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血透机血泵故障元件故障维修分析

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[摘要]血泵模组是血液透析设备中的重要组件,是建立血液体外循环的动力提供者,在整个血液透析治疗过程中发挥着至关重要的作用。本文总结了费森尤斯4008系列血透机血泵模组的结构和运行原理。通过两个典型故障的维修案例,分析了引起血泵故障的各类原因,详细阐述了故障的排查过程,探讨了可行的元件级别的维修方法,特别是通过反读血泵主板电路并研究步进电机工作原理,总结出了新旧版本的步进电机的兼容方法。在今后工作中,针对同类故障运用本文提供的维修思路和方法,可以有效提升维修效率,减少维修开支。

[关键词]血透机;血泵;步进电机;驱动电路;元件维修 

引言

血液透析疗法是目前治疗慢性肾功能衰竭疾病的重要方法之一[1],其主要依靠血透机来完成。费森尤斯、百特金宝、贝朗、日机装等是国际知名的血透机品牌,也是国内临床广泛应用的血透机品牌[2]。费森尤斯4008系列血液透析机性能优良,安全可靠,操作便捷,是国内各大医院和血液净化中心所使用的主流机型,深受广大医护人员的欢迎[3]。我院共有4008系列血透机近40台,每年将近百条的各类故障维修记录中,血泵故障记录就有十多条,因此总结血泵的典型故障维修方法有助于提升日常工作中血泵故障的维修效率,节省维修开支。

1基本结构和原理

血泵作为血透机的关键部件,是建立血液体外循环的动力来源[4]。如图1所示,其主要由框架、泵门、门传感器、血泵转子、速度传感器、电机、变速器、主控板等零部件组成,与动脉压检测系统共同集成在血泵模组中。血泵运行时,主板CPU根据设定速度调节步进电机驱动电路驱动电机运转,电机通过变速器内的齿轮耦合器、齿轮、皮带驱动血泵转子按指定速度运转。血泵转子上装有永磁铁,当转子旋转时,磁铁会扫过安装在血泵框架上的霍尔传感器,使其产生速度脉冲信号。上述脉冲信号通过一系列信号处理后,送往CPU使得其能监控血泵的实际运转速度。

2故障一

2.1故障现象

血透机在治疗时经常会出现停泵现象,停泵时伴随故障代码为“E.12”的报错信息,复位后又可以继续运行,但运行一段时间后此故障现象又会出现。

2.2故障分析

血泵运行时,主板CPU会不断的采集血泵框架上霍尔传感器的脉冲信号,从而实时的获取血泵转子的实际运转速度值,并将这个速度值与用户设定速度值相比较。当这两个速度值的偏差超过允许的误差范围时,血泵主板CPU就会发出速度异常报警,在血泵模组的速度显示窗口显示“E.12”的错误代码,并强制让血泵停止运转。发生此故障的原因可以总结为以下几点:①泵头与血泵框架有较大摩擦甚至直接卡死,导致血泵实际速度偏低;②转子背部的磁铁脱落或者消磁,使框架上的霍尔元件无法采集到转子的旋转信息;③框架上的霍尔传感器本身发生故障,导致采集的速度信息异常;④变速器机构内部的皮带严重磨损、断裂,齿轮耦合器磨损、打滑,导致传动速度不匹配;⑤步进电机失步、轴承磨损、卡死等[5-6]。

2.3故障排除

根据上述分析,按照由易到难的维修原则,首先检查血泵转子上的磁铁,磁铁位置正常,磁性也正常。装回转子并用手转动,发现转动时比其他正常的血泵要重一点,于是检查血泵框架,但没有发现转子与框架的摩擦痕迹。最后拆出步进电机,直接扭转电机转子,发现电机转动不畅,确定电机卡涩。仔细观察电机轴承发现有较多锈迹,喷除锈剂后有黄色液体流出,多次喷除锈剂处理后转动仍然不畅,需要更换轴承。查看轴承型号为608Z,该轴承是市面上常见的标准件,于是购买轴承并更换。更换后电机转动顺畅,装回试机正常,故障排除。

3故障二

3.1故障现象

开机自检到血泵自检的步骤时,血泵没有运转,直接报错,故障代码为“E.13”。

3.2故障分析

血泵的驱动电路简图,见图2。为了降低血泵运行时的震动和噪音,采用了基于L6506/L6203芯片的细分步进电机驱动系统设计,每个步距角被细分为60微步。其中L6203的第十脚(SENSE)为接收步进电机绕组反馈电流的引脚,绕组电流经过检测电阻R58、R59转换为电压后送入L6506的VSENSE引脚与REF电压进行比较,控制内部触发器工作,从而实现细分步距角的功能[7-9]。另外,R58、R59上的采样电压信号还会经过各种转换处理后送往CPU,以实现对步进电机内部绕组电流情况的监控。发生此故障的原因可以总结为以下几点:①步进电机绕组断路或者短路;②电机与主板的接口接触不良;③主板驱动电路故障;④主板主控电路故障[10-11]。

3.3故障排除

将血泵主板与旁边同型号机器对换,试机发现两台设备都出现上述的故障现象,再对换回来后,又只有原来的故障机出现该故障现象,因此怀疑主板与电机都有问题。首先排查主板上的故障,仔细检查步进电机接口插座,外观完好,用万用表测量后也没有发现短路或者断路[12]。继续检查驱动部分的电路以及元器件,最终发现IC1(L6203)有烧焦痕迹,于是购买L6203进行更换,再次与同型号机器对换后发现主板恢复正常,故障排除。用万用表对步进电机的各绕组进行测量,发现7、8绕组断路,因为维修绕组的难度高且成功率低,于是决定更换电机。从厂家订购血泵电机时发现目前厂家提供的是新版的二相四线电机,而原来在用的电机(其模型图如图3所示)为四相八线电机,新版电机无法直接进行替换使用。咨询厂家得知老版电机已经停产并且断货,建议将主板一起更换或者直接更换整个模组。因我院血透室新老版本的血泵模组都有,于是将新老版本的主板电路以及电机进行了仔细的研究对比,得出以下两个结论:①老主板驱动电路(图2)的8针电机插座中2/3,6/7两对针脚是直接短接的,对应到四相八线电机(图3)上也就是对其中两对绕组采用了串联接法,使其从外部上看等同于二相四线电机;②新老主板的驱动电路图以及所用的元器件完全相同,只是电机接口的插座针脚不同,老主板为8针,而新主板取消了2、3、6、7针脚改为4针。综上,将新版电机的四根引线黑、橙、红、黄分别与老主板电机插座的1、4、5、8四个针脚相连,开机自检运行正常。最后进入维修模式,校准血泵泵速,再分别检测血泵的多档流速,检测结果均在误差范围之内[13]。

4讨论

血透机血泵停泵的故障一般可分为两类:一类是由于发生了其他血液方面的报警,血透机为了保护患者,命令图2血泵的驱动电路简图图3血泵电机模型图血泵停止工作,以停止血液体外循环,并发出声光报警提醒医务人员尽快处理这些报警。此类故障只要消除引起血报警的因素,例如不合理的报警限值,血泵就可以恢复正常;另一类就是血泵模组本身发生故障,此类故障发生后,必须让病人下机后进行维修。本文分析的两个血透机血泵的维修案例属于第二类故障,文中针对故障现象,结合血泵的结构和原理,详细分析了引起故障的所有可能原因,并按由简到难的顺序进行逐一排查,最后实践了元件级别的故障维修方法。所以,充分了解血泵模组的原理和结构,进行元件级别的维修,即可以提高工程师自身的技术水平,也可以为医院节省大量维修支出,在实际工作中具有重要意义。

[参考文献]

[1]宋国巍,王磊.现有透析疗法对慢性肾衰竭尿毒症患者微炎症状态的影响[J].中国实验诊断学,2015,19(7):1199-1200.

[2]李朝伟,王振洲,贺建林.血透机超滤原理分析[J].中国医学装备,2011,8(4):74-75.

[3]郭文锋.费森尤斯4008S血透机维修实例[J].中国医疗器械信息,2018,24(1):158-159.

[4]路力军,胡兆燕,陈正龙,等.体外循环用血泵研究进展[J].北京生物医学工程,2012,31(4):433-439.

[5]罗杰.血液透析机的维修与保养[J].山东工业技术,2016,(11):267.

[6]陈婉玲,刘筱萍,陈惠芳.血液透析滤过预充操作方法的改进[J].中华肾脏病杂志,2007,23(1):65.

[7]成俊康,张涛.用8253和L6203实现直流电机PWM调速控制[J].中国测试,2009,35(1):68-70.

[8]朱武,涂祥存,操瑞发,等.基于L6506/L298芯片细分步进电机驱动系统设计[J].电气自动化,2011,33(1):10-12.

[9]田心军.基于DSP的步进电机控制系统[D].长沙:湖南大学,2014.

[10]李睿兴.费森尤斯(Fresenius)4008型血透机非常见故障的维修[J].中国医疗器械杂志,2012,36(5):390.

[11]杜心才,王凯.4008B费森尤斯血液透析机流量故障的排除方法[J].医疗装备,2012,25(1):65.

[12]孙秀芳.费森尤斯4008B血液透析机两种常见故障的维修[J].低碳世界,2016,(16):229-230.

[13]金亮冰.血液净化装置校准仪的研制[D].杭州:中国计量学院,2013.

作者:韩叶锋 单位:慈溪市人民医院设备科

中国医疗设备杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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