Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Высоковольтные генераторы - Рентгеновские аппараты

Оглавление
Рентгеновские аппараты
Введение
Генерирование рентгеновских лучей
Ослабление рентгеновских лучей веществом
Световозбуждающее и фотографическое действия рентгеновских лучей
Количественная и качественная оценка рентгеновского излучения
Защита от рентгеновских лучей
Применение - рентгенодиагностика
Применение - рентгенотерапия
Применение - рентгенодефектоскопия
Применение - рентгеноструктурный анализ
Применение - рентгеноспектральный анализ
Применение - облучение в технологических целях
Рентгеновские трубки
Электрические характеристики рентгеновских трубок
Рентгеновские излучатели
Высоковольтный рентгеновский кабель
Рентгеновские питающие устройства
Главные трансформаторы
Параметры R, L и С главного трансформатора
Представление о расчете главного трансформатора
Главные трансформаторы с переменным коэффициентом трансформации
Высоковольтные вентили
Высоковольтные генераторы
Регулировка напряжения на трубке и тока трубки
Включение и отключение питающего устройства
Автоматика в рентгеновских питающих устройствах
Стабилизация работы питающего устройства
Контроль напряжения на трубке и ее анодного тока
Выпрямительные схемы рентгеновских питающих устройств
Однополупериодная безвентильная схема
Однополупериодная вентильная схема
Двухполупериодная схема
Схема удваивания с пульсирующим напряжением
Схема удваивания со сглаженным напряжением
Падение напряжения в главной цепи питающего устройства
Перенапряжения в питающих устройствах
Импульсное питание рентгеновской трубки
Рентгенодиагностические аппараты
Рентгенодиагностические исследования
Рентгенодиагностические трубки
Системы регулировок рентгенодиагностического аппарата
Регулировка выдержки
Защита трубки от перегрузки
Реле экспозиции
Падающая нагрузка
Передвижные аппараты
Стационарные аппараты
Усилитель яркости рентгеновского изображения
Рентгенокиносъемка
Рентгенотелевидение
Флюорографические аппараты
Хирургические аппараты
Аппараты для ангиокардиографии
Аппараты для близкофокусной и внутриполостной терапии
Аппараты для глубокой терапии
Рентгенодефектоскопические аппараты
Рентгеновские микроскопы
Рентгеновские аппараты для структурного анализа
Рентгеновские аппараты для спектрального анализа
Рентгеновские аппараты для облучения в технологических целях

Наряду с главным трансформатором обязательным элементам высоковольтного генератора является трансформатор накала рентгеновской трубки. Двух этих элементов достаточно, чтобы рентгеновская трубка могла генерировать рентгеновские лучи, работая на переменном напряжении. Как правило, в этом случае высоковольтный генератор строится в виде моноблока, т. е. в общем кожухе с упомянутыми элементами размещается также и рентгеновская трубка.
В большинстве случаев, однако, предпочитают, чтобы рентгеновская трубка работала па выпрямленном напряжении, пульсирующем или даже сглаженном, для чего высоковольтный генератор должен содержать также высоковольтные вентили, а для сглаживания напряжения и высоковольтные конденсаторы. В этом случае его чаще размещают в отдельном от рентгеновской трубки кожухе, вернее, баке. Если в качестве высоковольтных вентилей используются высоковольтные кенотроны, то возникает необходимость в дополнительных трансформаторах накала. Если высоковольтный генератор предназначается для питания двух (и более) рентгеновских трубок, то в высоковольтном генераторе размещается также высоковольтный переключатель для попеременного включения трубок. Ранее уже были рассмотрены главные трансформаторы и высоковольтные вентили. Сейчас мы остановимся вкратце на трансформаторах накала и высоковольтных конденсаторах.

Мощность, потребная для накала нити катода рентгеновской трубки, обычно составляет несколько десятков ватт; для высоковольтных кенотронов она не превышает 100—150 Вт. Мощность трансформатора накала, следовательно, невелика. Вторичное напряжение не превышает 15—20 В; первичное напряжение обычно берется в пределах 110—220 В. Основной особенностью трансформатора накала является высокая изоляция вторичной обмотки от земли и первичной обмотки, так как вторичная обмотка, как правило, находится по отношению к земле под высоким напряжением. Регулировка накала производится обычно изменением первичного напряжения трансформатора накала. Типичная конструкция трансформатора накала представлена на рис. 3-15.

Рис. 3-15. Трансформатор накала с изоляцией на 110 кВ относительно земли.
1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — бумажная изоляция; 4 — дополнительный барьер из электрокартона.
Расчетная магнитная индукция в трансформаторах накала берется 1,3—1,5 Т (13—15 тыс. Гс), а иногда и больше. Если питание накала осуществляется через феррорезонансный стабилизатор, то берется несколько пониженная индукция. Высокие значения индукции здесь нерациональны потому, что, увеличивая намагничивающий ток, они загружают стабилизатор дополнительной реактивной мощностью, что требует увеличения мощности стабилизатора. Плотность тока и обмотках трансформатора накала при длительной работе допустимо брать до 3—3,5 А/мм2. При проектировании высоковольтной изоляции можно использовать соображения, высказанные в § 3-4 относительно главных трансформаторов.
Высоковольтные конденсаторы, применяемые в рентгеновских высоковольтных генераторах для сглаживания напряжения на выходе (иногда одновременно и для удваивания напряжения главного трансформатора), обычно относятся к типу бумажно-масляных или бумажно-бакелитовых. Они имеют в зависимости от напряжения и мощности высоковольтного генератора номинальное напряжение (в пределах 25—100 кВ и емкость в пределах 0,01—0,1 мкФ. Строго говоря, наряду с номинальным напряжением следует указывать и допустимую пульсацию или амплитуду переменной составляющей, которая обычно в несколько раз меньше самого напряжения *.

* В рентгеновских аппаратах под пульсацией принято понимать разность между максимальным и минимальным значениями пульсирующего напряжения. Таким образом, пульсация в 2 раза больше амплитуды переменной составляющей, если считать, что переменная составляющая симметрична относительно своей нулевой линии.

Бумажно-масляные конденсаторы бывают двух типов. Конденсаторы первого типа состоят из ряда последовательно соединенных секций, па каждую из которых приходится лишь небольшая часть (порядка 3 кВ) полного напряжения. Секции наматываются из специальной конденсаторной бумаги, между слоями которой проложена фольга, служащая обкладками. Секции заключены в бумажно-бакелитовый цилиндр, служащий кожухом; фланцы конденсатора являются одновременно его выводами. Собранный конденсатор заливается под вакуумом трансформаторные маслом специальной очистки, имеющим повышенную электрическую прочность (до 60 кВ действующего значения на 2,5 мм в стандартном разряднике). При заливке масло проникает в промежутки между бумагой и фольгой и пропитывает бумагу.
Такие конденсаторы могут работать на воздухе. В рентгеновских высоковольтных генераторах они располагаются в общем баке с другими элементами генератора. Герметичное уплотнение конденсатора препятствует смешению масел. Это необходимо из-за того, что электрическая прочность масла в высоковольтном генераторе ниже, чем в конденсаторе.
В бумажно-масляных конденсаторах второго типа между обкладками действует полное напряжение конденсатора. Обкладки — плоские, изготовляются из фольги и имеют прямоугольную форму. Они разделяются бумажной изоляцией, число их зависит от емкости конденсатора. Собранный конденсатор стягивается изоляционными накладками и размещается в общем баке с другими элементами высоковольтного генератора. При вакуумной заливке и пропитке масло свободно проникает между слоями бумаги.
Бумажно-бакелитовые конденсаторы выполняются обычно в виде бумажно-бакелитовой втулки или бумажно-бакелитового полого цилиндра, в толще стенок которого находятся цилиндрические же обкладки из фольги.
Цилиндр спрессован так плотно, что масло не проникает между слоями бакелизированной бумаги.
Физико-химические свойства и методы испытания трансформаторного масла, которым заполняется бак высоковольтного генератора, описываются в специальных руководствах и справочниках. Мы лишь отметим, что требуемая электрическая прочность трансформаторного масла в высоковольтных генераторах рентгеновских аппаратов может быть весьма различной. Для многих высоковольтных генераторов (не моноблоков) можно допускать в эксплуатации понижение электрической прочности трансформаторного масла до 18—20 кВ действующего значения на 2,5 мм при испытании в стандартном разряднике. При заливке бака свежим трансформаторным маслом прочность масла должна быть не менее 35—40 кВ. Масло следует заливать в горячем виде; при этом необходимо учитывать, что прочность его после остывания снижается раза в полтора. Если заливка маслом производилась не под вакуумом, то высоковольтный генератор после заливки должен еще постоять не менее суток, прежде чем он будет включен под напряжение. Это необходимо, чтобы дать возможность маслу пропитать все части. Для предотвращения постепенной порчи масла от соприкосновения со стальным баком внутренние стенки бака покрываются бакелитовым лаком.
При работе высоковольтный генератор разогревается и объем, занимаемый маслом, возрастает. Чтобы масло могло свободно расширяться, объем бака берется с некоторым запасом и наполняется маслом не полностью, так что между поверхностью масла и крышкой остается воздушный слой, равный при холодном масле 10—20 мм. Подобная система маслорасширения обязывает устанавливать бак строго горизонтально. Все части высоковольтного генератора обычно монтируются на крышке бака. Поднимая крышку, мы открываем доступ ко всем частям, не нарушая монтажа. Такая конструкция удобна для сборки и ремонта.
На рис. 3-16 изображен высоковольтный генератор отечественного рентгенодиагностического аппарата РУМ-16 на 150 кВ, 250 мА и 100 кВ, 650 мА, работающий по схеме с двенадцатифазным выпрямлением. Здесь главный трансформатор укреплен в нижней части бака, селеновые выпрямители и другие части генератора—на верхней крышке. 

На промежуточной панели имеются переходные контакты, соединяющие главный трансформатор с выпрямителями. Такая конструкция, облегчая крышку с укрепленными на ней частями, одновременно позволяет отдельно испытывать полностью смонтированный главный трансформатор.

Высоковольтный генератор трехфазного рентгенодиагностического аппарата
Рис. 3-16. Высоковольтный генератор трехфазного рентгенодиагностического аппарата РУМ-16.
1 — главный трансформатор; 2 — переходные контакты; 3 — селеновые выпрямители; 4 — трансформаторы накала рентгеновской трубки; 5 — высоковольтные выключатели для попеременного включения трех рентгеновских излучателей; 6 — гнезда высоковольтных кабелей.

Высоковольтные генераторы в виде моноблоков применяются почти исключительно в переносных и передвижных  рентгенодиагностических и рентгенодефектоскопических аппаратах. В первом случае они строятся на напряжения от 50 до 125 кВ, во втором случае — на напряжения от 100 до 400 кВ.

В первом случае в качестве высоковольтной изоляции используется трансформаторное масло, во втором — газ под давлением *. Имеются моноблоки (с газовой изоляцией) на напряжения 1 000— 2 000 кВ. Они используются в рентгенотерапевтических и (преимущественно) в рентгенодефектоскопических аппаратах.

* В 30-х гг. до появления маслоупорной резины в моноблоках применялось также касторовое масло.

Рентгеновская трубка, как правило, работает в моноблоках на переменном напряжении. Имеются, однако, моноблоки, в которых трубка работает на пульсирующем и даже сглаженном напряжении. В этом случае моноблок должен содержать, естественно, выпрямители, а для получения сглаженного напряжения — и конденсаторы.
Остановимся на моноблоках с масляной изоляцией. Моноблок (как и рентгеновский излучатель в виде защитного кожуха с трубкой) в зависимости от требуемого направления пучка рентгеновских лучей может занимать самые различные положения. Масло, следовательно, всегда должно занимать весь объем. Наличие сколько- нибудь значительных воздушных пузырей еще более опасно, чем наличие их в отдельном защитном кожухе, так как внутри находятся также высоковольтный трансформатор и трансформатор накала, изоляция которых легко может быть повреждена пробоем через воздушный пузырек даже небольшой величины. Рентгеновская трубка обычно крепится в моноблоке таким образом, чтобы смену ее можно было производить, не вынимая трансформаторов из кожуха; моноблоки наполняются маслом под вакуумом и выемка трансформаторов из масла нежелательна.
В моноблоках (как и в защитных кожухах) обычно применяются маслорасширители с переменным объемом, металлические или резиновые. Заполнение моноблока изоляционным маслом должно производиться при строго определенных условиях, чтобы обеспечить маслорасширителям (как и в случае отдельного защитного кожуха) нормальную работу. После наполнения блок-трансформатора маслом принимаются меры к удалению из его объема всех остатков воздуха.
На рис. 3-17 представлен моноблок отечественного разборного рентгенодиагностического аппарата РУМ-4М на 100 кВ, 40 мА. В моноблоке используется рентгеновская трубка типа 3-БДМ-100, работающая на переменном напряжении. У главного трансформатора заземлена средняя точка (трансформатор более подробно изображен на рис. 3-8). Масса моноблока — 30 кг.
Рентгеновская трубка закреплена на специальном держателе из пластмассы и вынимается из моноблока вместе с этим держателем. Выемка врубки производится через специальный торцовый люк, расположенный с анодной стороны моноблока. Металлический маслорасширитель типа сильфона обеспечивает нормальное «дыхание» -в пределах 100 °С. При постановке трубки маслорасширитель устанавливается (при помощи специального установочного винта) на верхний предел температуры 60— 70 °С. В случае превышения верхнего предела температуры специальный автоматический выключатель под воздействием маслорасширителя приводит в действие звуковой сигнал, находящийся в пульте управления.


Рис. 3-17. Моноблок отечественного рентгенодиагностического аппарата РУМ-4М на 100 кВ.
1 — главный трансформатор; 2 — трансформатор накала; 3 — рентгеновская трубка; 4 — маслорасширитель.
Моноблок «Нанофос», выпускаемый фирмой Сименс, входит в состав нескольких типов рентгенодиагностических аппаратов: палатного, разборного, облегченного стационарного и флюорографического. Предельные электрические режимы моноблока—125 кВ, 50 мА и 65 кВ, 100 мА. В моноблоке используется рентгеновская трубка с вращающимся анодом, имеющая фокус 0,8X 0,8 мм. В моноблоке применена двух полупериодная мостовая схема выпрямления с заземлением средней точки; в качестве высоковольтных вентилей использованы малогабаритные селеновые выпрямители «карандашного» типа. Масса моноблока — 27 кг.
На рис. 3-18 изображен отечественный моноблок, предназначаемый для разборного рентгенодиагностического аппарата повышенной мощности [Л. 97]. Предельные режимы моноблока —125 кВ, 100 мА и 90 кВ, 150 мА. В моноблоке используется рентгеновская трубка с вращающимся анодом типа 6-10-БД-125 с фокусами 0,8X0,8 и 1,5X1,5 мм. Трансформатор накала специальной конструкции позволяет осуществлять попеременное питание нитей катода в зависимости от выбранного фокуса. Масса моноблока — 37 кг.
На рис. 3-19 представлен моноблок отечественного рентгенодефектоскопического аппарата РУП-200-5 на 200 кВ, 5 мА.

Рис. 3-18. Моноблок отечественного рентгенодиагностического аппарата РУМ-15 на 125 кВ.
1 — рентгеновская трубка с вращающимся анодом; 2 — статор вращающегося анода; 3 — главный трансформатор и селеновые выпрямители в общей бумажной изоляции; 4 — сердечник главного трансформатора; 5 — первичная обмотка главного трансформатора; 6 — вторичная обмотка главного трансформатора; 7 —селеновые выпрямители «карандашного» типа; 8 — трансформатор накала; 9 — крышка для выема рентгеновской трубки.

Рентгеновская трубка типа 0,7-БПМ-200 имеет радиаторное охлаждение. Для повышения теплоотдачи радиатора крыльчатка, приводимая в действие электродвигателем, создает принудительный поток масла, обтекающий радиатор. Дополнительно моноблок может охлаждаться проточной водой, пропускаемой через змеевик, размещенный в нижней части моноблока. Моноблок рассчитан на повторно-кратковременную работу; водяное охлаждение позволяет сокращать перерывы. В моноблоке имеется автоматический выключатель, который отключает высокое напряжение, если температура масла в моноблоке превысит допустимый уровень. Масса моноблока — 88 кг (вместе с арматурой, укрепленной на моноблоке и служащей для его переноски).

 

Рис. 3-19. Моноблок отечественного рентгенодефектоскопического аппарата РУП-200-5 на 200 кВ.

1 — главный трансформатор; 2 — трансформатор накала; 3— рентгеновская трубка; 4 — радиатор рентгеновской трубки; 5 — электродвигатель с крыльчаткой; 6—змеевик водяного охлаждения.

В последние год в малогабаритных моноблоках  аппаратов начали применять вместо масляной газовую изоляцию, в частности газ SF6

Рис 3-20. Моноблок с газовой изоляцией к рентгенодефектоскопическому аппарату на 300 кВ.
1 и 2 — главные трансформаторы; 3 — трансформатор накала; 4 — рентгеновская трубка; 5 — перемещающаяся свинцовая защита.
под давлением около 100 Н/см2 (в сверхвысоковольтных моноблоках газовую изоляцию стали применять сравнительно давно, см. § 6-1). Применение газовой изоляции способствует уменьшению массы моноблока. Моноблок перед заполнением газом тщательно вакуумирутся. Такая процедура осуществляется как при выпуске моноблока заводом, так и при смене рентгеновской трубки.
На рис. 3-20 представлен моноблок с газовой изоляцией, входящий в состав рентген-аппарата «Бальтограф 300/3Ρ» на 300кВ бельгийской фирмы Бальто. Моноблок содержит два высоковольтных трансформатора, каждый на 150 кВ, расположенных в торцах. Рентгеновская трубка для «панорамного просвечивания» расположена в средней части моноблока. Помимо кольцевого пучка лучей можно использовать и направленный. Для этого на моноблок надевается свинцовый защитный экран, задерживающий часть кольцевого пучка. Трубка имеет радиаторное охлаждение. Кроме того, моноблок имеет водяное охлаждение. Масса моноблока — 65 кг, арматуры для переноски—13 кг.



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »