European Conference on Innovations in Technical and...

European Conference on Innovations in Technical

and Natural Sciences

9th International scientific conference02nd October 2015

Vienna, Austria2015

«East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH, Wien, Österreich

«European Conference on Innovations in Technical and Natural Sciences». Proceedings of the 9th International scientific conference (October 02, 2015). «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH. Vienna. 2015. 88 p.

ISBN–13 978-3-903063-72-3ISBN–10 3-903063-72-0

The recommended citation for this publication is:Busch P. (Ed.) (2015). European Conference on Innovations in Technical and Natural Sciences. The 9th International scientific conference proceedings (October 02, 2015), Vienna,OR: «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH, Vienna.

Editor Petra Busch, AustriaEditorial board Rostislav Komarov, Russia Slavka Konstantinova, Bulgaria Hong Han, ChinaProofreading Andrey SimakovCover design Andreas VogelContacts “East West” Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH, Am Gestade 1 1010 Vienna, AustriaEmail: [email protected]: www.ew-a.org

Material disclaimerThe opinions expressed in the conference proceedings do not necessarily reflect those of the «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH, the editor, the editorial board, or the organization to which the authors are affiliated.

© «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbHAll rights reserved; no part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without prior written permission of the Publisher.

Typeset in Berling by Ziegler Buchdruckerei, Linz, Austria.Printed by «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH, Vienna, Austria on acid-free paper.

Innovations 3

Section 1.Innovations

Gilmanova Saule Muratovna,Affiliated State Enterprise «Scientific and Technological Park»

of Republican State Enterprise «Al-Farabi Kazakh National University»of Ministry of Education and Science of Kazakhstan, the project manager

E-mail: [email protected] Natalya Georgievna,

Affiliated State Enterprise «Scientific and Technological Park»of Republican State Enterprise «Al-Farabi Kazakh National University»

of Ministry of Education and Science of Kazakhstan, researcherE-mail: [email protected]

Gukkengeimer Elena Yurievna,Affiliated State Enterprise «Scientific and Technological Park»

of Republican State Enterprise «Al-Farabi Kazakh National University»of Ministry of Education and Science of Kazakhstan, researcher

E-mail: [email protected] Arailym Sailaugazhievna,

Affiliated State Enterprise «Scientific and Technological Park» of Republican State Enterprise «Al-Farabi Kazakh National University» of Ministry

of Education and Science of Kazakhstan, jr. researcherE-mail: [email protected]

Ryspekyli Kaster,Affiliated State Enterprise «Scientific and Technological Park» of Republican

State Enterprise «Al-Farabi Kazakh National University» of Ministryof Education and Science of Kazakhstan, assistant

E-mail: [email protected]

Using universal microcapsules to develop compounding cosmetic means

4 Section 1.

Гильманова Сауле Муратовна,ДГП «Научно-технологический парк»

РГП «Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби»МОН Республики Казахстан, руководитель проекта

E-mail: [email protected]Ригер Наталья Георгиевна,

ДГП «Научно-технологический парк»РГП «Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби»

МОН Республики Казахстан, научный сотрудникE-mail: [email protected]

Гуккенгеймер Елена Юрьевна,ДГП «Научно-технологический парк»

РГП «Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби»МОН Республики Казахстан, научный сотрудник

E-mail: [email protected]Есиббаева Арайлым Сайлаугажиевна,

ДГП «Научно-технологический парк»РГП «Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби»

МОН Республики Казахстан, младший научный сотрудникE-mail: [email protected]

Рыспекулы Кастер,ДГП «Научно-технологический парк»

РГП «Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби»МОН Республики Казахстан, лаборант


Использование универсальных микрокапсул для разработки рецептуры косметических средств

Для разработки рецептуры косметических средств по уходу за кожей лица нами было предложено в качестве трансдермальной доставки активных компо-нентов использовать фосфатидилинозитольные (ФИ) микрокапсулы 1. Использо-вание в косметологии микрокапсул на основе фосфолипидов имеет ряд преиму-

1 Гильманов М. К., Гильманова С. М., Кейкибаев А. Н. Способ получения микро-капсулярного препарата, обладающего антибактериальным действием//заявка № 2012/0267.1 от 01.03.2012 г.

Innovations 5

ществ по сравнению с аденовирусами, дендритами, липосомами, полимерными наночастицами, а также углеродными нанотрубками 1. ФИ — микрокапсулы не обладают свойством агрегации, обладают хорошей емкостью по отношению к активным веществам, отличаются высокой стабильностью, не вызывают ника-ких иммунных и аллергических реакций, позволяют снижать дозу действующего вещества при сохранении эффективности действия. А также спектр активных веществ, загруженных в ФИ — микрокапсулы весьма широк. Микрокапсулы об-ладают не только хорошей емкостью по отношению к активным компонентам косметических средств, но и отличаются высокой стабильностью.

Микрокапсулы получали из растительного сырья с использованием таких биохимических методов, как 2:

1. Гель — хроматография на колонке с Сефарозой CL — 4 В.2. Лектиновая хроматография на конконавалин А Сефарозе.Жидкую фракцию микрокапсул исследовали на оптическом микроскопе типа

DM 6000 фирмы «Leicа» (Швейцария).

Рисунок 1 — Оптическая микроскопия на микроскопе типа DM

6000 фирмы «Leicа» (Швейцария) жидкой фракции микрокапсул

Полученные микрокапсулы имели размер в пределах от 1 до 2 мкм. Микро-капсулы остаются стабильными в течение длительного времени.

В результате проведенного исследования были подобраны наиболее эффек-тивные косметические агенты для загрузки в микрокапсулы и последующего соз-дания рецептуры косметических средств, таких как:

1. Для лифтинга: гиалуроновая кислота, гексапептид-10, карцинин.

1 Baroli B., Ennas M. G., Loffredo F., Isola M., Pinna R., López-Quintela M. A. Penetration of metallic nanoparticles in human full-thickness skin// J. Invest. Dermatol . – 2007. – V.127. – Р. 1701–1712; Медикаментозное преодоление анатомических и клеточных барьеров с помощью липосом/Под ред. Л. М. Кузяковой, В. И. Ефременко. – Ставрополь, 2000. – 170 с; Полянский А. А. Через кожу? – Нет проблем! Несколько слов о косметике будущего//Косметика и медицина, № 2. – 2008.– С. 20–23.

2 Гильманов М. К., Гильманова С. М., Кейкибаев А. Н. Способ получения микрокапсулярного препарата, обладающего антибактериальным действием//заявка № 2012/0267.1 от 01.03.2012г.

6 Section 1.

2. Для омоложения и ревитализации: диметиламиноэтанол (ДМАЕ), орга-нический кремний, витамины группы В.

Гиалуроновая кислота нейтрализует действие свободных радикалов, улучшает тургор и эластичность кожи, а также стимулирует синтез коллагена, ДМАЕ явля-ется мощным антиоксидантом 1.

Препарат ДМАЕ стабилизирует мембраны клеток, в результате чего стиму-лируется клеточный метаболизм 2.

а b

cРисунок 2 — Оптическая микроскопия на микроскопе типа DM 6000 фирмы

«Leicа» (Швейцария) микрокапсул: а — загруженных гиалуроновой кислотой, b — загруженных ДМАЕ; c — контрольный образец без микрокапсул

Была отработана методика загрузки в микрокапсулы двух косметических ком-понентов, таких как, гиалуроновая кислота и ДМАЕ. Загрузку микрокапсул актив-ными компонентами проводили на наноструктурированном углеродном сорбенте

1 Хабаров В. Н., Михайлова Н. П., Селянин М. А. Изучение антиоксидантных свойств гиалуроновой кислоты, глутатиона, цистеина, метионина и производных аскорбиновой кислоты, использующихся в препаратах для мезотерапии//Мезотерапия. – 2010. – № 9/01.

2 Михайлова Н. П. Антиоксиданты в мезотерапии. Мезотерапия. – 2010. – № 9/01.

Innovations 7

типа «Нанокарбосорб». Выход фракции, содержащей загруженные нанокапсулы контролировали с помощью детектора UA-6 UV/VIS DETECTOR (США).

Проведена микроскопия на микроскопе типа DM 6000 фирмы «Leicа» (Швейцария) готовых образцов, загруженных микрокапсул гиалуроновой кис-лотой и ДМАЕ.

Были проведены тесты на наличие в растворе остаточных молекул активных компонентов, не вошедших в микрокапсулы. Результаты показали, что при за-грузке низкомолекулярной гиалуроновой кислоты концентрация в растворе была 0,8–12%. При загрузке высокомолекурярной гиалуроновой кислоты остаток сво-бодной гиалуроновой кислоты составлял 45–68%. При загрузке ДМАЕ остаток свободного ДМАЕ составил 9,9%, что является хорошим показателем.

В результате проведенных исследований из растительного сырья были выде-лены универсальные микрокапсулы и оптимизированы методы их загрузки наи-более эффективными агентами, такими как гиалуроновая кислота и ДМАЕ, для последующего создания косметических средств по уходу за кожей лица.

Список литературы:1. Гильманов М. К., Гильманова С. М., Кейкибаев А. Н. Способ получения ми-

крокапсулярного препарата, обладающего антибактериальным действием//заявка № 2012/0267.1 от 01.03.2012 г.

2. Медикаментозное преодоление анатомических и клеточных барьеров с по-мощью липосом/Под ред. Л. М. Кузяковой, В. И. Ефременко. – Ставрополь, 2000. – 170 с.

3. Михайлова Н. П. Антиоксиданты в мезотерапии. Мезотерапия. – 2010. – № 9/01.

4. Полянский А. А. Через кожу? – Нет проблем! Несколько слов о косметике будущего//Косметика и медицина, № 2. – 2008. – С. 20–23.

5. Хабаров В. Н., Михайлова Н. П., Селянин М. А. Изучение антиоксидантных свойств гиалуроновой кислоты, глутатиона, цистеина, метионина и произ-водных аскорбиновой кислоты, использующихся в препаратах для мезоте-рапии//Мезотерапия. – 2010. – № 9/01.

6. Baroli B., Ennas M. G., Loffredo F., Isola M., Pinna R., López-Quintela M. A.Penetration of metallic nanoparticles in human full-thickness skin//J. Invest. Dermatol. – 2007. – V.127. – Р. 1701–1712.

8 Section 1.

Demchenko Mariia Alexandrovna,National Technical University of Ukraine ‘Kyiv Polytechnic Institute’,

Postgraduate student, Faculty of Instrument EngineeringE-mail: [email protected]

Filippova Marina Vyacheslavovna,National Technical University of Ukraine ‘Kyiv Polytechnic Institute’,

Ph.D, Associate Professor, Faculty of Instrument EngineeringE-mail: [email protected]

Bezruchko Viacheslav Mihailovich,Сhernihiv state technological university, Associate Professor,

PhD, Chernihiv National University of Technology,Faculty of Electronic and Information Technology


States diagnostics of elastic waves of steelwork beam elements in metallic industrial structures

Демченко Мария Александровна,Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт», аспирант, приборостроительный факультет

E-mail: [email protected]Филиппова Марина Вячеславовна,

Национальный технический университет Украины«Киевский политехнический институт», к. т.н., доцент,

приборостроительный факультетE-mail: [email protected]

Безручко Вячеслав Михайлович,Черниговский национальный технологический университет,

к. т.н., доцент, факультет электронныхи информационных технологий


Исследование свойств упругих волн в металлоконструкциях сооружений

промышленного назначенияС ростом масштабов и количества строительства возникает вопрос контроля

надежности сооружений. Так как эксплуатируемые сооружения подвергаются

Innovations 9

постоянным нагрузкам, существует необходимость всестороннего контроля несущих металлоконструкций с целью предотвращения аварийности.

Основной причиной разрушения элементов конструкций является возникно-вение концентраторов напряжения. Место их возникновения не всегда связано с присутствием в металле дефектов, шлака, пор и раковин. Зачастую, непосред-ственно в месте возрастания напряжения в результате смещения частиц металла происходит образование так называемых «концентраторов напряжения».

Оборудование, позволяющее определять напряжения в металле, реализовано на нескольких методах неразрушающего контроля, таких как магнитный и ультра-звуковой (ультразвуковая тензометрия).

Для исследования полей механических напряжений возможно применение приборов класса электромагнитных и ультразвуковых измерителей напряжений. Принцип действия электромагнитных приборов основан на использовании маг-нитоупругого эффекта, под которым понимают свойство ферромагнитный ма-териалов изменять магнитные свойства под влиянием напряжений. На магнито-упругом эффекте магнитоупругих и магнитоанизатропных преобразователей 1. Эти методы обладают сравнительно высокая чувствительность, простоте в реали-зации, однако необходимо удалять защитное покрытие во всех точках. Несмотря на это они широко используются для выявления напряжений в поверхностных слоях конструкционных элементов.

Среди всех возможностей ультразвукового контроля ультразвуковая тензоме-трия позволяет определять изменение напряжения и деформации в твердых телах. Она основана на явлении акустоупругости, которая заключается в измерении ско-рости распространения упругих волн под влиянием напряжения 2. Однако данный метод имеет достаточно высокую погрешность в 15%. Стоит также отметить его преимущество в отсутствии необходимости первоначальных параметров напря-жения, это так называемая безнулевая тензометрия. Метод позволяет измерять как одноосные, так и двухосные напряжения растяжения-сжатия, усредненные по объему прозвучивания. Метод акустоупругости является логическим продол-жением ультрозвуковых методов дефектоскопии и толщинометрии 3.

Таким образом, можно предположить возможности использования другого типа волн, либо иных их параметров для более точно определения текущего на-

1 Эйнав И., Артемьев Б., Азизова Е., Азизова А., Неразрушающий контроль в строительстве [Текст] – М.: Издательский дом «Спектр», 2012 – 259 с.

2 Алешин Н. П., Бобров В. Т., Ланге Ю. В., Щербинский В. Г., Ультразвуковой контроль: учебное пособие/под общ. ред. В. В. Клюева [Текст] – М.: Издательский дом «Спектр», 2013 – 243 с.

3 Никитина Н. Е., Казачек С. В. Преимущества метода акустоупругости для неразрушающего контроля механических напряжений в деталях машин//Вестник научно-технического развития. 2010. № 4(32) С. 18–28.

10 Section 1.

пряжения в напряженном металле. По схожему вопросу в работах 1, для опреде-ления дефектов в болтовых и других биметаллических соединениях, используется ультразвуковой неразрушающий контроль акустическими волнами 2. Понятие акустической волны использовано как механическое возмущение среды распро-страняющегося в объеме ограниченном естественными границами.

В работе проведены эксперименты по выявлению влияния внутренних изме-нений напряженного металла на параметры акустической волны. В качестве метода использовался «метод прохождения» с пропусканием волны в одном направле-нии с направление напряжения для обнаружения влияний структурных изменений металла под воздействием напряжений растяжения-сжатия. Для этого нами была построена измерительная система для диагностики типичных профилей металло-конструкций, объединенных в один экспериментальный образец, имеющей кон-сольное закрепление. Напряжения в металле создавались посредством стягивания двух концов П-образной конструкции экспериментального образца.

В качестве образца для проведения исследований были выбраны два вида ба-лок типа швеллер и двутавр, как такие что являются основными при возведении металлоконструкций сооружений промышленного назначения.

Материал, что используется для изготовления металлоконструкций, отно-сится к стали Ст3 пс5 ГОСТ 27772–88. Сталь Ст3 сп5 соответствует стали для строительных конструкций С245, преимуществом которой является хорошие пластичность и механические характеристики.

Блок схема установки, для проведения исследований, приведена на рисунке 1. Для реализации стенда измерений использовалось лабораторное оборудование типа генератор высокочастотных сигналов, современный цифровой осциллограф с высокой разделительной способностью, а также современный программный комплекс анализа полученных сигналов.

Часть испытаний была направлена на проверку влияния напряжений в метал-локонструкции при ультразвуковом синусоидальном сигнале в диапазоне частот от 1,8 до 5 МГц при уровне от 1 до 12 В. В ходе измерения регистрировались все возможные параметры. В результате анализа амплитудно-частотных характери-стик никаких изменений относительно ненагруженного металла не обнаружено.

1 Яцышен, В. В. Исследование свойств акустических коаксиальных волн в стержнях /В. В. Яцышен, М. В. Слюсарев//Известия Волгоградского государственного технического университета. – 2011. – межвуз. сб. науч. ст. № 5(78). – Волгоград: ИУНЛ, ВолгГТУ. – С. 82–85.

2 Яцышен, В. В. Исследование основных зависимостей параметров акустических колебаний коаксиальных волн от напряжённо-деформированного состояния магистральных газопроводов/В. В. Яцышен, М. В. Слюсарев//Известия Волгоградского государственного технического университета. – 2011. – межвуз. сб. науч. ст. № 5 (78). – Волгоград: ИУНЛ, ВолгГТУ. – С. 80–82.

Innovations 11

Для реализации импульсного метода использовался генератор прямоуголь-ных импульсов. В качестве приёмного и излучающего преобразователей исполь-зованы стандартные ультразвуковые малогабаритные пьезоэлектрические преоб-разователи с углом ввода в сталь 50º и 65º и частотой ультразвукового импульса 5 и 2,5 МГц соответственно. Частота повторений ультразвуковых импульсов со-ставила 1 кГц.

Рис. 2 Блок-схема лабораторного стенда измерения

Измерения проводились на двух рабочих поверхностях нагружаемых балок, поскольку считается, что одна поверхность растягивается, а другая сжимается. Это позволило в рамках одного нагружения исследовать два типа напряжений.

При анализе полученного сигнала учитывались изменения не только ампли-тудно-частотной характеристики, но и спектральные составляющие сигнала.

По результатам эксперимента было выявлено изменение амплитуды принима-емого сигнала, времени задержки, а также затухания в зависимости от нагрузки. Наблюдалось появление второй и третей гармоник.

Планируется в результате обработки всей информации вывести зависимость амплитудной модуляции сигнала, коэффициента нелинейных искажений и коэф-фициента затухания от напряжения растяжения-сжатия в отдельности.

12 Section 1.

Список литературы:1. Эйнав И., Артемьев Б., Азизова Е., Азизова А., Неразрушающий контроль

в строительстве [Текст] – М.: Издательский дом «Спектр», 2012. – 259 с.2. Алешин Н. П., Бобров В. Т., Ланге Ю. В., Щербинский В. Г., Ультразвуковой

контроль: учебное пособие/под общ. ред. В. В. Клюева [Текст] – М.: Изда-тельский дом «Спектр», 2013. – 243 с.

3. Никитина Н. Е., Казачек С. В. Преимущества метода акустоупругости для неразрушающего контроля механических напряжений в деталях ма-шин//Вестник научно-технического развития. 2010. № 4 (32) С. 18–28.

4. Яцышен, В. В. Исследование свойств акустических коаксиальных волн в стержнях/В. В. Яцышен, М. В. Слюсарев//Известия Волгоградского госу-дарственного технического университета. – 2011. – межвуз. сб. науч. ст. № 5 (78). – Волгоград: ИУНЛ, ВолгГТУ. – С. 82–85.

5. Яцышен, В. В. Исследование основных зависимостей параметров акустиче-ских колебаний коаксиальных волн от напряжённо-деформированного состо-яния магистральных газопроводов/В. В. Яцышен, М. В. Слюсарев//Известия Волгоградского государственного технического университета. – 2011. – меж-вуз. сб. науч. ст. № 5 (78). – Волгоград: ИУНЛ, ВолгГТУ. – С. 80–82.

Machinery construction 13

Section 2.Machinery construction

Barannikova Elena Gennadievna,Nevinnomissky Technological Institute (branch)

SKFU, Ph. D.E-mail: [email protected]

Vazhentsev Yri Georgevich,Nevinnomissky humanity State Technical Institute, Ph. D.


Sample and methodology the determination of fracture toughness of welds

Баранникова Елена Геннадиевна,Невинномысский технологический институт

(филиал) СКФУ, доцентE-mail: [email protected]

Важенцев Юрий Георгиевич,Невинномысский государственный

гумманитарно-технический институт, доцентE-mail: [email protected]

Образец и методика определения трещиностойкости сварных швов

Определение трещиностойкости материалов сварных швов является очень важной задачей экспериментальной механики разрушения. Известны конструк-ции стандартных образцов для определения трещиностойкости материалов в ус-ловиях нормального отрыва или продольного сдвига 1.

На рисунке схематично представлена конструкция предлагаемого образ-ца для определения трещиностойкости материала сварного шва в условиях

1 Броек Д. Основы механики разрушения. – М.: ВШ,1980.

14 Section 2.

комбинированного нагружения продольным и поперечным сдвигом 1. Образец содержит охватывающее тело вращения 1 типа втулки и сопряженное с ним по ци-линдрической поверхности 2 охватываемое тело вращения 3 типа вала.

Рис 1. Схема образца

Кольцевая канавка располагается на торце составного образца и образована внутренней поверхностью 4 охватывающего тела, нагруженной поверхностью 5 охватываемого тела и совмещенными торцевыми поверхностями 5 и 7 ступеней указанных тел. Кольцевая канавка заполняется исследуемым материалом 8, кото-рый отличен от материала тел 1 и 3. Сопрягаемые цилиндрические поверхности тел 1 и 3 имитируют кольцевую трещину 2, вершина которой находится в ис-следуемом материале 8. В случае, если исследуемый материал 8 по химическому составу сильно отличается от материала тел 1 и 3, то в вершине искусственной трещины 2 он может быть загрязнен примесями. Чтобы избежать побочного вли-яния этих примесей на результаты испытаний, можно известными способами произвести подращивание трещины 2 вглубь исследуемого материала 8, где он уже будет свободен от примесей. Во всех случаях должна быть хорошая адгезия материала 8 с материалом тел вращения 1 и 3.

Нагружение образца осуществляется либо осевой силой Р, либо крутящим моментом Мк, либо одновременно и силой, и моментом в различных соотноше-ниях, как это показано на рисунке. При действии на образец только силы Р берега трещины 2 испытывают нагружение поперечным сдвигом по типу II, а только крутящего момента Мк — продольным сдвигом по типу III. При одновременном

1 Важенцев Ю. Г. Образец для определения трещиностойкости материалов. А. с. 1809361 СССР G01 3/24,10.10.92 г.


действии на образец Р и Мк берега трещины испытывают комбинированное на-гружение поперечным и продольным сдвигом по типам II и III.

Предлагаемый составной образец в первом приближении эквивалентен при-зматическому образцу толщиной πd с полубесконечной трещиной, берега кото-рой на расстоянии «a» от вершины трещины нагружены сосредоточенными продольной и поперечной нагрузками. В случае неограниченного размера при-зматического образца в направлении роста трещины коэффициенты интенсив-ности напряжений могут быть выражены по формуле:

K

K

Q

SaII

III

=

2

2π�, (1)

где Q и S — соответственно поперечная и продольная сдвигающие силы на по-верхности полубесконечной трещины, приходящиеся на единицу толщины об-разца.

Для предлагаемого составного образца

QРd

=π

� ,

SМd

к=2

2π� (2)

С учетом конечных размеров образца и равенств (2) выражение (1) можно представить в виде:

��

� � � �

K

K

d аf

аb

аd

М

d аf

аb

аd

к

II

III

=

=

2

2

4

2

1

2 2

π π

π π

, ,

,

, (3)

где f1 и f2 — безразмерные функции, учитывающие относительные размеры тре-щины в образце,

d — диаметр сопрягаемых цилиндрических поверхностей (цилиндрической трещины),

a — длина сопрягаемых цилиндрических поверхностей (цилиндрической трещины),

b — глубина кольцевой канавки, запыленной до конца исследуемым матери-алом.

Выражения безразмерных поправочных функций f1 и f2 могут быть найдены путем аналитического или численного решения краевой задачи о нагружении предлагаемого образца с трещиной, имеющего конечные размеры. Методы ре-шения таких задач изложены в работе 1.

1 Броек Д. Основы механики разрушения. – М.: ВШ, 1980.

16 Section 2.

На представленном рисунке условно показано, что Р и Мк приложены в верх-нем торцевом сечении тела 1. Конструктивно момент Мк к телу 1 можно при-ложить с помощью радиальных штифтов, шпонок, симметричных лысок, вы-полненных на внешней цилиндрической поверхности тела 1, или любым другим способом в зависимости от типа нагружающего устройства и конструкции за-хватов испытательной машины.

Желательно, чтобы материал тел 1 и 3 составного образца имел более высо-кие прочностные свойства по сравнению с исследуемым материалом и близкие с ним характеристики упругости. Например, если исследуемый материал — на-плавленная сталь сварного шва, то тела 1 и 3 необходимо изготовить из стали и упрочнить термообработкой.

Для получения достоверных значений K KII IIIи�� размеры стандартного при-

зматического образца должны быть больше величины, кратной K Iс

тσ

2

. Для алю-

миниевых и магниевых сплавов коэффициент кратности равен 1…4, для высоко-прочных сталей ~ 2,5. При этом толщина образца будет примерно в 50 раз больше радиуса пластической зоны на продолжении трещины. По отношению к пред-лагаемому образцу это условие приобретает вид

rd

р 050

( ) ≤ π (4)Отсюда диаметр сопрягаемых цилиндрических поверхностей определяется

соотношением

drр≥( )50 0�

π, (5)

где rp 0( ) — радиус пластической зоны в вершине трещины в направлении ее продолжения.

Отношение длины трещины к ширине стандартного призматического об-разца не должно быть больше 0,5, поскольку в противном случае значительно возрастают погрешности при нахождении поправочных функций f1 и f2. По от-ношению к предлагаемому образцу это условие имеет вид:

а

a b+≤ 0 5, (6)

или a b≤ (7)Минимальная ширина дна кольцевой канавки h должна быть такой, чтобы

зона пластической деформации не достигла боковой стенки канавки, т. е. чтобы выполнялось условие:

rh

р 902

0( ) ≤ (8)Радиус пластической зоны в вершине трещины определяется по формуле:


rк

рт

θπσ

θ ν θ( ) = + −( ) +

2

22 2

432

1 2 1sin ( cos ) (9)

где θ — полярный угол;σт — предел текучести материала;ν — коэффициент Пуассона,к — коэффициент интенсивности напряжений.Для традиционных металлических сплавов значения коэффициентов K KII IIIи�� ,

как правило, меньше, чем K I . Материал в вершине трещины предлагаемого об-разца находится в состоянии плоской деформации. В этом случае заведомо завы-шенное значение радиуса пластической зоны найдем, подставив в (9) K Iс вместо K:

rK

рT

θπσ

θ ν θ( ) = + −( ) +

Iс2

22 2

432

1 2 1sin ( cos ) .

В направлении, перпендикулярном к оси составного образца, т. е. при θ=90 °

r r vK

р рmaxT

904

32

1 22

2( ) = = + −( )

� �Iс

πσ (10)

На продолжении трещины, т. е. при θ=0°.

r rK

р рminT

02

1 22

2( ) = = −( )� Iс

πσν (11)

После подстановки (10) и (11) в (5) и (8) соответственно получаем:

dT

≥ −( )251 2

2

2 2

2кIс

π σν (12)

hT

≥ + −( )

кIс2

2 2

232

1 2π σ

ν � (13)

Размеры «a» и «b» образца соизмеримы с диаметром d, поэтому с учетом (7) можно рекомендовать соотношение:

a b d = …( )1 2 (14)Для удобства заполнения кольцевой канавки исследуемым материалом угол

между ее боковыми стенками можно принять равным (15…20) °.Таким образом, для назначения конкретных размеров предлагаемого образца

необходимо знать приближенные значения K TIс � �,σ и ν исследуемого материала. Затем по формулам (12)… (14) определяются основные размеры образца. На-пример, для отожженной легированной стали типа ЭП423 σT МПа 500 ; K Iс МН м�100 3 2/ / ; ν 0 3, . С учетом этих характеристик механических свойств исследуемого материала получаем, что h≥10 мм, d≥16 мм, a b=30 мм, α 15 °. На токарном станке из легированной стали изготавливаются тела вращения 1 и 3 с указанными размерами. После сборки этих двух тел так, как показано

18 Section 2.

на рисунке, кольцевая канавка заплавляется исследуемым материалом, например, аргонно-дуговым способом. Полученный составной образец позволяет достоверно определить трещиностойкость материала сварного шва из стали ЭП428 в условиях разрушения путем сдвига (продольного, поперечного или смешанного типа).

Cледует отметить, что в качестве исследуемого материала могут быть исполь-зованы различные пластмассы, материалы порошковой металлургии, композици-онные материалы и другие.

На данную конструкцию образца получено авторское свидетельство на изо-бретение 1.

Список литературы:1. Броек Д. Основы механики разрушения. – М.: ВШ,1980.2. Важенцев Ю. Г. Образец для определения трещиностойкости материалов.

А. с. 1809361 СССР G01 3/24,10.10.92 г.

Nizamiev Marat Firdenatovich,Kazan State Power Engineering University, a graduate student,

assistant of chair of “Electrical supply for industrial enterprises” (EIE)E-mail: [email protected]

Ivshin Igor Vladimirovich,Kazan State Power Engineering University, Professor,

Doctor of Technical Sciences, Head of Department of “Electrical supply of industrial enterprises”

Vladimirov Oleg Vecheslavovich,Kazan State Power Engineering University, associate professor,

PhD., assistant professor of “Electrical supply of industrial enterprises”Sahapov Ayrat Ashatovich,

Kazan State Power Engineering University,lab assistant of chair of “Electrical supply for industrial enterprises”

Measuring and diagnostic system for the control of a technical condition of details

of prospective gas engine KAMAZ

1 Важенцев Ю. Г. Образец для определения трещиностойкости материалов. А. с. 1809361 СССР G01 3/24,10.10.92 г.


Низамиев Марат Фирденатович,Казанский государственный энергетический университет,

аспирант, ассистент кафедры«Электроснабжение промышленных предприятий»

E-mail: [email protected]Ившин Игорь Владимирович,

Казанский государственный энергетический университет,профессор, д. т.н., заведующий кафедрой «Электроснабжение

промышленных предприятий»Владимиров Олег Вячеславович,

Казанский государственный энергетический университет,доцент, к. т.н., доцент кафедры

«Электроснабжение промышленных предприятий»Сахапов Айрат Асхатович,

Казанский государственный энергетический университет,лаборант кафедры «Электроснабжение

промышленных предприятий»

Измерительно-диагностический комплекс для контроля технического состояния деталей

перспективного газового двигателя КАМАЗРабота выполнена в рамках договора с Минобрнауки РФот «12» февраля 2013 г. № 02.G25.31.0004.

Контроль технического состояния двигателя внутреннего сгорания (ДВС) является важным путем повышения качества продукции и снижения эксплуата-ционных расходов. Современные, точные, чувствительные и объективные мето-ды контроля технического состояния ДВС позволяют своевременно определять дефект на ранней стадии его зарождения, прогнозировать его развитие, а также определять необходимость технического обслуживания или ремонта. Среди множества существующих методов контроля технического состояния наиболее точным, объективным, чувствительным к дефектам, позволяющим применять компьютерные технологии, является вибрационный метод. Вибрация двигателя содержит достаточно большую информацию о техническом состоянии двигателя, его узлов и деталей. Разработка способов и методов для анализа вибрации, вы-деления полезной информации, использование ее для поиска дефектов, контроля состояния его деталей, узлов и двигателя в целом является актуальной задачей

20 Section 2.

и решается многими научными, эксплуатационными организациями и учеными. Существующие методы вибрационной диагностики требуют совершенствования по точности, чувствительности и надежности выявления дефектов.

Для определения технического состояния деталей, узлов и агрегатов ДВС по параметрам вибрации на базе лаборатории «Электроснабжение промышлен-ных предприятий надежности и диагностики в электроэнергетике» кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» «Казанского государствен-ного энергетического университета» разработан и создан измерительно-диагно-стический комплекс (ИДК), который включает в себя измерительную аппаратуру и программно-алгоритмическое обеспечение.

ИДК состоит из преобразователей акустической эмиссии (GT350) с согла-сующими устройствами (AG-09), лазерных виброметров (LV-2), многофункци-онального модуля ввода-вывода (BNC6251), персонального компьютера, про-граммного обеспечения LabVIEW 13.0 (рис. 1) 1.

Измерительная аппаратура принимает колебания от контролируемого из-делия, преобразовывает их в электрический сигнал, который поступает на мно-гофункциональный модуль ввода-вывода, где оцифровывается и передается на персональный компьютер, с установленным программным обеспечением. Оцифрованный сигнал преобразовывается в амплитудный спектр с использова-ние процедуры быстрого преобразования Фурье и анализируется программой, разработанной в среде графического программирования LabVIEW 13.0.

Программное обеспечение ИДК состоит из объединенных в один пользова-тельский пакет следующих составных частей:

— программы формирования эталонных спектров;— программы сравнения спектров контролируемых изделий с эталонным

спектром.На программно-алгоритмическое обеспечение получено свидетельство

о регистрации ЭВМ2. Программа формирования эталонных спектров предна-значена для формирования эталонного спектра заведомо исправного аналога кон-тролируемого изделия и доверительного интервала для характеристики сравне-ния с уровнем доверительной вероятности 0,95. Эталонный спектр формируется

1 Низамиев М. Ф., Ившин И. В., Владимиров О. В., Ваньков Ю. В. Измерительно-диагностический комплекс для диагностики энергетических установок/М. Ф. Низамиев, И. В. Ившин, О. В. Владимиров, Ю. В. Ваньков//Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2014. – № 3–4. – С. 108–113.

2 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014613692 Программный комплекс для экспресс-контроля деталей двигателя КАМАЗ/ И.В. Ившин, Ю.В. Ваньков, Е.В. Измайлова, А.Р. Загретдинов, М.Ф. Низамиев; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «КГЭУ» – №2014611426; заявл. 25.02.2014г.; зарег. 02.04.2014 г.


по результатам испытаний достаточно большой партии заведомо исправных из-делий, являющихся выборкой из генеральной совокупности, и включает наиболее общие их характеристики.

Рисунок 1. – Схема измерительно-диагностического комплекса: 1 — преобразователь акустической эмиссии GT350, 2 — лазерный виброметр

LV-2; 3 — объект исследования, 4 — согласующие устройства AG-09; 5 — многофункциональный модуль ввода-вывода (BNC6251); 6 — персональный

компьютер; 7 — программное обеспечение National Instruments

Для формирования эталонного спектра используются метод робастного взве-шивания1. Формирование эталонного спектра — это процесс почастотного пере-хода от совокупности амплитуд исходных спектров на данной частоте (а1, а2, а3, …, аm) к единственному (обобщенному, эталонному) значению аs. Предполагает-ся, что эталон будет содержать только общие, характерные для всей совокупности спектров, данные и не должен содержать какие-либо (случайные) особенности отдельного спектра. Эталонный спектр формируется по следующему алгоритму:

1) вычислить начальное приближение оценки эталонной амплитуды: a med as

( )

i i0 = { } ;

2) вычислить невязки исходных амплитуд относительно текущей оценки ask( ):

r a aik

i sk( ) ( )= − ;

3) вычислить робастную оценку разброса невязок: S MAD r med rk

i ik

i ik( ) ( ) ( ) .= { }= { } 0 6745 ;

1 Белов Е.В., Ваньков Ю.В., Первухин Д.Н. Формирование эталонов акустических образов элементов авиационных двигателей методами робастной статистики//Сб. науч.-техн. ст. – Казань: КВВКИУ РВ, 1993. С. 37–39.

22 Section 2.

4) через нормированные невязки r Sik k( ) ( ) вычислить веса исходных ампли-

туд:

wr Sr Sii

k k

ik k

= ( )( ) ( )

( ) ( )ψ,

где ψ(x) – биквадратная весовая функция Тьюки (значение параметра a=6.0):

ψ ( ),

xx при x a

, при x a

x

=⋅ − ( )( ) ≤

>

1

0

2 2

a ;

5) уточнить оценку ask( ) :

a a w wsk

i ii

m

ii

m( )+

= =

= ⋅

∑ ∑1

1 1

;

6) п.п.2–5 повторять до достижения сходимости не ниже заданной:

a a ask

sk

sk( ) ( ) ( ) .+ −( ) ≤1 0 000001 ,

при этом количество итераций ограничено определённым числом (например, 200);

7) п.п.1-6 повторять для всех частот спектра.Программа сравнения спектров предназначена для оценки отличий каждого

спектра контролируемого изделия от эталонного. В качестве критерия сравнения используются коэффициенты сравнения. В нашем случае использовался коэффи-циент корреляции r, который рассчитывается по следующей зависимости:

r

a a a a n

a a n a a n

i s i i s i

i i s i s i

=− ( )

− ( )( ) ⋅ − ( )( )∑ ∑∑

∑ ∑ ∑ ∑2 2 2 2,

где ai – амплитуда на i-ой частоте спектра контролируемого изделия; asi – ампли-туда на i-ой частоте эталонного спектра, n – количество частот в спектре, срав-ниваемых с эталоном.

Программа работает в следующей последовательности:— считываются файлы эталонного спектра и записанный сигнал от контро-

лируемого изделия;— по сигналу от контролируемого изделия формируется спектр;— вычисляются коэффициенты сравнения;— строится доверительный интервал для коэффициента сравнения и опре-

деляется место положения коэффициента в этом интервале.Если коэффициенты сравнения лежат в границах доверительного интервала,

то изделие признается «годным», если выходят за пределы доверительного ин-тервала, то изделие признается «дефектным».


Особенностью разработанного ИДК является применение в качестве изме-рительных датчиков лазерных виброметров. Лазерные виброметры позволяют бесконтактно, дистанционно и оперативно измерять параметры вибраций в раз-личных точках изделия в опасной для персонала зоне (химически агрессивной, с высокой температурой, радиацией и т. д.), измерять параметры вибрации объ-ектов малых размеров, без предварительной подготовки поверхности объекта.

Для подтверждения работоспособности ИДК была проведена серия экспе-риментов. Объекты исследования — корпуса турбин турбокомпрессора (ТКР) перспективного газового двигателя КАМАЗ (5 бездефектных корпусов ТКР, по которым был построен эталонный спектр и 5 контрольных корпусов).

Первая серия экспериментов проводилась с целью формирования эталонно-го спектра. Для решения этой задачи в бездефектных корпусах ТКР возбуждались свободные колебания ударником маятникового типа в определенную точку, что обеспечивало идентичность и повторяемость эксперимента. С каждым изделием проводилось по 10 экспериментов, в каждом эксперименте по изделию наноси-лось 5 ударов. В результате обобщения полученных результатов сформирован эталонный спектр (рис. 2).

Рисунок 2. – Эталонный спектр корпусов ТКР

Вторая серия экспериментов проводилась с целью получения спектров кон-трольных (дефектных и бездефектных) корпусов и сравнения их с эталонным спектром. Спектр дефектного контрольного изделия (корпус ТКР № 4) пред-ставлен на рисунке 3. По методике, используемой в первой серии экспериментов, были записаны 10 измерений по 5 механических ударов для каждого контроль-ного объекта (4 дефектных и 1 бездефектного корпуса ТКР).

Рисунок 3. – Спектр контрольного корпуса ТКР

24 Section 2.

Проведено сравнение спектров в диапазоне частот от 12 до 14,2 кГц. Инфор-мативная часть спектра выбрана исходя из предварительных теоретических иссле-дований (модальный анализ в системе ANSYS) и первоначальных экспериментов.

Результаты сравнения эталонного и контрольного спектра корпуса ТКР № 4 по измерению № 2 представлены на рисунке 5.

Рисунок 5. – Сравнение спектров по критерию «коэффициент корреляция» (корпус № 4, измерение № 2)

По оси ординат показаны значения коэффициента корреляции, по оси абсцисс указаны номера механических ударов, точками обозначены значения коэффици-ента корреляции по пяти механическим ударам для соответствующего корпуса ТКР, пунктирная линия граница эталонного бездефектного доверительного интервала, сплошная линия усреднённый коэффициент корреляции. Усреднен-ный коэффициент корреляции контрольного (дефектного) корпуса (сплошная линия) лежит ниже границы доверительного интервала бездефектных (эталон-ных) корпусов (пунктирная линия), соответственно спектры имеют отличия, то есть корпус ТКР признан дефектным.

Рисунок 6. – Результаты диагностики по критерию сравнения «коэффициент корреляция»


Результаты диагностики по 5 контрольным объектам по десяти измерениям представлены на рисунке 6. Точками обозначены усреднённые коэффициенты сравнения по десяти измерениям для соответствующего корпуса ТКР. Сплошной линией обозначена граница доверительного интервала. Усредненный коэффици-ент корреляции корпуса ТКР № 1 (серийного исполнения) лежит выше границы доверительного интервала (сплошная линия) соответственно корпус признан бездефектным, корпуса № 2, № 3, № 4, № 5 имеют искусственные дефекты и они выявлены с помощью разработанного ИДК.

Таким образом, в результате проделанной работы разработан ИДК и про-граммное обеспечение для контроля технического состояния деталей перспек-тивного газового двигателя КАМАЗ. Проведены экспериментальные исследова-ния по изучению влияния дефектов корпуса ТКР на параметры вибрации. Анализ экспериментальных данных показал устойчивое определение дефекта корпуса турбины ТКР и подтвердил возможность применения ИДК для контроля де-фектов деталей ДВС.

Список литературы:1. Белов Е. В., Ваньков Ю. В., Первухин Д. Н. Формирование эталонов акусти-

ческих образов элементов авиационных двигателей методами робастной ста-тистики//Сб. науч.-техн. ст. – Казань: КВВКИУ РВ, 1993. С. 37–39.

2. Низамиев М. Ф., Ившин И. В., Владимиров О. В., Ваньков Ю. В. Изме-рительно-диагностический комплекс для диагностики энергетических установок/М. Ф. Низамиев, И. В. Ившин, О. В. Владимиров, Ю. В. Вань-ков//Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2014. – № 3–4. – С. 108–113.

3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014613692 Программный комплекс для экспресс-контроля деталей двига-теля КАМАЗ/И. В. Ившин, Ю. В. Ваньков, Е. В. Измайлова, А. Р. Загретдинов, М. Ф. Низамиев; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО.

26 Section 3.

Section 3.Medical science

Dovlatov Zyaka Asaf ogly,City clinical Botkin hospital, Moscow, Russia, urologist,

E-mail: [email protected] Oleg Borisovich,

Russian medical academy of postgraduateeducation studies, Moscow, Russia,

chef of urology and chirurgical andrology departmentSeregin Alexander Vasilyevich,

City clinical Botkin hospital, Moscow, Russia,chef of urology department

The dependence of the surgical treatment of urogenital fistula in women on the parameters of a fistula

Довлатов Зяка Асаф оглы,Городская клиническая больница им. С. П. Боткина,

Москва, Россия, врач-уролог,E-mail: [email protected]

Лоран Олег Борисович,Российская медицинская академия последипломного

образования, Москва, Россия, заведующий кафедрой урологии и хирургической андрологии

Серегин Александр Васильевич,Городская клиническая больница им. С. П. Боткина,

Москва, Россия, заведующий урологическим отделением

Зависимость оперативного лечения мочеполового свища у женщин от параметров свища

Введение. Мочеполовые свищи у женщин наиболее часто (более 90% всех случаев) возникают после родовых травм и акушерско-гинекологических

Medical science 27

операций. Кроме этого, другими распространенными причинами их образования являются урологические процедуры, злокачественные опухоли органов малого таза и лучевая терапия 1.

Несмотря на развитие современной медицины, проблема лечения мочепо-ловых свищей остается актуальной. Это связано с рядом причин, таких как от-сутствие единых подходов к определению сроков выполнения операции, выбору операционного доступа и методики вмешательства, ведению послеоперационно-го периода у данной категории больных, разным уровнем оснащения учреждений и квалификации медицинского персонала 2. Такая ситуация диктует необходи-мость централизации подходов к ведению таких пациентов. Кроме этого, эффек-тивность оперативного лечения мочеполовых свищей существенно зависит от па-раметров свища 3. С учетом указанных обстоятельств актуальным представляется оценка различных факторов, влияющих на результаты лечения такой категории пациентов на основе большого опыта одного центра.

Материалы и методы. В исследование включено 226 женщин с мочеполо-выми свищами в возрасте от 21 до 69 лет (медиана — 48 лет). У данных пациен-ток имели место следующие виды мочеполовых свищей: пузырно-влагалищный свищ — у 203 (89,8%) пациенток, сочетание пузырно-влагалищного свища и мо-четочниково-влагалищного свища — у 2 (0,9%), резервуаро-влагалищный свищ (свищ между артифициальным мочевым пузырем и влагалищем) — у 3 (1,3%), мочеточниково-влагалищный свищ — у 3 (1,3%), уретро-влагалищный свищ — у 7 (3,1%), пузырно-маточный свищ — у 8 (3,5%).

При этом свищи носили рецидивный характер у 65 (28,8%) пациенток, а пер-вичный — у 161 (71,2%).

Обследование пациенток перед выполнением оперативного вмешательства включало следующие методы: изучение жалоб и анамнеза заболевания; физи-кальное обследование, в том числе вагинальный осмотр с использованием двух зеркал; зондирование свищевого хода (при мочепузырно- и уретро-вагиналь-ных свищах); проба с индигокармином и тампонированием влагалища или проба с метиленовым синим; лабораторные методы исследования (общеклинические

1 Пушкарь Д. Ю., Раснер П. И., Гвоздев М. Ю. Мочеполовые свищи. Русский медицинский журнал. 2013; 34: 2–4.

2 Frajzyngier V., Ruminjo J., Barone M. A. Factors influencing urinary fistula repair outcomes in developing countries: a systematic review. Am. J. Obstet. Gynecol. 2012; 207 (4): 248–258.

3 Kayondo M., Wasswa S., Kabakyenga J. Mukiibi N., Senkungu J., Stenson A., Mukasa P. Predictors and outcome of surgical repair of obstetric fistula at a regional referral hospital, Mbarara, western Uganda. BMC Urol. 2011; 11: 23. doi: 10.1186/1471–2490–11–23; Frajzyngier V., Li G., Larson E., Ruminjo J., Barone M. A. Development and comparison of prognostic scoring systems for surgical closure of genitourinary fistula. Am. J. Obstet. Gynecol. 2013; 208 (2): 112. e1–11.

28 Section 3.

анализы, биохимический анализ крови, посев мочи); УЗИ верхних мочевых пу-тей и органов малого таза; рентгенологические методы исследования (обзорная и экскреторная урография, антеградная и ретроградная уретеро-, уретро- или цистография, фистулография) — по показаниям в зависимости от локализации свища; уретроцистоскопия.

При оценке параметров свища исходили из классификации J. T. Goh 1. Степень рубцевания области рубца определяли следующим образом: легкая степень — при наличии только мягкого фиброза (вокруг свища и/или влагалища) и/или длине влагалища ≥ 6 см, нормальной емкости мочевого пузыря; умеренная степень — при умеренно-выраженном фиброзе (вокруг свища и/или влагалища) и/или уменьше-нии длины влагалища и/или емкости мочевого пузыря; тяжелая степень — при сильно выраженном фиброзе вокруг свища (с вовлечением мочеточника, наличием циркулярного свища, рубцовые изменения после предыдущих операций и т. д.).

Статистическая обработка полученных данных выполнена с помощью «Sta-tistica v. 17.0» («StatSoft», США). Сравнение групп пациенток по параметрам свища проводили с помощью χ 2-критерия. Различие между сравниваемыми пока-зателями считали достоверным при уровне статистической значимости (p) < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение. По результатам комплекс-ного обследования выявлены следующие особенности мочеполовых свищей. У 72 (31,9%) пациенток размер свища в наибольшем измерении составлял ме-нее 1,5 см, у 69 (30,5%) — 1,5–3 см, у 85 (37,6%) — более 3 см. Легкая степень фиброза вокруг свища имела место у 74 (32,7%) пациенток, умеренная — у 82 (36,3%), тяжелая — у 70 (31%).

Сроки выполнения оперативного лечения по поводу мочеполовых свищей в нашей клинике составили от 2 до 12 месяцев (медиана — 4 месяца) при первич-ном свище, от 8 до 25 месяцев (медиана — 16 месяцев) — при рецидивном свище.

Из 203 пациенток с пузырно-влагалищным свищем у 185 (91,1%) пациен-ток пластика свища выполнена с использованием классической техники влага-лищного доступа, у 9 (4,4%) пациенток — путем применения частичного коль-поклейзиса, у 5 (2,5%) пациенток — с использованием лоскута Марциуса, у 4 (2,0%) пациенток — с использованием чреспузырного доступа. При сочетании пузырно-влагалищного свища и мочеточниково-влагалищного свища выполнена пластика свищей с применением трансабдоминального доступа. При мочеточ-никово-влагалищном свище выполнена коррекция свища трансабдоминальным доступом с выполнением уретероцистоанастомоза с реимплантацией мочеточ-ника в мочевой пузырь по методике Политано-Лидбеттера. При резервуаро-вла-

1 Goh J. T. A new classification for female genital tract fistula. Aust. N. Z. J. Obstet. Gynaecol. 2004; 44 (6): 502–504.

Medical science 29

галищном свище выполнены следующие операции: пластика свища вагинальным способом по классической методике ушивания пузырно-влагалищного свища — в одном наблюдении; пластика свища вагинальным способом по классической методике ушивания пузырно-влагалищного свища, но с дополнительным при-менением геля «Коллост» — в одном наблюдении; конверсия ортотопического резервуара по Штудеру в резервуар по Mainz-pouch I с континентной аппенди-ко-умбиликостомой с ушиванием дефекта влагалища. Во всех случаях уретро-влагалищного свища была проведена пластика свища вагинальным доступом, пузырно-маточного свища -трансабдоминальным доступом.

Во всей выборке пациенток с мочеполовыми свищами успешное закрытие свища после первичной операции в нашей клинике отмечено у 207 (91,6%) паци-енток. В зависимости от характеристик свища получены следующие показатели эффективности оперативного лечения. При размере свища менее 1,5 см, 1,5–3 см и более 3 см эффективность операции составила 95,8%, 91,3% и 88,2% соответ-ственно, при легкой, умеренной и тяжелой степени фиброза вокруг свища — 97,3%, 91,5% и 85,7% соответственно, при первичном или рецидивном свище — 95,0% и 83,1%. Все указанные различия имели статистически значимый характер.

Заключение. Первичная пластика мочеполовых свищей в условиях центра с большим опытом выполнения таких операций показала достаточно высокую эф-фективность. Однако в ряде случаев были отмечены неудачные исходы, и данная работа выявила основные факторы риска таких негативных результатов операции. Полученные данные, безусловно, необходимо использовать при оптимизации подходов к оказанию медицинской помощи указанной категории пациенток.

Список литературы:1. Пушкарь Д. Ю., Раснер П. И., Гвоздев М. Ю. Мочеполовые свищи. Русский

медицинский журнал. 2013; 34: 2–4.2. Frajzyngier V., Ruminjo J., Barone M. A. Factors influencing urinary fistula repair

outcomes in developing countries: a systematic review. Am. J. Obstet. Gynecol. 2012; 207 (4): 248–258.

3. Kayondo M., Wasswa S., Kabakyenga J. Mukiibi N., Senkungu J., Stenson A., Mukasa P. Predictors and outcome of surgical repair of obstetric fistula at a re-gional referral hospital, Mbarara, western Uganda. BMC Urol. 2011; 11: 23. doi: 10.1186/1471–2490–11–23.

4. Frajzyngier V., Li G., Larson E., Ruminjo J., Barone M. A. Development and com-parison of prognostic scoring systems for surgical closure of genitourinary fistula. Am. J. Obstet. Gynecol. 2013; 208 (2): 112. e1–11.

5. Goh J. T. A new classification for female genital tract fistula. Aust. N. Z. J. Obstet. Gynaecol. 2004; 44 (6): 502– 504.

30 Section 3.

Prosekov Aleksandr,Eng. Sc. D., professor Kemerovo Institute of Food Science

and Technology (University), Kemerovo, RussiaE-mail: [email protected]

Zimina Maria,postgraduate student majoring in Biotechnology,including bionanotechnology Kemerovo Institute

of Food Science and Technology (University), Kemerovo, RussiaE-mail: [email protected]

Garmashov Sergei,engineer of the Scientific and Educational Center

Kemerovo Institute of Food Scienceand Technology (University), Kemerovo, Russia

E-mail: [email protected] Olga,

student of “Bionanotechnology” facultyKemerovo Institute of Food Science

and Technology (University), Kemerovo, RussiaE-mail: [email protected]

Application of the hydrophobic interaction chromatography during isolation process of milk-coagulating enzyme, remained in the supernatant

In the production and curing of cheese, an important role belongs to milk-coag-ulating enzyme preparations, that along with the coagulation of milk stimulate the development of lactic acid bacteria ferment which convert lactose into lactic acid, and their enzymes carry out the further hydrolysis of all the curd components1.

Recognized as one of the most important components in the natural cheese pro-duction technology, milk coagulating enzyme, affecting the character of the formed clot, setting and formation of cheese grains, whey separation, the loss of protein and fat because of its specificity, it directly regulates the primary proteolytic processes in cheese and its curing2.

1 Elchaninov, V.V. A brief retrospective of application and study of milk-coagulating enzyme / V.V. Elchaninov // cheese and butter manufacturing. – 2011. – No 3. – P. 40–42.

2 Kriger, A.V. Some properties of milk-coagulating enzyme / A.V. Krieger, A.N. Belov//Cheese and butter manufacturing. – 2011. – No 5. – P. 29–31.

Medical science 31

A process for preparing milk-coagulating enzyme from a reindeer rennet can be divided into several stages. At the first stage reindeer rennet is milled, combined with water and added with hydrochloric acid to reach pH of 2.0. At the second stage the obtained extract is separated by centrifugation, and the dry ammonium sulfate of saturation 80% is fractionally introduced to the resulting precipitate.

During the production process of natural milk-coagulating enzymes the main wastes are the following: supernatants are process liquids, remaining in large quantities after salting and removal of sediment milk-enzyme preparations; the extracted gastric mucosa, used for nutritional feed additives and fertilizers1.

The viscosity of the process fluids and high ionic strength are the main reasons, preventing the release of these residual amounts of milk-coagulating enzymes. Due to this factor the process fluids that remain after salting out and precipitation of milk-coagulating enzymes are not recyclable and subjected to disposal. At the large enter-prises the amounts of the utilized liquids may be up to 500 tons per year2.

At the third stage the milk-coagulating enzyme precipitation from the acti-vated extract of reindeer rennet is conducted by salting out. After the introduc-tion of ammonium sulfate the milk-coagulating enzymes and other proteins and peptides, residing in solution are precipitated, and the sediment is separated by centrifugation. The volume of protein sediment to be separated is 5-10% of the extract. After removal of the sediment the remaining supernatant will not be used and then disposed.

Since the salt is never completely precipitate the protein, and only lowers its solubility, then some amount of protein will always remain in the solution. When conducting a work, aimed at optimizing the salting out temperature, it is shown that depending on the contributed amount by the ammonium sulfate to the extract, the yield of enzyme activity lies in the range of 83-86%, therefore ap-proximately 14-17% of the enzyme is remained in the supernatant and is lost in the disposal process.

Based on theoretical propositions of hydrophobic interaction chromatography, the possibility of milk-coagulating enzyme allocating on a hydrophobic sorbent was investigated and the “planting” conditions, solutions to eliminate contaminant and desorption were selected. Results of fractionation of the supernatant on Phenyl Sep-harose Cl-4B are shown in Table 1.

1 Gorina, T.A. Innovations in the field of milk-coagulation enzyme / T.A. Gorina // cheese and butter manufacturing. – 2009. – No. 3. – P. 50–51.

2 Scott R. Cheese production: the scientific basis and technology/R. Scott, R.K. Robinson, R. Wilby. – SPb.: Profession, 2005. – 464 p.; Sturova, Y.G. Physical and chemical factors that influence the activity of the milk clotting enzymes, Part 1: The active acidity of buffers / Y.G. Sturtova, A.V. Krieger // International Research Journal. – 2014. – No. 12-1 (31). – P. 80–82.

32 Section 3.

Table 1. – Results of fractionation of the supernatant after precipitation of milk-coagulating enzyme with ammonium sulfate on Phenyl Sepharose Cl-4B

Stages of fractionation Number of fractions A280

Sample application 1 4.58Beginning of elution by starting buffer + 1.6 М (NH)2SO4

6 4.64

Beginning of elution by starting buffer + 1.0М (NH)2SO4

13 0.27

Beginning of elution by 5 мМ Na- acetate buffer 19 0.09

The sample of pH = 5,5-5,7 was selected due to the fact that: firstly, the enzyme is stable at this pH, and secondly, the retention time of the proteins on the hydropho-bic ligands varies slightly in the range from pH 5.0 to 8.5. 100 ml of the supernatant was applied onto the column, wherein the total optical density at 280 nm (А280) was equal to 803. Within 12 hours the sample did not show milk-coagulating activity. After sample application, the column was washed with an intermediate buffer at a stepped down-gradient of ammonium sulfate concentration from 1.6 M to 1.0 M. Under such conditions the main part of the ballast substances is removed, while the milk-coagulating enzyme is strongly associated with the sorbent - milk-coagulating activity is not registered in the eluate.

The total yield of ballast substances of the eluted fractions calculated byА280 is 94%. Desorption of the milk-coagulating enzyme occurs as the result of the column washing with an eluting solution having a low ionic strength, which does not contain ammonium sulfate. The enzyme was coming out in the volume of 16 ml., the total output of milk-coagulating activity was 2060 conv. u, the average specific gravity of the milk-coagulating activity was equal to 350 conv. u./ А280. The amount of protein in the fractions exhibiting milk-coagulation activity was found to be approximately 1% of the column damage.

Thus, the possibility of allocation of the milk-coagulating enzyme remained in the supernatant by hydrophobic interaction chromatography was shown. At pH and ammonium sulfate concentration from 1.6 M to 1.0 M the bulk of ballast proteins did not bind to hydrophobic ligands sorbent and removed during the sample application and washing. Fraction having milk-coagulation activity is no more than 1% of the pro-teins and the supernatant solution is desorbed by solution with a low ionic strength.

For a more complete removal of inactive impurities, the possibility of reducing the concentration of ammonium sulfate in the washing buffer was investigated. At the same time a sample preparation procedure and conditions for the application did not change. Totally 60 ml of the supernatant was applied to the column, total of A280 was

Medical science 33

equal to 436, milk-coagulation activity in the sample was not recorded. The results are shown in Table 2.

Table 2. – The results of the supernatant fractionation after precipitation of milk-coagulating enzyme by ammonium sulfate on Phenyl Sepharose Cl-4B

Stages of fractionationNumber

of fractions

Abs.milk-coag-ulation activ-

ity, cond. uA280

Specific milk-coagulation

activity, МА/А280 cond. u

Sample application 1 0.27 4.02 0.067Beginning of elution by starting buffer + 0.4М (NH)2SO4

4 0.45 10.80 0.041

Beginning of elution by 5 мМ Na- acetate buffer 9 1.52 0.16 9.5

Lowering of the ammonium sulfate concentration in the washing buffer up to 0.42 M initiates the enhanced desorption of proteins. Totally, at this stage 60% of the desorbed from the column of milk-coagulation activity are eluted. Eluting buf-fer removes from the hydrophobic carrier the resulting milk-coagulating enzyme, leaving one narrow area, while there is homogeneity of the eluted protein at this stage. The total volume of milk-coagulating activity of the eluate was 46 ml. Totally, 3885 conv. u with an average specific activity of 423 conv. u/А280 were desorbed from the column.

Thus, the use of washing buffer at the concentration of ammonium sulfate 0.4 M, was ineffective, since in these conditions there is a slow desorption of milk-coagulating enzyme. As a result, the peaks of the enzyme release and ballast substances are over-lapped, which is the cause of low specific activity and the increase in volume of the active eluate. To optimize the intermediate washing phase it is necessary to have a linear down-gradient of ammonium sulfate concentration, however, due to technical and financial reasons, the use of this technology was not possible.

According to the research, the allocation process scheme of milk-coagulating enzyme preparation of the reindeer rennet can be represented as follows. Reindeer rennet, which passed the properly preparation, is fed to a homogenizer for grinding. The crushed raw material is introduced into an extraction tea with a stirrer and poured the extraction solution. When extracting milk-coagulating enzyme moves in the form of zymogens. Upon completion of this process the extracted raw material is removed, and the resulting solution is pumped into a tank for extract.

There is a transition in the tank of the extracted enzyme to an active form and precipitation by salting out of ammonium sulfate, which ends on the enzyme sepa-ration solution as precipitate and the supernatant. The precipitate of the enzyme is

34 Section 3.

then loaded into the vessel for its dilution and formulation by buffer, and the resulting supernatant is directed to hydrophobic column sorbent.

Due to the fact that the supernatant passing through the column, the enzyme con-tained therein is deposited on the sorbent. The liquid fraction which has passed through the column is sent for recycling. Column of milk-coagulating enzyme, deposited on the sorbent, washed with elution buffer from the source. The solution, released from the column, containing the enzyme is sent into the vessel in which it is diluted and formulated with buffer until acquisition of relevant conditions, which are required for the liquid milk-coagulating enzyme preparation.

References:1. Gorina, T.A. Innovations in the field of milk-coagulation enzyme / T.A. Gorina //

cheese and butter manufacturing. – 2009. – No. 3. – P. 50–51.2. Elchaninov, V.V. A brief retrospective of application and study of milk-coagulating

enzyme/V.V. Elchaninov//cheese and butter manufacturing. – 2011. – No 3. – P. 40–42.

3. Kriger, A.V. Some properties of milk-coagulating enzyme/A.V. Krieger, A.N. Belov // Cheese and butter manufacturing. – 2011. – No 5. – P. 29–31.

4. Scott R. Cheese production: the scientific basis and technology / R. Scott, R.K. Robinson, R. Wilby. – SPb.: Profession, 2005. – 464 p.

5. Sturova, Y.G. Physical and chemical factors that influence the activity of the milk clotting enzymes, Part 1: The active acidity of buffers / Y.G. Sturtova, A.V. Krieger // International Research Journal. – 2014. – No. 12-1 (31). – P. 80–82.

Mozgova Yuliya Anatolyevna,Kharkiv National Medical University, docent, PhD,

the Department of Microbiology, Virology and ImmunologyE-mail: [email protected] Maryna Mytrophanovna,

Kharkiv National Medical University, professor,MD, the Department of Microbiology, Virology and Immunology

E-mail: [email protected]’tsov Andriy Olegovich,

Kharkiv National Medical University,3rd-year student, the II Medical Faculty


Medical science 35

Motrich Dimitriy Oleksandrovich,Kharkiv National Medical University,

3rd-year student, the II Medical FacultyE-mail: [email protected]

Kotkov Oleg Romanovich,Kharkiv National Medical University,

3rd-year student, the II Medical FacultyE-mail: [email protected]

Cell immunity parameters in K. pneumoniae experimental generalized pyo-inflammatory process

Abstract: The study of the immune system in pyo-inflammatory process caused by K. pneumoniae set the development of an immune response that is activated by the humoral link (significant increase in the content of B-cells, IgM) and suppressed by T-cell level (significant reduction of populations of T cells — CD3+, CD4+, CD8+). There is also a suppression of nonspecific resistance such as a significant reduction of neutrophils (CD18+) and phagocytes (CD11β+).

Keywords: K. pneumoniae, pyo-inflammatory process, immune response.

Background. Modern data of the immune functional system state in pyo-inflammatory process caused by K. pneumoniae are mixed, sometimes describe various, even opposite changes of parameters in some patients. The absolute number of B-lymphocytes in the peripheral blood under mentioned condition often substantially not changed, although some researches indicate an increase 1 or reduction of the index in the active period of disease. Proliferative activity of circulating B-lymphocytes is decreased 2. Synthesis of immunoglobulins in pyoinflammatory process, caused by K. pneumoniae, is activated, a high level of gamma globulins is registrated. Long-term high increase of IgM may show a persistent antigenic stimulation or disorders in regulatory shift mechanisms of antibody synthesis 3.

Materials and methods. Experimental model of generalized pyo-inflammatory process 4 was conducted on mice, male, inbred line C57Bl/J6Sto, weigh 20–22 g, which

1 Иммунологические методы исследований/Под ред. И. Лефковитса, П. Перниса; пер. с англ.//Швейцария. Базельский ин-т иммунологии. – М.: Мир, 1988. – 527 с.

2 Змушко Е. И., Белозеров Е. С., Митин Ю. А. Клиническая иммунология: Руководство для врачей. – С-Пб: Питер, 2002. – 576 с.

3 Дранник Г. Н. Клиническая иммунология и аллергология. – Одесса: Астропринт, 2010. – 604 с.4 Першин Г. Н. Методы экспериментальной химиотерапии: Практическое руководство. – М.:

Медицина, 1971. – 539 с.

36 Section 3.

were under a standard laboratory conditions and nutrition. We used septic toxicological model of peritonitis adapted for K. pneumoniae. All painful procedures were performed under the European Convention for the Protection of vertebrate animals used for experimental research or other scientific purposes 1. Immune cells were determined using monoclonal antibodies of company Serotec, levels of immunoglobulins were detected in ELISA. The percent of cells that glow in fluorescent microscope (lens x90) was evaluated when viewing 200–300 cells. Identification of lymphocytes was performed by “phase contrast”. Digital data were processed by methods of variation statistics.

Results. Obtained results revealed inhibition of T-cell immunity, a significant decline in CD3+ (24,9 ± 2,3%), CD4+ (19,7 ± 1,5%), CD8+ (21,9 ± 2,3%) in infected animals compared to control group and activation of B-cell production, due to the influence of virulence factors of K. pneumoniae. Activation of B-cell immunity leads to increased production of IgM. Comparing of blood indicators in both groups of mice such as the level of CD11β+ (18,9 ± 0,8%) and CD18+ (26,9 ± 1,8%) showed that in pyo-inflammatory process caused by K. pneumoniae these indicators are decreased, so it can be explained by the action of capsular polysaccharide and cytolysin of K. pneumoniae.

Conclusions. Thus, the study of the immune system in pyo-inflammatory process caused by K. pneumoniae set the development of an immune response that is activated by the humoral link (significant increase in the content of B-cells, IgM) and suppressed by T-cell level (significant reduction of populations of T cells — CD3+, CD4+, CD8+). There is also a suppression of nonspecific resistance such as a significant reduction of neutrophils (CD18+) and phagocytes (CD11β+).

Further research may be related to the development of schemes of combine therapy for the correction of the immune state in pyo-inflammatory process caused by K. pneumoniae.

References:1. Иммунологические методы исследований/Под ред. И. Лефковитса, П. Пер-

ниса; пер. с англ.//Швейцария. Базельский ин-т иммунологии. – М.: Мир, 1988. – 527 с.

2. Змушко Е. И., Белозеров Е. С., Митин Ю. А. Клиническая иммунология: Ру-ководство для врачей. – С-Пб: Питер, 2002. – 576 с.

3. Дранник Г. Н. Клиническая иммунология и аллергология. – Одесса: Астро-принт, 2010. – 604 с.

4. Першин Г. Н. Методы экспериментальной химиотерапии: Практическое ру-ководство. – М.: Медицина, 1971. – 539 с.

1 European Study on Community-Acquired Pneumonia Committee. Guidelines for management of adult community-acquired lower respiratory tract infections//European Respiratory Journal. – 2006. – № 11. – Р. 986 – 991.

Medical science 37

5. European Study on Community-Acquired Pneumonia Committee. Guidelines for management of adult community-acquired lower respiratory tract infections//European Respiratory Journal. – 2006. – № 11. – Р. 986–991.

Stefankin Anton Evgenievich,Kemerovo technological Institute of food industry,

postgraduate studentE-mail: [email protected]

Babich Olga Olegovna,Kemerovo technological Institute of food industry,

doctor of technical Sciences,Noskova Svetlana Yurevna,

Kemerovo technological Institute of food industry,Dolganiuc Vyacheslav Fedorovich,

Kemerovo technological Institute of food industry,Cand. technical Sciences

The effect of temperature drying parameters on the microstructure of dry lactulose

Powdery food products are two-phase systems in which solids of dispersed phase are distributed in the gas (air) and the dispersive medium has a high interfacial area. The presence of this surface determines the most important technological properties of powders, which are free-flowing thats is determined by the reciprocal of viscosity; compressibility, characterized by a change in the volume of the powder under dynamic loading (stickiness); caking during storage, associated with the formation of structures that exceed the strength of the original.

The basis of caking and balling of powders are the processes of structure formation due to spontaneous connection of the dispersed phase in the spatial structures. There are two major reasons underlying such spontaneous compound of particles in the powder products 1.

The first cause of caking and balling up of water-soluble lactulose powders is the occurrence of fusion bridges between the powder particles due to its moisture during prolonged storage in air, the second is the increase of the contact area between the particles by plastic deformation under the weight of the overlying layers 2.

1 Grasmeijer, N. A user-friendly model for spray drying to aid pharmaceutical product development./N. Grasmeijer, H. de Waard, W. L. Hinrichs//PLoS One. – 2013. – Vol. 8. – P. 374–403.

2 Lodygin, A. D. Nanotechnology transformation of lactose into clusters of bifidogenic

38 Section 3.

Caking and balling up of powdered food products lead to decrease of flowability and a deterioration of consumer properties, and in an extreme case to a complete loss of powder quality 1.

To provide the necessary flowability of food powders during the entire storage pe-riod set by, the solid finely divided water insoluble additives are introduced into them, absorbing moisture or preventing an increase in contact area between the particles. To prevent caking of hygroscopic powders the hydrophobization of surface particles by means of surfactants are also used. Surfactant molecules, adsorbed on the solids surface, cover them with a thin film, which creates a moisture barrier, provoking cak-ing and lump formation 2.

Figure 1 – Microstructure of lactulose powder obtained at a drying temperature of 100 ± 1 °C (magnification of 200 times)

Often such additives greatly increase the cost price of the finished product. In case of prebiotic products, which include lactulose, introduction of such materials is unacceptable because they reduce the useful properties of the product 3.

concentrates/A. D. Lodygin, N. S. Donskoy, A. B. Rodnaya//Molochnaya promyshlennost. – 2010. – No.1. – P. 53–54.; Grasmeijer, N. A user-friendly model for spray drying to aid pharmaceutical product development./N. Grasmeijer, H. de Waard, W. L. Hinrichs//PLoS One. – 2013. – Vol. 8. – P. 374–403.

1 Ryabtseva, S. A. Technology of lactulose: The Present and Future/S. A. Ryabtseva//Proceedings of the universities. Food tehnology – 1998. – No.4. – P. 45–47.; Petrova, S. V. Prediction of spray drying technology, based on the quality control of milk powder: dis.Cand.En.Sc: 05.18.04/Svetlana Petrova. Omsk, 2005. – 171 p.

2 Petrova, S. V. Prediction of spray drying technology, based on the quality control of milk powder: dis.Cand.En.Sc: 05.18.04/Svetlana Petrova. Omsk, 2005. – 171 p.; Using a simplex centroid to study the effects of pH, temperature and lactulose on the viability of Bifidobacterium animalis subsp. lactis in a model system/C. Altieri, A. Bevilacqua, M. Perricone at al.//Anaerobe. – 2013. – Vol. 23. – P. 23–26.

3 Lodygin, A. D. Nanotechnology transformation of lactose into clusters of bifidogenic

Medical science 39

For this goal the microstructure of dry preparation has been studied in the course of research. Figures 1.1–1.4 show the microstructure of lactulose powders, obtained by the method of spray-drying at various temperatures.

As it can be seen from the figures 1–4, dried samples of lactulose consist of particle size 7 ± 0.2 mm, with a smooth round and oval surface, which indicates the homoge-neity of the resulting product.

Figure 2 – Microstructure of lactulose powder obtained by a drying temperature of 120 °C ± 1 (magnification of 200 times)


concentrates/A. D. Lodygin, N. S. Donskoy, A. B. Rodnaya//Molochnaya promyshlennost. – 2010. – No.1. – P. 53–54.

40 Section 3.

Samples, presented in Figures1 and 2 have a friable sticky consistency. The sample presented in Figure 1.3 has a friable consistency, but less sticky than that of samples obtained at a drying temperature of 100 ± 1 °C and 120 ± 1 °C. The sample obtained at 150 ± 1 °C (Figure 4) has a crystal structure due to partial caramelization of the sample. The sample also has a more free-flowing consistency.

According to the results of the microstructural analysis, we can conclude that the sample of lactulose obtained at 150 ± 1 °C can not be regarded as operating, because caramelization of the sample leads to a significant loss of functional and organoleptic properties of the product.


Thus, the temperature 140 ± 1 °C is optimal for obtaining lactulose powders in in-dustrial conditions by spray drying. The sample, obtained under these conditions, has minimal stickiness, resulting in longer shelf life of the finished product without loss of organoleptic properties.

References:1. Grasmeijer, N. A user-friendly model for spray drying to aid pharmaceutical

product development./N. Grasmeijer, H. de Waard, W. L. Hinrichs//PLoS One.– 2013. – Vol. 8. – P. 374–403.

2. Lodygin, A. D. Nanotechnology transformation of lactose into clusters of bifido-genic concentrates/A. D. Lodygin, N. S. Donskoy, A. B. Rodnaya//Molochnaya promyshlennost. – 2010. – No.1. – P. 53–54.

3. Petrova, S. V. Prediction of spray drying technology, based on the quality con-trol of milk powder: dis.Cand.En.Sc: 05.18.04/Svetlana Petrova. Omsk, 2005. – 171 p.

Medical science 41

4. Ryabtseva, S. A. Technology of lactulose: The Present and Future/S. A. Ryabt-seva//Proceedings of the universities. Food tehnology – 1998. – No.4. – P. 45–47.

5. Using a simplex centroid to study the effects of pH, temperature and lactulose on the viability of Bifidobacterium animalis subsp. lactis in a model system/C. Altieri, A. Bevilacqua, M. Perricone at al.//Anaerobe.– 2013.– Vol. 23. – P. 23–26.

42 Section 4.

Section 4.Earth Sciences

Egorova Eugenia Viktorovna,Kamchatka State Technical University,

Leading specialist of the Department of “Accounting and Finance”Master of Management


Problems of ecology and recycling aquatic resources in the fishing industry of Kamchatka territory

Егорова Евгения Викторовна,Камчатский государственный технический университет,

Ведущий специалист кафедры «Бухгалтерский учет и финансы»магистр менеджмента


Проблемы экологии и переработки отходов водных биоресурсов в рыбной отрасли Камчатского краяЭкологическая составляющая является неотъемлемой частью человеческого

развития. Проблема утилизации отходов и рациональное использование биоре-сурсов, обеспечение устойчивости среды жизни одна из важнейших задач устой-чивого развития рыбной отрасли России. Развитие рыбной отрасли — стратеги-ческая задача продовольственного обеспечения государства.

Сейчас много говорится о продовольственной безопасности, глубокой пере-работке сырья, рациональном использовании биоресурсов, но результат один — отечественные предприятия мало заинтересованы в обеспечении экологической составляющей своего развития. Видимо очень сильно потребительское отноше-ние к природе господствовавшее не одно десятилетие.

Антиэкологическая политика, экстенсивное развитие экономики, деформи-рованная структура народного хозяйства, отсутствие демократических принци-пов принятия природохозяйственных решений, монополизм государственной

Earth Sciences 43

собственности на природные ресурсы и средства производства, износ произ-водственных фондов и устаревшее, неэффективное природоохранное оборудо-вание привели к экологическому кризису, резко ухудшили состояние и условия воспроизводства рыбных запасов. В морях Дальнего Востока исчезли сардины — иваси и сократились запасы минтая, что вызвано нерегулируемым иностранным промыслом; происходит исчезновение ценных пород рыбы, угнетение и гибель многих видов ихтиофауны, увеличивается заболеваемость ценных пород рыбы и накопление в ней вредных загрязняющих веществ 1.

Причины экологического кризиса водных объектов связаны с теоретической необоснованностью и практической несостоятельностью господствовавшей поч-ти 50 лет концепции, базирующейся на двух ложных постулатах:

— неизбежность образования сточных вод, содержащих производственные отходы, допустимость сброса сточных вод в природные водоемы, используемые фактически для доочистки сточных вод, т. е. в качестве биологических очистных сооружений. В этой концепции явно преувеличивалась способность водотоков и водоемов к самоочищению;

— поступление же веществ техногенного происхождения в природные воды ведет к нарушению функционирования биоценозов и ухудшению качества вод 2.

Сырьевая база мирового рыбного комплекса также подвергается существен-ным изменениям. Рост спроса на рыбопродукцию, развитие рыболовного флота, технологий добычи и переработки биоресурсов привели к резкому увеличению вылова рыбы и уменьшению рыбных ресурсов. Утрата биоразнообразия наносит ущерб возможностям океана давать пропитание и способности к регенерации.

Развитие рыбной отрасли стратегическая задача продовольственного обеспе-чения государства. Потребление рыбной продукции положительно влияет на чело-веческий организм, т. к. содержат оптимальное сочетание аминокислот, в том числе незаменимых, и липидов. Устойчивое развитие рыбной отрасли в России поможет решить многие вопросы социального и экономического значения. С экологической точки зрения рыбная отрасль оказывает наименьший вред окружающей среде при добыче и воспроизводстве водных биоресурсов, чем, например, животноводство.

У России есть преимущества стать ведущим рыбопромышленным государ-ством, особенно в свете последних событий, связанных с введением эмбарго на ввоз импортной рыбопродукции.

В настоящее время самый крупный рыбопромышленный комплекс, обла-дающий наилучшей сырьевой базой, приходится на регионы Дальнего Востока

1 Усиление негативного влияния антропогенной деятельности на состояние и условия воспроизводства рыбных запасов. (ustoj.com 2015).

2 Там же.

44 Section 4.

и в частности на Камчатский край. В Дальневосточном бассейне вылавливается 99% всех лососевых от общего улова по России, 100% — крабов, свыше 90% — камбаловых, более 40% — сельди, около 60% — моллюсков, около 90% — водо-рослей 1.

По итогам 2014 года Камчатка, как и в предыдущие 6 лет, занимает лидиру-ющие позиции по вылову водных биоресурсов, как среди регионов ДФО (33%), так и России в целом (более 21%) 2.

Общий вылов водных биологических ресурсов в 2014 году составил 896 тыс. тонн или 103% к уровню 2013 года. Наибольшую долю в вылове составили треско-вые виды рыб (более 50%), в том числе минтай — 424 тыс. тонн — 47% от общего объема вылова. Второе место — лосось (вылов — 147 тыс. тонн, 17% от общего объема) 3.

Географическое положение, богатые природные ресурсы, наличие соответ-ствующего производственного потенциала обеспечивают благоприятные усло-вия деятельности предприятий РХК Камчатского края. Важнейшими задачами для предприятий рыбной отрасли являются эффективное использование всей добываемой рыбы, совершенствование способов обработки, применение безот-ходных и экологичных технологии, т. к. проблема утилизации неиспользованного вторичного сырья становится настоящей бедой для экологии и экономики при-брежных субъектов.

По данным прокурорских проверок, из 62 проверенных рыбоперерабатываю-щих предприятий Камчатки — 20 вообще не имеют очистительных сооружений, другие 42 предприятия — только на одном имеются биоочистные сооружения и на 5 предприятиях — только техническую очистку. К тому же, очистка произво-дится не регулярно и не достигает нормативов. Рыбопромышленники сваливают отходы на свалки твердых бытовых отходов или, вообще, рядом с заводом.

В последние годы в крае каждый год появляются новые и модернизируются уже существующие перерабатывающие производства и есть большое количество рыбных отходов, которыми буквально завалено побережье Камчатки, особенно в период лососевой путины.

Создание условий для разработки и внедрения в стране экологически эффек-тивных инновационных технологий, обеспечивающих снижение показателей вы-бросов вредных веществ и отходов производства, является одним из направлений «зеленой» политики государства.

1 Тупикина Е. Н. Анализ инвестиционной активности рыбохозяйственного комплекса Приморского края//Проблемы современной экономики. 2010. № 3 (35). С. 17–21.

2 Итоги работы рыбохозяйственного комплекса Камчатского края в 2014 году (сайт Правтельства Камчатского края 2015).

3 Там же.

Earth Sciences 45

Отходы — неиспользуемые остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий и продуктов, образующиеся в процессе производства продукции или ее потребления и утратившие свои потребительские свойства. Отходы явля-ются источником загрязнения атмосферного воздуха, подземных и поверхност-ных вод, почв и растительности 1.

Первоначально решение проблемы отходов было преимущественно в их уничтожении — закапывании или сжигании, но с увеличением загрязнения окружающей среды на первый план выходят экологически более приемлемые меры устранения отходов — их сортировка и повторное использование и также использование малоотходных технологий. Малоотходным считается такое про-изводство, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превы-шает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами, при этом часть сырья и материалов переходит в отходы, которые направляются на переработку или захоронение 2.

Отходы есть в любом виде производства. В рыбопереработке в зависимости от типа сырья они могут достигать 30%, а при производстве филе — все 70%. Крайне нерационально просто измельчать отходы и отправлять на утилизацию, если, из этого можно получить рыбную муку и рыбий жир, из отходов рыбопере-работки можно производить также витамины, фармацевтические белковые пита-тельные среды и компоненты БАД. Из чешуи рыбы получают гуанин, из которого в свою очередь изготавливают жемчужный пат, перламутровый препарат и лекар-ственные средства — гипоксантин и кофеин. Также из отходов, таких как кожа, плавники, плавательные пузыри, чешуя рыбы получают рыбный клей, обладающий высокой склеивающей способностью и безопасен для обслуживающего персонала.

Добыча морских ракообразных приводит к появлению большого количества панциресодержащих отходов, которые составляют 15–35% от выловленного сы-рья, что является ценным сырьем для получения полимеров природного про-исхождения — хитина, хитозана и их производных, которые являются ценным сырьем для получения пищевой продукции и технических, лекарственных и кос-метических препаратов, а также белковосодержащих отходов для кормов. К тому развитие производства хитина и хитозана стимулируется требованиями закона по сохранению чистоты и экологии.

Существуют и успешно применяются технологические решения по утилиза-ции соковых паров и сточных вод, являющихся основной экологической пробле-мой рыбных предприятий, эксплуатирующих рыбомучные установки по класси-ческой технологии и представляющие серьезную угрозу для водоемов. Белковая

1 Логинова Е. В., Лопух П. С. Гидроэкология: курс лекций. Минск: БГУ, 2011. – 300 с.2 Там же.

46 Section 4.

взвесь, которая присутствует в сточной воде любого пищевого производства, имеет длительный срок разложения 1.

Минвостокразвития предлагает создание инновационного комплекса по без-отходной рыбопереработке на Камчатке. Но, по мнению автора, могут возникнуть проблемы, такие как ограниченность сырья, транспортная система, недостаток в рабочей силе, в том числе квалифицированных кадров, расходы по обеспечению функционирования комплекса. Все эти проблемы могут привести к значительно-му удорожанию конечной продукции.

По мнению автора, более эффективно строительство специализированных за-водов в районах промысла или создание цехов при действующих рыбоперерабаты-вающих заводах, что позволит решить вопрос доставки сырья, а также оснащение специальным оборудованием судов. Внедрение экологичных технологий на судах не только решит проблему утилизации отходов и малоценных облавливаемых био-ресуров, но и позволит увеличить доходность и быструю окупаемость оборудова-ния. Внедрение экологичных технологий на заводах позволит решить не только вопросы рациональное использование биоресурсов, но и создание новых рабочих мест, в том числе высокопрофессионального персонала, новых продуктов из до-бываемого сырья, а также стимулирование доставки рыбы на родной берег.

Создание условий для разработки и внедрения экологически эффективных инновационных технологий в рыбной отрасли обеспечит снижение показателей выбросов вредных веществ и отходов производства, развитие рациональной пере-работки водных биоресурсов, развитие собственного кормопроизводства для сельского хозяйства Камчатки.

Экологическая составляющая является неотъемлемой частью человеческого развития. Но решение экологических задач требует дополнительных инвестиций, и здесь государство может помочь рыбопромышленникам в построении льготных финансовых схем для стимулирования строительства экологических производств, т. к. рациональное использование природных ресурсов и обеспечение устойчиво-сти среды жизни — главные проблемы, требующие незамедлительного решения.

Список литературы:1. Итоги работы рыбохозяйственного комплекса Камчатского края в 2014 году

(сайт Правительства Камчатского края 2015).2. Логинова Е. В., П. С. Лопух. Гидроэкология: курс лекций. Минск: БГУ, 2011.–

300 с.3. Охрана водных биоресурсов и среды их обитания (сайт Федерального агент-

ства по рыболовству 2015).

1 fishnews.ru/news/25717.

Earth Sciences 47

4. Тупикина Е. Н. Анализ инвестиционной активности рыбохозяйственного комплекса Приморского края//Проблемы современной экономики. 2010. № 3 (35). С. 17–21.

5. Усиление негативного влияния антропогенной деятельности на состояние и условия воспроизводства рыбных запасов. (ustoj.com 2015).

6. fishnews.ru/news/25717 (2014).

48 Section 5.

Section 5.Agricultural sciences

Bolshakova Larisa Sergeevna,Orel State Institute of Economy and Trade,

сandidate of biological sciencesE-mail: [email protected] Andrey Borisovich,

The Gorbatov’s All-Russian Meat Research Institute,academician of Russian Academy of Sciences

Chernuha Irina Mihailovna,The Gorbatov’s All-Russian Meat Research Institute,

doctor of technical sciencesLadnova Olga Leonidovna,

Orel State Institute of Economy and Trade,сandidate of technical sciences

Shelepina Natalia Vladimirovna,Orel State Institute of Economy and Trade,

doctor of agricultural sciences

Milk iodated protein is a source of iodine in the feed of agricultural animals

Большакова Лариса Сергеевна,Орловский государственный институт экономики

и торговли, кандидат биологических наукE-mail: [email protected]

Лисицын Андрей Борисович,Всероссийский научно-исследовательский институт мясной

промышленности им. В. М. Горбатова,академик Российской академии наук

Agricultural sciences 49

Чернуха Ирина Михайловна,Всероссийский научно-исследовательский институт мясной

промышленности им. В. М. Горбатова,доктор технических наук

Ладнова Ольга Леонидовна,Орловский государственный институт

экономики и торговли, кандидат технических наукШелепина Наталья Владимировна,

Орловский государственный институт экономикии торговли, доктор сельскохозяйственных наук

Молочный йодированный белок как источник йода в кормах сельскохозяйственных животных

Обеспечение полноценного кормления сельскохозяйственных животных и птицы — основное условие их высокой продуктивности. Качество кормов определяется их составом, в том числе наличием и соотношением в них таких незаменимых факторов питания, как витамины и минеральные вещества 1.

Многочисленными исследованиями установлена важная физиологическая роль йода в жизнедеятельности организма животных 2. Участвуя в сложном ком-плексе ферментативных систем, обеспечивая нормальное течение обменных процессов в живой клетке, йод существенно влияет на окислительно-восстано-вительные процессы, общее состояние здоровья животных и в конечном итоге на их продуктивность 3.

В условиях промышленных технологий содержание йода в корме обеспечи-вается его вводом через премикс. При производстве премиксов в качестве ис-точников йода чаще всего используются минеральные соли. Однако неоргани-ческие соединения йода нестабильны, разлагаются в процессе приготовления и хранения премиксов и комбикормов. Выделяющийся йод соединяется с дру-гими биологически активными веществами, превращается в неусвояемые для

1 Георгиевский В. И. Минеральное питание животных/В. И. Геор гиевский, Б. Н. Анненков, В. Т. Самохин. – М.: Колос, 1979. – 471 с; Кондрахин, И. П. Алиментарные и эндокринные болезни животных/И. П. Кондрахин. – М.: ВО Агропромиздат, 1989. – 256 с.

2 Дмитроченко А. П. Иод в кормлении сельскохозяйственных жи вотных/А. П. Дмитроченко//Биологическая роль йода. – М.: Колос, 1972. – С. 59–73.

3 Дребицкас В. Эффективность микроэлементов в кормлении жи вотных/В. Дребицкас, Б. Айдуконене, В. Эстко//Новые аспекты участия биологически активных веществ в регуляции метаболизма и продуктивности с.-х. животных. – Боровск, 1991. – С. 54–55.

50 Section 5.

организма животных формы 1. Поэтому возникает проблема поиска новых, более стабильных источников йода в комбикормах для сельскохозяйственных животных и птицы, лишенных перечисленных выше недостатков. К таким препаратам от-носятся органические формы микроэлементов. Кормовая добавка «Прост», со-держит в своем составе молочный йодированный белок, который получают путем ферментативного йодирования аминокислотных остатков сывороточных белков коровьего молока, с последующей дополнительной очисткой от неорганического йода с помощью ультрафильтрации, а также сублимационной или распылительной сушкой. Благодаря тому, что йод ковалентно связан с белками, добавка обладает устойчивостью к свету и нагреванию и высокой стабильностью при длительном хранении 2.

Целью данной работы являлось изучение эффективности использования мо-лочного йодированного белка в составе кормовой добавки «Прост» в рационе свиней в период откорма.

Научно-хозяйственный опыт был проведен на подсвинках крупной белой по-роды с 4-х месячного возраста.

Для проведения опыта по методу пар были сформированы две группы под-свинков по 20 голов в каждой. Продолжительность научно-хозяйственного опыта составила 125 дней, в том числе: подготовительный период — 5 дней, главный — 120 дней.

Уровень кормления и структура рационов у подопытных подсвинков обеих групп были одинаковы. Разница заключалась в том, что в рационы подсвинков контрольной группы йод вводился в виде йодата калия (из расчета 1,4 мг йода на голову в сутки), а в рацион опытной группы был включен молочный йодиро-ванный белок (из расчета 0,7 мг йода на 1 голову в сутки).

Контроль за ростом и развитием подсвинков осуществляли путем ежемесяч-ных взвешиваний и расчётов абсолютного, среднесуточного и относительного приростов массы тела.

По завершению откорма определяли мясную продуктивность путём кон-трольного убоя 3 подсвинков из каждой сравниваемой группы. При этом учиты-вались следующие показатели: предубойная живая масса, убойная масса, убойный выход, масса парной и охлаждённой туши, выход туши, масса внутреннего жира, площадь «мышечного глазка», толщина шпика.

1 Кузнецов С. Г. Биологическая доступность минеральных веществ для животных из корма, добавок, химических соединений/С. Г. Кузнецов//Сельскохозяйственная биология. – 1991. – № 6. – С. 150–160; Седых Л. Влияние условий и сроков хранения на содержание йо да в премиксах/Л. Се-дых, Л. Минько//Мукомольно-элеваторная и комби кормовая промышленность. 1975. – № 3. – С. 30–31.

2 www.innbiotech.ru


Изучение морфологического состава проводилось путём обвалки охлаждён-ных туш с установлением выхода мяса, сала и костей.

Результаты, полученные в ходе изучения динамики живой массы и интенсив-ности роста подсвинков представлены на рисунке 1 (данные контроля приняты за 100%).

80

85

90

95

100

105

110

живая массав начале

живая массав конце

приростживой массы

абс.

приростживой массысреднесут.

кол-во днейдля

достижениямассы 100 кг

вели

чина

пок

азат

еля,

%

контрольопыт

Рис. 1 Динамика живой массы и величина приростов подопытных подсвинков

Установлено, что использование в рационе молочного йодированного белка положительно повлияло на изменение живой массы молодняка свиней на откор-ме. Подсвинки опытной группы в конце опыта по живой массе превосходили животных контрольной группы на 8,8 кг (7,9%, Р<0,05). Абсолютный прирост живой массы молодняка свиней контрольной группы составил 64,9 кг, опытной — 68,6 кг, что больше по сравнению с подсвинками контрольной группы на 5,6%.

Уровень интенсивности роста был также выше у животных опытной группы. Подсвинки опытной группы превосходили по среднесуточному приросту живой массы аналогов из контроля на 35 г (5,6%, Р<0,05).

Количество дней для достижения массы 100 кг у животных контрольной группы составило 94,2 дня, а у опытных — 87,2, т. е. на 7 дней меньше.

Результаты контрольного убоя показали, что введение в состав рациона мо-лочного йодированного белка оказало положительное влияние на формирование мясной продуктивности животных опытной группы (рисунок 2).

Данные контрольного убоя свидетельствуют, что предубойная живая масса подсвинков опытной группы в сравнении с животными контрольной группы была выше на 9 кг (8%, Р<0,05).

52 Section 5.

020

4060

80100

120140

Преду

бойн

ая жив

ая мас

са

Убойн

ая мас

са

Убойн

ый выхо

д

Масса

парн

ой ту

ши

Выход т

уши

Масса

внутр

енне

го жир

а

Толщ

ина ш

пика

Площад

ь «мышеч

ного

глаз

ка»

Вел

ичин

а по

каза

тел

я,%

контроль

опыт

Рисунок 2. Убойные и мясные качества подопытных подсвинков

По убойной массе молодняк свиней опытной группы превосходил животных контрольной группы на 6 кг (7,4%, Р<0,05), по массе парной туши — на 5,5 кг (7%, Р<0,05).

Убойный выход у подсвинков обеих групп составил 72%, а выход туш — 70%.Преимущество животных опытной группы по массе внутреннего жира над

подсвинками контрольной группы составило соответственно 0,41 кг.Площадь «мышечного глазка» у подсвинков опытной группы в сравнении

с аналогами контрольной группы была больше 2,6 см 2 (8%).Проведенная обвалка туш подсвинков контрольной и опытной групп по-

зволила установить абсолютное и относительное количество основных тканей (рисунок 3).

В процессе исследовании установлено, что подсвинки опытной группы, полу-чавшие молочный йодированный белок, превосходили аналогов из контрольной группы по массе мышечной ткани на 11 кг (19%, Р<0,05).

В сравнении с молодняком свиней контрольной группы преимущество под-свинков опытной группы по выходу мяса в тушах составило 0,6%.

По индексу мясности подсвинки контрольной группы уступали аналогам из опытной группы на 7%, по индексу постности — на 27%.

Об интенсивности роста мышечной ткани у подопытных животных свиде-тельствует выход мяса в туше на 100 кг предубойной живой массы. По этому показателю подсвинки опытной группы превосходили животных контрольной группы на 1%.


0

20

40

60

80

100

120

140

160

Масса

охла

жденно

й туш

и

Масса

мыш.тк

.

Выход м

ыш.тк.

Масса

сала

Выход с

ала

Масса

косте

й

Выход к

осте

й

Индекс

мясно

сти

Индекс

постн

ости

Выход м

яса н

а 100

кг пр

едуб

ойной

живой м

ассы

Вел

ичин

а по

каза

теля

,%

контрольопыт

Рисунок 3. Морфологический состав туш подопытных подсвинков

Таким образом, проведенные исследования доказали целесообразность при-менения в рационах свиней на откорме молочного йодированного белка. Ис-пользование органической йодсодержащей кормовой добавки способствовало повышению интенсивности роста животных и оказало положительное влияние на формирование мясной продуктивности молодняка свиней.

Результаты получены в рамках выполнения государственного задания Мини-стерства образования и науки РФ.

54 Section 5.

Sailov-Rahib Agagul,Candidate of Technical Sciences

Azerbaijan Cooperation UniversityE-mail: [email protected]

Veliev Fazil Alioglu,Doctor of Technical sciences

Azerbaijan State University of EconomicsE-mail: [email protected]

The impact of harrest time to the quality and guantity of ram-cotton

Саилов Рахиб Ага-гюль оглы,кандидат технических наук.

Азербайджанский Университет Кооперации.E-mail: [email protected]

Велиев Фазиль Али оглы,доктор технических наук

Азербайджанский Экономический УниверситетE-mail: [email protected]

Влияние сроков уборки на количество и качество хлопка-сырца в условиях Азербайджана

Анализ заготовки хлопка-сырца показывает, что хлопкосеющие хозяйства ча-сто не придерживаются ГОСТов установленных для машинной уборки, в частно-сти, сроков сбора, что уменьшает удельный вес урожая, поIсорту и существенно отражается на качестве продукции, выпускаемой хлопкозаводами и всей текстиль-ной промышленостью. Поэтому необходимо выяснить, почему существенно вли-яют сроки машиной уборки на их качественные показатели.

Исследования проводились в течении ряда лет в условиях хлопкосеющих хозяйств Сальянского района. Исследования подтвердили, что чем ниже коро-бочки расположены в симподиальных ветвях и ближе к головному стеблю, тем вышезрелость волокна.

Определено, что хлопок- сырец первой группы всех вариантов опытов по ка-чественным показателям соответствует нормам промышленного сорта, а второй –нет. (табл. 1). Установлено, что более 60% хлопка-сырца собранного при раскры-тии 50–60% коробочек отвечает требованиям I промышленного сорта (4,5 еН), при раскрытии 70 и 80% — соответственно 50 и 35–40%.


Таблица 1. – Влияние сроков машинной уборки на количество и качество хлопка-сырца

С-3038 С-4727

Урож

айно

сть в

идам

сбор

а ц/г

а

Коэ

ффиц

иент

зрел

ости

воло

кна

Разр

ывна

я на

груз

ка во

локн

а гр.

с

Влаж

ност

ь хло

пка-

сырц

а,%

Засо

ренн

ость

хлоп

ка-с

ырца

,%

Урож

айно

сть п

о ви

дам

сбор

а, ц

/га

Коэ

ффиц

иент

зрел

ости

воло

кна

Разр

ывна

я на

груз

ка во

локн

а, гр

.с

Влаж

ност

ь хло

пка-

сырц

а,%

Засо

ренн

ость

хлоп

ка-с

ырца

,%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11I вариант

При раскрытии 50–60% 11,0 2,1 4,6 9,35 11,5 21,5 2,0 4,5 12,42 8,4

При дополнител.раскрытии 20–30% 8,0 1,9 3,9 9,8 16,2 9,8 1,8 4,0 11,42 8,6

Подбор 1 сбора 3,2 2,1 4,5 12,3 16,3 2,8 2,0 4,4 14,1 13,1Подбор 11 сбора 1,4 1,8 3,8 14,7 18,4 1,8 1,7 3,6 13,8 16,2Курочный 1,5 1,2 2,3 16,2 20,2 0,8 1,2 2,5 16,1 20,4

II вариантПри раскрытии 70% 12,2 2,0 4,5 9,75 10,2 27,5 1,9 4,1 10,7 7,6

При дополнител. раскрытии 20–25% 7,3 1,7 3,8 10,2 14,3 5,6 1,7 3,6 10,6 6,9

Подбор I сбора 3,3 1,9 4,2 12,5 14,7 2,55 1,8 4,0 12,4 11,7Подбор II сбора 1,4 1,7 3,6 14,7 18,8 1,8 1,4 3,0 11,6 12,8Курочный 1,5 1,2 2,3 16,5 20,5 0,7 1,2 2,3 16,4 20,6

III вариантПри раскрытии 80% и выше 12,3 2,0 4,5 9,8 8,5 30,3 1,8 4,0 10,5 7,2

При дополнит.рас-крытии 10–15% 7,1 1,7 3,8 10,5 12,7 5,1 1,4 3,1 10,5 6,6

56 Section 5.

При более поздней уборке хлопка-сырца собрано больше, но прирост (от 5 до 8%) происходит, главным образом, за счет сырца не соответствующего по качеству промышленному сорту.

В полевых условиях изучали также влияние сроков машинной уборки на ко-личество и качество хлопка-сырца. Установлено, что при машинной уборке с уве-личением степени раскрытия коробочек урожайностьповышается, что, особенно заметно при первых сборах.

Например, при раскрытии 50–60% коробочек за один проход хлопкоубороч-ной машины собрано 25 ц/га, при 70% — 27,5 ц/га, при 80% и более — 29,30 ц/га. Увеличение урожайности наблюдается в целом на всех видов сборов: при раскры-тии 50–60% коробочек урожайность составила 36,7 ц/га, при 70% — 38,2 ц/га и при 80% — до 40ц/га.

Различие в урожайности объясняется тем, что во время машиной уборки при раскрытии 50–60% коробочек на кустах хлопчатника нераскрывшиеся коробочки повреждаются, зачастую отрываются от куста и падают, что приводит к потере хлопка-сырца. При машинной уборке, с раскрытием 70–80% коробочек потери уменьшаются.

Следует отметить, что различие по времени между степенью зрелости и рас-крытия коробочек хлопчатника при 50 и 80% составляет 10–15 дней. За это вре-мя в структуре волокна и семени происходят биологические изменения. За10–15 дней, необходимых для раскрытия коробочек, волокна и семена дозревают, изменяется их масса, что увеличивает общую массу сбора хлопка-сырца.

Результаты исследования показывают, что при машинной уборке с повышен-ной степенью раскрытия коробочек средний коэффициент зрелости и разрывная нагрузка волокна снижаются. При первом сборе коэффициент зрелости волокна снижается на 0,1–0,2, при втором от 0,1 до 0,4, разрывная нагрузка волокна сни-жается, соответственно от 0,1 до 0,5 сН и от 0,1 до 0,9 сН.

Установлено, что влажность и засоренность хлопка-сырца также снижается при уборкес повышенным раскрытием коробочек.Так, при раскрытии 50–60% — влажность составляет 11,5–12,5%, при 80% снижается до 10,5%. Это объясняется тем, что при поздних сборах общее количество хлопка-сырца в раскрытых коро-бочках увеличивается, а количество листьев, относительно этой массы уменьша-ется, при этом, к моменту сбора, они всасывают и далее часть их падает.

Исследования показали, что сроки уборки почти не отражаются на дробле-ности семян.

Таким образом, исследованиями выявлено, что технология сбора хлопка яв-ляется задачей, в которой сталкиваются интересы заготовителей-производителей ипотребителей, при этом ее решение является важной научно-практической за-дачей.


Установлено, что причины, склоняющие производителей хлопка к отступле-нию от требования ГОСТ-ов при определении сроков машинной уборки, прежде всего кроются в том, что поздний срок уборки (при 80% и более раскрывшихся коробочек) позволяет увеличить урожайность, снизить возможные потери сырца за счет повреждения и срыва зеленых нераскрывшихся коробочек.

Раскрывшиеся коробочки могут находиться на растении довольно продол-жительное время, что дает возможность дозревания основной массе семян и во-локна. Таким образом улучшается технологические свойства, т. к. за это время высыхают и опадают большое количество листьев, что снижает засоренность и возможность попадания зеленых листьев в массу хлопка-сырца.

Кроме того, уменьшается кратность уборки, когда практически за один про-ход снимается весь урожай. Второй проход-завершающий куракоуборочной ма-шиной (как правило, к концу октября, в первой декаде ноября). Однако этому сопутствует и отрицательный эффект, так как удельный вес, первого сорта хлопка непременно уменьшается. При этом сдаваемый хлопок будет оценен по зрелости более низким сортом.

Таким образом, совершенствование технологии заготовок и хранения может повысить показатели качества хлопка, тогда в выигрыше будут и поставщики и за-готовители.

Заключение Исследованиями подтверждено, что чем ниже коробочки распо-ложены в симподиальных ветвях и ближе к головному стеблю, тем выше зрелость волокна.При машинной уборке хлопка с повышенной степенью раскрытия коро-бочек средний коэффициент зрелости и разрывная нагрузка волокна снижаются.

Снижается также влажность и засоренность хлопка-сырцы при уборке с по-вышенным раскрытием коробочек.

На основе проведенных экспериментальных исследований подготовлены ре-комендации для фермерских хозяйств и хлопкозавода Салянского района Азер-байджана.

Список литературы:1. Джабаров Г. Д., Балтабаев С.Д, Котов Д. А., Соловьев Н. Д. Первичная об-

работка хлопка. Москва, Легкая индустрия 1978, 163 с.2. Джабаров Г. Д., Кадыров Б. Г., Хасанов К. А. Влияние сроков машиной уборки

на качества и количества хлопка-сырца. Хлопковая промышленность, Таш-кент, 1976, № 1. C. 41–44.

3. Попова П. Я. Биология развития и технологические свойства хлопкового во-локна. Ташкент, ФАН,1975, 239 с.

58 Section 6.

Section 6.Physics

Ilina Tamara Evgenevna,ITMO University postgraduate student,

the Faculty of Refrigerating machines and low potential energyE-mail: [email protected]

Optimization the nozzles on the support surface of the segmented gas-static bearings

Ильина Тамара Евгеньевна,Университет ИТМО аспирант кафедры

Холодильных машин и низкопотенциальной энергетикиE-mail: [email protected]

Оптимизация системы сопел и карманов опорной поверхности сегментного

газостатического подшипникаАннотация. В статье рассматриваются газостатические подшипники и пути

оптимизации опорной поверхности. В соответствии с принципом Рэлея спроек-тированы простые сегменты с контуром и карманами на основе расчета, кото-рых приведены общие рекомендации по их проектированию. Спроектированы сегменты со сложной формой опорной поверхности. Выполнены их расчеты.

Ключевые слова: газовый подшипник, сегментный газовый подшипник, система подачи сопла.

Постановка задачиВ последнее время активно обсуждается вопрос применения газовых под-

шипников в турбомашинах различного назначения 1. Применение бесконтактных

1 Булат П. В. Практика проектирования газовых подшипников для холодильных машин. Часть I. Обзор газовых подшипников. Холодильная техника. 2015. № 8. С. 2–6; Бесчастных В. Н., Булат П. В. Практика проектирования газовых подшипников для холодильных машин. Часть II. Проектирование и методика расчета гибридных подшипников. Холодильная техника.

Physics 59

газовых подшипников позволит существенно повысить надежность и обеспечить многоразовое эксплуатирование таких машин.

Среди существующих типов газовых подшипников 1 наиболее перспектив-ным является гибридный газостатический подшипник, который конструктивно представляет с собой несколько сегментов (как правило 3 или 4) закрепленных в корпусе посредством сферического шарнира. Такая конструкция позволяет сегментам самоустанавливаться во время вращения ротора.

Проблеме подшипников на газовой смазке посвящены фундаментальные тру-ды Шейнберга 2, Константинеску 3, Риппела 4, Грэссема и Пауэлла 5.

Наиболее сложной задачей при проектировании газостатического подшипни-ка является определение и оптимизация опорной поверхности сегмента. От вы-бора опорной поверхности зависит не только результирующая грузоподъемность подшипника, но и расход рабочего газа (который необходимо минимизировать), наличие в системе нестационарных колебаний 6.

Кроме этого, необходимо так же правильно спроектировать систему подачи и распределения газа в самом сегменте, где течение газа является явно турбу-лентным 7, Это осложняет расчет течения в газостатическом подшипнике, т. к. необходимо применять соответствующую модель турбулентности 8.

Разработка моделейВ работе Рэлея 9 показано, что оптимальный смазочный слой для опоры,

работающей на принципе нагнетания смазки под избыточным давлением, будет

2015. № 8, С. 17–20; Смирнова О. С., Булат П. В., Продан Н. В. Применение управляемых газо- и гидростатических подшипников в турбонасосных агрегатах многоразовых комбинированных ЖРД.

1 Bulat M. P. Bulat P. V. Basic classification of the gas-lubricated bearings. World Applied Sciences Journal 28 (10): 1444–1448, 2013.

2 Опоры скольжения с газовой смазкой/Под ред. С. А. Шейнберга. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1979. 336 c.

3 Constantinescu V. N. Lubrificatia cu gaze. Bucuresti, 1963.4 Проектирование гидростатических подшипников. Под ред. Гарри Риппела. Перевод

с английского Г. А. Андреевой. М.: Машиностроение, 1967, 135 с.5 Подшипники с газовой смазкой. Под ред. Н. С. Грэссема., Дж. У. Пауэлла. М.: Мир, 1966, 415 с.6 Усков В. Н., Булат П. В. Об исследовании колебательного движения газового подвеса ротора

турбохолодильных и детандерных машин. Часть i. Постановка задачи; Усков В. Н., Булат П. В. Об исследовании колебательного движения газового подвеса ротора турбохолодильных и детандерных машин. Часть ii. Колебания давления в соплах питающей системы на сверхкритическом режиме работы.

7 Ильина Т. Е. Исследование геометрии модельных колодок газостатического подшипника. Теоретические и прикладные аспекты современной науки. 2015. № 8–3. С. 38–49.

8 Засухин О. Н., Булат П. В., Продан Н. В. Особенности применения моделей турбулентности при расчете сверхзвуковых течений в трактах перспективных воздушно-реактивных двигателей.

9 Булат П. В., Засухин О. Н., Усков В. Н. О классификации режимов течения в канале

60 Section 6.

описан кусочно-непрерывной функцией с промежуточным изменением толщины слоя. Такому решению соответствуют газостатические опоры с карманом — под-нутрением и контуром — канавкой. При этом форма кармана, профиль конту-ра, их размеры и расположение на поверхности сегмента могут быть абсолютно разными.

Рисунок – 1. Сегменты ГСП со сложной формой смазочного слоя

Проведенные газодинамические расчеты простых сегментов показывают, что применение таких решений может увеличить грузоподъемность до 3-х раз. Однако при этом увеличивается и расход рабочего газа. Исходя из проведенных расчетов, объем всех каналов контура и полостей карманов должен быть в 4–5 раз меньше объема зазора между статором и валом. Иначе возможно возникновение релаксационных колебаний.

с внезапным расширением.

а) сегмент 1

б) сегмент 2

Physics 61

Поскольку в радиальных подшипниках подъемная сила создается исключи-тельно за счет перетекания газа к торцам подшипника, то введение контура при-водит к увеличению несущей способности.

В соответствии с теорией Рэлея были разработаны два типа газостатических сегментов: сегмент 1 — с карманами сложной формы (рис. 1) и сегмент 2 — с большим числом питателей с карманами.

Сегмент 1 представляет собой опорную поверхность с питателями, располо-женными в шахматном порядке. Под питающим отверстием, так же как и в сегменте 1 предусмотрен карман. Карманы в сегменте 2 имеют сложную форму, состоящую из сообщающихся полостей разного диаметра. Воздух из питателя истекает снача-ла в карман большого диаметра, а затем по тонким каналам перетекает в карманы меньшего. Такая схема разработана с целью подавления возможных колебаний, присущих конструкциям газостатических опор с карманами, а также повышения жесткости смазочного слоя, которая в соответствии с теорией Рэллея повышается с увеличением числа разрывов контура. Расположение карманов несимметрично относительно оси вращения вала, поэтому правильное расположение сегмента в подшипнике имеет принципиальное значение. На внешней поверхности сегмента располагается полость в виде «бабочки», в которую подается рабочий газ. Такая геометрия углубления обеспечивает равномерное распределение газа по системе подачи газа в смазочный слой, а также одинаковые давления на питателях.

Сегмент 2 разработан на основе принципа пористых колодок: большое число питающих отверстий с маленьким диаметром 0.5 мм. Вместе с этим в сегменте под каждым питателем предусмотрен «карман», в соответствии с принципом Рэлея такое решение должно увеличить грузоподъемность. Газ в сегмент подается через центральное отверстие и затем распределяется по полости, выполненной на внешней стороне опоры. Оттуда рабочий газ поступает в питающие отверстия. Расположение отверстий преследует задачу добиться максимально равномерного распределения давления по опорной поверхности.

Результаты расчетов и анализПроведена серия расчетов течения газа в смазочном зазоре образованном

цапфой вала и сегментами 1,2. Моделировалось течение сжимаемой среды, в качестве начальных условий принимались начальное распределение скорости, удовлетворяющее уравнению неразрывности, а также начальные распределения температуры и давления. На краях расчетной области задавалось атмосферное давление - т.е. истечение происходило во все стороны. Задавалось либо посто-янное давление питания, либо постоянный расход рабочего газа. Расчет про-изводился в стационарной постановке методом установления. По результатам расчетов формировались изолинии давлений и скоростей, а также определялись грузоподъемность сегмента и расход газа через него.

62 Section 6.

a)

б)

а) сегмент 1: Q=12,5 г/с, F=3108 Н, T=27 °С.б) сегмент 2: Q=12,5 г/с, F=3092 Н, T=27 °С

Рисунок – 2. Распределение скоростей на валу (м/с)

Physics 63

Проведенные расчеты показали, что при равном постоянном расходе газа через все питатели (12,5 г/с) грузоподъемность сегмента 1 составила 3108 Н, а сегмента 2 – 3092 Н, т.е. разница незначительна. При этом, диаметр питателей в колодке 1 существенно больше, т.е. колодка более стойкая к загрязнениям, а тру-доемкость её изготовления существенно меньше. Таким образом, разработанная форма поверхности является актуальной.

В результате расчетов получено интересное распределение скоростей на по-верхности ротора (рис. 2).

В сегменте 1 виден характер сложного взаимодействия истекающих из пита-телей струй. Порядок скоростей показывает, что реализуются сверхкритические режимы истечения. Наблюдается сложное взаимодействие истекающих струй со стенками карманов и между собой. Подробный характер взаимодействия струи со стенкой, а также режимы истечения рассмотрены в 1. Судя по картине тече-ния в нем возможны колебания давления. Все это указывает на неоптимальное соотношение расхода, давления подачи рабочего тела и суммарной площади от-верстий подачи.

ЗаключениеПроведен анализ различных схем опорных поверхностей. Описаны конструк-

тивные способы, позволяющие увеличить грузоподъемность. Приведены реко-мендации для сегментов с контуром и карманами: объем всех каналов контура и полостей карманов должен быть в 4-5 раз меньше объема зазора между статором и валом, контур рекомендуется выполнять замкнутым. Спроектированы и рассчи-таны сегменты со сложной опорной поверхностью. Показано, что разработанная форма сегмента обеспечивает равный расход воздуха и грузоподъемность при существенно меньшем количестве питателей, соответственно, их диаметр больше. Меньшее количество отверстий с большим диаметром обеспечивает подшипнику эксплуатационную надежность и меньшую трудоемкость изготовления.

Список литературы:1. Bulat M.P. Bulat P.V. Basic classification of the gas-lubricated bearings. World

Applied Sciences Journal 28(10): 1444–1448, 2013.2. Bulat P.V., Zasuhin O.N., Uskov V.N. On classification of flow regimes in a channel

with sudden expansion. Thermophysics and Aeromechanics. 2012. Т. 19. № 2. С. 233–246.

3. Constantinescu V. N. Lubrificatia cu gaze. Bucuresti, 1963.

1 Булат П.В., Засухин О.Н., Усков В.Н. О классификации режимов течения в канале с внезапным расширением; Bulat P.V., Zasuhin O.N., Uskov V.N. On classification of flow regimes in a channel with sudden expansion. Thermophysics and Aeromechanics. 2012. Т. 19. № 2. С. 233–246.

64 Section 6.

4. Андреева Г.А. Проектирование гидростатических подшипников. Под ред. Гарри Риппела. Перевод с английского Г.А.Андреевой. М.:Машиностроение, 1967, 135 с.

5. Бесчастных В.Н., Булат П.В. Практика проектирования газовых подшипни-ков для холодильных машин. Часть II. Проектирование и методика расчета гибридных подшипников. Холодильная техника. 2015. №8. С.17–20.

6. Булат П.В. Практика проектирования газовых подшипников для холодильных машин. Часть I. Обзор газовых подшипников. Холодильная техника. 2015. №8. С. 2–6.

7. Булат П.В., Засухин О.Н., Усков В.Н. О классификации режимов течения в канале с внезапным расширением.

8. Грэссем Н.С., Дж.У. Пауэлл. Подшипники с газовой смазкой. Под ред. Н.С.Грэссема., Дж.У.Пауэлла. М.: Мир, 1966, 415 с.

9. Засухин О.Н., Булат П.В., Продан Н.В. Особенности применения моделей турбулентности при расчете сверхзвуковых течений в трактах перспективных воздушно - реактивных двигателей.

10. Ильина Т.Е. Исследование геометрии модельных колодок газостатическо-го подшипника. Теоретические и прикладные аспекты современной науки. 2015. № 8–3. С. 38–49.

11. Смирнова О.С., Булат П.В., Продан Н.В. Применение управляемых газо- и гидростатических подшипников в турбонасосных агрегатах многоразовых комбинированных ЖРД.

12. Усков В.Н., Булат П.В. Об исследовании колебательного движения газового подвеса ротора турбохолодильных и детандерных машин. Часть i. Постановка задачи.

13. Усков В.Н., Булат П.В. Об исследовании колебательного движения газового подвеса ротора турбохолодильных и детандерных машин. Часть ii. Колебания давления в соплах питающей системы на сверхкритическом режиме работы.

14. Шейнберг С.А. Опоры скольжения с газовой смазкой / Под ред. С.А. Шейнберга. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1979. 336 c.

Physics 65

Upyrev Vladimir Vladimirovich,postgraduate student, Physics-2 department,

ITMO UniversityE-mail: [email protected]

Similarity effect in asymmetric counterpropagating shock waves

Упырев Владимир Владимирович,Университет ИТМО,

Аспирант, кафедра Физики-2E-mail: [email protected]

Эффект автомодельности при несимметричном отражении встречных скачков

Аннотация: В статье представлены основные сведения о взаимодействии косых скачков уплотнения разного направления, дана классификация типов их интерференции, показаны области существования каждого из типов, зависимо-сти областей существования от числа Маха, а так же эффект автомодельности стационарной маховской конфигурации.

ВведениеУдарной волной или скачком уплотнения называется стационарный газо-

динамический разрыв первого рода 1. Скачки уплотнения могут пересекаться между собой, тогда говорят об их интерференции. Видов интерференции мо-жет быть несколько 2. Например, можно рассмотреть пересечение скачков, раз-ворачивающих поток в противоположную сторону. Такие скачки называются встречными. Если угол разворота (или, что тоже самое, интенсивность встреч-ных скачков) отличаются, то такая интерференция называется несимметрич-ной. Несимметричное встречное отражение можно представить как частный случай задачи о взаимодействии двух сверхзвуковых потоков под некоторым

1 Булат П. В. Ударная и детонационная волна с точки зрения теории интерференции газодинамических разрывово-геометрический смысл уравнений газовой динамики сверхзвуковых течений//Фундаментальные исследования. 2013. № 10–9. С. 1951–1954; Bulat P. V., Uskov V. N. Shock and detonation wave in terms of view of the theory of interaction gasdynamic discontinuities.//Life Science Journal. – 2014–11, 8s – 307–10 С; Bulat P. V., Uskov V. N., Arkhipova L. P. Gas-dynamic discontinuity conception.//Research Journal of Applied Sciences. – 2014–8, 22. – 2255–59 С. http://www.maxwellsci.com/print/rjaset/v8–2255–2259.pdf.

2 Bulat P. V., Uskov V. N., Arkhipova L. P. Classification of Gas-dynamic Discontinuities and their Interference Problems.//Research Journal of Applied Sciences. – 2014–8, 22–2248–54 С.

66 Section 6.

углом 1, а также как обобщение случая об отражении косого скачка уплотнения от стенки 2, который можно представить как симметричное взаимодействие двух встречных скачков. Интерференция встречных скачков может быть регулярной (рис. 1 а) и нерегулярной (маховской, рис. 1 б). Слева на рис. 1 изображена ударно-волновая структура, а справа — решения на плоскости ударных поляр. Так называют сердцевидные кривые, связывающие логарифм интенсивности скачка Λ с углом β разворота потока на скачке. При регулярной интерферен-ции из точки пересечения исходят два скачка уплотнения, при маховской об-разуются две тройные точки (1–4 и 2–3 на рис. 1), соединенные мостовидным скачком, т. н. ножкой Маха.

a)

б)Рисунок 1. — интерференция встречных скачков уплотнения. а) регулярное

отражение; b) маховское отражение. σ1, σ2 — приходящие скачки уплотнения; σ3, σ4 — исходящие скачки уплотнения; τ — тангенциальный разрыв

1 Усков В. Н., Адрианов А. Л., Старых А. Л., “Монография. ‘Интерференция Стационарных Газодинамических Разрывов’. ” Новосибириск: ВО “Наука”. Сибирская издательская фирма., 1995, С. 180.

2 Булат П. В., Упырев В. В., Денисенко П. В. Отражение косого скачка уплотнения от стенки//Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. No 2. С. 338–345.

Physics 67

На практике несимметричное отражение имеет место, например, в возду-хозаборных устройствах внутреннего сжатия. Применение такого устройства в прямоточном детонационном двигателе показано на рис. 2.

Рисунок 2. — вид воздухозаборного устройства с внутренним сжатием

Основные соотношения для расчета интерференции несимметричных скач-ков даны в работе 1.

Математическая модельУравнение интерференции для сверхзвуковых встречных скачков в случае

регулярного взаимодействия имеет вид:

β β β βσ σ σ σ( , ) , , ,M J MJJ

J M J M J

1 4 21

2

4 1 2= −

+ ( ) + ( ) , (1)

где:

βε

εε εσ =

−+

⋅−( ) −( )

+( ) − −( ) −( )

atan m

m

J JJ

J

J J

1 1

1 1,

J Mm = + −

=−+

( ) ,

.

1

11

2ε ε

εγγ

.

В случае маховского отражения, интенсивность исходящих скачков не может рассчитываться из уравнения (1). Интенсивности данного отражения можно по-лучить, решая задачу отражения косого скачка уплотнения от стенки для каждого приходящего скачка.

Области, в которых реализуется регулярное или маховское отражение, опре-деляются двумя критериями — критерием Стационарной Маховской Конфигу-рации J0 (СМК) и критерием отсоединения фон — Неймана JR. В отличие от сим-

1 Булат П. В., Денисенко П. В., Продан Н. В. Интерференция встречных скачков уплотнения//Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. No 2. С. 346–355.

68 Section 6.

метричного случая, где данные критерии зависят только от скорости потока и показателя адиабаты среды, в несимметричном случае эти критерии опреде-ляются как функции интенсивности одного скачка от интенсивности другого. Критерий СМК в общем случае можно определить уравнением:

J J J1 4 1 4⋅ = − (2)где J1 — интенсивность приходящего скачка, J4 — интенсивность отраженно-го скачка в случае регулярного отражения, J1–4 — интенсивность ножки Маха в окрестности точки взаимодействия 1–4 на рис. 1. Геометрически такой случай соответствует прямой ножке Маха. В симметричном случае критерий СМК (2) можно задать уравнением:

A Jkk

k0

0

3

0==∑ (3)

где:

A

A J

A J J

A

m

m m

32

22 3 2

1

1

1 1

1 1 2

= −

= − + − +( ) + +( )= +( ) −( ) −

ε

ε ε ε ε

ε ε

,

,

,

00

2

1 1

1

= −( ) −( )= +( ) −

ε

ε ε

J J

J Mm m

m

,

.

Критерий отсоединения JR происходит при таком наименьшем J2 (в случае заданного J1) у которого отсутствует решение уравнения (1). Оно является предельным значением, когда возможно существование регулярного отра-жения.

Существует также область гистерезиса, в которой может реализоваться тот или иной тип интерференции. Области существования и области гистерезиса подробно рассмотрены в фундаментальном труде 1.

Результаты и анализС помощью описанной выше математической модели были построены гра-

фики (рис. 3–5). На рисунке 3 показана интенсивность исходящего скачка σ3 в за-висимости от интенсивностей приходящих скачков σ1, σ2; в одном случае переход между регулярной и маховской интерференцией осуществляется по критерию СМК (рис. 3 а), в другом — по критерию отсоединения (рис. 3 б). Следует от-метить, что переход между отражениями по критерию отсоединения (рис. 3 б) сопровождается скачкообразным изменением интенсивности отраженного скач-ка уплотнения.

1 Ben-Dor G. Shock wave reflection phenomena. New York: Springer, 1991.

Physics 69

Рисунок 3. – интенсивность отраженного скачка J3. а) переход от регулярного к маховскому отражению осуществляется по критерию СМК; б) переход от регулярного к маховскому отражению осуществляется по критерию

отсоединения. A — область регулярного отражения; B — область маховского отражения. Число Маха 3.5, показатель адиабаты 1.4.

а)

б)

70 Section 6.

Рисунок 4. – Область существо-вания регулярной и маховской интерференции для числа Маха 3.5. A — область, где может суще-ствовать только регулярное от-ражение; B — область, где могут существовать оба типа отражения; C — область существования толь-ко маховского отражения. Показа-тель адиабаты 1.4.

а)

б) Рисунок 5. — Конфигурация J1 – J2 соответствующая критериям СМК и отсоединения для различ-ных чисел Маха. а) сечения при постоянных числах Маха 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5; б) Иллюстрация ав-томодельности критерия стацио-нарной маховской конфигурации, полученной путем сдвига и мас-штабирования сечений интенсив-ностей по постоянным числам Маха от 3.5 до 4.5.

Physics 71

Рисунок 4 иллюстрирует те конфигурации J1 – J2 которые соответствуют кри-териям СМК (линия J0 на рис. 4) и критерию отсоединения (линия JR на рис. 4). Данные критерии меняют свой вид при изменении числа Маха в невозмущенном потоке. Таким образом, комбинация линий J0 – JR создают кривую поверхность в пространстве {J1, J2, M}, сечения этой поверхности показаны на рисунке 5 а. На рисунке 5 б показано, что при некотором сдвиге начала координат и однород-ном масштабировании можно получить совпадение линии J0, что говорит об авто-модельности критерия СМК по числу Маха. Критерий отсоединения не обладает свойством автомодельности.

Заключение:В данной статье были исследованы ударно-волновые структуры, появляющие-

ся в результате интерференции несимметрично приходящих скачков уплотнения. Рассчитаны интенсивности отраженных скачков, границы областей существо-вания возможных типов интерференции. Продемонстрированы автомодельные свойства критерия Стационарной Маховской Конфигурации. Показано, что кри-терий отсоединения свойствами автомодельности не обладает.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и на-уки РФ (Соглашение № 14.575.21.0057, уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI57514X0057).

72 Section 7.

Section 7.Chemistry

Abilbek Zhanyl Abilbekkyzy,Korkyt Ata Kyzylorda State University,

engineer of laboratory of engineering profile“Physical and chemical methods of analysis”

E-mail: [email protected] Laura,

Korkyt Ata Kyzylorda State University,engineer of laboratory of engineering profile

“Physical and chemical methods of analysis”E-mail: [email protected] Kaiyrbek Sabitovich,

Nazarbayev Intellectual Schoolof Chemistry and Biology in Kyzylorda,

teacher of chemistryE-mail: [email protected]

Appazov Nurbol Orynbassaruly,Korkyt Ata Kyzylorda State University,

Head of laboratory of engineering profile“Physical and chemical methods of analysis”


The microwave activation in synthesis butyl acetate

Абилбек Жаныл Абилбеккызы,Кызылординский государственный университет,

инженер лаборатории инженерного профиля«Физико-химические методы анализа»


Chemistry 73

Мураткызы Лаура,Кызылординский государственный университет,

инженер лаборатории инженерного профиля«Физико-химические методы анализа»

E-mail: [email protected]Буксукбаев Кайырбек Сабитович,

Назарбаев Интеллектуальная школахимико-биологического направления г. Кызылорда,

учитель химииE-mail: [email protected]

Аппазов Нурбол Орынбасарулы,Кызылординский государственный университет,

к. х.н., руководитель лаборатории инженерного профиля«Физико-химические методы анализа»


Микроволновая активация в синтезе бутилацетатаВ последнее время микроволновое облучение находит широкое примене-

ние при проведении химических реакций, в отличие от обычного нагрева акти-вация реакций лучами сверхвысоких частот позволяет значительно сократить продолжительность реакций 1. Для работы бытовых микроволновых печей и для реакторов в синтетической химии используется частота 2,45 ГГц (длина волны 12,24 см) 2. Нами ранее были опубликованы работы по синтезу ацетатов низших спиртов в условиях сверхвысокочастотного облучения 3.

1 Бердоносов С. С. Микроволновая химия//Соровский образовательный журнал. – 2001. – Т. 7. – № 1. – С. 32–38.

2 Nüchter M., Ondruschka B., Bonrath W., Gum A. Microwave assisted synthesis – a critical technology overview//Green Chem. – 2004. – № 6. – P.128–141.

3 Аппазов Н. О., Акылбеков Н. И. Синтез этилацетата в условиях сверхвысокочастотного облучения//Известия НАН РК. Серия химическая. – 2014. – № 2 (404). – С. 57–62.; Аппазов Н. О., Шигенова А. С., Акылбеков Н. И., Тулепова А. К., Сейтова А. А., Нарманова Р. А., Наренова С. М. Синтез изоамилацетата в условиях сверхвысокочастотного облучения//Фундаментальные исследования. – 2014. – № 8–5. – С. 1075–1079.; Акылбеков Н. И., Омаров Е. А., Шигенова А. С., Сейтова А. А., Тулепова А. К., Садуакаскызы К. С., Аппазов Н. О. Активация реакции получения изобутилацетата волнами сверхвысоких частот//Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1; URL: www.science-education.ru/121–17625 (дата обращения: 09.07.2015).; Тулепова А. К., Сейтова А. А., Шигенова А. С., Нарманова Р. А., Тулегенова Г. У., Аппазов Н. О. Микроволновая активация в синтезе изопровилового эфира уксусной кислоты//

74 Section 7.

Бутилацетат содержится во многих фруктах и ягодах, имеет резкий эфирно-фруктовый запах, при разведении обладает приятным запахом ананаса и банана. Используют главным образом в пищевых ароматических эссенциях, как идентич-ный натуральному пищевой ароматизатор (зарегистрирован как вкусоароматиче-ское химическое вещество для производства пищевых ароматизаторов), а также как душистое вещество, придающий запах фруктов в парфюмерии 1. Является рас-творителем полимеров, экстрагентом душистых веществ, применяется в больших количествах в смеси с н-бутиловым спиртом для производства цапоновых лаков 2.

Ацетаты получают из уксусной кислоты, уксусного ангидрида и хлоранги-дрида уксусной кислоты. При этерификации уксусным ангидридом добавляют иногда также уксуснокислый натрий. При реакции ацетилировании в качестве катализатора используют обычно концентрированную серную кислоту (1–60%), бензолсульфокислоту, толуолсульфокислоту и фосфорную кислоту 3. Известен способ получения бутилацетата реакцией прямой этерификации уксусной кисло-ты бутанолом при повышенной температуре в присутствии катализатора на ос-нове цеолита (деалюминированный природный клиноптилолит с силикатным модулем 20,78–29,08 со степенью обмена на ионы аммония 28,6–36,8% и ионы стронция 59,4–70,5%). Процесс проводят пропусканием смеси уксусной кисло-ты с бутанолом при молярном соотношении 2:1 со скоростью 1,0 мл/мин через приготовленный катализатор при температуре 2000 С. Выход бутилацетата со-ставляет 79,1% 4. Бутилацетат также получают этерификацией уксусной кислоты бутанолом в соотношениях 1:1–10 в присутствии твердого кислотного катали-затора (ионообменные смолы EP 066059, DE 3636754, цеолиты или суперкисло-ты). Процесс проводят в установке, который позволяет сразу после проведения реакции разделить реакционную смесь ректификацией. Выход бутилацетата со-ставляет 90,9% 5.

Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5; URL: www.science-education.ru/119–14609 (дата обращения: 09.07.2015).

1 Войткевич С. А. 865 душистых веществ для парфюмерии и бытовой химии. – М.: Пищевая промышленность, 1994. – 594 с.

2 Химический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1983. – C.209.3 Брюсова Л. Я. Химия и технология синтетических душистых веществ. – Москва:

Пищепромиздат, 1947. – 544 с.; Перкель А. Л., Воронина С. Г. Карбоновые кислоты и их производные в органическом синтезе. – Кемерово, 2013. – 27 с.

4 Шахтахтинский Т. Н., Алиев А. М., Кулиев А. Р., Бабаева А. Р., Меджидова С. М., Ишханов Г. Р., Мамедов О. А. Способ получения этил- или бутилацетата. Авторское свидетельство СССР № 1719393. 10 (15.03.92).

5 Jaromir Lederer, Ji Kolena, Ji Hanika, Willem Wiekert Levering, Oliver Bailer, Pavel Moravek, Quido Smejkal, Vladimir Macek. Process and apparatus for the production of butylacetate and isobutylacetate. US6458992 В1 (01.10.2002).

Chemistry 75

Недостаткам приведенных способов относятся применение высокой температу-ры, использование дорогостоящих катализаторов, многостадийность и длительность процесса, использование бутанола в большом соотношении к уксусной кислоте.

Предлагаемый нами способ получения бутилацетата позволяет сократить продолжительность реакции в десятки раз, что экономит затраты на электро- или тепловую энергию и соответственно включает производство бутилацетата в об-ласть «зеленой» химии.

Синтез н-бутилацетата осуществляли прямой этерификацией уксусной кис-лоты н-бутанолом при микроволновом облучении на бытовой микроволновой печи. При проведении опытов в качестве катализатора использовали концентри-рованную серную кислоту. В качестве исходных реагентов использовали ледяную уксусную кислоту и н-бутанол.

Продукт реакции идентифицировали на хромато-масс спектрометре Agilent 7890A/5975C (США) и ИК-спектрометре IR-Prestige 21 фирмы Shimadzu (Япония).

Условия хроматографирования: газовый хроматограф 7890 А с масс-селективным детектором 5975 С фирмы Agilent; подвижная фаза (газ носи-тель) — гелий; температура испарителя 160 ° С, сброс потока (Split) 1000:1; температура термостата колонки, начало 40 ° С (1 мин), подъем температуры 5 ° С в минуту, конец 150 ° С, при этой температуре удерживается 1 мин, общее время анализа 24 мин; режим ионизации масс-детектора методом электронного удара. Капиллярная хроматографическая колонка HP-FFAP, длина колонки 30 м, внутренний диаметр 0,25 мм, неподвижная фаза — нитротерефталевая кислота, модифицированная полиэтиленгликолем.

Нами были проведены серия опытов для определения оптимальных условий проведения процесса, т. е. влияние на выход продукта мощности облучения, про-должительности процесса, соотношения катализатора от общей массы реагиру-ющих веществ и соотношений реагирующих веществ.

Найдено, что оптимальным соотношением реагирующих веществ является молярное соотношение уксусная кислота: н-бутанол — 1:1, продолжительность 3 мин, соотношение катализатора от общей массы реагирующих веществ 1%, мощность облучения 180 Вт, при этих условиях выход целевого продукта состав-ляет 79,04%.

После проведения реакции продукт анализировали с помощью хромато-масс спектрометрии, время удержания бутилацетата составляет 5,18 мин. Хромато-грамма оптимального выхода бутилацетата приведена на рисунке 1.

Полученный продукт идентифицирован с помощью масс-селективного де-тектора (ионизация пробы происходит за счет электронного удара), масс-спектр н-бутилацетата соответствует данным библиотечной базы NIST08, в масс-спектре присутствуют молекулярный ион и масс фрагменты полученного продукта.

76 Section 7.

В ИК-спектре полученного продукта наблюдается характеристичная полоса поглощения карбонильной группы при 1738 см-1, также в области 1227 см-1 про-является интенсивная эфирная полоса, вызванная колебаниями С-О-С.

Список литературы:1. Бердоносов С. С. Микроволновая химия//Соровский образовательный жур-

нал. – 2001. – Т. 7. – № 1. – С. 32–38.2. Nüchter M., Ondruschka B., Bonrath W., Gum A. Microwave assisted synthe-

sis – a critical technology overview//Green Chem. – 2004. – № 6. – P.128–141.3. Аппазов Н. О., Акылбеков Н. И. Синтез этилацетата в условиях

сверхвысокочастотного облучения//Известия НАН РК. Серия химическая. – 2014. – № 2 (404). – С. 57–62.

4. Аппазов Н. О., Шигенова А. С., Акылбеков Н. И., Тулепова А. К., Сейто-ва А. А., Нарманова Р. А., Наренова С. М. Синтез изоамилацетата в услови-ях сверхвысокочастотного облучения//Фундаментальные исследования. – 2014. – № 8–5. – С. 1075–1079.

5. Акылбеков Н. И., Омаров Е. А., Шигенова А. С., Сейтова А. А., Тулепо-ва А. К., Садуакаскызы К. С., Аппазов Н. О. Активация реакции получения изобутилацетата волнами сверхвысоких частот//Современные проблемы на-уки и образования. – 2015. – № 1; URL: www.science-education.ru/121–17625 (дата обращения: 09.07.2015).

6. Тулепова А. К., Сейтова А. А., Шигенова А. С., Нарманова Р. А., Тулегенова Г. У., Аппазов Н. О. Микроволновая активация в синтезе изопровилового эфира ук-сусной кислоты//Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5; URL: www.science-education.ru/119–14609 (дата обращения: 09.07.2015).

7. Войткевич С. А. 865 душистых веществ для парфюмерии и бытовой химии. – М.: Пищевая промышленность, 1994. – 594 с.

8. Химический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1983. – C.209.

9. Брюсова Л. Я. Химия и технология синтетических душистых веществ. – Мо-сква: Пищепромиздат, 1947. – 544 с.

10. Перкель А. Л., Воронина С. Г. Карбоновые кислоты и их производные в ор-ганическом синтезе. – Кемерово, 2013. – 27 с.

11. Шахтахтинский Т. Н., Алиев А. М., Кулиев А. Р., Бабаева А. Р., Меджидо-ва С. М., Ишханов Г. Р., Мамедов О. А. Способ получения этил- или бутила-цетата. Авторское свидетельство СССР № 1719393. 10 (15.03.92).

12. Jaromir Lederer, Ji Kolena, Ji Hanika, Willem Wiekert Levering, Oliver Bailer, Pavel Moravek, Quido Smejkal, Vladimir Macek. Process and apparatus for the production of butylacetate and isobutylacetate. US6458992 В1 (01.10.2002).

Chemistry 77

Dan’ko Elena Trophimovna,Almaty University of Power Engineering

& Telecommunication, senior teacherE-mail: [email protected]

Krasitskaya Svetlana Georgievna,Far Eastern Federal UniversityVasil’eva Viktoria Viktorovna,

Far Eastern Federal University

The investigation of polystannasiloxanes on the basis of organic tin oxides

Данько Елена Трофимовна,Алматинский университет энергетики и связи,

старший преподавательE-mail: [email protected]

Красицкая Светлана Георгиевна,Дальневосточный федеральный университет

Васильева Виктория Викторовна,Дальневосточный федеральный университет

Исследование полистаннасилоксанов на основе органических окисей олова

Введение в силоксановую цепь атома олова в ряде случаев позволяет улучшить и без того высокие эксплуатационные характеристики полиорганосилоксанов, ко-торые описаны ранее. Известно, что оловоорганические соединения используют-ся в качестве термо и светостабилизаторов полимеров, полимерных красителей, повышающих устойчивость красок к воздействию света, лазерному разрушению, входят в состав композиций для необрастающих покрытий, противоопухолевых препаратов 1 и другое. Известно также, что гетеросилоксаны, содержащие ди-бутилстаннаксановые фрагменты, проявляют биологическую активность по от-ношению к микроорганизмам, и могут использоваться в качестве компонентов полифункциональных защитных покрытий 2. Поэтому, глубокие исследования

1 Reynole F. J. Diorganotin derivatives of 2,6-dihydroxymethylpyridine and of 3-(N-pyrrolidino)-l,2-propandiol: synthesis, sharacterization and invitro antititumou activity.//Heterocycles – 1992. – V. 34, № 3. – P. 549–560.

2 А.с 1506829 СССР. Пащенко А. А., Золотарь Г. Я., Аликовский А. В., Статюха Г. А.

78 Section 7.

в области синтеза станнаорганосилоксанов, являются достаточно актуальными и представляют кроме научного, и практический интерес.

Однако, синтез гетеросилоксанов, содержащих оловоорганические фраг-менты, сопряжен с рядом трудностей, прежде всего синтетического плана. Это связано с лабильностью исходных соединений и необходимостью проведения экспериментов в безводных средах. Состав и выход продуктов зависит как от ус-ловий проведения процесса, так и от характера исходных кремнийорганических и оловоорганических производных, что зачастую не позволяет предсказать состав и выход получаемых соединений. Поэтому, целью данной работы явилась раз-работка простых и доступных методов синтеза полигетеросилоксанов, содержа-щих оловоорганические фрагменты, на основе трифункциональных производных кремния и исследование их свойств.

Возможность расщепления силоксановой связи органическими окисями оло-ва ранее описана для силоксанов, содержащих два или три органических радикала у атома кремния 1. Способность к такому расщеплению связана с тем, что наличие алифатических радикалов у атома олова способствует увеличению эффективного отрицательного заряда на атоме кислорода, и в этом отношении алкилокиси оло-ва подобны оксидам и гидроксидам щелочных металлов, для которых подобные реакции протекают достаточно интенсивно. Нами было рассмотрено взаимодей-ствие полимерных трифункциональных производных кремния и органических окисей олова различной степени замещения. Данная реакция протекает в среде кипящего толуола, с использованием исходных реагентов, в течение 5–6 часов, согласно приведенной схемы:

a (RSiO1,5)m + R’2SnO → {(RSiOl,5)aOSnR’2}n (1)где: а = 2;4 R = СН3, С2 Н5, С2 Н3, С6 Н5; R’ = С2 Н5, С4 Н9

Диалкилокиси олова не растворимы в органических растворителях, поэтому о завершении процесса свидетельствовала полная гомогенизация реакционной системы. Данные синтезов и элементного анализа полученных соединений при-ведены в таблице 1. По внешнему виду это твердые, бесцветные или слегка жел-товатого цвета стеклообразные вещества, хорошо растворимые в большинстве органических растворителей за исключением предельных углеводородов. Выход полимеров количественный, соотношение Si/Sn в них равно исходному.

Данные фракционирования методом дробного осаждения в системе хлоро-форм-петролейный эфир выявили их практическую однородность по составу

Пленкообразующий состав для защиты стеклоизделий от микробиологических повреждений.//Б. И. № 16. – 1990.

1 Золотарь Г. Я., Аликовский А. В., Бессонова В. И., Красицкая С. Г. Синтез и исследование полиметаллофе-нилсилоксанов на основе фенилсилантриолятов натрия.//Изв. вузов. Сер. хим. – 1999. – Т. 42. Вып. 4. – С. 107–110.

Chemistry 79

(таблица 1). Из приведенных данных видно, что при использовании в качестве кремнийорганического производного полифенилсилсесквиоксана (ПФС) на ха-рактер и выход продуктов не влияет ни смена исходного соотношения Si/Sn, ни замена бутильного радикала у атома олова на этильный (синтезы 1–3). Измене-ние органического радикала у атома кремния также не оказывает существенного влияния на процесс полимерообразования (синтез 4, 5).

Однако, в случае использования в качестве реагентов полиметилсилсескви-оксана (ПМС) и дибутилокиси олова (ДБО), их взаимодействие практически не протекает. В среде кипящего растворителя происходит дополнительное струк-турирование ПМС, что связано с особенностью его строения, образование крем-нийорганического продукта, не растворимого в толуоле, без заметного раство-рения полидибутилстанноксана. Данное обстоятельство, на наш взгляд, связано с легкостью перехода исходного полиметилсилоксана в полимер трехмерного строения в данных температурных условиях, что препятствует дальнейшему вза-имодействию. Поэтому, для стабилизации ПМС в растворе необходимо исполь-зовать бутанол. Действительно, проведение реакции в системе толуол-бутанол приводит к практически полному растворению ДБО (синтез 6):

2 (СН3SiO1.5)n + (C4H9)2SnO + (С4 Н9)ОН →{[CH3Si (OC4H9)0.5O1.2]2OSn (C4H9)2}n + 0.5H2O 2Однако, в процессе выделения полимер частично потерял растворимость.

Данные фракционирования толуолом в аппарате Сокслетта приведены в таблице 1. Фракции практически идентичны по составу. Наличие нерастворимых продук-тов синтеза связано с их трехмерным строением.

Далее было исследовано взаимодействие гексабутилдистанноксана (ГБС) с полиорганилсилсесквиоксанами в различных мольных соотношениях реагентов по следующей схеме:

a (RSiO1.5)n + n/2 [(C4H9)3Sn]2O → {(RSiO1.5)aO0.5Sn (C4H9)3}nR=C6H5, C2H3 a=l,2 3Полифенил- и поливинилсилсесквиоксаны были выбраны потому, что на-

личие электроноакцепторных групп у атома кремния должно способствовать расщеплению силоксановой связи под действием алкилокисей олова. Однако, при проведении реакции в условиях свойственных для диорганилокисей олова наблюдается лишь практически полная конверсия исходного ГБС (99,9%) и даже увеличение содержания расщепляющего агента не приводит к положительному результату. По-видимому, в данных условиях, вследствие стерических затрудне-ний, вызванных объемностью трибутилстанноксанового фрагмента, ГБС не всту-пает во взаимодействие.

Поэтому, в дальнейших синтезах 7–10 отрабатывались условия протека-ния реакции с применением ГБС, с целью получения полигетеросилоксанов,

80 Section 7.Та

блиц

а 1.

– С

инте

з и

свой

ства

оло

восо

держ

ащих

пол

игет

ерос

илок

сано

в, п

олуч

енны

х ра

сщеп

лени

ем

сило

ксан

овой

свя

зи в

орг

анил

силс

ескв

иокс

анах

под

дей

стви

ем о

рган

ичес

ких

окис

ей о

лова

№ис

ходн

ыепр

одук

тыSi

/Sn

Si/S

nвы

ход

пона

йден

о, %

вычи

слен

о, %

син

реаг

енты

реак

ции

исх.

пол.

(а)

Sn,%

SiSn

SiSn

1(P

hSiO

1.5) n

{(Ph

SiO

1.5) aO

SnBu

2} n2.

02.

099

.911

.123

.811

.023

.5(B

u 2SnO

) nфр

. 12.

066

.311

.223

.411

.023

.5фр

. 21.

933

.6

10.9

24.0

10.8

24.1

2(P

hSiO

1.5) n

{(Ph

SiO

1.5) aO

SnBu

2} n4.

04.

099

.714

.915

.914

.615

.6(B

u 2SnO

) nфр

. 14.

157

.214

.715

.214

.815

.3фр

.24.

042

.514

.815

.714

.615

.63

(PhS

iO1.

5) n{(

PhSi

O1.

5) aOSn

Et2} n

2.0

2.0

99.9

12.5

26.2

12.4

26.4

(Et 2Sn

O) n

фр. 1

2.0

22.4

12.3

26.3

12.4

26.4

фр.2

1.9

77.5

12.2

27.2

12.1

27.2

4(E

tSiO

1.5) n

{(Et

SiO

1.5) aO

SnBu

2} n2.

02.

010

0.0

13.6

28.7

13.6

28.9

(Bu 2Sn

O) n

фр. 1

2.2

68.3

14.4

27.7

14.4

27.9

фр.2

2.0

31.7

13.8

28.8

13.6

29.0

5(V

inSi

O1.

5) n{(

VinS

iO1.

5) aOSn

Bu2} n

2.0

2.0

98.8

13.7

29.0

13.8

29.2

(Bu 2Sn

O) n

фр. 1

1.9

32.3

13.2

29.7

13.3

29.8

фр.2

2.3

66.5

14.9

27.3

15.0

27.6

6(M

eSiO

1.5) n

{[M

eSi (

OBu

) 0.5O

1.2] aO

SnBu

2} n2.

02.

099

.612

.626

.612

.526

.7(B

u 2SnO

) nра

ство

рима

я фр

акци

я2.

134

.812

.726

.012

.926

.1Bu

OH

нера

ство

рима

я фр

акци

я1.

959

.212

,227

.212

.227

.37

(PhS

iO1.

5) n (B

u 3Sn) 2O

{(Ph

SiO

1.5) aO

0.5Sn

Bu3} n

фр. 1

фр. 2

фр. 3

2.0

2.0

2.2

2.3

1.8

00.0

15.0

12.1

72.9

9.9

10.6

10.8

9.5

21.3

20.4

19.8

22.4

10.1

10.6

10.8

9.5

21.4

20.5

20.0

22.4

8(P

hSiO

1.5) n

(Bu 3Sn

) 2O{(

PhSi

O1.

5) aO0.

5SnBu

3} n (B

u 3Sn) 2O

1.0

2.0

51.5

48.5

9.9

21.2

39.8

10.1

21.4

39.9

Chemistry 81

содержащих трибутилстанноксановые фрагменты, со свой-ствами аналогичными ранее описанным. Контроль за ходом процесса вели гель-хроматографически. Оптимальным усло-вием оказалось нагревание в блоке при температуре 170 °C, в течение порядка семнадцати часов. Увеличение мольной доли оловоорганического реагента (синтез 8, Si/Sn исх. = 1) не приводит к желаемому результату (таблица 1). На наш взгляд, это связано с тем, что, по-видимому, существует ми-нимальное соотношение Si/Sn равное двум, при получении полимеров состава {(RSiO1.5)aO0.5SnBu3}n данным методом, что связано со стерическими затруднениями.

Взаимодействие же поливинилсилсесквиоксана (ПВС) с ГБС в различных мольных соотношениях в аналогичных условиях приводит к различным результатам (синтезы 9–10). В ходе нагревания исходной смеси происходит гелеобразова-ние с получением полимерных продуктов различной структу-ры. Из растворимой фракции синтеза 10 глубоковакуумной перегонкой было выделено соединение, идентифицирован-ное как винилтрибутилстанноксициклотрисилоксан, состава {Bu3SnOSi (Vin)O}3 с молекулярной массой 1131 у. е. Также, при сравнении результатов синтезов 8–9 обращает на себя внимание тот факт, что количество невступившего в реакцию ГБС в случае применения ПФС, на 20% меньше, чем при вза-имодействи его с ПВС (48.5% против 68.0%). По-видимому, это связано с электронным влиянием органического радикала у атома кремния. В фенильном радикале отрицательный ин-дукционный эффект выражен сильнее и, таким образом, рас-щепление силоксановой связи в ПФС протекает легче, чем в ПВС.

При оценке достоверности полученных результатов в дан-ной работе использовались: метод элементного анализа, гель-проникающей хроматографии, ИК-спектроскопии.

Вывод:В ходе настоящих исследований, разработан доступный

метод синтеза полистаннасилоксанов взаимодействием алки-локисей олова с полиорганилсилсесквиоксанами. Доказано, что данная реакция протекает при наличии у атома олова не менее двух алкильных радикалов. Полистаннасилоксаны, полученные данным методом наиболее регулярны по составу.

9(V

inSi

O1.

5) n (B

u 3Sn) 2O

{(Vi

nSiO

1.5) aO

0.5Sn

Bu3} n

(Bu 3Sn

) 2O1.

03.

231

.968

.016

.221

.739

.716

.321

.639

.9

10(V

inSi

O1.

5) n (B

u 3Sn) 2O

{(Vi

nSiO

1.5) aO

0.5Sn

Bu3} n

{Bu 3Sn

OSi

(Vin

)O} 3

2.0

7.2

1.0

15.4

84.0

23.0

7.5

13.6

31.5

23.3

7.4

13.7

31.6

82 Section 8.

Section 8.Electrical engineering

Stotckaia Anastasiia Dmitrievna,Die Staatliche Elektrotechnische Universität

Sankt Petersburg „LETI“, Ph. D., Associate ProfessorE-mail: [email protected]

Selektives Positionssteuersystem für einen Rotor mit aktiven Magnetlagern

Стоцкая Анастасия Дмитриевна,Санкт-Петербургский государственный электротехнический

университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина), к. т.н., доцентE-mail: [email protected]

Селективная система управления положением ротора в активных магнитных подшипниках

Активный магнитный подшипник (АМП) является сложным мехатронным устройством, позволяющий осуществить бесконтактный подвес ротора электри-ческой машины относительно статора. Однако значительная сложность суще-ствующих систем управления электромагнитным подвесом ограничивает потен-циальную область его применения. Характерная особенность состоит в том, что объект управления проектируемой системы представляет собой составной объ-ект «электромагнит-ротор», обладающий сложным математическим описанием.

Достижение устойчивого положения ротора осуществляется силами маг-нитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов 1. Система управления АМП формирует ток обмоток электромагнитов по сигналам датчиков перемещений ротора или по сигналам датчиков магнитного потока.

Основными преимуществами АМП являются относительно высокая гру-зоподъемность, высокая механическая прочность, возможность осуществления

1 Журавлев Ю. Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. СПб.: Политехника, 2003. C. 22–30.

Electrical engineering 83

устойчивого неконтактного подвеса тела, возможность изменения жесткости и демпфирования в широких пределах, возможность использования при высо-ких скоростях вращения, в вакууме, высоких и низких температурах, стерильных технологиях 1. К недостаткам АМП можно отнести высокую стоимость конечного устройства, а также сложность проектирования и реализации системы управле-ния. Различными научными группами, как в России, так и за рубежом, под руко-водством таких исследователей как Gerhard Shweitzer, Eric Malsen, Adam Krzysztof Plat, Ю. Н. Журавлев, Ю. Л. Макаричев, В. П. Верещагин и др., были предложены различные подходы к построению САУ ЭМП. Однако общей концепции управ-ления до сих пор не выработано.

Синтез системы автоматического управления положением ротора в электромагнитном подвесе. Рассматривается процесс синтеза селективного алгоритма управления положением ротора в электромагнитном подвесе. При этом используется специально разработанная программная реализация модели ротора 2.

Таблица 1. – Режимы работы системы

№ режима Наименование Описание1 Подъем ротора

(вывешивание)Формирование сигнала управления, активизи-рующего АМП. Стабилизация ротора в сере-дине рабочего зазора. Скорость вращения ро-тора равна 0, возмущающие силы не действуют.

2 Зона 1 Формирование сигнала управления положени-ем ротора в диапазоне скоростей вращения 0 … ω3. Гашение колебаний, вызванных обобщенны-ми возмущающими силами.

3 Зона 2 Формирование сигнала управления положени-ем ротора в диапазоне скоростей вращения ω3 … ω4. Гашение колебаний, вызванных обобщен-ными возмущающими силами.

4 Зона 3 Формирование сигнала управления положени-ем ротора в диапазоне скоростей вращения ω4 … ω5. Гашение колебаний, вызванных обобщен-ными возмущающими силами.

1 Bleuler H. Magnetic levitation: a challenge for control design in mechatronics//Toshiba Chair for Intelligent Mechatronics. 2011. № 44 (12). P. 578–583.

2 Стоцкая А. Д. Разработка и исследования системы управления положением ротора в электромагнитном подвесе: дис. канд. тех. наук: 05.09.03: защищена 25.12.13: утв. 19.05.14. – СПб., 2013. – 160 с.

84 Section 8.

Следует отметить, что в силу сложности поведения объекта управления при воздействии управляющих сигналов, синтез селективного алгоритма управления производится поэтапно для различных режимов работы, перечисленные в Табли-це 1. При этом основанием для перехода между режимами является достижение скорости вращения ротора окрестности критической частоты, рассчитанной предварительно.

Путем предварительного моделирования было выяснено, что при достиже-нии ротором области критической частоты, на графике переходного процесса перемещения ротора появляются колебания определенной частоты f. Переклю-чение режима работы, т. е. подключение того или иного регулятора, происходит автоматически в зависимости частоты зафиксированных колебаний переходного процесса перемещения ротора {f1, f2, f3}. Таким образом, устройство управления реализует алгоритм, подходящий для текущей скорости вращения, идентифи-цированной по частоте колебаний. Такой подход позволяет использовать только сигнал датчика положения и не задействовать датчик скорости.

Селективная трехуровневая система управления состоит из стандарт-ных ПИД регуляторов («регулятор вывешивания» с коэффициентами kP1, kI1, kD1 и «регулятор зоны 1» с коэффициентами kP2, kI2, kD2) и каскадных регуляторов («регулятор зоны 2» с коэффициентами k0… k8, «регулятор зоны 3» с коэффи-циентами k9… k17).

Закон управления, синтез которого описан в работе 1, реализуемый селектив-ной трехуровневой системы управления для одного канала имеет вид:

Y

r xs

r x s r x f

r xs

r x=

− + − + − =

+ − + + −

β β β

β γ β γ

1 2 1

1 1 2 2

10

1

( ) ( ) ( ),

( )( ) ( ) ( )) ( ) ( ),+ + − <

+ + + + + + +

β γ

δ δ δ δ δ δ δ δ

3 3 1

1 2 3 4 5 6 72

8

s r x f f

r x sr sxrs

xs

s r s 225 2 6 2 1 2

1 2 3 4 5 6 72

xrs

xs

f f f

r x sr sxrs

xs

s r

+ + < <

+ + + + + + +

δ δ

λ λ λ λ λ λ λ λ

,

882

5 2 6 2 2 3s xrs

xs

f f f+ + < <

λ λ

(1)

где коэффициенты уравнений β1… βn, γ1… γ n, δ1… δ n, λ1… λn определяются как: β β1 1 1 1... n P I Dk k k{ }={ } ,

γ γ1 2 2 2... n P I Dk k k{ }={ },

1 Стоцкая А. Д., Кузьмина Т. О. О робастности селективного регулятора положения ротора в электромагнитном подвесе//Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Сер. «Автоматизация и управление». – 2015 – № 1. – С. 51–58.

Electrical engineering 85

δ δ ϕ α ϕ α1 1 1 16 10 1 16... ( ... ) ... ( ... )n{ }={ } ,

λ λ ϕ α ϕ α1 1 1 16 10 1 160 8 9 17 0 8

... ( ... ) ... ( ...... ... ...n k k k k k k

{ }= = =={ }k k9 17...) .

Исследование робастных свойств системы в различных режимах работы.1. Плавный пуск и выход на рабочую скорость 830 рад/сРабочая скорость вращения рассматриваемого электротехнического ком-

плекса — 830 рад/с. Разгон ротора начинается в момент t=1 c. Для приближения условий моделирования к реальным условиям эксплуатации устройства, время разгона ротора определяется как 20 с. Время моделирования 25 с. Система управ-ления: селективная трехуровневая. В режиме выхода на рабочую скорость воз-никает вибрация оборотной частоты. Результаты моделирования доказывают, что система управления обеспечивает требуемое качество переходных процессов перемещения ротора в штатном режиме работы комплекса.

2. Воздействие внешнего возмущения (помпаж)Разгон ротора начинается в момент t=0.2 c. Время разгона ротора 0.1 с. Время

моделирования 4 с. Внешнее воздействие амплитудой 500 Н подается в момент времени t=1.1 с. Внешнее возмущение подается источником гармонического сиг-нала, таким образом, имитируется помпаж турбины.

3. Выбег ротораВ случае скачкообразного прекращения подачи скоростного задания, кото-

рый идентифицируется наблюдателем скоростного задания, включается допол-нительный источник скоростного задания и обеспечит вращение ротора с малой частотой вращения до полной остановки.

Исследуется динамика ротора при различных коэффициентах наклона блока скоростного задания от 5 до 50 c.

4. Аварийный остановРежим аварийной остановки ротора в процессе вращения моделируется с по-

мощью скачкообразного прекращения подачи скоростного задания. При этом скорость вращения электрической машины мгновенно достигает нулевого зна-чения вращения ротора с текущего значения до 0 за время t=tmin.

Исследуется несколько случаев прерывания додачи скоростного задания в моменты времени, когда скорость вращения ротора была равна ω1=250 рад/с, ω2=500 рад/с, ω3=750 рад/с, ω4=1000 рад/с.

Результаты математического моделирования доказывают, что система управ-ления обеспечивает эффект подхват ротора, т. е. в случае прекращения подачи скоростного задания, система управления удержит ротор в ненулевом положении, что предотвратит падение ротора на страховочные подшипники.

Анализ функциональных возможностей вращающихся механизмов ведущих зарубежных фирм показывает, что «подхват на лету» может рассматриваться как

86 Section 8.

обязательный элемент алгоритмов управления общепромышленными электро-приводами, в частности — электроприводами турбомеханизмов 1.

5. Вибрация низкой частотыДля моделирования режима появления вибрации низкой частоты (в интерва-

ле скоростей вращения между первой и второй предварительно рассчитанными критическими скоростями) мультиплекативно вводилась величина вибропереме-щения ротора согласно гармоническому закону в модель обобщенных возмуща-ющих сил (внутренних). Результаты исследования в Matlab/Simulink иллюстри-руют колебания сигнала перемещения ротора под действием вибрации низкой частоты с амплитудой A1=0.01δ и А2=0.1δ. Из результатов исследования можно сделать вывод, что система управления обеспечивает устойчивую работу системы при различных амплитудах виброперемещения, появляющихся на низкой частоте.

6. Вибрация высокой частотыДля моделирования режима появления вибрации низкой частоты (в интерва-

ле скоростей вращения между третьей и пятой предварительно рассчитанными критическими скоростями) мультиплекативно вводилась величина вибропереме-щения ротора согласно гармоническому закону в модель обобщенных возмуща-ющих сил (внутренних). Результаты исследования в Matlab/Simulink иллюстри-руют колебания сигнала перемещения ротора под действием вибрации высокой частоты с амплитудой A1=0.01δ и А2=0.1δ.

Заключение. Результаты моделирования подтверждают робастные свойства спроектированной селективной системы автоматического управления положени-ем ротора в электромагнитном подвесе, т. е. малое изменение выхода замкнутой системы управления при малом изменении параметров объекта управления.

1 Панкратов В. В., Усачёв А. П., Гордейчик А. В. Режим «подхвата на лету» в преобразователях частоты СМ-400 и станциях группового управления электроприводами СЧ-400 на их базе/http://sibmech.ru/netcat_files/userfiles/doc/articles/6.pdf

ContentsSection 1. Innovations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Gilmanova Saule Muratovna, Riger Natalya Georgievna, Gukkengeimer Elena Yurievna, Esibbayeva Arailym Sailaugazhievna, Ryspekyli Kaster Using universal microcapsules to develop compounding cosmetic means . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Demchenko Mariia Alexandrovna, Filippova Marina Vyacheslavovna, Bezruchko Viacheslav Mihailovich States diagnostics of elastic waves of steelwork beam elements in metallic industrial structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Section 2. Machinery construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Barannikova Elena Gennadievna, Vazhentsev Yri Georgevich Sample and methodology the determination of fracture toughness of welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Nizamiev Marat Firdenatovich, Ivshin Igor Vladimirovich, Vladimirov Oleg Vecheslavovich, Sahapov Ayrat Ashatovich Measuring and diagnostic system for the control of a technical condition of details of prospective gas engine KAMAZ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Section 3. Medical science . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Dovlatov Zyaka Asaf ogly, Loran Oleg Borisovich, Seregin Alexander Vasilyevich The dependence of the surgical treatment of urogenital fistula in women on the parameters of a fistula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Prosekov Aleksandr, Zimina Maria, Garmashov Sergei, Bushueva Olga Application of the hydrophobic interaction chromatography during isolation process of milk-coagulating enzyme, remained in the supernatant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Mozgova Yuliya Anatolyevna, Mishyna Maryna Mytrophanovna, Sokol’tsov Andriy Olegovich, Motrich Dimitriy Oleksandrovich, Kotkov Oleg Romanovich Cell immunity parameters in K. pneumoniae experimental generalized pyo-inflammatory process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Stefankin Anton Evgenievich, Babich Olga Olegovna, Noskova Svetlana Yurevna, Dolganiuc Vyacheslav Fedorovich The effect of temperature drying parameters on the microstructure of dry lactulose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Section 4. Earth Sciences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Egorova Eugenia Viktorovna Problems of ecology and recycling aquatic resources in the fishing industry of Kamchatka territory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Section 5. Agricultural sciences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Bolshakova Larisa Sergeevna, Lisitsyn Andrey Borisovich, Chernuha Irina Mihailovna, Ladnova Olga Leonidovna, Shelepina Natalia Vladimirovna Milk iodated protein is a source of iodine in the feed of agricultural animals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Sailov-Rahib Agagul, Veliev Fazil Alioglu The impact of harrest time to the quality and guantity of ram-cotton . . . . . . . . . . . . 54Section 6. Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Ilina Tamara Evgenevna Optimization the nozzles on the support surface of the segmented gas-static bearings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Upyrev Vladimir Vladimirovich Similarity effect in asymmetric counterpropagating shock waves . . . . . . . . . . . . . . . . 65Section 7. Chemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Abilbek Zhanyl Abilbekkyzy, Muratkyzy Laura, Buxukbayev Kaiyrbek Sabitovich, Appazov Nurbol Orynbassaruly The microwave activation in synthesis butyl acetate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Dan’ko Elena Trophimovna, Krasitskaya Svetlana Georgievna, Vasil’eva Viktoria Viktorovna The investigation of polystannasiloxanes on the basis of organic tin oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Section 8. Electrical engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Stotckaia Anastasiia Dmitrievna Selektives Positionssteuersystem für einen Rotor mit aktiven Magnetlagern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

European Conference on Innovations in Technical and...

Documents

Transcript of European Conference on Innovations in Technical and...