ЦентрифугиШироко используемые в лабораториях и промышленном производстве, центрифуги в значительной степени зависят от стабильности работы для обеспечения эффективного разделения и безопасности. Ротор, являясь одним из основных компонентов, играет решающую роль в общей производительности, сроке службы и безопасности. В данной статье анализируется влияние различных материалов ротора на стабильность центрифуги с точки зрения механических свойств, термических характеристик и долговечности.

В настоящее время роторы центрифуг изготавливаются в основном из следующих материалов:

Алюминиевый сплав

Легкий, простой в обработке и недорогой, подходит для средне- и низкоскоростных центрифуг.

Титановый сплав

Высокая прочность и отличная коррозионная стойкость, используется для высокоскоростных и сверхскоростных центрифуг.

Композиты из углеродного волокна

Чрезвычайно низкая плотность и исключительная усталостная прочность — быстро развивающийся прогрессивный материал.

Нержавеющая сталь

Прочные и износостойкие, обычно используются там, где требуется стойкость к химической коррозии или большая грузоподъемность.

Распределение массы ротора напрямую определяет динамическое равновесие центрифуги. Алюминиевый сплав обладает низкой плотностью и малой инерцией при запуске и остановке, что снижает энергопотребление. Однако его недостаточная жёсткость на высоких скоростях может привести к небольшой деформации, нарушающей равновесие.

Титановый сплав, обладая умеренной плотностью и высокой прочностью, обеспечивает хорошую балансировку, оставаясь при этом лёгким, что делает его пригодным для скоростей свыше 20 000 об/мин. Роторы из углеродного волокна, плотность которых составляет всего четверть плотности металлов, демонстрируют минимальную деформацию под действием центробежной силы, обеспечивая превосходную эксплуатационную стабильность по сравнению с традиционными металлическими материалами.

Роторы подвергаются чрезвычайно высоким центробежным нагрузкам во время работы, поэтому предел текучести и усталостная долговечность имеют решающее значение. Несмотря на лёгкость алюминиевого сплава, он имеет относительно низкий предел текучести и склонен к растрескиванию при длительной эксплуатации. Титановый сплав, прочность которого более чем вдвое превышает прочность алюминия, обладает превосходными характеристиками прочности на разрыв и усталость, сохраняя структурную устойчивость при многократных циклах пуска-останова. Углеродные композиты, полученные методом многослойного ламинирования и отверждения смолой, обладают исключительной усталостной прочностью и вибропоглощением, что повышает общую плавность работы центрифуги.

В биохимической и фармацевтической промышленности центрифуги часто работают в кислых, щелочных или насыщенных растворителями средах. Алюминиевый сплав легко корродирует и требует анодного оксидирования для защиты. Титановый сплав обладает химической стабильностью, что делает его пригодным для использования в суровых условиях. Нержавеющая сталь обладает хорошей коррозионной стойкостью, но значительно увеличивает вес, увеличивая энергопотребление. Роторы из углеродного волокна устойчивы к химической коррозии и обладают низкой теплопроводностью, что минимизирует термическую деформацию, вызванную нагревом при вращении, и обеспечивает высокую стабильность работы.

Роторы из алюминиевого сплава экономичны и идеально подходят для образовательных и общелабораторных применений. Роторы из титанового сплава дороже, но обеспечивают более длительный срок службы и большую экономию в долгосрочной перспективе. Композитные материалы на основе углеродного волокна, хотя в настоящее время являются самыми дорогими, отличаются лёгкостью, низким энергопотреблением и длительным сроком службы, что делает их предпочтительным материалом для высокопроизводительных центрифуг нового поколения. По мере развития производства и снижения стоимости материалов ожидается, что роторы из углеродного волокна найдут более широкое применение в высокоскоростных и сверхвысокоскоростных центрифугах.