于连续式提取机, 现采用灌注清洗水后, 使螺旋推进器反转, 在快速反转的过程中将螺旋叶片过液孔内正面塞堵的药料反向冲出, 随清洗液从清理口中排放。在提取段与沥干段均设置有清理口。
4 结语
微波提取用于中药材加工效果显著, 但其设备技术仍有待于进一步的完善和提高。要力争使中药材微波提取工艺更加成熟, 使其在实际生产中发挥出更大的作用, 以适应现代工业化生产的需要。
摘要：从微波技术应用入手, 分析了微波在中药材提取方面的特点, 对提取工艺中出现的各类问题提出了一些见解, 指出了在微波提取设备设计方面应考虑的一些关键点。
关键词：微波提取机理,提取罐,连续提取,设备设计
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