Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Инжекция и эжекция в чем разница: ЭЖЕКЦИЯ И ИНЖЕКЦИЯ РЕАГЕНТОВ В ТЕХНОЛОГИЯХ ВОДОПОДГОТОВКИ | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

Содержание

ЭЖЕКЦИЯ И ИНЖЕКЦИЯ РЕАГЕНТОВ В ТЕХНОЛОГИЯХ ВОДОПОДГОТОВКИ | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

Петросян О.П.1, Горбунов А.К.2, Рябченков Д.В.3, Кулюкина А.О.4

1Кандидат физико-математических наук, доцент, Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана), 2Доктор физико-математических наук, профессор, Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана), 3Аспирант, Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.

Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана), 4Аспирант, Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана)

ЭЖЕКЦИЯ И ИНЖЕКЦИЯ РЕАГЕНТОВ В ТЕХНОЛОГИЯХ ВОДОПОДГОТОВКИ

Аннотация

Система водоподготовки предусматривает введение в нее различных реагентов. Основными технологическими способами внедрения реагентов в обеззараживаемую воду являются эжекция и инжекция. В данной статье проведен анализ этих методов. Разработана методика расчета высокопроизводительных эжекторов. Проведенными авторами лабораторные и производственные испытаниями установлены оптимальные соотношения продольных размеров внутреннего сечения, обеспечивающие максимально эффективное значение коэффициента эжекции.

Ключевые слова: эжектор, диффузор, камера смешения, коэффициент эжекции, аэрация, хлорирование.

Petrosyan O.P.1, Gorbunov A.K.2, Ryabchenkov D.V.3, Kuliukina A.O. 4

1PhD in Physics and Mathematics, Associate Professor, 2PhD in Physics and Mathematics, Professor, 3Postgraduate Student, 

4Postgraduate Student, Kaluga Branch of the Federal State Budget Educational Institution of Higher Professional Education “Bauman Moscow State Technical University (National Research University” (Kaluga Branch of Moscow State Technical University named after N. E. Bauman)

EJECTION AND INJECTION OF REAGENTS IN WATER TREATMENT TECHNOLOGIES

Abstract

A water treatment system provides for the introduction of various reagents into it. The main technological methods for introducing reagents into disinfected water are ejection and injection. This article analyzes both of these methods. A technique for calculating high-efficiency ejectors is developed. The laboratory and production tests carried out by the authors established the best proportions of the internal section longitudinal dimensions – they ensure the maximum effective value of the ejection coefficient.

Keywords: ejector, diffuser, mixing chamber, ejection coefficient, aeration, chlorination.

Питьевая вода, централизовано подаваемая населению, должна соответствовать СанПин 2.1.4.559-96. Такое качество воды достигается, как правило, использованием классической двухступенчатой схемы, представленной на рисунке 1. На первой ступни в очищаемую воду вводят коогулянты и флокулянты и затем, производится осветление в горизонтальных отстойниках и скорых фильтрах, на второй ступени перед подачей в РЧВ производится обеззараживание [1, С. 36–38], [2, С. 56–62].

Рис. 1 – Технологическая схема системы водоподготовки

 

Таким образом, в схеме предусмотрено введение в воду различных реагентов в виде газов (хлор, озон, аммиак, диоксид хлора), растворов гипохлорита, коагулянтов (сернокислый алюминий и/или гидроксохлорид алюминия), флокулянтов (ПАА, прайстол и феннопол). Чаще всего дозирование и подача этих реагентов производится методом инжекции или эжекции.

Инжекция – это ввод и распыление через форсунку (инжектор) растворов хлорной воды, гипохлорита, коагулянта (флокулянта) насосами под давлением.

Эжектор – «эжекционный насос» приводит в движение раствор реагента или газа путем разряжения среды. Разряжение создается движущимся с большей скоростью, рабочим (активным) потоком. Этот активный поток назавем эжектирующим, а приводимую в движение смесь эжектируемой (пассивной смесью). В камере смешения эжектора пассивная смесь передает энергию активному потоку, вследствие чего все их показатели, в том числе и скорости.

Широкое применение процесса эжектирования обосновывается следующими факторами: простотой устройства и его технического обслуживания; малым износом вследствии отсутствия трущихся деталей, что обусловливает длительный срок службы. Именно поэтому эжектирование применяется во многих сложных технических устройствах, таких как: химические реакторы; системы дегазации и аэрации; газотранспортных установках, сушки и вакуумировании; системах передачи теплоты; и, конечно, как сказано выше в ситемах водоподготовки и водоснабжения.

Ограничение в применении инжекторов в тех же системах связано с их малой производительностью, так как большая производительность требует мощных насосов-инжекторов, что приводит к существенному удорожанию системы, в то время как увеличение производительности эжекторами менее затратно. Так автоматические модульные станции водоподготовки, рассчитанные на снабжение питьевой водой небольших поселков, в подавляющем большинстве используют инжекцию. Типовая конструкция такой станции универсального типа представлена в [3], где на всех точках ввода реагентов в воду используется инжекция. Часто принимают и компромиссное решение (рис.2). На первом этапе эжекцией газообразного хлора в воду с использованием хлораторов в эжекторе 4 получают так называемую хлорную воду, которую затем (на втором этапе) инжектируют насосом 1 в водовод 2, где движется поток обрабатываемой воды.

 

Рис. 2 – Эжекция и инжекция газообразного хлора в воду

Рис. 3 – Схема ввода хлорной воды в процессе инжекции ее в водовод

Типовой инжекционный узел ввода хлорной воды в водовод 2 в таких случаях представлен на рис.3. Достоинством такой схемы является рациональное совмещение эжекции и инжекции, что позволяет благодаря насосу 1, необходимому для реализации инжекции, обеспечить высокую эжекционную производительность эжектора. Диаграммы выбора насоса 1 в таких схемах для эжектора с производительностью до 20 кг Сl/час представлены на рис. 4.

На рис. 5 представлена типовая конструкция эжектора, наиболее характерная для дозирования газового реагента (чаще всего хлора) в водовод. Эжектор состоит из линии подачи эжектирующего потока (воды) представляющей собой конусообразное сопло 1, которое соединяется с камерой смешения (рабочая камера) 2 и камерой смешения 4. В рабочую камеру 2 Подается эжектируемый газообразный хлор через устройство 3. Диффузор 5 подает хлорную воду в водовод [4, С. 15 – 18].

Рис. 4 – Диаграмма выбора насоса к эжектору 20кг Gl/час

Параметры такого эжектора являются исходными величинами, определяющими все основные рабочие параметры узлов ввода реагентов. Авторами разработана методика [5, С. 56–62] расчета высокопроизводительных хлораторов на основе, которой разработан и запатентован модельный ряд эжекторов различной производительности [6, C. 142].

Производительность и другие характеристики инжектора, который фактически является дозирующим насосом, зависят от общих технических характеристик собственно насоса и системы импульсного дозирования.

Основные же характеристики эжектора определяют конструктивные особенности его сечения, причем эти особенности настолько принципиальны, что без технических расчетов и экспериментальных проработок обеспечить эффективность работы эжектора практически невозможно. Поэтому целесообразно рассмотреть эти вопросы на примере эжекторов для дозирования газообразного хлора в воду.

Таким образом, действие эжектора основано на передаче кинетической энергии эжектируещего потока (активного потока) жидкости, обладающего большим запасом энергии, эжектируемому (пассивному) потоку, обладающему малым запасом энергии [7,], [8, С. 184]. Запишем уравнение Бернулли для идеальной жидкости в соответствии, с которым сумма удельной потенциальной энергии (статического напора) и удельной кинетической энергии (скоростного напора) постоянна и равна полному напору:

 

Рис. 5 – Эжектор для дозирования газообразного хлора в воду

 

Истекающая из сопла вода обладает большей скоростью (v2>v1), т. е. большим скоростным напором, поэтому  пьезометрический напор потока воды в рабочей камере 2  и в камере смешения уменьшается (p2<p1), это и приводит к подсосу газа (в нашем случае хлора) в камеру смешения. В камере происходит перемешивание рабочей и эжектируемой сред. В диффузоре 5 скорость смеси сред уменьшается, а статический напор увеличивается, благодаря которому жидкость подается в водовод по нагнетательному трубопроводу.

Отношение расхода эжектируемой жидкости (QЭ) к расходу рабочей жидкости (QP) называется коэффициентом подмешивания или эжекции – a.

Коэффициент эжекции, зависящий от параметров эжектора, лежит в довольно широких пределах от 0.5 до 2.0. Наиболее устойчивая работа водоструйного насоса наблюдается при a=1.

Коэффициентом напора эжекционного насоса ß назавем отношение полной геометрической высоты подъема (Н) эжектируемого потока жидкости в метрах – это давление на входе в эжектор к напору рабочего потока (h) в м – противодалению.

Важным параметром характерезующий эффективность работы эжектора и также зависящий от конструктивных параметров устройства является коэффициент полезного действия насоса. Как известно этот коэффициент равен отношению полезно затраченной мощности (H·QЭ·Y кГм/сек) к затраченной мощности (h·QP·Y кГм/сек), то есть

Таким образом, эффективность работы эжекционного насоса определяется произведением коэффициентов напора и эжекции. Лабораторные эксперименты на стенде проводились  для определения коэффициента напора эжекторов различной производительности. Полученная экспериментальная диаграмма эжектора изображена на рис.3. По данной диаграмме определяются параметры – давление на входе в эжектор, противодавление и расход эжектрующей жидкости, которые обеспечивают расход эжектируемого газа 20 кг/ч.

В соответствии с полученной методикой расчетов параметров эжектора определены основополагающие типоразмеры эжекторов модельного ряда хлораторов с производительностью по хлору от 0,01кг/час до 200 кг/час обеспечивающие максимальную эжекционную способность. Установлено, конфигурация внутреннего продольного сечения эжектора, необходимо учитывать следующие размеры сечения (рис.5): диаметр сопла D, длина рабочей камеры L, диаметр камеры смешения D1, длина камеры смешения L1, выходной диаметр диффузора D2, длина диффузора L2.

Получено экспериментальное подтверждение зависимости расхода хлора Q от расхода воды R. Кривая Q = f(R) аппроксимируется двумя прямыми пересечение которых, отделяет зону эффективной эжекции с высоким коэффициентом эжекции от зоны неэффективной. Очевидно, что дальнейший интерес представляет область эффективной эжекции, а конструкция внутреннего сечения эжектора должна быть такова, чтобы коэффициент эжекции в этой области был максимально возможным.

Область, в которой изменяется коэффициент эжекции, определяется геометрическим параметром эжектора m, равным отношению площади сечения камеры смешения F к площади сечения сопла F1:

m = F/F1,

Таким образом, этот параметр является основным, по которому рассчитывают все остальные основные размеры эжекционного насоса.

Анализ результатов, полученных из сопоставления экспериментальных результатыов с существующими аналитическими данными [5, С. 56 – 62] позволяет сделать следующие выводы. Наиболее эффективная эжекция насоса соответствует параметру m лежащему в диапазоне значений 1,5 – 2,0. В этом случае, определяемый по формуле диаметр камеры смешения D1 = D , при D = 7мм лежит в диапазоне 8,6 -10 мм.

Экспериментально установлена пропорция, связывающая все параметры, обозначенные на рис.5 L = 1,75D, L1 = 1,75D, L2= 7,75D. Эти соотношения обеспечивают максимальный коэффициент эжекции, который лежит в области максимально эффективной эжекции.

Таким образом, можем сделать вывод, что для достижения максимальной эжекции конструкция внутреннего продольного сечения и соотношения размеров должны соответствовать найденным соотношениям D1=1,25D, D2 = 2,5D, L = 1,75D, L1 =1,75D, L2 =7,75D

Сконструированный по данным соотношениям эжекционный насос создает оптимальные условия для передачи кинетической энергии эжектируещей жидкости поступающей на вход насоса под большим давлением, определяемым по диаграмме, эжектируемому газу подаваемому в камеру смешения с меньшим скоростным напором и меньшим запасом энергии и обеспечивает максимальное подсасывание газа.

Список литературы / References

  1. А. Б. Кожевников. Современная автоматизация реагентных технологий водоподготовки / А. Б. Кожевников, О. П. Петросян // Стройпрофиль. – 2007. – № 2. – С. 36 – 38.
  2. Бахир В. М. К проблеме поиска путей повышения промышленной и экологической безопасности объектов водоподготовки и водоотведения ЖКХ / Бахир В. М. // Водоснабжение и канализация. – 2009. – № 1. – С. 56 – 62.
  3. Пат. 139649 Российская Федерация, МПК C02F Автоматическая модульная станция водоподготовки с системой розлива и продажи питьевой воды улучшенного вкусового качества / Кожевников А. Б. Петросян А. О., Парамонов С. С.; опубл. 20.04.2014.
  4. А. Б. Кожевников. Современное оборудование хлораторных станций водоподготовки / А. Б. Кожевников, О. П. Петросян // ЖКХ. – 2006. – № 9. – С. 15 – 18.
  5. Бахир В. М. К проблеме поиска путей повышения промышленной и экологической безопасности объектов водоподготовки и водоотведения ЖКХ / Бахир В. М. // Водоснабжение и канализация. – 2009. – № 1. – С. 56 – 62.
  6. А. Б. Кожевников, О. П. Петросян. Эжекция и сушка материалов в режиме пневмотранспорта. – М: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. – 2010. – C. 142.
  7. Пат. 2367508 Российская Федерация, МПК C02F Эжектор для дозирования газообразного хлора в воду / А. Б. Кожевников, О. П. Петросян.; опубл. 20.09.2009.
  8. А. С. Волков, А. А. Волокитенков. Бурение скважин с обратной циркуляцией промывочной жидкости. – М: Изд-во Недра. – 1970. – С. 184.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. А. B. Kozhevnikov. Sovremennaja avtomatizacija reagentnyh tehnologij vodopodgotovki [Modern automation of reagent technologies of water treatment] / A. B. Kozhevnikov, O. P. Petrosjan // Strojprofil’ [Stroyprofile]. – 2007. – № 2. – P. 36 – 38. [in Russian]
  2. Bahir V. M. K probleme poiska putej povyshenija promyshlennoj i jekologicheskoj bezopasnosti ob#ektov vodopodgotovki i vodootvedenija ZhKH [To the problem of finding ways to improve the industrial and environmental safety of water treatment and disposal facilities] / Bahir V. M. // Vodosnabzhenie i kanalizacija [Water supply and sewerage]. – № 1. – Р. 56 – 62. [in Russian]
  3. 139649 Russian Federation, MPK C02F9. Avtomaticheskaja modul’naja stancija vodopodgotovki s sistemoj rozliva i prodazhi pit’evoj vody uluchshennogo vkusovogo kachestva [Automatic modular water treatment station with a system for bottling and selling drinking water of improved taste] / A. B. Kozhevnikov, A. O. Petrosjan, S. S. Paramonov.; Publ. 20.04.2014.
  4. B. Kozhevnikov. Sovremennoe oborudovanie hloratornyh stancij vodopodgotovki [Modern equipment of chlorination stations of water treatment] / A. B. Kozhevnikov. // ZhKH [Housing and communal services]. – 2006. – № 9. – P. 15 – 18. [in Russian]
  5. Bahir V. M. K probleme poiska putej povyshenija promyshlennoj i jekologicheskoj bezopasnosti ob#ektov vodopodgotovki i vodootvedenija ZhKH [To the problem of finding ways to improve the industrial and environmental safety of water treatment and disposal facilities]. / Bahir V. M. // Vodosnabzhenie i kanalizacija [Water supply and sewerage]. – 2009. – № 1. – P. 56 – 62. [in Russian]
  6. Kozhevnikov, O. P. Petrosjan. Jezhekcija i sushka materialov v rezhime pnevmotransporta [Ejection and drying of materials in pneumatic transport mode]. M: Izd-vo MGTU im. N. Je. Baumana [Publishing house Moscow State Technical University named after N. Bauman Kaluga Branch]. – 2010. – P. 142. [in Russian]
  7. 2367508 Russian Federation, MPK C02F9. Jezhektor dlja dozirovanija gazoobraznogo hlora v vodu [Ejector for dosing chlorine gas into water] / A. B. Kozhevnikov, A. O. Petrosjan; Publ. 20.09.2009.
  8. Volkov, A. A. Volokitenkov. Burenie skvazhin s obratnoj cirkuljaciej promyvochnoj zhidkosti [Drilling of wells with back circulation of washing liquid]. M: Izd-vo Nedra [Publishing house Bosom]. – 1970. – P.184. [in Russian]

принцип работы и устройство эжекторного насоса

Эжектор – что это такое? Данный вопрос часто возникает у владельцев загородных домов и дач в процессе обустройства автономной системы водоснабжения. Источником поступления воды в такую систему, как правило, является предварительно пробуренная скважина или колодец, жидкость из которых необходимо не только поднять на поверхность, но и транспортировать по трубопроводу. Для решения таких задач используется целый технический комплекс, состоящий из насоса, набора датчиков, фильтров и водяного эжектора, устанавливаемого в том случае, если жидкость из источника необходимо откачивать с глубины, превышающей десять метров.

Эжектор водоструйный с фланцевыми соединениями

В каких случаях нужен эжектор

Прежде чем разбираться с вопросом о том, что такое эжектор, следует выяснить, для чего нужна насосная станция, оснащенная им. По сути, эжектор (или эжекторный насос) представляет собой устройство, в котором энергия движения одной среды, перемещающейся с высокой скоростью, передается другой среде. Таким образом, у эжекторной насосной станции принцип работы основан на законе Бернулли: если в сужающемся сечении трубопровода создается пониженное давление одной среды, это вызовет подсос в формируемый поток другой среды и ее перенос от места всасывания.

Всем хорошо известно: чем больше глубина источника, тем тяжелее поднять воду из него на поверхность. Как правило, если глубина источника составляет более семи метров, то обычный поверхностный насос уже с трудом выполняет свои функции. Конечно, для решения такой проблемы можно применить более производительный погружной насос, но лучше пойти другим путем и приобрести эжектор для насосной станции поверхностного типа, значительно улучшив характеристики используемого оборудования.

Внешний эжектор, подготовленный для погружения в скважину

За счет применения насосной станции с эжектором увеличивается напор жидкости в основном трубопроводе, при этом используется энергия быстрого потока жидкой среды, протекающей по его отдельному ответвлению. Эжекторы, как правило, работают в комплекте с насосами струйного типа – водоструйными, жидкостно-ртутными, парортутными и паромасляными.

Особенно актуальным эжектор для насосной станции является в том случае, если надо увеличить мощность уже установленной или планируемой к установке станции с поверхностным насосом. В таких случаях эжекторная установка позволяет увеличить глубину забора воды из резервуара до 20–40 метров.

Обзор и работа насосной станции с внешним эжектором

Виды эжекторных устройств

По своему конструктивному исполнению и принципу действия эжекторные насосы могут относиться к одной из следующих категорий.

Паровые

При помощи таких эжекторных устройств из замкнутых пространств откачиваются газовые среды, а также поддерживается разреженное состояние воздуха. Работающие по такому принципу устройства имеют широкую область применения.

Паровой эжектор для турбины с маслоохладителем

Пароструйные

В таких устройствах для отсасывания газообразных или жидких сред из замкнутого пространства используется энергия струи пара. Принцип работы эжектора данного типа заключается в том, что пар, вылетающий из сопла установки с большой скоростью, увлекает за собой транспортируемую среду, выходящую через кольцевой канал, расположенный вокруг сопла. Эжекторные насосные станции данного типа применяются преимущественно для быстрого откачивания воды из помещений судов различного назначения.

Установка подогрева воды с помощью пароструйного эжектора

Газовые

Станции с эжектором данного типа, принцип действия которых основан на том, что сжатие газовой среды, изначально находящейся под низким давлением, происходит за счет высоконапорных газов, используются в газовой промышленности. Описанный процесс протекает в камере смешения, откуда поток перекачиваемой среды направляется в диффузор, где происходит его торможение, а значит, рост давления.

Воздушный (газовый) эжектор для химической, энергетической, газовой и других отраслей промышленности

Конструктивные особенности и принцип действия

Элементами конструкции выносного эжектора для насоса являются:

  • камера, в которую всасывается перекачиваемая среда;
  • смесительный узел;
  • диффузор;
  • сопло, поперечное сечение которого сужается.

Устройство выносного эжектора

Как работает любой эжектор? Как сказано выше, функционирует такое устройство по принципу Бернулли: если скорость движения потока жидкой или газовой среды увеличивается, то вокруг него формируется область, характеризующаяся низким давлением, что способствует возникновению эффекта разрежения.

Если правильно подобрать форму трубы и скорость потока, то в отвод, расположенный в суженной части, будет засасываться воздух или жидкость

Итак, принцип работы насосной станции, оснащенной эжекторным устройством, заключается в следующем:

  • Жидкая среда, которую перекачивает эжекторная установка, поступает в последнюю через сопло, поперечное сечение которого меньше, чем диаметр входной магистрали.
  • Проходя в камеру смесителя через сопло с уменьшающимся диаметром, поток жидкой среды приобретает заметное ускорение, что способствует формированию в такой камере области с пониженным давлением.
  • За счет возникновения в смесителе эжектора эффекта разрежения в камеру всасывается жидкая среда, находящаяся под более высоким давлением.

Если вы решили оснастить насосную станцию таким устройством, как эжектор, имейте в виду, что перекачиваемая жидкая среда поступает в него не из скважины или колодца, а от насоса. Сам эжектор при этом располагается таким образом, чтобы часть жидкости, которая была откачана из скважины или колодца посредством насоса, возвращалась в камеру смесителя через сужающееся сопло. Кинетическая энергия потока жидкости, поступающей в камеру смесителя эжектора через его сопло, передается массе жидкой среды, всасываемой насосом из скважины или колодца, обеспечивая тем самым постоянное ускорение ее движения по входной магистрали. Часть потока жидкости, которую откачивает насосная станция с эжектором, поступает в рециркуляционную трубу, а остальная – в обслуживаемую такой станцией водопроводную систему.

Подключение насоса с внешним эжектором

Разобравшись с тем, как работает насосная станция, оснащенная эжектором, вы поймете, что ей требуется меньше энергии для того, чтобы поднять воду на поверхность и транспортировать ее по трубопроводу. Таким образом, не только повышается эффективность использования насосного оборудования, но и увеличивается глубина, с которой может быть произведено откачивание жидкой среды. Кроме того, при использовании эжектора, всасывающего жидкость самостоятельно, насос защищен от работы вхолостую.

Устройство насосной станции с эжектором предусматривает наличие в ее оснащении крана, устанавливаемого на рециркуляционной трубе. При помощи такого крана, который регулирует поток жидкости, поступающей к соплу эжектора, можно управлять работой данного устройства.

Виды эжекторов по месту установки

Приобретая эжектор для оснащения насосной станции, имейте в виду, что такое устройство может быть встроенным и внешним. Устройство и принцип работы эжекторов двух этих типов практически ничем не отличаются, различия состоят лишь в месте их установки. Эжекторы встроенного типа могут помещаться во внутреннюю часть корпуса насоса, либо монтироваться в непосредственной близости от него. Эжекционный насос встроенного типа отличает ряд достоинств, к которым следует отнести:

  • минимум места, необходимого для установки;
  • хорошая защищенность эжектора от загрязнений;
  • отсутствие необходимости в установке дополнительных фильтров, защищающих эжектор от нерастворимых включений, содержащихся в перекачиваемой жидкости.

Центробежный насос с встроенным эжектором

Между тем следует иметь в виду, что высокую эффективность эжекторы встроенного типа демонстрируют в том случае, если их используют для откачивания воды из источников небольшой глубины – до 10 метров. Еще одним значимым недостатком насосных станций с эжекторами встроенного типа является то, что они издают достаточно сильный шум при своей работе, поэтому располагать их рекомендуется в отдельном помещении или в кессоне водоносной скважины. Следует также иметь в виду, что устройство эжектора данного типа предполагает использование более мощного электродвигателя, приводящего в действие и саму насосную установку.

Выносной (или внешний) эжектор, как следует из его названия, устанавливается на определенном расстоянии от насоса, причем оно может быть довольно большим и доходить до пятидесяти метров. Эжекторы выносного типа, как правило, размещают непосредственно в скважине и подключают к системе посредством рециркуляционной трубы. Насосная станция с выносным эжектором также требует использования отдельного накопительного бака. Этот бак необходим для того, чтобы обеспечивать постоянное наличие воды для рециркуляции. Наличие такого бака, кроме того, позволяет снизить нагрузку, приходящуюся на насос с выносным эжектором, и уменьшить количество энергии, необходимой для его функционирования.

Насос с внешним эжектором

Использование эжекторов выносного типа, эффективность которых несколько ниже, чем у встраиваемых устройств, позволяет осуществлять откачивание жидкой среды из скважин значительной глубины. Кроме того, если сделать насосную станцию с внешним эжектором, то ее можно не размещать в непосредственной близости от скважины, а смонтировать на расстоянии от источника водозабора, которое может составлять от 20 до 40 метров. При этом важно, что расположение насосного оборудования на таком значительном расстоянии от скважины не отразится на эффективности его работы.

Изготовление эжектора и его подключение к насосному оборудованию

Разобравшись в том, что же такое эжектор и изучив принцип его действия, вы поймете, что изготовить это несложное устройство можно и своими руками. Зачем изготавливать эжектор своими руками, если его без особых проблем можно приобрести? Все дело в экономии. Найти чертежи, по которым можно самостоятельно сделать такое устройство, не представляет особых проблем, а для его изготовления вам не потребуются дорогостоящие расходные материалы и сложное оборудование.

Как сделать эжектор и подключить его к насосу? Для этой цели вам необходимо подготовить следующие комплектующие:

  • тройник с внутренней резьбой;
  • штуцер;
  • муфты, колена и другие фитинговые элементы.

Комплектующие для самодельного эжектора

Изготовление эжектора осуществляется по следующему алгоритму.

  1. В нижнюю часть тройника вкручивают штуцер, причем делают это так, чтобы узкий патрубок последнего оказался внутри тройника, но при этом не выступал с его обратной стороны. Расстояние от торца узкого патрубка штуцера до верхнего торца тройника должно составлять порядка двух-трех миллиметров. Если штуцер чересчур длинный, то торец его узкого патрубка стачивают, если короткий, то наращивают при помощи полимерной трубки.
  2. В верхнюю часть тройника, которая будет соединяться с всасывающей магистралью насоса, вкручивают переходник с наружной резьбой.
  3. В нижнюю часть тройника с уже установленным штуцером вкручивают отвод в виде уголка, который будет соединяться с рециркуляционной трубой эжектора.
  4. В боковой патрубок тройника также вкручивают отвод в виде уголка, к которому посредством цангового зажима присоединяют трубу, подающую воду из скважины.

Самодельный эжектор в сборе

Все резьбовые соединения, выполняемые при изготовлении самодельного эжектора, должны быть герметичными, что обеспечивается применением ФУМ-ленты. На трубе, по которой будет осуществляться забор воды из источника, следует разместить обратный затвор и сетчатый фильтр, который защитит эжектор от засорения. В качестве труб, при помощи которых эжектор будет подключаться к насосу и накопительному баку, обеспечивающему рециркуляцию воды в системе, можно выбрать изделия как из металлопластика, так и из полиэтилена. Во втором варианте для монтажа нужны не цанговые зажимы, а специальные обжимные элементы.

После того как все требуемые соединения выполнены, самодельный эжектор помещают в скважину, а всю трубопроводную систему заполняют водой. Только после этого можно осуществить первый пуск насосной станции.

Эжектор теория — Справочник химика 21

    Общая теория эжекции подробно разработана в трудах К. К. Баулина, С. Е. Бутакова, П. Н. Каменева и основные ее выводы не изменяются в любых частных случаях использования эжекторов. Однако специфические условия эжекции при повышенных давлениях, и в особенности при изменении агрегатного состояния эжектирующего агента, вносят поправки в методику расчета. [c.6]

    Расчет паровоздушных эжекторов глубокого вакуума по теории П. Н. Каменева [c.138]


    В части 1 рассмотрена теория одномерных газовых течений, на которой б зируются методы расчета реактивных двигателей, лопаточных машин, эжекторов, аэродинамических труб и испытательных стендов. Изложены теория пограничного слоя и теория струй, лежащие в основе определения сопротивления трения, полей скорости и температуры в соплах, диффузорах, камерах сгорания, эжекторах и т. п. [c.2]

    Васильев Ю. Н. Теория сверхзвукового эжектора с цилиндрической камерой смешения Ц Лопаточные машины и струйные аппараты, вып. 2.— М. Машиностроение, 1967. [c.519]

    Можно получить, однако, ряд полезных результатов, основываясь на решении уравнений одномерной газовой динамики. Одномерные представления широко используются при расчете реактивных двигателей, лопаточных машин, эжекторов, аэродинамических труб и испытательных стендов. Одномерная теория нереагирующих газов подробно изложена в монографиях [382—388]. [c.124]

    Методика расчета эжектора излагается по работам проф. Е. Я. Соколова. Многочисленные эксперименты, проведенные Е. Я. Соколовым и его сотрудниками во Всесоюзном теплотехническом институте, им. Ф. Э. Дзержинского, а также обобщение опытных результатов, полученных другими исследователями, полностью подтвердили эту теорию. [c.16]

    Темпов В. К- Основы теории жидкостных эжекторов. Челябинск Челябинск. политехи, ии-т, 1971. 89 о. [c.275]

    В верхней части номограммы № 1 [13] в координатах С АР зависимость расхода газа через ФП от перепада давления на фильтрующей перегородке изображена прямыми наклонными линиями. С другой стороны, количество поступающего газа зависит от работы эжектора. Из теории струйных насосов известно, что максимальный коэффициент эжекции (С/тах) достигается в отсутствии гидравлического сопротивления носле эжектора (при АРр = 0)  [c.670]

    Расчету струйных аппаратов посвящены работы многих авторов. Ниже приводятся теория и метод расчета эжекторов, разработанные проф. П. Н. Каменевым. [c.45]

    В книге обобщены и систематизированы результаты работы авторов во Всесоюзном научно-исследовательском институте металлургической теплотехники (ВНИИМТ) по теории, расчету и конструированию паро- и газоструйных эжекторов, а также материалы, опубликованные в отечественной и зарубежной литературе. Разработанный метод расчета проверен на промышленных установках. Полученные экспериментальные данные позволяют правильно выбрать конструкцию проточной части аппаратов этого типа. Так как любая вакуумная система помимо насоса включает вакуум-провод и откачиваемый объем, то в книге рассмотрены режимы течения газа, методы расчета простейшей вакуумной системы с пароэжекторными насосами и способы измерения вакуума.[c.4]


    Анализ расходных характеристик будем проводить с использованием теории газовых эжекторов для схемы, изображенной на рис.5.1. [c.163]

    Глава 6. ОСНОВЫ ТЕОРИИ и РАСЧЕТА ПЕНОГЕНЕРАТОРОВ С ГАЗОЖИДКОСТНЫМ ЭЖЕКТОРОМ [c.174]

    В последние годы как за рубежом, так и в СССР при аппаратурном оформлении массообменных процессов начинают применять струйные аппараты (инжекторы, эжекторы). Известные до настоящего времени теории жидкостно-газовой инжекции (эжекции) не затрагивают механизм взаимодействия потоков рабочей жидкости и засасываемого газа. [c.138]

    В камере всасывания вышедшая с большой скоростью струя рабочего пара (обычно более 1000 м/сек) встречает частицы холодного пара, имеющие сравнительно с рабочим паром незначительную скорость, и увлекает их. Механизм увлечения холодного пара в эжекторе еще недостаточно изучен. В свете современной теории турбулентного течения свободных струй жидкостей и газов процесс увлечения представляется как результат передачи импульса от выносимых за пределы струи частиц рабочего пара к частицам окружающей среды (холодного пара) с которыми они входят в соприкосновение в пограничном слое. Получая импульс, частицы холодного пара приобретают большую скорость и присоединяются к струе. В результате обмена импульсами между струей рабочего пара и окружающим ее холодным паром средняя скорость струи падает. В диффузоре, в суживающейся его части, называемой также камерой смешения, процесс смешивания рабочего и холодного пара заканчивается и начинается процесс повышения давления за счет дальнейшего уменьшения скорости потока, уже включающего рабочий и холодный лар. [c.14]

    Расширение использования струйных аппаратов, а также развитие теории их заставило обратить внимание на использование эжекторов в холодильном цикле с различными холодильными агентами. [c.21]

    Состояние теории и расчета эжекторов не позволяют еще построить достаточно достоверные характеристики эжектора при работе на переменных режимах, т. е. при изменении тех или иных параметров. Однако многочисленные экспериментальные работы по исследованию пароструйных аппаратов [9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и 16] дают представление о работе эжекторов при переменных режимах.[c.81]

    Дальнейшая задача теории заключается в установлении связей между параметрами торможения газов, поступающих в эжектор, и параметрами смеси, выходящей из эжектора. Мы рассмотрим случай газов, имеющих одинаковый химический состав, но имеющих различные температуры торможения Т о, и Т , которым соответствуют различные значения критической скорости а 1 и а. Температура торможения смеси Тд должна быть определена из уравнения энергии (9). [c.10]

    Обработка материалов эксперимента включа. а )асчет расходов и давлений по записям показаний приборов н вычисление обобщенных параметров эжектора, по которых производился анализ работы эжектора и сравнение с теорией. [c.25]

    Исследования эжекторов с другими соплами и камерами смешения (фиг. 13, 14 и 15) подтверждают результат, полученный в первой серии экспериментов с увеличением отношения давлений р уменьшается наибольшая величина скорости подсасывания газа низкого давления, которая может быть получена в данном эжекторе. Этот результат находится в полном качественном согласии с теорией, изложенной в этой работе. Количественные сравнения будут даны ниже, при рассмотрении критических коэ-фициентов эжекции. [c.26]

    Результаты обработки в обобщенных параметрах показывают, что теория правильно отражает поведение эжектора на режимах, соответствующих Хд[c.28]

    Сравнение экспериментальных точек и теоретической кривой показывает, что предложенная в этой работе теория хорошо отражает сущность явлений, происходящих в газовом эжекторе, и может служить надежной основой для расчета эжектора, включая расчет его критических режимов. [c.28]

    Б связи с указаниями авторов настоящей работы на то, что в теории, данной в работе (1), не выполнено уравнение количества движения, были даны две приближенные теории критических режимов эжектора—теория Г. И. Таганова теория Ю. Н. Васильева, в которых уравнение количества движения уже выполняется. Г. И. Таганов дал приближенную теорию критического режима эжектора [3], приняв линейный закон изменения приведенного расхода по сечению 5 сверхзвуковой струи, коэффициент наклона которого определялся из уравнения количества движения. В своей приближенной теории Ю. Н. Васильев предположил, что на границе струй в сечении 5 давление меняется скачком. и остается постоянным по всему сечению сверхзвуковой струи величина этого скачка определялась также из уравнения количества движения. Обе эти приближенные теории следует признать существенными из-.эа их простоты, однако их общим недостатком является тот факт, что они не дают различия между случаями плоского и осесимметрического эжектора, а также между осесимметрическим эжектором с центральной струей высоконапорного газа и осесимметрическим эжекто )ом с центральной струей низконапорного газа, хо я это различие, повидимому, может быть существенным. [c.41]


    В приложении к задачам расчета вентиляционных установок излагается теория свободных струй. Изложены основы теории расчета кольцевых отсосов для гальванических и соляных ванн. Рассматриваются основы расчета паровых и пневматических эжекторов вентиляционных установок и аэродинамиче- ские основы расчета воздуховодов.[c.2]

    Бутаков С. Е. Испытание эжекторов низкого давления и уточнение их теории. Сб. Промышленная вентиляция , № 4, СИОТ ВЦСПС, М.—Свердловск, Гос. научное изд-во черной и цветной металлургии, 1961. [c.189]

    В четвертое издание книгп внесены небольшие исправления и добавления, относящиеся главным образом к главам, посвященным теории пограничного слоя, течениям газа в соплах и диффузорах, теории газовых эжекторов, газодинамике крыла и решетки крыльев и магнитной гидрогазодинампке. [c.8]

    Вместе с тем многие вопросы, нанример определение соиро-тивления трения и нолей скорости п температуры, построение картины течения в камере сгорания, эжекторе и сверхзвуковом диффузоре, выяснение силового и теплового воздействия выхлопной струи реактивного двигателя на органы управления и другие части летательного аппарата, а также на стенки испытательного стенда и т. п., пе могут быть разрешены без привлечения дифференциальных уравнений гидрогазодинамики или уравнений пограничного слоя. . В связи с этим в кннге значительное внимание уделено основам гидродинамики, теории пограничного слоя и теории струй. [c.9]

    Ряд важных вопросов (теория сверхзвуковых сопел, диффузоров, эжекторов и решеток крыльев, иоиользованне газодинамических функцнй и др.) в новом издании излагается более обстоятельно, чем прежде. Появление специальных учебников и [c.9]

    Вопросу выбора необходимой длины цилиндрической камеры смешения, в случае центрального расположения эжектирующего сопла, посвяш ено небольшое число работ, носяш пх, в основном, эмпирический характер. Предлагаемый в некоторых из них анализ нроцесса смешения в смесительной камере эжектора нам кажется физически недостаточно последовательным. Наиболее правдоподобной, по нашему мнению, является подмеченная Г. Н. Абрамовичем [1] аналогия между деформацией поля скоростей в свободной турбулентной струе и в камере смешения эжектора, выражающаяся в сохранении свойства аффинности полей скоростей. Известно, что свойство аффинности полей скоростей вообще характерно для турбулентного пограничного слоя. Это, естественно, приводит к мысли о возможности аппроксимации опытных данных соответствующими соотношениями из теории турбулентных струй. Хотя автор [1] и рассуждает подобным образом, однако для расчета длины камеры смешения он пользуется все же эмпирически подобранными численными соотношениями. В то же время, используя строгое решение уравнений для турбулентной затопленной симметричной струи несжимаемой жидкости [2] [c.254]

    Расчет эжекционных смесителей. Расчет эжекционных смесителей основан на теории эжекции, разработанной для наро-воздуш-ных эжекторов и водоструйных насосов 44-47 f ppj окислительном пиролизе в отличие от полного горения эффективность эжекции должна быть незначигельной исходные метан и кислород поступают в смеситель под давлением и смешиваются в основном за счет своей кинетической энергии, поэтому явление собственно эжекции играет небольшую роль.[c.306]

    В книге рассмотрены теория и расчет парогазоструйных эжекторов. Приведены эксплуатационные характеристики одно- и многоступенчатых струйных насосов, а также реко.мендация по их рациональному конструированию. Описаны режимы течения газа в вакуумных системах и методы измерения вакуума. Изложены основы расчета вакуумных систем с пароэжекторными насосами. [c.2]

    В настоящее время существуют три направления в расчете пароструйных эжекторов. Одно из них основано на раздельном рассмотрении процессов расширения, смешения и сжатия с детальной количественной оценкой потерь на каждом этапе. Для описания происходящих процессов используют обычные термодиЕ. амические зависимости истечения газов и паров. Такая теория впервые изложена Каула и Робинзоном применительно к эжекторал конденсационных установок паровых турбин. Ряд ценных дополнений к ней затем был сделан А. А. Радцигом и М. И. Яновским. В дальнейшем теория была развита и система- [c. 36]

    ТОЧНОЙ части эжектора благодаря введению дополнительного сопротивления. При таком способе регулирования зжекции горелка должна быть рассчитана так, чтобы при полном открытии регулировочной шайбы (или соответствующей заслонки) подсос воздуха был на 15 20% больше, чем это необходимо для полного сжигания газа. Нормальная работа горелки при этом условии обычно имеет место при частичном дросселировании эжектируемого потока. Как следует из теории струйных аппаратов, при величинах коэффициента эжекции, соответствующих средней и высокой теплотворной способности газа, можно считать, что> [c.446]

    Г азовые эжекторы находят широкое и разнообразное применение в различных технических устройствах и вопросы, связанные с их теорией и расчетом, хорошо изучены и подробно разработаны [ 1 ]. Те или иные особенности расчета связаны с конкретным назначением эжектора и зависят от способа задания исходных данных и потребных выходных параметров. Ниже приводятся основные зависимости, необходимые для расчета газового эжектора применительно к пенопроизводящим устройствам и рекомендации по конструированию эжекторных генераторов пены.[c.154]

    Изложенные ниже основы расчета пеногенератора с двухступенчатым газожидкостным эжектором базируются в основном на теории двухфазных течений, развитой в трудах Ю.Н.Васильева, М.Е.Дейча, Г.А.Фллиппова, и учитывают специфические особенности работы эжектора, связанные с процессом пенообразования. Примем следующие индексы обозначения компонентов смеси пж — двухфазная парожидкостная смесь сжиженного газа сж — жидкая фаза сжиженного газа в двухфазной смеси п — паровая фаза в двухфазной смеси ж — пенообразующая жидкость  [c.186]

    Васильев Ю.Н. Теория двухфазного газожидкостного эжектора с шшиндрической камерой смешения. — В сб. Лопаточные машины и струйные аппараты, вып.5. — М. Машиностроение, 1971, с.175…261. ил. [c.218]

    Первые четыре работы сборника посвящены исследованию критического режима звукового эжектора. В работе М. Д. Миллионщикова и Г. М. Рябинкова Газовые эжекторы больших скоростей приведены результаты экспериментов, при которых был обнаружен этот предельный режим, и предложен приближенный метод расчета параметров критического режима звукового эжектора с цилиндрической камерой смешения. В последующих работах Г. И. Таганова и И. И. Межирова, К теории критического режима газового эжектора , А. А. Никольского и В. И. Шустова Критические режимы газового эжектора больших перепадов давления и Ю. Н. Васильева, К теории газового эжектора дано существенное уточнение теории критического режима, позволившее надежно определять основные параметры газового эжектора с цилиндрической камерой смешения расчетным путем. [c.3]

    В настоящей работе излагаются метод расчета газовых зжекторов и результаты экспериментального исследования, которое было выполнено на опытном эжекторе, работавшем на естественном горючем газе с ратовскою газового месторождения. Термодинамические свойства 9ТОГО газа определяются его основной составляющей—метаном. Экспериментальные возможности, которые допускали изменение в широких пределах расходов п давления газов при неограниченной допустимой продолжительности эксперимента, были использованы для детального изучения ряда принципиальных вопросов теории и расчета, имеющих основное значение для всех применений газовых эжекторов.[c.5]

    Задачей теории является обоснование рациональных соотношений осноеных размеров эжектора и условий его работьу)беспечивающих. шбо ианвысшеезначениепри задан- [c.5]

    Для сравнения опытных данных с теорией удобно пользоваться обобщенными параметрами, построение по которым должно приводить к одной обобш.енной характеристике для различных эжекторов и для различных величин р . [c.26]

    Из теории эжектора следует, что дли эжектора больших скоростей можно с б()льшой точностью считать, что L равно коэфициенту Уд восстановления давления в диффузоре. Известно, что величина д записит от X», от числа Рейнольдса и степени равномерности потока, входя1л,его в диффузор. [c.26]


Ускорители частиц в теме 11 класса «ядерная физика».

   Поздняк Н.И.  СПб ГБОУ 517          

                        Ускорители частиц

   Назначение ускорителей получение максимального потока определенных частиц с определенной энергией.  

   Принцип работы любого ускорителя включают этап формирования пучка микрочастиц; этап ввода частиц (инжекция) в камеру ускорителя; этап электромагнитного ускорения и этап вывода на мишень.

   Этап инжекции заключается в том, что сначала надо получить заряженные микрочастицы. Для этого чистый водород или инертный газ ионизируют, пропуская их сквозь раскаленную вольфрамовую спираль, или через участок электрического разряда. В результате получим протоны и ионы с необходимыми параметрами пучка: начальная энергия, плотность потока, угол разлета.

    Принципиально все ускорители частиц делятся на линейные и циклические. Линейные ускорители увеличивают скорость и энергию частиц путем постепенного увеличения напряжения между участками на всем протяжении вакуумной линии ускорения.            Циклические ускорители кроме электрического поля используют сильные магнитные поля для получения круговой или спиральной траектории частиц, которые ускоряются в вакуумной тороидальной камере.  

   Помимо различий в техническом исполнении ускорители делятся по назначению: промышленного использования,    медицинского      и исследовательского назначения.    Исследование строения и свойств вещества на атомном и субатомном уровне требует концентрации энергии, поэтому методы исследования микромира относятся к области физики высоких энергий. Реально, частицы высоких энергий можно получить только в двух вариантах: космические лучи и с помощью ускорителей. Космические лучи интересны с двух сторон: сверх высокие энергии, недостижимые современной техникой ускорения и возможность получить информацию о событиях в дальнем космосе посредством изучения потоков элементарных частиц и ядер химических элементов. 

   На сегодняшний день имеется большой перечень ускорителей, работающих на разнообразных принципах и инженерного исполнения. Это – линейные и электростатические ускорители (генератор Ван-де-Граафа), циклотрон, синхротрон, синхрофазотрон, микротрон, фазотрон, бетатрон, коллайдер. С помощью ускорителей стало возможным получать пучки заряженных частиц: электроны, позитроны, протоны, антипротоны, антинейтроны, альфа частицы, дейтроны, ионы многих элементов, трансурановые элементы и антиатомы.     В основном все ускорители содержат следующие узлы: вакуумная камера, источник микрочастиц, система инжекции (входа) и система эжекции (вывода) частиц из камеры, генераторы электрического и электромагнитного полей, система магнитов для искривления траектории частиц, система фокусировки, чтобы частицы не сталкивались со стенкой камеры. Так как ускорители являются источником радиоактивного излучения, то все они защищаются соответствующей системой пассивной и активной защиты. Очень мощные ускорители с энергией десятки и сотни ГэВ устанавливают ниже уровня поверхности земли. 

   Линейные ускорители делятся на: ускорители с постоянным электрическим полем; резонансные и индукционные в котором кольцеобразное импульсное магнитное поле создает э.д.с. индукции.

   Электростатический генератор (генератор Ван-де-Граафа 1931 г. ) используется в высоковольтных линейных ускорителях и других технических устройствах. Электростатический генератор представляет собой накопитель электрического заряда в форме металлической полусферы, на который отдельными порциями переносится заряд, полученный механическим трением.  На рис.1 схема генератора Ван-де-Граафа.

  Рис. 1. Схема генератора Ван-де-Граафа. 

   Зная заряд в единицу времени переносимый лентой можно вычислить зарядный ток: I = q/t = σlv, где σ – поверхностная плотность зарядов, l – ширина транспортерной ленты, v – скорость движения ленты около 10 м/с. Процесс электризации ленты ограничивается поверхностным разрядом и составляет величину около 4*10-5 Кл/м2, тогда ток заряда имеет величину около 1 мА. После модернизации конструкции электростатического генератора в плане повышения пробивного напряжения сжатого газа в замкнутом объеме генератора и наличия нескольких секций удалось повысить напряжение генератора до 20 МВ. 

   Резонансный линейный ускоритель представляет собой вакуумную трубу, по оси которой расположено несколько дрейфовых трубок. На рис. 2 схема расположения дрейфовых трубок ускорителя.

  

  Рис. 2 Схема линейного ускорителя.

   Переменное высокочастотное электрическое поле подается на дрейфовые трубки в промежутках которых происходит ускорение частиц, когда направление скорости частица совпадает по фазе с направлением действия силы Лоренца. Таким образом, положительная составляющая поля приходится на ускоряющий промежуток, а отрицательная на дрейфовую трубку, которая является экраном для поля, и, следовательно, частица не тормозится пока движется внутри трубки.  По мере возрастания скорости частицы время пролета зазора уменьшается и тогда наступает дефокусировка пучка частиц, которую можно ослабить или сеткой на входе дрейфовой трубки, или установки квадрупольной линзы, магнитное поле которой направлена к центру оси камеры, тем самым, сжимает пучок частиц. На рис.3 схема квадрупольной линзы.  

   Рис. 3 Схема действия квадрупольной линзы. F – сила Лоренца      Преимущество     рассмотренного   ускорителя отсутствие громоздких магнитных систем, простата ввода и вывода пучка частиц, а также высокая плотность пучка. Сложности с фокусировкой ограничивают пределы ускорения до 200 МэВ, поэтому эти резонансные ускорители чаще применяют в качестве инжекторов для более мощных ускорителей. 

В другом варианте резонансного линейного ускорителя в качестве ускоряющей системы используется дифрагированный волновод с бегущей

волной рис.4.  Рис. 4 Схема дафрагированного волновода.

1. Инжектор. 2. Ускоряющая стстема

позволяющей получить энергию электронов до 20 ГэВ. В ускоряющей системе волновода на частицу действует бегущая волна. Чтобы согласовать фазовые скорости волны и частицы, у которой скорость ниже, то на пути волны устанавливают диафрагмы с центральным отверстием, размер которой выбирают из условия резонанса между волной и скоростью частицы, то есть фазовые скорости волны и частицы должны совпадать.  Для скоростей электронов близкой к скорости света автофазировка не требуется, а в поперечном сечении пучка влияние поперечной флуктуации электрического поля уменьшается по мере роста массы частицы. Кроме того, электрическое отталкивание электронов в пучке компенсируется магнитным притяжением пучков, как в случае притяжения проводников с током направленных в одну сторону. 

   Генераторы ускорителей работают на мощных лампах свч диапазона: магнетроны, клистроны с импульсной мощностью до 10 МВт при напряженности электрического поля 30 кВ/см для магнетронов и 25 МВт у клистронов при напряженности электрического поля до 200 кВ/см. Длина волны электромагнитного излучения около 10 см, длительность импульсов около 2 мкс, а частота импульсов от 50 до 400 Гц. Малогабаритные, а значит маломощные ускорители работают на более высоких частотах – 10 ГГц, а более мощные ускорители на менее высоких частотах – 1,5 ГГц. На рис. 5 схема маломощного линейного ускорителя, а на рис. 6 мощного линейного ускорителя. В таблице 1 даны некоторые параметры линейных ускорителей. 

   Рис. 5  Схема маломощного ускорителя

  Рис. 6 Схема мощного ускорителя.  1. Инжектор, 2. Ускоряющий резонатор или волновод, 3. СВЧ генератор, фокуситующая катушка, 5. Поглощающая нагрузка, 6. Высокочастотный тракт, 7. Задающий генератор.

Таблица. 1 Основные параметры высоковольтных линейных ускорителей.

Тип  ускорителя (частицы)

 

Энергия,

 

Средний

 

Энергетический

ток,      разброс, % МВ

мА

 

Трансформатор     с        0,3-1,0 изолированным сердечником

(электроны)

         20-50

            2-5

Импульсный трансформатор                0,3-1,5

(электроны)

           2-5

          15-20

Каскадный                   ускоритель 0,5-4

(электроны, протоны)

Около 1

Около 1

Электростатический                         0,1-9

ускоритель (протоны)

10-3-10

До 0,01

Перезарядный                                    8-30

10-3-0,1

До 0,01

электростатический ускоритель (протоны)

 

 

    Суммарный к. п.д. таких ускорителей не более 10 процентов. Для стабилизации энергетических параметров пучка частиц используют специальные системы группирования и стабилизации параметров питания, в итоге энергетический спектр не лучше 5%. Однако, успехи развития линейных ускорителей выглядят впечатляющ, если посмотреть на пример: в 1967 г. вступил в строй линейный ускоритель электронов на энергию 23 ГэВ в Стенфордском университете. Его линейная длина 3000 м. 

   Ускорители ионов принципиально не отличаются от ускорителей электронов или протонов, но имеют большее число диафрагм, а, следовательно, большее поглощение электромагнитной энергии. Современные ускорители ионов ускоряют ионы до энергий не менее 10 МэВ на нуклон. Для сравнения в таблице 2 приведены параметры ускоренных протонов на разных линейных ускорителях.

   Таблица 2. Линейные протонные ускорители.

Местонахождение                   Энерги

(название)                                   я, 

МэВ

Импульс Длина, ный ток, м

Длина волны, м 

Энергия инжекц ии, МэВ

мА

 

ИФВЭ Серпухов, (И-100)        100

50-100

80

2

0,7

Лос-Аламосская                         

национальная

100

лаборатория,                США

800

(LAMPF)

Инжектор (1-я ступень)

Ускоритель (2-я ступень)

 

 

1

1

 

63

727

     

1,5

0,373

 

0,75

100

   Линейный индукционный ускоритель состоит из последовательно соединенных тороидальных ферромагнитных сердечникоа рис. 7, которые находятся на одной оси.

 

 Рис. 7 Схема линейного индукционного ускорителя.

1.ферромагнитные индукторы. 2.витки вторичной обмотки для возбуждения магнитного потока. 

   Для получения энергии частиц в 1 МэВ длина линейного ускорителя достигает величины 10 м, так как напряженность вихревого электрического поля 10 кВ/см для максимальной магнитной индукции 1 Тл и длительности импульса 1 мкс. 

   Первичные и вторичные обмотки содержат один виток, при этом первичные обмотки всех трансформаторов соединены параллельно и на них подается импульсное напряжение. В итоге, на оси сердечников получим вихревое электрическое поле, которое концентрируется с помощью вторичного витка. Это поле величиной 1 МВ/м является ускоряющим, поэтому электроны последовательно получают ускорение от одного сердечника к другому и энергия суммируется. 

   К.п.д. ускорителя зависит от величины тока в пучке, поэтому величина тока в этих индукционных ускорителях может изменяться от десятков до тысяч ампер, а к. п.д. может достигать 80%. Так как индукционный ускоритель работает в импульсном режиме с частотой до 1 кГц, то требуются надежные электронные коммутаторы. Обычно, при токе до сотен ампер частота 50 Гц, при токе килоампер частота всего 1 Гц. Импульсное значение тока достигает величины 5 кА, энергия до 5 МэВ, длительность импульса от 20 до 300 нс при частоте следования импульсов до 50 Гц.

   Циклотроны делятся на варианты с постоянным магнитным полем и переменным. С одной стороны, конструкция с постоянным магнитным полем проще и интенсивность пучка частиц достаточно большая, с другой стороны, энергия частиц недостаточная. К этому типу ускорителей относят ускорители кольцевого типа и микротрон. 

   Микротрон в качестве циклического ускорителя с постоянным магнитным полем в определенной степени решает проблемы релятивистских электронов, которую не могут решить циклотроны для массивных частиц в части резкой зависимости частоты обращения от энергии в зоне околосветовых скоростей.      Режим ускорения с переменной кратностью, предложенный Векслером, заключается в том, что частицы всегда находятся в резонансе с переменным электрическим полем, однако к каждому следующему витку в зазоре дуантов добавляется единица кратности.    Исходя из фазовой зависимости оценим необходимую частоту генератора электрического поля: ω0eUcosφ0 = Bec2 и если λ0 = 2πс/ω0, то имеем: cosφ0 = Bλ0c/2πU, где λ0 – длина волны электрического поля. Так как cosφ0 меньше единицы, то при напряжениях более 1 МВ необходимо использование ускоряющего поля с длиной волны менее 10 см, т.е. микроволны. Схема работы микротрона показана на Рис. 8. 

 Рис. 8 Схема микротрона на высокую энергию

1. Полюса магнита. 2. Фокусирующие устройства. 3. Траектория орбит. 4.

Источник электронов. 5. Линейный ускоритель Таблица 3.  Параметры некоторых микротронов.

 

Институт

Энерги я, МэВ

Ток         в Диаметр Тип               Масса

Охлажде ние

импуль

се, мА

последн ей орбиты, м

магнита магнит

 

а, т

Институт физических проблем, РФ

 

15

 

35

 

75

 

Бронев ой

 

0,9

 

Водяное

 ФИАН, РФ

7

110

60

Квадрат ный

2

Воздушн

ое

Лондонский большой,

Великобритани

 

29

 

10-3

 

200

 

Бронев ой

 

20

 

Воздушн

ое

я

 

 

 

   Если частоту магнитного поля изменять в каждом цикле, то энергию частиц удается 

увеличить. Такой циклотрон называют фазотроном или синхроциклотроном рис. 9. 

 Рис. 9 Схема циклотрона.

1. Магнитопровод. 2. Обмотка возбуждения. 3. Вакуумная камера. 4. Полюсные наконечники. 5. Система дуантов. 6. Источник ионов

   В циклотроне с постоянным магнитным полем для ускорения частиц электрическим полем 300 кэВ на дуантах за два полупериода получается энергия 30 МэВ. Надо иметь в виду, что при высоких напряжениях циклический ускоритель разгоняет электрон релятивистских значений скорости и тогда возникают проблемы с выполнением резонансных условий. Действительно, если магнитное и электрическое поле не изменяются, то заряженные частицы будут двигаться по спирали, при этом скорость частицы растет, и она становится релятивистской, но тогда в соответствии со следствиями теории относительности ее масса растет m и, а время замедляется t , то есть увеличивается на каждый оборот.

Для протонов в таком циклотроне наблюдается предел кинетической энергии в 25 МэВ и преодолеть этот предел стадо возможным с помощью автофазировки.  

Синхрофазотрона увеличивает энергию за счет синхронного возрастания частоты обращения частиц в магнитном поле с частотой ускоряющего электрического поля. Если скорость частиц меньше скорости света, то частота обращение не зависит от энергии частицы. Для дрейфовой камеры приходиться увеличивать дрейфоваи трубки по мере возрастания скорости частиц, а в циклотроне роль трубок играют дуанты для которых угловая скорость в постоянном магнитном поле не зависит от энергии частицы рис. 10.    Частота электрического ускоряющего поля в зазорах дуантов соответствует условию синхронности: 

Fл = Bev = mv2 /r, но v = 𝜔𝑟 ,   тогда    𝜔 = 𝐵𝑒/𝑚

  Рис. 10 Схема циклического ускорителя. 

   Каждую половину оборота частицы электрическое поле меняет знак, в результате, в момент появления частицы у зазора дуанта электрическое поле становится ускоряющим. Таким образом, кинетическая энергия за один оборот увеличивается в два раза: 

W ≈ 2eUn и r ~  √𝑛, где n – число оборотов, r — максимальный радиус орбиты частицы, которые затем направляются на мишень.  

   В отличие от циклотрона с постоянным магнитным полем, который имеет ограничения энергии на выходе, максимальная энергия частиц в фазотроне напрямую зависит от радиуса магнитного поля, который определяет частоту электрического поля. Для циклотронов диаметр магнитного полюса до двух метров при значении магнитной индукции 2 Тл. При той же магнитной индукции у фазотрона диаметр полюса более 7 м. В зависимости от величины магнитной индукции выбирается частота ускоряющего электрического поля по приближенной формуле: f0 = Bqec2 /2πE0 . Так как в фазотроне частота электрического поля постепенно снижается, то: fмин = f0 E0/Eмакс это значит, что частота снижается почти в два раза. 

   Для частиц с одинаковым отношением q/m, например, альфа-частица и дейтон, фазотрон также подходит, что удобно для разнообразия экспериментов. Так как фазотрон работает в импульсном режиме, то следует ожидать, что в ускоряющий промежуток попадают не сразу все начальные частицы, в итоге имеем разброс по энергии в пучке частиц и снижение плотности потока, особенно при приближении к релятивистским скоростям.  

   Изохронные ускорители или циклотроны с азимутальной системой управлением поля позволили устранить ряд недостатков фазотронов. Если понимать под изохронностью отсутствие зависимости частоты кругового обращения частицы от ее энергии, то эта проблема решается методом изменения радиуса действия магнитного поля. Если магнитная индукция есть функция радиуса орбиты – B(r), то имеем связь энергии, заряда частицы, частоты, магнитной индукции и радиуса орбиты: f0 = B(r)qc2 /2πE0, а импульс – p = B(r)qr. Сравнивая энергию частицы в центре магнитного поля и на краю имеем: 

E, то есть на краю электрическое поле должно в два раза быть выше чем в центре магнита. Если в вертикальном направлении фокусировка проблематична, то остается вариант азимутальной фокусировки и устойчивость конфигурации электрического поля. 

   К проблеме радиационной безопасности можно отнести фактор соударения частиц со стенками камеры, поэтому стабильность фокусировки имеет дополнительное значение, как и выбор материалов камеры во избежание вторичных радиационных эффектов. В таблице Таб. 4 приведены сравнительные характеристики нескольких типов циклотронов. 

   Таблица. 4 Некоторые характеристики циклотронов и фазотронов.

                                                                           Циклотроны

Аргонская         10,8-p         10     —                   1,5          1,5

национальн                          0

43,2-а

ая

лаборатори

я

                                                                             Фазатроны   

11,

2

310

Гатчина,            1000-р       0,5    50-100       6,85        1,9

ИнститутЯде рнойФизики

АН РФ 

28-

13

15

Беркли,              740-р          1,0    64                4,7          2,3

Калифорния

36-

18

10

, США

                                                                              Изохронные циклотроны

Дубна,

ОИЯИ РФ

20≤А≤1

40

0,1

-10

4,0

2,2

12

100

1-2

МэВ/ну клон 

С, Ne

 

50-60 МэВ/ну клон

Вилинген,           585-р          10      —                   8,9          0,87                —          —

Швейцария                            0

(SIN)

Ванкувер,           500-Р          12      —                   15,8        0,46                23,     200

Канада                                     0                                                                     1

 

(TRIUMF)

Киев,         ИЯИ 8-80-Р         50      —                   1,93        1,7                   7-       30-100

АН Украина                                                                                                   21

15-70-Р

140

Тяжелы е ионы

 

   Синхротрон, он же синхрофазотрон представляет собой кольцевой ускоритель, у которого орбита частиц мало изменяется, поэтому он используется для решения проблем, связанных с поведением частиц с околосветовой скоростью для ускорителей с постоянным магнитным полем.

Схема синхротрона приведена на рис. 11.

  Рис. 11 Схема синхротрона.

 Например, для энергии 1 ГэВ такой магнит имеет массу десять тысяч тонн, к тому же, масса магнита пропорциональна квадрату энергии. 

   В синхротроне необходимо соблюдать надежную частотную связь магнитного и электрического полей, что обеспечивается автофазировкой, но с соблюдением формы магнитного импульса на этапах инжекции и эжекции. В результате, частота этих импульсов десять в минуту, хотя для электронного синхротрона частота может быть 50 Гц. Чтобы поддержать постоянство радиуса орбиты частицы необходимо:1) Постепенно повышать величину магнитного поля от сотых тесла до 1 и 2 Тл, 2) в камеру инжектируются частицы с высокой начальной скоростью, 3) частота электрического поля должна постепенно расти в одном цикле ускорения, и только для релятивистских частиц частоту можно не изменять. На рис. 12 внешний вил синхротрона. 

   Рис.12 Синхротрон

Для протонов с энергией на выходе в 10 ГэВ кинетическая энергия на входе 5 МэВ, а для максимальной энергии 30 ГэВ кинетическая энергия инжектированных частиц должны быть более 50 МэВ. В то же время, для электронного ускорителя при максимальной энергии 1ГэВ надо иметь кинетическую энергию 10 МэВ, а для 10 ГэВ кинетическая энергия инжекции составляет 100 МэВ. Магниты синхротронов получают энергию от генераторов мощностью сотни МВт и запасают энергию несколько десятков МДж. Так как на прямую такую энергию не передать, то для протонов используют накопители энергии вроде массивных механических маховиков на валу генератора, а для электронов используют индуктивно-емкостной накопитель электрической энергии. На рис. 13 приведена схема электронного синхротрона АРУС.  

   Рис. 13 Схема электронного синхротрона АРУС (Армения). 1.распределитедь, 2.3 железный и безжелезные магнитные дифлекторы вывода, 4. Инфлекторные пластины, 5. Магнитный дефлектор, 6., 8 двойные корректоры, 7. Фокусирующие линзы, 9. Линейный ускоритель, 10. Квадрупольная и шестипольная магнитные линзы, 11. Блок магнитов, 12.

Резонатор.  

   Характеристика магнита

   Масса железа магнита – 400 т, Масса меди обмотки  — 25 т, Запасенная энергия в электомагните 850 кДж, Мощность постоянного тоеа  1400 кВт, Активная мощность питания контура переменным током 1600 кВт, Частота повторения циклов 50 Гц.

   Сохранение точности изменения частоты магнитного поля достаточно сложная задача, поэтому решение этой проблемы отдано компьютерному управлению за работой генератора через обратную связь с поведением пучка частиц. 

   Если характеризовать электронный синхротрон, то по сравнению с протонным синхротроном различие в основном в способах инжекции. Для мощного электронного синхротрона инжекцию производят с помощью линейного ускорителя, а для менее мощного варианта до 500 МэВ может подойти собственная электронная пушка в камере синхротрона. 

   Для релятивистских электронов частота кругового обращения практически не зависит от энергии, однако такие электроны путем электромагнитного синхротронного излучения теряют значительную долю своей энергии. При этом, излучение направлено по касательной е орбите электронов. 

   Для ускорителя на 5 ГэВ потери энергии могут быть до 2 МэВ на каждый виток для радиуса в 30 м.

   В     таблице       5        приведены сравнительные     параметры крупнейших синхротронов на начало 80-х годов.  

Таблица 5. Характеристика некоторых крупнейших синхротронов. 

Местонахожден    Энерги ие (название)   я, ГэВ

Протонные

Интенсивнос     Частота

ть                           повторени

я, С-1

Средни

й радиус, м

Энергия инжекци

и, ГэВ

Лаборатория           400

Ферми,

Батейвия, США

1,4×1013         в 1/12 имп.

1000

8

ЦЕРН,       Женева, 400

Швейцария (SPS)

5×10      12        в 0,17

1100

28

имп.

 

ИФВЭ, Серпухов, 70

Россия

Электронные

5×1012 в имп.

1/8

236

0,1

Корнелльский        10 университет,

США

6×1012 Гц

60

100

0,15

Гамбург,                    7,5

Германия (DESY)

5×1012 Гц

50

50,4

0,04

Ереван, Армения 6

5×1012   Гц

50

34,5

0,05

(АРУС)

 

   В таблице 6 приведены некоторые параметры изохронного циклотрона с постоянным магнитным полем и высокочастотным электрическим полем постоянной частоты, предназначенного для ускорения протонов и ионов. Поток ионов аргона имел интенсивность 1013 в секунду, а энергия на один нуклон составила 5 МэВ/нуклон. 

Таблица. 6 Основные параметры циклотрона У-400. ОИЯИ, Дубна

Наименование            Сила А/z Энергия, Частота,            Кратность Средняя

области                      тока,

МэВ

электрич. поля МГц

индукция магнитного поля, Тл

А

 

Основание                20-

140

9-

11

9,0-6,0

8,9-11,9       3; 4

2,15

Первая                       12-

вспомогательная 20

3-4

60-45

9,4-7,0         1

1,85

Второе                        140-

вспомогательная 240

19-

26

2-1

6,5-6,2          4; 5

2,15

 

    Бетатрон работает в импульсном режиме и его условно можно назвать трансформатором, у которого первичная обмотка предназначена для возбуждения магнитного поля, а вторичной обмоткой является поток заряженных частиц внутри вакуумной камеры, при этом камера выполнена из немагнитных материалов.  

   Согласно электромагнитной индукции при изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле, которое ускоряет заряженные частицы. Если магнитный поток сквозь камеру: Ф =πR2Bср., то электродвижущая сила индукции пропорциональна скорости изменения

магнитного потока: ℇуск = — 𝑑Ф = Фмакс и ℇуск = 𝑅𝐵макс. Если Вмакс = 0,5 Тл и Т = 10

                                                                          𝑑𝑡            Т                              2Т

мс, а R = 0,3 м, то ∆Е = 15эВ на один оборот. Так как радиус оборотов частиц не должен меняться, то необходимо чтобы магнитное поле внутри орбиты менялось в два раза быстрее, чем на орбите. На рис. 14 дана схема устройства бетатрона. 

  Рис. 14 Схема устройства бетатрона.

   Конструкция бетатрона включает: электромагнит, обмотка возбуждения, вакуумная камера. Бетатроны обычно работают с малыми и средними энергиями, так как при больших энергиях скорости электронов околосветовые и возникает синхротронное излучение, получившее название «светящиеся электроны»; именно оно определяет предел ускорения электронов в бетатроне. Энергия электронов в простом бетатроне не превышает величины E = 300 МэВ. Масса покоя электрона соответствует энергии E0 = m0 c2, то есть 0,511

МэВ и если m / m0 = 2Е получим Е = 600 m0, а скорость электрона близка к

𝑉 скорости света:  , что соответствует для энергии Е =100 МэВ

𝐶 𝑉 величине отношения   = 0,99995. 

𝐶

   Синхротронное излучение для протонов во много раз меньше, как отношение (mp/me)4, то есть в 1013 раз. Для ускорения электронов до энергий в десятки ГэВ и более используют линейные ускорители, например, линейный ускоритель Стендфордского университета на 25 ГэВ. Поэтому из-за проблемы с синхротронным излучением часто бетатроны используют в качестве инжекторов более мощных ускорителей, или по прямому назначению в промышленности и в медицине. В таблице 7 приведены характеристики нескольких бетатронов медицинского назначения. 

Таблица 7.  Характеристики бетатронов медицинского назначения. 

Характеристика

Марка, фирма, страна.

Вид излучен ия

Энерг ия элект ронов

, МэВ

Мощнос Мощност Равноме ть дозы ь дозы рность

Уго     Мо л          щн пов     ост оро     ь та        пит гол            ани овк  я, и,        кВ гра      А

д

электро нов,

Р/мин 

тормозно

го

излучени я, Р/мин

поля тормозн

ого излучен ия, %

В5-25М, РФ

Тормозн

ое, е

7-25

300

40

±10

±90 20

Сименс,

ФРГ

То же

6-42

500

100

+2°      200

БТ-20А

Шимадзу,

Япония

То же

4-20

700

60

±2,5

±30° 52

25            РТМ То же

10-25

600

20

—          —

АллисЧальмерс, США

 

   Инжекция самого бетатрона производится с помощью электростатической пушки на 50 кэВ и магнитной индукции около 5 мТл на входе в камеру бетатрона.   Если ускоренные электроны направить на мишень из тяжелых металлов получим тормозное излучение. Поток электронов на выходе из камеры    составляет величину    около          1011      в одном         импульсе.       

Исследовательские циклотроны в таблице 8. 

 

. Таблица 8. Некоторые исследовательские ускорители протонов и ядер

Название                    Год пуска

ускорителя

Частицы                      Энергия, ГэВ

Синхрофазотрон,    1956

ОИЯИ, Дубна, РФ

Протон,           легкие Протон 10 ГэВ

ядра

 

Протонный                1960

синхротрон        PS

ЦЕРН

Протон, ядра

Протон, 28 ГэВ

Протонный                1961

синхротрон,

ИТЭФ Москва

р

10

Синхрофазотрон      1967

У-70                ИФВЭ

Протвино РФ

р

Г6

SPS  ЦЕРН Женева  1976

Швейцария

р

459

Синхрофазотрон      1976

У-70                ИФВЭ

Протвино РФ

р

600

Нуклотрон ОИЯИ 1993

Р, ядра

12

Дубна РФ

 

   Коллайдер – ускоритель, который позволяет получать частицы высокой энергии в результате столкновения протонных или других частиц на встречных траекториях.  

 

 

  Рис. 15 Схема ускорителя

на встречных пучках.

Если частицы предварительно ускорить до энергии Е1 и Е2 для одного и другого пучка, то при столкновении получим энергию столкновения: Емакс =  или Емакс = 2Е, если Е12=Е. На коллайдере в ЦЕРНе была получена энергия 14 ТэВ. 

   На современных коллайдерах проводятся экперименты по столкновению ускоренных пучков протон — протон, протон и электрон, протон и антипротон, электрон и позитрон, протон и мезон и лр. Кроме того, готовятся эксперименты по столкновению гамма квантов, мезонов, гамма-квантов и электронов. 

 

  Рис.16 Схема адронного коллайдера в ЦЕРНе    Большой Анронный Коллайдер (БАК) представляет собой комплекс из нескольких кольцевых ускорителей и основного коллайдера с двумя тороидальными вакуумными камерами длиной 26,7 км на глубине 180 м от поверхности построенного на месте старого коллайдера.

   Цикл исследований коллайдера включает этапы: 1) ионизация частиц. 2) ускорение частиц с помощью линейного ускорители. 3)  Пучки делит на четыре отдельных пучка и инжектируют на четыре кольцевые бустеры (промежуточных циклический ускоритель). После разгона протонов до скорости 99,9% от скорости света пучки соединяют и инжектируют в малый синхротрон на энергию 28 ГэВ, его длина 628 м и радиус 10 м. 4) Теперь, ускоренный пучок инжектируется на суперсинхротрон, длиной 7 км и радиусом 33 м, в котором пучок ускоряется до энергии 450 ГэВ. 5) На последнем этапе большое кольцо коллайдера, длиной 26,7 км и радиусом 4250 м, разгоняет два пучка частиц в противоположных направлениях близкой к световой скорости. 

   Ускорения для каждого пучка до 7 ГэВ пучки частиц сталкиваются в четырех местах пересечения пучков. Регистрация событий ядерного взаимодействия производится детекторами, расположенных в местах столкновения частиц. Данные от детекторов накапливаются посредством мощной цифровой техники и в дальнейшем сопоставляются с известными экспериментальными данными и теоретическими гипотезами в отношении ядерных взаимодействий при столкновении частиц.  

   Если для протон протонного столкновения приходиться ускорять протоны на двух кольцевых ускорителях, то для столкновения пар: протон – антипротон и электрон – позитрон использует одну тороидальную камеру ускорителя, в котором частицы разных знаков вращаются в разных направлениях. Естественно ожидать, что число столкновения на встречных пучках на много порядков меньше, чем для неподвижной мишени. 

   На коллайдере LEP в ЦЕРНе были получены энергии частиц: 1) p + p энергия E = 7000 + 7000 ГэВ, 2) е + е+ энергия Е = 101 + 101 ГэВ, 3) е + р энергия Е = 30 + 920 ГэВ, 4) протон + антипротон энергия Е = 1000 +1000 ГэВ. Для получения таких больших энергий были использованы, охлаждаемые до 1,9 К жидким гелием, массой шесть тонн.  сверхпроводящие электромагниты c магнитной индукией 8 Тл, что в миллионы раз сильнее магнитного поля Земли. 

   Рис. 17 Схема БАК    На всех этапах ускорения для фокусировки пучка частиц определенной формы сечения используют квадрупольные магнитные линзы. Особенно важно сфокусировать два встречных пучка в самом конце ускорения, поэтому фокусировка с помощью финишных квадрупольных линз должна быть максимально острой. Частицы с огромной энергией через эжектор направляются на мишень, или в зону пересечения пучков для разноименно заряженных частиц, или в специальную камеру (детектор), где сталкиваются частицы из двух кольцевых ускорителей для одноименно заряженных частиц.     Сам детектор очень сложное устройство, позволяющее проследить за процессом столкновения пучков и за характеристиками «новых» частиц: энергия, заряд,         импульс,     топография.         Для    этого используются полупроводниковые и дрейфовые детекторы в сильном магнитном поле, многослойные калориметры для измерения энергии частиц при полном поглощении. 

   В результате столкновения генерируются частицы и античастицы мезоны и пионы, которые накапливают в кольцевом ускорителе с магнитным полем, но без ускоряющего электрического поля. Очень малые структурные области можно изучать только при помощи частиц с большой концентрацией энергией. Энергии, полученные на андронном коллайдере позволяют достичь для экспериментов с элементарными частицами структурное пространство до 0,01 размера ядра атома. После проведения эксперимента методами моделирования и статистики с помощью компьютеров, и ранее накопленных фактов поведения частиц в ядерных реакциях, проводится анализ всей информации, полученной от детекторов и систем сохранения данных, сначала экспериментаторами, а затем теоретиками. Предполагается, что основными задачами для исследователей на БАК является: подтверждение и исследование бозона Хиггса; получение и исследование новых частиц; подтверждение или опровержение СМ; проверка теории квантовой гравитации; проверка симметрии электрослабого взаимодействия; проверка теории струн; экспериментальное получение кварк-глюонной плазмы; получение и исследование сверхтяжелых топ-кварков; исследование фотонных взаимодействий и др. 

   Назначение ускорителей многообразно. Известно, что из двух десятков тысяч всех ускорителей всего две сотни являются исследовательскими. В основном большинство ускорителей – это маломощные ускорители, используемые в медицине, дефектоскопии, стерилизации, разделения изотопов, химии, биофизике и других приложений.

   Литература

Лебедев А.Н., Шальнов А.В. Основы физики и техники ускорителей. М., 1981

Мухин А.П. Экспериментальная ядерная физика. Кн. 1 и 2. М., 1993

Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. М., 1980

Перкинс Д. Введение в физику высоких энергий. М., 1991

Ишханов Б.С., Капитонов И.М., Юдин Н.П. Частицы и атомные ядра. М., 2007

Любимов А.П., Киш Д., Введение в экспериментальную физику частиц. М., 2001

Капитонов И.М. Введение в физику ядра и частиц М., 2006

Коломенский А.В. Физические основы ускорения заряженных частиц. М., 1980

Савельев И.В., Курс физики в 5-т. М., 2007

Сегре Э., Экспериментальная ядерная физика, в 3-т, 1961

Боровой А.А., Хакимов С.Х. Нейтронные эксперименты на ядерных реакторах М., 1990

Савельев И. В., Курс физики в 5-т. М., 2007

Поздняк Н.И., Тихонина М.К. Аспекты познания в трудах философов и субъективное о некоторых аспектах философии современной физики. Изд. СПбПУ, 2020

Поздняк Н.И. Некоторые аспекты физики и технологии получения тонких пленок, в том числе с применением излучения непрерывного СО –лазера. Изд. СПбПУ, 2015 

Поздняк Н.И. Содержательные аспекты изучения темы «Лазеры и их применение» для старшей школы Изд. СПбПУ, 2017

Сахаров А.Д. Воспоминания. Полное издание в одном томе. М., 2011

 

 

Воздухораспределение в текстильных воздуховодах: перфорация, микроперфорация, сопла

Технические особенности

Текстильные воздуховоды активно используются для воздухораспределения. Помимо этого, они применяются для транспортирования воздушных потоков. В данной статье будут рассмотрены принципы осуществления этих процессов, а также особенности вытяжных и магистральных систем.

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИИ В ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЗДУХОВОДАХ

Распределение воздуха в тканевых диффузорах может осуществляться несколькими способами:

• Путем микроперфорации.
• Через малые сопла из ткани.
• Через большие сопла из ткани.
• Через перфорацию, при помощи отверстий диаметром от 4 мм и более.

Тканевые диффузоры – универсальный инструмент, который позволяет регулировать скорость воздушного потока в рабочей зоне. При необходимости можно комбинировать направленный и рассеянный тип подачи. Условия воздухораспределения могут также различаться: в статье будут рассмотрены основные области применения воздуховодов.

НИЗКОСКОРОСТНЫЕ СИСТЕМЫ

Малая дальнобойность струи – главная особенность низкоскоростных систем. Она достигается путем прохождения потока через микроотверстия, в ходе которого поток теряет свою скорость. По этой причине главным преимуществом таких систем является отсутствие сквозняков.
Использование низкоскоростных моделей имеет нюанс, связанный с плохим перемешиванием воздушных масс в помещении. Также могут возникнуть проблемы при использовании такой системы в просторных комнатах, требующих большого количества холодного воздуха. В этом случае оптимальным решением станет использование микроперфорации в сочетании со стабилизаторами потока, имеющими отверстия нужного диаметра.
Низкая скорость воздушного потока – одно из главных условий для создания комфортной атмосферы в помещении. Она также необходима для многих технологических процессов, которые могут быть связаны с созданием продуктов питания и их упаковкой.

ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ СИСТЕМЫ

При монтаже высокоскоростных систем, тканевые воздуховоды подвешиваются на высоте от 4 до 10 метров. Их использование будет оправдано для вентиляции помещений.
Отдельного внимания заслуживает сам процесс воздухораспределения. В отличие от низкоскоростных систем, в данном случае поток преодолевает отверстия с диаметром от 4 до 12 мм. Благодаря большому объему и высокой скорости, он достигает рабочей зоны, даже если она располагается на значительном расстоянии от выходного отверстия.
Высокоскоростная система работает по принципу инжекции – он позволяет тщательно смешивать воздух в помещении. При этом возникает завихрение воздушных потоков, которое делает использование таких решений более выгодным, нежели применение систем с решетками.

ТИП ОТВЕРСТИЙ И РЕШЕНИЙ

Как было сказано ранее, распределение воздуха в тканевых воздуховодах осуществляется при помощи выходных отверстий. Следует рассмотреть основные типы решений, использующихся для раздачи воздушного потока.

МИКРОПЕРФОРАЦИЯ

Микроперфорация представляет собой отверстие, диаметр которого не превышает 1 мм. На дальнобойность струи в таких системах влияет статическое давление. Воздуховоды с микроперфорацией функционируют за счет разницы плотности потоков воздуха.

Системы охлаждения работают по принципу нисходящего потока. В таком случае малая разность температур создаст в помещении комфортную атмосферу. Снизить скорость струи в рабочей зоне можно за счет установки тепловыделителей под надувным воздуховодом. При этом нужно помнить, что значительная разница температур может стать причиной возникновения сквозняка.

ПЕРФОРАЦИЯ


Воздуховоды с перфорацией имеют отверстия о 3 до 14 мм. Сильное статическое давление может выталкивать струю воздуха на расстояние до 15 метров. За счет эжекции, окружающий воздух смешивается с холодным потоком.

В отличие от микроперфорации, такое решение активно используется в системах отопления. Струя, достигая рабочей зоны, нагревает охлажденный воздух, создавая нисходящий поток. Распределение воздуха в текстильных воздуховодах для вентиляции происходит в верхней части помещения. В этом случае слой медленно опускается вниз, смешиваясь с более теплыми потоками.

ВЫТЯЖНЫЕ СИСТЕМЫ

Воздухораспределение в тканевых вытяжных воздуховодах осуществляется при помощи перфораций, в которые втягивается воздух. Они располагаются по всей длине конструкции, и могут иметь разный диаметр.
Вытяжной воздуховод не является цельной системой – он состоит из сборных частей, крепящихся друг к другу при помощи застежек. Его можно использовать наряду с системами охлаждения. Такое решение сделает воздух в помещении более свежим.

МАГИСТРАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Помимо воздухораспределения, текстильные воздуховоды используются для транзита потока. В данном случае система изготавливается из особого материала, препятствующего возникновению конденсата.

Иногда раздача воздуха по всему помещению может быть нецелесообразной. В таком случае системы для транспортировки применяются совместно с воздуховодами для локальной подачи. Такое решение особо актуально в крупных офисах, где отсутствуют перегородки. Оно позволяет сэкономить средства на покупку дорогих воздуховодов, обеспечивающих должный уровень воздухораспределения.
Еще одним преимуществом транзитных систем является возможность установки переходников и других фасонных элементов. Так, например, для соединения с металлическими воздуховодами могут использоваться текстильные детали, при помощи которых можно создать сложную и эффективную конструкцию.

ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЗДУХОВОДОВ

Подводя итоги, нужно отметить полезность распределения воздуха в тканевых воздуховодах. Применение одного из вариантов, описанных в статье, позволит сэкономить средства на мощных вентиляторах и отопительных приборах.
Помимо высокой эффективности, воздухораспределение с помощью текстильных конструкций является экологичным, а это значит, что оно окажется полезным в общественных заведениях и предприятиях. Настроив размеры сопел и определившись с нужным размером перфорации, можно создать систему, по эффективности не уступающей устройствам для кондиционирования.

Также в разделе FAQ вы можете найти ответы на интересующие Вас вопросы, такие как:

Разница между экструзией и литьем под давлением

Как вы определяете, с каким производителем пластика вы должны работать, чтобы разработать свою индивидуальную пластиковую деталь? Формование пластиковых деталей для промышленного, коммерческого или медицинского использования требует различных процессов в зависимости от требуемой формы и области применения продукта. В этом разница между экструзией пластика и литьем под давлением.

Основы экструзии и литья под давлением

Проще говоря, процесс ЭКСТРУЗИИ требуется для создания непрерывных линейных двумерных форм.

INJECTION MOLDING создает трехмерные формы, которые не остаются постоянными на параллельной линии.

Процесс литья под давлением

Этот производственный метод в основном основан на методе литья под давлением из расплава. Нагретая жидкость заполняет форму с последующим охлаждением для застывания и выталкивания детали в твердую форму. Примеры: шахматная фигура, пластиковая расческа, пластиковая тарелка или чашка или трехмерная форма с отверстиями, например пластиковая корзина или ящик.

Процесс экструзии

В процессе экструзии пластика материал нагревается и проталкивается через профильный вырез в металлической пластине, создавая непрерывную форму, которую можно растягивать, а затем охладить до застывания.Эти линейные продукты также можно разрезать на пластмассовые части после охлаждения. Примеры включают промышленные трубопроводы, трубки для медицинских устройств, синтетические волокна, пластиковые направляющие, пластиковую пленку и пластиковые соломинки для питья (соэкструзия). Ознакомьтесь с разделом «Что такое экструзия» для получения более подробной информации.

Отличия и преимущества конечного продукта

Хотя окончательная форма, требуемая для детали, часто определяет используемый процесс, как экструзия, так и литье под давлением имеют свои преимущества.

ИНЖЕКЦИОННАЯ ФОРМОВКА обычно имеет более высокую начальную стоимость проектирования из-за сложности конструкции формы.Однако при его циклическом производстве обычно создается готовая деталь, которая часто не требует дополнительной сборки или вторичной обработки.

Метод ЭКСТРУЗИИ позволяет создавать сложные поперечные сечения, такие как многопросветные трубки, используемые в медицинских устройствах или пищевой промышленности. Поверхности экструдированных материалов гладкие и не требуют «очистки» после производства. Экструзия идеальна, когда требуется различная длина профиля одинаковой формы. Благодаря непрерывному производственному процессу и последующей резке по длине в соответствии с требованиями, затраты на установку и штамповку / проектирование аналогичных изделий снижаются.

Нужна помощь?

Несмотря на то, что приведенная выше информация представляет собой основные рекомендации, эксперты PBS Plastics могут помочь вам определить наиболее эффективный и экономичный процесс для ваших потребностей в поставках пластиковых деталей.

JMMP | Бесплатный полнотекстовый | Снижение усилий выталкивания при литье под давлением за счет нанесения пленок PVD из CrN и CrAlN с механической последующей обработкой

1. Введение

Среди различных технологий обработки пластмасс литье под давлением широко используется для экономичного массового производства компонентов со сложной геометрией [1 ].Циклический процесс включает в себя последовательности закрытия формы, впрыска расплава, упаковки для компенсации усадки, охлаждения и извлечения пластмассовой детали из формы [2]. В этом контексте процесс охлаждения может занимать до трех четвертей всего цикла, в зависимости от обрабатываемого пластика [3]. Следовательно, сокращение времени охлаждения является решающим подходом к сокращению общего времени цикла и, таким образом, к достижению более высокой производительности [3]. Многообещающая стратегия достигается за счет уменьшения силы выталкивания во время извлечения из формы, поскольку это позволяет уменьшить размер системы выталкивания внутри формы, чтобы использовать полученное пространство для расширения контура охлаждения [4].Кроме того, более низкие силы выталкивания приводят к снижению механической нагрузки на демонтированные компоненты, так что деталь может быть освобождена без риска повреждения после более короткого времени охлаждения. Наконец, сила выталкивания коррелирует с усадкой обрабатываемого пластика и условиями трения между материалом формы и пластиком [4]. После более короткого времени охлаждения усадка достигла более низких значений, что еще больше снизило выталкивающие силы. Параметры процесса, такие как температура пресс-формы, давление впрыска, давление выдержки и время выдержки, а также термические и физические свойства материала влияют на степень усадки, которая, в свою очередь, влияет на контактное давление отформованной детали на стержень формы [5].На фрикционную составляющую силы выталкивания влияют механизмы деформирующего и адгезионного трения между деталью и стержнем формы [6]. Механизм адгезии — довольно сложное явление, связанное с различными механизмами физического связывания между поверхностью формы и формованным пластиком [7]. Следовательно, поверхностная энергия поверхности формы играет, помимо отделки поверхности, решающую роль в ее характеристиках трения. Модификация поверхности формы с целью уменьшения адгезии между формой и литым пластмассовым компонентом является одним из подходов к уменьшению сила выброса.Установленный метод заключается в нанесении разделительных агентов, таких как воск, мыло или силиконы, на форму, чтобы уменьшить прилипание адгезивных полимеров, тем самым уменьшая силу выталкивания и удаляя впрыснутую часть без каких-либо повреждений [8,9]. Однако разделительные агенты непостоянны и эффективны только в течение восьми-десяти циклов литья под давлением [9]. Другой подход заключается в нанесении на форму прочной пленки с гидрофобными свойствами. В этом контексте золь-гель-покрытия, нанесенные методом мокрого химического осаждения, химически адсорбированные фторуглеродные пленки, пленки гексаметилдисилоксана, нанесенные плазменным процессом низкого давления, а также пленки на основе политетрафторэтилена уменьшают силу выталкивания [10, 11,12,13,14].Однако недостатком этих пленочных систем является плохая адгезия к поверхности формы при высоких трибологических нагрузках и низкая износостойкость против абразивных механизмов. Например, введение полиамидов (ПА) вместе со стекловолокном оказывает абразивное воздействие на поверхность инструмента [15]. Более перспективным решением для уменьшения адгезии к пластмассам и повышения устойчивости к износу и коррозии является осаждение ПВД пленок [16,17,18]. В связи с этим влияние различных систем PVD-пленок на силу выталкивания было исследовано в ходе нескольких исследований в прикладных экспериментах [19,20,21]. Сасаки и др. покрытые нитридом титана (TiN), нитридом хрома (CrN), карбидом вольфрама (WC / C) и алмазоподобным углеродом (DLC) на стержнях форм с цилиндрической геометрией и исследовали поведение выталкивания при удалении полипропилена (PP) и полиэтилена терефталатные части [19]. Martins et al. исследовали влияние DLC и пленок дисульфида вольфрама (WS 2 ) и определяли силы выталкивания при извлечении деталей из полимолочной кислоты и полистирола (PS) из цилиндрической вставки сердечника [21].В обоих исследованиях наблюдалось уменьшение сил выброса за счет использования PVD-пленок, но авторы не дали разумного объяснения этому поведению. Аналогичный подход был проведен Burkard et al., Которые нанесли CrN, TiN, WC / C и нитрид титана-алюминия (TiAlN) на цилиндрические стержни форм и определили силы выталкивания при извлечении компонентов из полиамида, поликарбонатов и акрилонитрилбутадиенстирола. а также полиоксиметилен [20]. Они отметили, что на характеристики выталкивания влияет сочетание PVD-пленки и обработанного пластика, поэтому общее использование одной конкретной пленочной системы для уменьшения выталкивающих сил различных пластиков неприменимо. Sorgato et al. исследовали влияние смачивания и коэффициента статического трения DLC и пленок нитрида хрома, титана и ниобия (CrTiNbN) на силу выталкивания при извлечении из формы ПС, ПА и полиоксиметилена (ПОМ) [22]. Они наблюдали самую высокую силу выталкивания для форм с покрытием с высокой шероховатостью и расплавленных пластиков с низкой вязкостью, в то время как поверхность без покрытия с низкой шероховатостью и высокой вязкостью расплавленных пластиков способствовала более низким силам выталкивания. Таким образом, был сделан вывод, что расплавленный пластик воспроизводит топографию формы во время заполнения и, следовательно, приводит к механическому сцеплению между поверхностью формы и обрабатываемой пластиковой деталью.По этой причине увеличивается сила, необходимая для начала скольжения застывшей пластмассовой детали. Кроме того, нанесение пленок PVD на формовочные инструменты также полезно для снижения давления в полости для расплавленного пластика. В этом контексте Lucchetta et al. снизили давление в полости до 8%, используя оксид алюминия (Al 2 O 3 ), алмазоподобный углерод или оксид кремния (SiO x ) в качестве покрытий формы [23]. В большинстве упомянутых исследований изучались характеристики выталкивания стержневые вставки с покрытием и цилиндрической геометрией.Однако квадратичная геометрия пресс-формы имеет особое значение, поскольку детали из литьевого пластика также имеют угловую и прямую форму. В этом отношении усадка зависит от формы сердечника и, следовательно, ведет себя по-разному при использовании альтернативной геометрии. Контактное давление, прикладываемое за счет усадки, равномерно распределяется по цилиндрическому сердечнику, в то время как контактное давление выше на краях и углах квадратного сердечника. Таким образом, сравнение стержней пресс-формы с покрытием PVD с различной геометрией имеет большое значение с точки зрения применения.В предыдущей работе были исследованы трибологические характеристики различных пленочных систем PVD по сравнению с аналогами из полипропилена. Среди различных систем CrN и нитрид хрома-алюминия (CrAlN) показали низкое трение по полипропилену. Нитриды на основе хрома отличались самой низкой поверхностной энергией при очень низком полярном содержании [24]. В теоретических расчетах CrN и CrAlN показали более низкую работу адгезии к полипропилену по сравнению с пленками Al 2 O 3 и DLC пленками, так что было обеспечено более низкое трение.По этой причине эти пленки были нанесены на цилиндрические и квадратные стержни пресс-формы, чтобы исследовать их влияние на силы выталкивания в условиях реальной нагрузки. Вкладыши с покрытием использовались в реальных условиях процесса путем обработки полипропилена с использованием машины для литья под давлением.

2. Материалы и методы

2.1. Геометрия сердечника пресс-формы и осаждение пленок CrN и CrAlN
Для сердечников пресс-форм использовалась термообработанная сталь AISI h21, поскольку она широко используется благодаря своей высокой вязкости, жаропрочности и высокой термостойкости в качестве инструментальной стали для формы для литья под давлением в переработке пластмасс [25]. Цилиндрическая и квадратичная геометрия были выбраны для стержней пресс-формы, чтобы сравнить поведение при выталкивании стержней пресс-формы без покрытия, а также стержней пресс-формы с покрытием CrN и CrAlN. Цилиндрический сердечник имеет диаметр внизу 36 мм и высоту 20 мм. Квадратичная форма имеет верхнюю площадку 29,3 × 29,3 мм 2 и также имеет высоту 20 мм. Рекомендуемый угол наклона, обеспечивающий снятие формованной детали из формы, зависит от материала и обычно составляет от 0,5 ° до 3 ° для пластмасс [26]. В этом случае к стержням формы применялся угол наклона 1 °.Углы и кромки скруглены радиусом 2 мм. Оба стержня пресс-формы имели зазор 20,0 мм для выталкивающего штифта. Цилиндрическая геометрия образца использовалась для исключения влияния усадки коробчатого компонента на силы выталкивания, измеренные в этом вкладе. Чтобы сравнить результаты, геометрия сердечника была скорректирована с учетом площади поверхности контакта ~ 2000 мм 2 между выталкиваемым образцом и сердечником, поскольку площадь контакта влияет на величину выталкивающей силы. Для изготовления компонентов для литья под давлением использовалась форма для литья под давлением с единственной полостью и коническим холодным лотком. Толщина стенок 2 мм была предусмотрена для образцов обеих геометрий, чтобы гарантировать сопоставимый потенциал усадки компонентов. На рисунке 1 показана геометрия стержней пресс-формы и использованных образцов. Цилиндрический сердечник изготавливали токарной обработкой, а квадратный — фрезерованием. После механической обработки стержни были закалены и отпущены до твердости 7,0 ± 0,3 ГПа и последовательно обработаны в мокром состоянии с использованием керамических мелющих тел в течение 6 часов.

Осаждение пленок CrN и CrAlN проводилось с использованием промышленного устройства для магнетронного распыления CC800 / 9 Custom (CemeCon AG, Würselen, Германия). На катодах были установлены две мишени из хрома и две мишени из AlCr20, состоящие из алюминиевых и 20 хромовых пробок, каждая с размером мишени 500 × 88 мм 2 . Для осаждения CrN мишени из Cr работали с мощностью катода 4 кВт, а на держатель подложки подавалось напряжение -90 В. Ar и Kr использовались в качестве технологических газов и вводились с расходом 300 и 50 sccm. в камеру.Скорость потока азота была установлена ​​на уровне 50 см3 / мин, а рабочее давление 400 мПа контролировалось. Для осаждения CrAlN на мишени из AlCr20 подавали мощность 5 кВт, и на держатель подложки подавали напряжение смещения -120 В. В этом случае расход Ar, Kr и N был установлен на 120, 80 и 300 sccm. Рабочее давление составляло 500 МПа, азот контролировался. Время осаждения было установлено равным 5520 и 21 240 с для CrN и CrAlN, в результате чего толщина пленки составляла приблизительно 2,6 и 3,0 мкм соответственно.

Химический состав был определен как 58,4 ат.% Cr и 41,6 ат.% N для CrN и 13,1 ат.% Cr, 36,0 ат.% Al и 50,9 ат.% N для CrAlN с использованием энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDS) с кремниевым дрейфовым детектором x-act (Oxford Instruments, Абингдон, Великобритания). В экспериментах по дифракции рентгеновских лучей на канале BL9 источника синхротронного излучения DELTA [27] был идентифицирован фазовый состав: преобладающий кубический CrN и гексагональный Cr 2 N для пленки CrN, а также преобладающие кубические CrAlN и гексагональный AlN для пленки CrAlN. На рис. 2 показаны морфологическая структура и фазовый состав пленок CrN и CrAlN. Следует отметить, что рефлексы Fe происходят от подложки AISI h21. При испытаниях наноиндентирования с использованием алмазного наконечника Berkovich в режиме непрерывной жесткости были измерены значения твердости 20,6 ± 1,9 ГПа для CrN и 21,7 ± 1,9 ГПа для CrAlN. В целом нанесение нитридных монослоев методом PVD приводит к увеличению шероховатости поверхности. из-за роста кристаллов и локально распространенных дефектов [28,29].Чтобы исследовать влияние пленок PVD на силы выталкивания полипропилена, необходимо учитывать состояние поверхности, сравнимое с непокрытой сердцевиной. По этой причине покрытые поверхности подвергались дополнительной механической обработке алмазными зернами D126 с размером зерна от 106 до 125 мкм в течение приблизительно 15 мин. Несущий материал состоял из пенополиуретана толщиной 1,5 мм, который был приклеен к стальному листу. Скорость резания была установлена ​​на 50 м / мин, и была приложена сила давления 10 ± 2 Н.
2.2. Характеристика поверхности сердцевин с покрытием и эксперименты по литью под давлением

Шероховатость поверхности форм с покрытием CrN и CrAlN была проанализирована с использованием конфокального 3D микроскопа µsurf (NanoFocus, Оберхаузен, Германия). Анализ шероховатости проводился в соответствии с ISO 4287 и ISO 4288. В этом контексте были определены профили шероховатости R a , R z , R k и R pk , чтобы иметь более широкую основу. параметров шероховатости.Кроме того, топография была исследована с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) с использованием FE-JSEM 7001 (Jeol, Akishima, Japan).

Измерения силы выталкивания проводились на термопластавтомате Allrounder 270 S (Arburg, Lossburg, Германия). Формовочные стержни устанавливали на формовочную плиту. Измерительная система состояла из датчика нагрузки, который помещался между болтом выталкивателя и пластиной выталкивателя. Извлечение из формы осуществлялось с помощью выталкивающего стержня, который прикреплялся к пластине выталкивателя и протыкался через центр формовочных стержней. Эта установка была выбрана из-за простоты реализации, но необходимо учитывать, что трение всей системы о пластине выталкивателя и штифте выталкивателя, а также их инерция массы вносят вклад в измеряемую силу и, следовательно, должны приниматься во внимание. также. Полукристаллический полипропилен со значением MFR 7,5 г / 10 мин используется для испытаний литьем под давлением. Параметры обработки были скорректированы в соответствии со спецификациями производителя для соответствующего пластика и приведены в таблице 1.График зависимости силы от времени измеряли во время выброса. На рис. 3 показана характеристическая кривая «сила-время» на этапе извлечения из формы. В этом контексте расстояние рассчитывается путем умножения времени извлечения из формы и скорости выталкивателя. Можно четко заметить, что измеренный сигнал силы состоит из начального процесса извлечения из формы и постоянной составляющей силы, возникающей в результате внутреннего трения всей системы выталкивателя. Эксперименты оценивали по определению максимума выталкивающей силы. В этом отношении компонент силы, связанный с системой, был определен с помощью эталонного цикла без впрыска пластика, чтобы вычесть значение из измеренной силы выталкивания. Для каждого варианта сердечника было последовательно выполнено в общей сложности 50 циклов литья под давлением для расчета среднего значения силы выталкивания. Сбор данных был начат после достижения стабильного рабочего состояния системы, чтобы избежать влияния пусковых эффектов на измерения.

4. Выводы и перспективы.

Пленки

CrN и CrAlN были нанесены на цилиндрические и квадратные стержни пресс-формы AISI h21 с помощью магнетронного распыления на постоянном токе для исследования влияния нитридов на основе Cr на силу выталкивания при извлечении деталей из полипропилена из стержня. .Независимо от геометрии активной зоны наблюдалось идентичное влияние состояния поверхности на силу выброса. В этом контексте пленки CrN и CrAlN показали более высокие силы выталкивания, чем сердцевина из AISI h21 без покрытия. Такое поведение приписывают увеличению шероховатости в результате осаждения PVD, что приводит к увеличению деформирующего трения. Поскольку шероховатость поверхности сердечников играет важную роль в механизме деформирующего трения, необходима последующая обработка поверхностей, покрытых PVD, для минимизации шероховатости и, следовательно, для уменьшения сил выталкивания.Многообещающая попытка отрегулировать профиль шероховатости сердечников с покрытием PVD достигается путем надлежащей последующей обработки поверхности. В этом контексте была успешно применена стратегия полировки для уменьшения шероховатости поверхности сердцевин с покрытием CrAlN до сопоставимых значений, полученных для сердцевин без покрытия. Последующая обработка поверхностей, покрытых CrAlN, позволила снизить выталкивающие силы на 23,7% и 22,6% для цилиндрических и квадратных сердечников. Таким образом, сочетание осаждения пленки CrAlN и последующей обработки поверхности оказалось благоприятным подходом для уменьшения усилий выталкивания в процессах литья под давлением.

Чтобы уменьшить затраты на последующую обработку при дальнейших исследованиях, следует рассмотреть разумную стратегию предварительной обработки, такую ​​как, например, микропереработка. Путем микроплавления быстрорежущей инструментальной стали можно получить чистовую обработку поверхности с очень низкими значениями R и вплоть до 20 нм [36]. Следовательно, микропломбирование может использоваться для локальной регулировки условий трения на участках поверхности под высоким контактным давлением, прикладываемым за счет усадки. Использование микроповерхностных структур оказалось подходящим подходом для регулирования условий трения [37].Если рассматривать механизм адгезионного трения, на величину силы, разрывающей связи между поверхностью формы и формованным пластиком, сильно влияет соединение PVD-пленки и пластмассовой детали. Следовательно, необходимо провести дальнейшие исследования адгезионных свойств различных пленок PVD с различными пластиковыми материалами, чтобы выявить пары с низкой адгезией. В заключение следует отметить, что рассмотрение деформирующего и адгезионного компонентов трения является фундаментальным для понимания механизмов взаимодействия во время выталкивания формованных пластиковых компонентов.

Сердечная недостаточность с пониженной фракцией выброса (систолическая сердечная недостаточность)

Обзор темы

Сердечная недостаточность с пониженной фракцией выброса (HFrEF) возникает, когда левая часть сердца не перекачивает кровь в организм так же хорошо, как обычно.

Иногда это называют систолической сердечной недостаточностью. Это связано с тем, что ваш левый желудочек не сжимает достаточно сильно во время систолы, которая является фазой вашего сердцебиения, когда ваше сердце перекачивает кровь.

Что означает сниженная фракция выброса?

Типы сердечной недостаточности основаны на измерении, называемом фракцией выброса.Фракция выброса показывает, сколько крови из желудочка откачивается при каждом сокращении. Левый желудочек сжимает и перекачивает часть (но не всю) крови из желудочка в ваше тело. Нормальная фракция выброса более 55%. Это означает, что 55% всей крови в левом желудочке откачивается с каждым ударом сердца.

Сердечная недостаточность со сниженной фракцией выброса возникает, когда мышца левого желудочка перекачивает кровь не так хорошо, как в норме.Фракция выброса составляет 40% или меньше. сноска 1

Количество крови, выкачиваемой из сердца, меньше, чем необходимо организму. Снижение фракции выброса может произойти из-за того, что левый желудочек увеличен и не может нормально перекачивать кровь.

Примеры фракций выброса здорового сердца и сердца с пониженной фракцией выброса:

  • Здоровое сердце с общим объемом крови 100 мл, которое перекачивает 60 мл, имеет фракцию выброса 60%.
  • Сердце с увеличенным левым желудочком с общим объемом крови 140 мл и насосами 60 мл имеет фракцию выброса 43%.

Причина этого?

Существует множество различных проблем, которые могут вызвать сердечную недостаточность с пониженной фракцией выброса.

Причины сердечной недостаточности со сниженной фракцией выброса

Причина

Что это такое?

Как это вызывает сердечную недостаточность

Ишемическая болезнь сердца или сердечный приступ

Закупорка коронарных артерий, ограничивающая приток крови к сердечной мышце

Она ослабляет или повреждает сердечную мышцу способность мышцы качать.

Кардиомиопатия

Заболевание сердечной мышцы

Сердечная мышца ослаблена, что влияет на ее способность правильно перекачивать кровь.

Высокое кровяное давление

Повышенное давление в артериях

Сердце труднее перекачивает кровь, преодолевая повышенное давление, которое ослабляет мышцы.

Стеноз аорты

Открытие аортального клапана сужено, что ухудшает кровоток

Сердце работает тяжелее, перекачивая кровь через суженный клапан, ослабляя мышцы.

Митральная регургитация

Митральный клапан не закрывается должным образом, вызывая утечку в левую часть сердца

Увеличенный объем крови растягивает и ослабляет сердечную мышцу.

Вирусный миокардит

Вирусная инфекция сердечной мышцы

Воспаление сердечной мышцы влияет на способность сердца перекачивать кровь.

Аритмия

Нерегулярный сердечный ритм

Нерегулярный ритм снижает насосную эффективность сердца.

Постепенное повреждение сердца

Ишемическая болезнь сердца со временем вызывает постепенное поражение сердца. Ишемия — это медицинский термин, обозначающий то, что происходит, когда сердечная мышца не получает достаточно кислорода. Ишемия может возникать только время от времени, например, когда вы занимаетесь спортом, и вашей сердечной мышце требуется больше кислорода, чем обычно. Ишемия также может быть постоянной (хронической), если коронарные артерии настолько сужены, что постоянно ограничивают приток крови к сердцу.Этот хронический недостаток кислорода может постепенно повредить части сердечной мышцы. Ваше сердце может постепенно терять способность перекачивать кровь к вашему телу.

Хроническая ишемия может позволить вашей сердечной мышце получать достаточно кислорода, чтобы оставаться в живых, но не достаточно кислорода для нормальной работы. Постоянный недостаточный приток крови к сердечной мышце снижает способность сердца сокращаться и заставляет его перекачивать меньше крови во время каждого удара. Чем меньше крови ваше сердце перекачивает к вашему телу, тем меньше крови оно фактически перекачивает обратно к себе через коронарные артерии.Конечным результатом является то, что сердечная недостаточность усугубляет ишемию, что, в свою очередь, усугубляет сердечную недостаточность.

Регургитация митрального клапана может постепенно привести к сердечной недостаточности. При этой проблеме митральный клапан не закрывается должным образом, и кровь просачивается обратно в левое предсердие, когда левый желудочек сокращается. Со временем левый желудочек качает сильнее, чтобы переместить лишнюю кровь, которая вернулась в него из левого предсердия. Желудочек растягивается и становится больше, чтобы удерживать больший объем крови.Постепенное ослабление левого желудочка может вызвать сердечную недостаточность.

Высокое кровяное давление также может постепенно привести к сердечной недостаточности. Чтобы качать кровь против высокого кровяного давления, ваше сердце должно повышать давление в левом желудочке, когда оно качает. После многих лет упорной работы по перекачиванию крови ваш желудочек может начать ослабевать. Когда это происходит, давление внутри ослабленного левого желудочка заставляет желудочек расширяться, растягивая сердечную мышцу. Этот разрушительный процесс называется расширением, и он ухудшает способность вашего сердца сжимать с силой. Результат — сердечная недостаточность.

Внезапное повреждение сердца

A Инфаркт Внезапное повреждение сердечной мышцы. Сердечный приступ может перекрыть приток крови к сердечной мышце, так что сердечная мышца не получит кислород. Если ваша сердечная мышца остается без кислорода на достаточно долгое время, сердечная мышца может умереть. Если сердечный приступ повреждает очень большую область сердечной мышцы, возможно, что способность вашего сердца перекачивать кровь будет внезапно ограничена до такой степени, что у вас разовьется сердечная недостаточность.Но это внезапное осложнение встречается нечасто.

Если у вас сильный сердечный приступ, повреждающий большую часть сердечной мышцы, у вас может в конечном итоге развиться сердечная недостаточность, даже если она не возникает внезапно. Чаще всего это происходит после сердечного приступа с поражением передней стенки сердца. После разрушения большой площади передней стенки процент крови, перекачиваемой с каждым ударом (фракция выброса), может быть значительно меньше. В результате сердце пытается изменить свою форму, чтобы максимизировать свою насосную эффективность, и этот процесс называется ремоделированием левого желудочка.Первоначально изменения, внесенные в сердечную стенку (миокард), приносят пользу. Однако со временем левый желудочек расширяется и увеличивается в размерах, что снижает способность сердца перекачивать кровь.

Как выбрать размещение сердечника и полости при литье под давлением

Одна из целей быстрого литья под давлением — быстрое производство деталей. Правильный дизайн помогает гарантировать, что хорошие детали будут произведены с первого запуска. Очень важно определить, как деталь будет помещена в форму. Главное соображение заключается в том, что деталь должна оставаться в той половине формы, которая содержит выталкивающую систему.

Полость и сердечник

В типичной машине для литья под давлением одна половина формы (сторона A) прикреплена к неподвижной стороне пресса, а другая половина формы (сторона B) прикреплена к подвижной стороне зажима пресса. пресс. Сторона зажима (или B) содержит исполнительный механизм выталкивания, который управляет выталкивающими штифтами. Зажим прижимает стороны A и B вместе, расплавленный пластик вводится в форму и охлаждается, зажим оттягивает сторону B формы, срабатывают выталкивающие штифты, и деталь высвобождается из формы.

В качестве примера возьмем форму для пластмассового стакана. Чтобы гарантировать, что деталь остается в половине формы с системой выталкивателя, мы должны спроектировать форму таким образом, чтобы внешняя часть стекла формировалась в полости формы (сторона A), а внутренняя часть была образована сердцевиной форма (сторона B). По мере охлаждения пластика деталь будет сжиматься от стороны A формы и сжиматься на сердечнике со стороны B. Когда форма открывается, стекло выйдет из стороны A и останется на стороне B, где оно может быть оттолкнуто от сердечника системой выталкивания.

Если изменить конструкцию пресс-формы, внешняя часть стекла сморщится от полости на стороне B к сердцевине на стороне A. Стекло отделяется от стороны B и прилипает к стороне A, где нет выталкивающих штифтов. На данный момент у нас есть серьезная проблема.

В Protolabs наши конструкторы используют программные инструменты и большой опыт, чтобы сделать правильный выбор на стороне A или стороне B. На некоторых деталях сложно заранее спрогнозировать, к какой стороне формы будет прилипать деталь.Продуманная конструкция детали гарантирует, что деталь естественным образом прилипнет к нужной стороне формы.

Фракция выброса левого желудочка — StatPearls

Постоянное обучение

Фракция выброса левого желудочка (ФВЛЖ) является центральным показателем систолической функции левого желудочка. ФВЛЖ — это доля объема камеры, выбрасываемая в систолу (ударный объем) по отношению к объему крови в желудочке в конце диастолы (конечный диастолический объем).Ударный объем рассчитывается как разница между EDV и конечным систолическим объемом (ESV). В этом упражнении рассматривается расчет ФВЛЖ, его клиническая значимость и подчеркивается роль межпрофессиональной группы в ведении пациентов с пониженной ФВЛЖ.

Цели:

  • Определите параметры, необходимые для расчета фракции выброса левого желудочка.

  • Опишите состояния, связанные с пониженной фракцией выброса левого желудочка.

  • Напомним о клинической значимости знания патофизиологии фракции выброса левого желудочка.

  • Обсудите стратегии межпрофессиональной команды для улучшения координации помощи и коммуникации для улучшения ведения пациентов с депрессией ФВЛЖ и улучшения результатов.

Получите бесплатный доступ к вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.

Введение

Фракция выброса левого желудочка (ФВЛЖ) является центральным показателем систолической функции левого желудочка.ФВЛЖ — это доля объема камеры, выбрасываемая в систолу (ударный объем) по отношению к объему крови в желудочке в конце диастолы (конечный диастолический объем). Ударный объем (SV) рассчитывается как разница между конечным диастолическим объемом (EDV) и конечным систолическим объемом (ESV). ФВЛЖ рассчитывается из:

ФВЛЖ: [УВ / КДО] x 100

Нормальные диапазоны для двухмерной эхокардиографии, полученные ФВЛЖ согласно Американскому обществу эхокардиографии и Европейской ассоциации сердечно-сосудистой визуализации, составляют:

ФВЛЖ (%) среди мужское население :

  • От 52% до 72% нормальный диапазон

  • От 41% до 51 умеренно ненормальный

  • От 30% до 40% умеренно ненормальный

  • Менее 30% серьезно аномальный

ФВЛЖ (%) среди женщин населения:

  • От 54% до 74% нормальный диапазон

  • От 41% до 53 умеренно ненормальный

  • От 30% до 40% умеренно ненормальный

  • более 30% — серьезные отклонения от нормы

[SV: ударный объем, EDV: конечный диастолический объем] [1]

Самая простая классификация в соответствии с Американским колледжем кардиологов (ACC) th at используется в клинической практике следующим образом:

  • Гипердинамический = ФВЛЖ более 70%

  • Нормальный = ФВЛЖ от 50% до 70% (средняя точка 60%)

  • Легкая дисфункция = ФВЛЖ от 40% до 49% (средняя точка 45%)

  • Умеренная дисфункция = ФВЛЖ от 30% до 39% (средняя точка 35%)

  • Тяжелая дисфункция = ФВЛЖ менее 30%

Документация может быть количественной (значение фракции выброса) или качественной (например, , «умеренная дисфункция» или визуально оцененная фракция выброса).

Качественные результаты должны соответствовать числовым эквивалентам, указанным выше.

Показания

Точное измерение ФВЛЖ очень важно для ведения пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями. ФВЛЖ также имеет прогностическое значение при прогнозировании неблагоприятных исходов у пациентов с застойной сердечной недостаточностью, после инфаркта миокарда и после реваскуляризации. [2] [3] [4]

ФВЛЖ играет важную роль в оценке степени снижения систолической функции сердца и, таким образом, помогает в управлении различными сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Показания для измерения ФВЛЖ включают:

  • Определение анатомии и функции левого желудочка

  • Оценка глобальной и сегментарной функции левого желудочка: качественная и количественная

  • Оценка пациентов с признаками и симптомами, указывающими на сердечно-сосудистые заболевания

  • Определение категории сердечной недостаточности, то есть сердечной недостаточности с сохраненной (HFpEF) или сниженной фракцией выброса (HFrEF)

  • Желудочковые аритмии для оценки структурной этиологии

  • Планируемое или предшествующее воздействие потенциально кардиотоксической терапии

  • Обследование перед процедурой, для которой систолическая функция левого желудочка может быть фактором риска или противопоказанием

  • Оценка врожденного порока сердца

  • Оценка клапанных нарушений

Методика

LVEF может рассчитываться с использованием различных методов, либо субъективно с помощью визуальной оценки, либо объективно с помощью количественных методов. Предпочтительно использовать количественные измерения для оценки ФВЛЖ, чтобы минимизировать вариабельность и способствовать большей точности и точности измерения.

Неинвазивные методы оценки

  • Эхокардиография

  • Магнитно-резонансная томография (МРТ)

  • Компьютерная томография (КТ)

  • Радионуклидная ангиография с закрытым равновесием (перфузионное сканирование с множественными стробами [MUGA3

    , перфузионное сканирование] с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) или позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ)

Инвазивные методы оценки

Эхокардиография

В настоящее время для измерения ФВЛЖ с помощью эхокардиографии можно использовать различные методы.Используемые методы отличаются друг от друга в зависимости от типа используемого эхокардиографического изображения (M-режим, двумерное или трехмерное) и уравнений, используемых для определения объемов левого желудочка (LV). Полученные измерения могут быть линейными (одномерными), площадными (двумерными) или объемными (трехмерными). Отсутствие ионизирующего излучения работает в пользу эхокардиографии. Бипланный метод дисков (модифицированное правило Симпсона) — это рекомендуемый в настоящее время двумерный метод оценки ФВЛЖ.Другие перечисленные ниже методы, которые в значительной степени зависят от геометрических допущений (например, модифицированные хиноны, модель эллипсоида, модель полусферы-цилиндра), больше не рекомендуются в клинической практике для оценки ФВЛЖ.

M-режим и T Двухмерная эхокардиография

  • Модифицированный метод Симпсона (двухплоскостной метод дисков) — это метод, требующий обследования области полости ЛЖ. Американское общество эхокардиографии рекомендует этот метод для измерения ФВЛЖ.Этот метод требует измерения ФВЛЖ путем отслеживания границы эндокарда как в апикальной четырехкамерной, так и в двухкамерной проекциях в конечной систоле и конечной диастоле. Эти записи в конечном итоге разделяют полость ЛЖ на заранее определенное количество дисков (обычно 20). Дисковые тома основаны на трассировках, полученных в результате исследования. По сравнению с модифицированным методом хинонов требуется меньше геометрических допущений о форме LV. Этот метод непосредственно измеряет вклад продольного сжатия.Поскольку полное отслеживание границы полости ЛЖ не выполняется, необходимо сделать некоторые геометрические допущения.

  • В модифицированном методе хинонов используются линейные измерения. В этом методе используются единичные измерения полости ЛЖ в среднем желудочке как в конечной диастоле, так и в конечной систоле, и его можно использовать с использованием М-режима или двухмерной визуализации. Расчеты объема, полученные на основе линейных измерений, могут быть неточными, поскольку они основаны на предположении о фиксированной геометрической форме ЛЖ, такой как вытянутый эллипсоид, что неприменимо при различных сердечных патологиях. Метод хинонов для расчета объемов ЛЖ по линейным размерам ЛЖ больше не рекомендуется для клинического использования.

Алгоритмы, по которым можно вычислить общие LVEF, EDV и ESV

  1. Модифицированное правило Симпсона: левый желудочек считается суммой цилиндра (от основания сердца до митрального клапана), усеченного конуса (от уровня митрального клапана до уровня сосочковых мышц) , и еще один конус, относящийся к верхушке сердца.Предполагалось, что эти три секции имеют одинаковую высоту.

  2. Модель эллипсоида с использованием биплоскостных данных: две перпендикулярные плоскости эхо-сигнала (митральный клапан и апикальный вид) были заменены двумя ангиографическими проекциями. Малая ось апикальной плоскости (септально-заднебоковая) определяется из области изображения и ее наибольшей длины. Для этой модели предполагается, что план митрального клапана находится посередине между основанием и вершиной. Малая ось митральной плоскости определяется площадью и перегородочно-заднебоковым размером изображения митрального листа.

  3. Модель эллипсоида с использованием одноплоскостных данных: площадь и длина из апикального эхокардиографического изображения были заменены в стандартное уравнение: единичная = плоская площадь-длина.

  4. Модель полусферы-цилиндра с использованием биплоскостных данных: площадь поперечного сечения на уровне митрального клапана и длинная ось с апикальной точки зрения использовались для определения объема цилиндра, закрытого на одном конце полусферой с основанием. площадь и высота равны площади и высоте цилиндра.

  5. Модифицированная модель эллипсоида с использованием одномерных данных: размер перегородки и задней стенки был заменен в формулу, описанную Тейхгольцем на основе модели эллипсоида, где большая ось является переменной функцией, полученной из измеренной малой оси D.2 (7,0 / 2,4 + D) Д. Эта формула предназначена для компенсации отклонения от модели эллипсоида, наблюдаемого как в необычно больших, так и в маленьких желудочках. Метод Тейхгольца для расчета объемов ЛЖ по линейным размерам ЛЖ больше не рекомендуется для клинического использования.

Трехмерная эхокардиография

Поскольку трехмерное эхо не требует геометрических допущений, считается, что это оптимальный способ измерения ФВЛЖ с помощью эхокардиографии. ФВЛЖ, полученная с помощью этого метода, в основном потребует, чтобы данные были получены за несколько ударов сердца с использованием специальных датчиков трехмерной визуализации.В отличие от других методов М-режима и двумерной эхокардиографии, трехмерные методы дают минимальное объяснение формы полости ЛЖ. По сравнению с другими методами эхокардиографии, трехмерная модальность, как известно, более точна и гораздо менее вариабельна, поскольку обнаруживается вся полость ЛЖ.

МРТ

LVEF можно получить с помощью МРТ с использованием ручных, полуавтоматических или автоматизированных методов. В методе суммирования диска Симпсона для получения ФВЛЖ используются стационарные изображения без прецессии ЛЖ с короткой осью кинематографа.Во время фазы конечной систолы и конечной диастолы получаются изображения по короткой оси. Эндокардиальные границы ЛЖ вручную отслеживаются на каждом изображении по короткой оси, чтобы получить площадь полости желудочка для каждого среза. Умножение площади трассировки для каждого среза изображения на интервал среза (промежуток изображения + толщина среза) дает объем среза. Объем LV затем определяется путем сложения объемов срезов. В этом методе необходимо определить форму ЛЖ, поскольку прослеживается вся полость ЛЖ. Четкую границу эндокарда можно получить с помощью высокого контраста.Расчет ФВЛЖ с помощью МРТ не обязательно требует использования ионизирующего излучения или контрастного вещества.

CT

Отсутствие контрастности приводит к плохой дифференциации неконтрастных КТ-изображений. В результате используется йодированный контраст, который помогает дифференцировать кровь и эндокардиальные границы. Используются автоматизированные методы, зависящие от единиц измерения Хаунсфилда. Эти измерения и контраст играют важную роль в дифференциации полости ЛЖ от эндокарда. LVEF можно рассчитать с помощью метода Симпсона. Это включает в себя создание и отслеживание реконструированных короткоосевых киноизображений сердца. Определение формы LV имеет важное значение, поскольку этот метод включает отслеживание всей полости LV с использованием метода Симпсона. Определение границы эндокарда напрямую связано со временем введения болюса контрастного вещества. В отличие от МРТ изображения КТ получают с однократной задержкой дыхания. Однако при использовании контрастного вещества необходимо учитывать плохую функцию почек у пациента и аллергию на контраст, что может ограничить использование этого метода.

Ядерная визуализация сердца

Существуют различные методы расчета ФВЛЖ. Двумя наиболее часто используемыми методами ядерной визуализации сердца для расчета ФВЛЖ являются стробируемая равновесная радионуклидная ангиография (сканирование с множественным стробированием [MUGA]) и стробируемая визуализация перфузии миокарда с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) или позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). радионуклидная ангиография.

Радионуклидная ангиография

Это метод, при котором эритроциты пациента метят пертехнетатом технеция 99m.Получены плоские изображения левого желудочка. Однако также можно получить изображения SPECT. Плоская визуализация для расчета LVEF требует дифференциации левого и правого желудочка с левой передней косой проекцией. Определяется представляющая интерес область LV, после чего анализируются показатели радиоактивности в этой области. Анализ количества радиоактивности в этой идентифицированной области важен, поскольку этот метод изучает изменения радиоактивности в левом желудочке между конечной систолической фазой и конечной диастолической фазой вместо того, чтобы правильно измерять объемы левого желудочка.Управление ЭКГ используется для стробирования получения изображения в течение нескольких сердечных циклов. Каждый сердечный цикл позже разделяется на заранее определенное количество интервалов (16 или 32), относящихся к количеству кадров (изображений) в сердечном цикле. Кадр с наибольшим числом представляет собой конечную диастолу, а кадр с наименьшим числом представляет собой конечную систолу.

LVEF можно рассчитать по следующему уравнению: Нетто-количество в конечном диастолическом кадре — нетто-количество в конечном систолическом кадре / нетто-количество в конечной диастоле.Чистый подсчет определяется путем вычитания количества из исследуемой фоновой области (рядом с левым желудочком) из измеренного количества LV. Этот метод особенно актуален для пациентов, габитус тела которых ограничивает использование других методов. Его можно использовать в ходе кардиотоксической химиотерапии и / или после облучения передней или левой части грудной клетки, когда эхокардиография не помогла. Радионуклидная ангиография также рекомендуется, когда эхокардиография оказалась неадекватной (например,g., ХОБЛ, ожирение) или при наличии значительных аномалий движения стенки покоя или искаженной геометрии. Противопоказаний к этому способу нет. [5]

Метод однофотонной эмиссионной компьютерной томографии и позитронно-эмиссионной томографии с закрытой перфузией миокарда

Перфузионное средство для миокарда с радиоактивной меткой, такое как сестамиби с радиоактивной меткой технеция 99m или тетрофосмин, первоначально вводится пациенту. Аммиак, рубидий или фтордезоксиглюкозу можно использовать в качестве агентов визуализации.ФВЛЖ можно рассчитать вместе с исследованием перфузии миокарда. Это помогает анализировать функцию и перфузию с помощью одного теста. Визуализирующие агенты попадают в миокард после инъекции пациенту. Получены изображения с синхронизацией по ЭКГ. Стробирование ЭКГ помогает разделить сердечный цикл на предварительно рассчитанное количество кадров (изображений) для каждого цикла (может быть 8 или 16). Программное обеспечение автоматического обнаружения краев играет важную роль в анализе реконструированных трехмерных данных для определения LVEF. Этот метод потребует трехмерного набора данных, в результате чего необходимо определить предположения о полости ЛЖ.Граница между миокардом с высоким содержанием левого желудочка и полостью левого желудочка с недостаточным подсчетом может быть дифференцирована с помощью программного обеспечения, используемого в методике. EDV и ESV — две важные переменные, которые могут быть получены путем расчета объема полости LV в течение каждого кадра сердечного цикла.

Контрастная вентрикулография левого желудочка при инвазивной катетеризации

Для этого метода требуется катетер «косичка» для введения контрастного вещества в полость желудочка. Это положение затемняет полость от базальной части до верхушки, не препятствует митральному подклапанному аппарату и вызывает небольшую желудочковую эктопическую активность.Наиболее часто используются виды под углом 30 градусов вправо и 60 градусов влево. Правая передняя косая проекция дешевле и требует меньше излучения, поэтому она используется чаще. Были разработаны различные геометрические методы, помогающие определить ФВЛЖ. Эти методы основаны на определении объемов желудочков с использованием математических моделей, которые предполагают, что полость желудочка симметрична. Первоначально рассчитываются ESV и EDV, которые позже помогают в определении LVEF. Дисковый метод (правило Симпсона) и метод длины площади Доджа-Сэндлера являются наиболее часто используемыми математическими методами. Метод Доджа-Сэндлера — наиболее часто используемый метод, поскольку LV при 30-градусном правом переднем наклонном виде и 60-градусном левом переднем наклонном виде напоминает эллипс. Это заставляет продольную ось желудочковой полости совпадать с продольной осью этой формы. Объем желудочка получается путем вычисления объема эллипсоида.

Клиническая значимость

Фракция выброса левого желудочка является мощным предиктором сердечной смертности.В клинической практике ФВЛЖ стал основным критерием установки дефибриллятора. Испытание MADIT II (вторая многоцентровая автоматическая имплантация дефибриллятора) продемонстрировало значительное снижение внезапной сердечной смерти и общей смертности после установки имплантируемого кардиовертера-дефибриллятора (ИКД) среди пациентов с перенесенным инфарктом миокарда и ФВ ЛЖ менее 30%. ФВЛЖ сейчас занимает центральное место в рекомендациях по использованию ИКД, когда он рекомендован для первичной профилактики внезапной сердечной смерти. [6] [7] [8] [9]

Более высокие значения ФВЛЖ были связаны с линейным снижением смертности до 45% ФВЛЖ среди пациентов с сердечной недостаточностью. Однако повышение более 45% не было связано с дальнейшим снижением смертности. Хотя ФВЛЖ является сильным независимым предиктором смертности у пациентов с сердечной недостаточностью, прогностическое значение ФВЛЖ следует интерпретировать в контексте других установленных факторов риска. Текущие рекомендации Американского колледжа кардиологов / Американской кардиологической ассоциации рекомендуют рутинную оценку ФВЛЖ у пациентов с сердечной недостаточностью в качестве ориентира терапии, но не позволяют определить взаимосвязь между ФВЛЖ и прогнозом.[10] [11]

ФВЛЖ является важным параметром для мониторинга функции ЛЖ в ходе кардиотоксической химиотерапии. Эхокардиография — это метод выбора для обследования пациентов до, во время и после лечения рака. ФВЛЖ <53% на исходном уровне требует консультации кардиолога для обсуждения соотношения риск / польза. Комплексный подход к оценке функции ЛЖ также рекомендует измерение глобальной продольной деформации и тропонинов. Если во время химиотерапии ФВЛЖ снижается> 10% от исходного уровня до конечного значения ФВЛЖ ниже 53%, пациентов необходимо направлять в кардиоонкологическое отделение для рассмотрения возможности лечения сердечной недостаточности и переоценки стратегии лечения рака.[12]

У пациентов с пороками клапанов сердца ФВ ЛЖ также используется в качестве одного из критериев для определения тактики ведения. Замена аортального клапана рекомендуется бессимптомным пациентам с тяжелым стенозом аорты или хронической тяжелой аортальной регургитацией и ФВЛЖ менее 50%. Хирургия митрального клапана рассматривается у бессимптомных пациентов с ФВЛЖ ≤ 60%. [13]

Улучшение результатов команды здравоохранения

Пациентов с аномальной или подавленной функцией левого желудочка лучше всего лечит межпрофессиональная группа, в которую входят поставщики первичной медицинской помощи, медсестры по сердечно-сосудистой системе, диетологи и фармацевты. У большинства этих пациентов может быть хроническая сердечная недостаточность или ишемическая болезнь сердца. Лечение варьируется в зависимости от причины, но низкая фракция выброса во многих случаях коррелирует с плохим прогнозом.

Количественная оценка кровотока в миокарде и фракции выброса однократной дозой (13) NH (3) и закрытого ПЭТ

Чтобы оценить кровоток миокарда (MBF) и сердечную функцию с помощью однократной дозы (13) NH (3), после получения динамического ПЭТ-сканирования было выполнено электрокардиографическое (ЭКГ) стробирование ПЭТ.Для сравнения фракции выброса левого желудочка (ФВЛЖ), полученной с использованием двух методов, также была проведена визуализация стробированного пула крови (GBP) с помощью C (15) O PET.

Методы: Обследованы шесть здоровых добровольцев и 34 пациента с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Каждому субъекту было выполнено динамическое ПЭТ-сканирование после медленной внутривенной инъекции примерно 740 МБк (13) NH (3) с последующим ПЭТ-сканированием с синхронизацией ЭКГ.Изображения МБФ рассчитывались методом графика Патлака. Перед получением сканирования (13) NH (3) изображение GBP было получено с помощью болюсной ингаляции C (15) O. Двадцати пациентам также была сделана левая вентрикулография (LVG), чтобы сравнить значение LVEF, полученное с помощью этого метода, со значением, определенным с помощью метода закрытой ПЭТ.

Результаты: Среднее региональное значение MBF, рассчитанное для здоровых добровольцев в состоянии покоя, составило 0.61 +/- 0,10 мл / мин / г. LVEF, полученный с использованием GBP PET (EF (CO)), соответствовал тому, который был получен с использованием LVG. ФВЛЖ, рассчитанная по результатам сканирования (13) NH (3) (EF (Nh4)), хорошо коррелировала с EF (CO), хотя EF (Nh4) немного занижала ФВЛЖ (EF (Nh4) = 0,97. EF (CO) — 2,94). ; r = 0,87). EF (Nh4) значительно отличался от EF (CO) у пациентов с дефектом перфузии сердечной стенки (EF (Nh4) = 39% +/- 11% по сравнению с EF (CO) = 45% +/- 11%; n = 19; P <0,001), тогда как между ними не было обнаружено значительных различий у субъектов без дефекта (EF (Nh4) = 58% +/- 13% vs.EF (CO) = 61% +/- 10%; n = 21).

Вывод: Получение закрытого ПЭТ с получением динамического ПЭТ-сканирования с однократной дозой (13) NH (3) является многообещающим методом одновременной клинической оценки МБФ и сердечной функции. Однако у пациентов с дефектом сердечной стенки EF (Nh4) демонстрировал тенденцию к занижению EF по сравнению с EF (CO).

Литье под давлением и экструзионно-выдувное формование

Написано Элисон . Размещено в блоге.

Процессы литья под давлением с раздувом и экструзии с раздувом являются неотъемлемой частью многих производственных приложений. Эти методы используются для создания множества одноразовых и перерабатываемых пластиковых деталей, включая изделия, используемые в медицинских и исследовательских целях. Оба процесса обладают уникальными функциями для получения разных результатов, поэтому важно понимать каждый процесс, чтобы определить, какой из них подходит для производства конкретного продукта. Чтобы помочь вам лучше понять разницу между литьем под давлением и экструзией с раздувом, мы рассмотрим, как работает каждый процесс, чтобы вы могли определить, какой из них лучше всего подходит для ваших нужд.

Что такое инжекционно-выдувное формование?

Для повышения эффективности производства в 1930-х годах было разработано литье под давлением. Процесс включает в себя плавление пластика и его заливку в заранее разработанную форму. Основные преимущества литья под давлением включают сокращение количества отходов, минимальные требования к отделке и возможность вторичной переработки. В отличие от экструзионного формования, конструктивные возможности литья под давлением позволяют изготавливать трехмерные компоненты. Машины, используемые для литья под давлением, включают в себя два основных компонента: узел зажима и узел впрыска.Литье под давлением с раздувом, или IBM, представляет собой особый тип процесса литья под давлением, который включает использование металлического стержня или стержневого стержня. В процессе используется заготовка, которая составляет основу готового продукта. Начало процесса IBM включает перемещение стержня заготовки / стержня в блок выдувного формования машины с последующим надуванием и охлаждением предварительно сформованной детали. После охлаждения стержневой стержень поворачивается в положение выброса, пресс-форма открывается, и продукт удаляется. На протяжении всего процесса используются три набора стержневых стержней для облегчения литья под давлением, выдувного формования и выталкивания формованной детали.

Что такое экструзионно-выдувное формование?

Экструзионно-раздувное формование, или EBM, похоже на IBM, но вместо того, чтобы впрыскивать расплавленный пластик в форму, материал экструдируется или выталкивается в полую трубку, известную как заготовка. Форма закрывается вокруг заготовки, чтобы придать форму детали на выдувной станции. На выдувающей станции воздух вдувается в заготовку, раздувая ее, принимая форму формы. Как только пластик остынет, форма открывается, и деталь выдавливается. С готовой детали обрезается лишний материал.Из-за процесса EBM обычно образуется большое количество лома.

Ключевые различия между литьем под давлением и экструзией с раздувом

Есть три основных области, в которых различаются литье под давлением и экструзионно-раздувное формование.

Продукты

Принципиальное различие между IBM и EBM заключается в типе продуктов, которые они создают. IBM обычно используется для формирования более твердых деталей, которые могут включать медицинские детали, кухонные детали и другие твердые компоненты. Между тем, EBM используется для производства более полых деталей, таких как бутылки и другие контейнеры.Экструзионно-выдувное формование может производить более сложные формы из-за того, как формируется продукт. Однако литье под давлением позволяет быстро и точно производить большие объемы качественных деталей.

Формы

IBM требует точного совпадения обеих половин формы, чтобы обеспечить полный контроль над потоком смолы. Большая часть работы, связанной с литьем под давлением, связана с изготовлением пресс-формы. В EBM существует более высокий уровень гибкости конструкции между обеими половинами формы, поскольку каждая половина формирует свою собственную форму стенки.

Типы материалов

Экструзионно-раздувное формование чаще всего используется для формования изделий из:
  • Полиэтилен высокой плотности (HDPE)
  • Полипропилен (PP)
  • Полиэтилентерефталат (PET).
Литье под давлением с раздувом чаще всего используется для формования изделий из:
  • Акрил
  • Поликарбонат
  • Полиоксиметилен (POM)
  • Полиэтилен (PE)

Партнер с E2Global важно учитывать

при определении того, подходит ли вам литье под давлением или экструзионно-раздувное формование.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.