Bedste svar
Grundlæggende om vakuum
For at få et dybere kig på vakuumsystemer skal du læse “Sætte vakuum til arbejde”, “Klem energibesparelser fra pneumatiske systemer,” ” Håndtering af vakuumdesign, “og” Design med vakuum og sugekopper. “
Evakuering af luft fra et lukket volumen udvikler en trykforskel mellem volumen og den omgivende atmosfære. Hvis dette lukkede volumen er bundet af overfladen af et vakuumkop og et emne, vil atmosfærisk tryk presse de to objekter sammen. Mængden af holdekraft afhænger af overfladearealet, der deles af de to objekter, og vakuumniveauet. I et industrielt vakuumsystem fjerner en vakuumpumpe eller generator luft fra et system for at skabe en trykforskel.
Fordi det er næsten umuligt for at fjerne alle luftmolekylerne fra en beholder kan der ikke opnås et perfekt vakuum. Efterhånden som mere luft fjernes, øges naturligvis trykforskellen, og den potentielle vakuumkraft bliver større.
Vakuumniveauet bestemmes af trykforskellen mellem det evakuerede volumen og den omgivende atmosfære. Flere måleenheder kan bruges. De fleste henviser til højden af en søjle af kviksølv – normalt tommer kviksølv (in.-Hg) eller millimeter kviksølv (mm-Hg). Den fælles metriske enhed til vakuummåling er millibar eller mbar. Andre trykenheder, der undertiden bruges til at udtrykke vakuum, inkluderer de indbyrdes forbundne enheder af atmosfærer, torr og mikron. En standardatmosfære er lig med 14,9 psi (29,92 in.-Hg). Enhver brøkdel af en atmosfære er et partielt vakuum og svarer til negativt tryk. En torr er defineret som 1/760 af en atmosfære og kan også betragtes som 1 mm-Hg, hvor 760 mm-Hg er lig med 29,92 in.-Hg. Endnu mindre er mikronen defineret som 0,001 torr. Disse enheder bruges dog oftest, når der er tale om næsten perfekte støvsugere, normalt under laboratorieforhold, og sjældent i applikationer med væskeeffekt.
Atmosfærisk tryk måles med et barometer. Et barometer består af et evakueret lodret rør med den øverste ende lukket og dens bundende hviler i en beholder med kviksølv, der er åben for atmosfæren, figur 1. Trykket, som atmosfæren udøver, virker på den eksponerede overflade af væsken for at tvinge kviksølv op i røret. Atmosfærisk tryk ved havoverfladen understøtter en kviksølvkolonne generelt ikke mere end 29,92 in. høj. Standarden for atmosfærisk tryk ved havoverfladen er således 29,92 in.-Hg, hvilket oversættes til et absolut tryk på 14,69 psia.
De to grundlæggende referencepunkter i alle disse målinger er standardatmosfærisk tryk og en perfekt vakuum. Ved atmosfærisk tryk svarer værdien 0 in.-Hg til 14,7 psia. På det modsatte referencepunkt ville 0 psia, – et perfekt vakuum (hvis det kunne opnås) – have en værdi svarende til den anden ekstremitet i dens rækkevidde, 29,92 in.-Hg. Beregning af arbejdskræfter eller volumenændringer i vakuumsystemer kræver dog konvertering til negativt tryk (psig) eller absolut tryk (psia).
Atmosfærisk tryk tildeles værdien nul på drejeknapperne på de fleste trykmålere . Vakuummålinger skal derfor være mindre end nul. Negativt tryk defineres generelt som forskellen mellem et givet systemvakuum og atmosfærisk tryk.
Vakuummåling
Flere typer målere måler vakuumniveau. En Bourdon-rørmåler er kompakt og den mest anvendte enhed til overvågning af vakuumsystemets drift og ydeevne. Måling er baseret på deformationen af et buet elastisk Bourdon-rør, når der påføres vakuum på målerporten. Med den korrekte sammenkædning angiver sammensatte Bourdon-rørmålere både vakuum og positivt tryk.
En elektronisk modstykke til vakuummåleren er transduceren. Vakuum eller tryk afbøjer en elastisk metalmembran. Denne afbøjning varierer de elektriske egenskaber ved sammenkoblede kredsløb for at producere et elektronisk signal, der repræsenterer vakuumniveauet.
Figur 3. Absolut manometer måler vakuum som forskellen i kviksølvniveau i sine to ben.
Et U-rørmanometer, figur 2, angiver forskellen mellem to tryk. I sin enkleste form er et manometer et gennemsigtigt U-rør, der er halvt fyldt med kviksølv. Med begge ender af røret udsat for atmosfærisk tryk kviksølvniveauet i hvert ben er det samme. Anvendelse af et vakuum på det ene ben får kviksølvet til at stige i den retning g og at falde i den anden. Forskellen i højde mellem de to niveauer angiver vakuumniveauet. Manometre kan måle vakuum direkte til 29,25 in.-Hg.
En absolut manometer viser trykket over et teoretisk perfekt vakuum.Det har samme U-form som manometeret, men det ene ben på den absolutte manometer er forseglet, Figur 3. Kviksølv fylder dette forseglede ben, når måleren er i ro. Påføring af vakuum på det uforseglede ben sænker kviksølvniveauet i det forseglede ben. Vakuumniveauet måles med en glideskala placeret med sit nulpunkt på kviksølvniveauet i det uforseglede ben. Således kompenserer denne måler ændringer i atmosfærisk tryk.
Industrielle vakuumsystemer
Støvsugere falder i tre områder:
- ru (eller grov), op til 28 in.-Hg
- midt (eller fin), op til en mikron,
- høj, større end en mikron.
Næsten alle industrielle vakuumsystemer er ru. Faktisk fungerer de fleste løfte- og arbejdsholdningsapplikationer ved vakuumniveauer på kun 12 til 18 in.-Hg. Dette skyldes, at det generelt er mere økonomisk at øge løfte- eller holdekraften ved at øge kontaktarealet mellem emnet og vakuumkoppen, end det er at trække et højere vakuum og bruge det samme kontaktareal.
Mellemvakuum anvendes til procesapplikationer såsom molekylær destillation, frysetørring, afgasning og coatingoperationer. Høje støvsugere bruges i laboratorieinstrumenter, såsom elektronmikroskoper, massespektrometre og partikelacceleratorer.
Et typisk vakuumsystem består af en vakuumkilde, tilførselsledninger, fittings og forskellige kontrolventiler, afbrydere, filtre og beskyttelsesanordninger. Lækageforebyggelse er især vigtigt med vakuumsystemer, fordi selv meget små lækager i høj grad kan nedsætte ydeevne og effektivitet. Hvis der anvendes plastrør – som det ofte er tilfældet – skal du sørge for at det er designet til vakuum service. Ellers kan rørvæggene kollapse under et vakuum og blokere flow. Vakuumledninger skal også være så korte og smalle, som det er praktisk for at begrænse luftmængden, der skal evakueres.
En vigtig konstruktionsovervejelse til arbejdsholdingsapplikationer er at bruge vakuumpumpen kun for at opnå vakuumniveauet krævet. Når arbejdsemnet er i kontakt med vakuumkoppen og det krævede vakuum er opnået, vil afbrydelse af en normalt lukket ventil holde vakuumet på ubestemt tid – forudsat at der ikke forekommer lækage. At holde et vakuum på denne måde forbruger ingen energi og undgår at skulle arbejde med vakuumpumpen kontinuerligt.
Virksomheder tilbyder også proprietære enheder, såsom vakuumkopper med integrerede ventiler og ventiler, der afslutter strømmen fra en kop, der udviser for stor lækage. Denne ventil er designet til at undgå falsk alarmafbrydelse, når du holder porøse emner (såsom pap), men forhindrer alligevel en lækage ved et vakuumkop i at reducere vakuum ved en tilstødende kop.
Valg af vakuumpumpe
Det første store trin i valg af den rigtige vakuumpumpe er at sammenligne applikationsvakuumkrav med de maksimale vakuumgrader for kommercielle pumper. På lave niveauer er der et bredt udvalg af pumper. Men når vakuumniveauet stiger, indsnævres valget, undertiden til det punkt, hvor kun en pumpetype muligvis er tilgængelig.
For at beregne et systems vakuumbehov skal du overveje, at alle arbejdsenheder skal køres. Enhedernes vakuum kan bestemmes ved beregninger baseret på håndbogformler, teoretiske data, katalogoplysninger, ydelseskurver eller test foretaget med prototypesystemer. Når du kender det nødvendige vakuum, kan du begynde at lede efter pumper, der kan imødekomme applikationskrav.
Den maksimale vakuumklassificering for en pumpe udtrykkes ofte for enten kontinuerlige eller intermitterende driftscyklusser og kan opnås fra pumpeproducenter. Da det maksimale teoretiske vakuum ved havoverfladen er 29,92 in.-Hg, er den faktiske pumpefunktion er baseret på og sammenlignet med denne teoretiske værdi. Afhængigt af pumpens design varierer vakuumgrænsen fra 28 til 29,5 in.-Hg eller ca. 93\% eller 98\% af den maksimale teoretiske værdi. For nogle pumpetyper vil den maksimale vakuumværdivære baseret på denne praktiske øvre grænse. For andre, hvor varmeafledning er et problem, kan den maksimale vakuumvurdering også tage højde for den tilladte temperaturstigning.
Mekaniske vakuumpumper
En konventionel vakuumpumpe kan betragtes som en kompressor, der fungerer med dens indtag under atmosfærisk tryk og afladningen ved atmosfærisk tryk. Kompressorer og vakuumpumper har identiske pumpemekanismer. Vakuumpumpen røres simpelthen for at trække luft ud af en lukket beholder og udstøde til atmosfæren, hvilket er lige det modsatte af, hvad en kompressor gør. Selvom maskinerne har mange ligheder, skal to betydelige forskelle mellem kompression og vakuumpumpehandlinger overvejes i systemdesignet. Den maksimale trykændring produceret af en vakuumpumpe er begrænset; det kan aldrig være højere end atmosfærisk tryk. Plus, når vakuum øges, falder luftmængden kontinuerligt gennem pumpen.Derfor skal selve pumpen til sidst absorbere stort set al genereret varme.
Mekaniske vakuumpumper er generelt kategoriseret som enten positiv forskydning eller ikke-positiv forskydning (dynamisk). Pumper med positiv fortrængning trækker et relativt konstant volumen af luft på trods af enhver variation i vakuumniveauet og kan trække et relativt højt vakuum. De vigtigste typer positive fortrængningspumper inkluderer: frem- og tilbagegående stempel, roterende skovl, membran, roteret skrue og roterende skruedesign.
Ikke-positive forskydningspumper bruger kinetiske energiforandringer til at flytte luft ud af et lukket system. De giver meget høje strømningshastigheder, men kan ikke opnå højt vakuum. Større ikke-positive fortrængningspumper er flertrinscentrifugale, aksiale flowenheder og regenerative (eller perifere) blæsere. Af disse er kun blæseren et økonomisk valg til enkeltstående eller dedikerede vakuumsystemer.
Temperaturovervejelser er meget vigtige, når man vælger en mekanisk vakuumpumpe, fordi høj ekstern eller intern varme i høj grad kan påvirke pumpens ydelse og service liv. Intern pumpetemperatur er vigtig, da der når vakuumniveauet stiger, er der mindre luft til at transportere den genererede varme, så pumpen skal absorbere mere af varmen. Tunge pumper med kølesystemer er ofte nødvendige til applikationer med højt vakuum. Men lette pumper kan fungere ved maksimalt vakuum i korte perioder, hvis der er en passende afkølingsperiode mellem cyklusser. Pumpen oplever en samlet temperaturstigning som et resultat af alle varmekilder, der virker på den – internt genereret varme plus varme fra intern lækage, kompression, friktion og ekstern omgivelsestemperatur.
Vakuumpumper af typen Venturi
Mange maskiner, der kræver vakuum, bruger også trykluft. Og hvis der kun kræves vakuum intermitterende, kan den komprimerede luft, der allerede er tilgængelig, bruges til at generere vakuum gennem en enhed kaldet en vakuumgenerator, også kendt som en vakuumudkast eller en vakuumpumpe. Desuden kan trykluften også bruges i kombination med en vakuumkop ved at frembringe en luftpust for at fremskynde frigørelsen af emnet.
Vakuumgeneratorer fungerer ud fra venturiprincippet, figur 4. Filtreret, ikke-smurt trykluft kommer ind gennem indløbet A . En diffusoråbning (dyse), B , får luftstrømmen til at stige i hastighed og derved sænke dens tryk, hvilket skaber et vakuum i kanalen C . Luftstrømmen udstrømmer til atmosfæren gennem lyddæmper D .
Vakuumgeneratorer tilbyder flere fordele. De er kompakte og lette, så de kan ofte monteres på eller i nærheden af anvendelsesstedet. De er billige, og fordi de ikke har nogen bevægelige dele, behøver de ikke vedligeholdelse i forbindelse med mekaniske vakuumpumper. De har ikke brug for en elektrisk strømkilde, fordi de genererer vakuum ved at trykke på et eksisterende trykluftsystem. Hvis det eftermonteres i en maskine, kan kapaciteten i det eksisterende pneumatiske system muligvis øges. Varmeproduktion, som ofte er den begrænsende faktor med mekaniske vakuumpumper, er af lille bekymring for vakuumgeneratorer.
Mekaniske pumper er oftest specificeret for at give en maskine vakuum kontinuerligt. Men mange af disse maskiner bruger faktisk vakuum kun intermitterende mange forskellige steder. I tilfælde som dette kan vakuumgeneratorer give et praktisk alternativ ved at levere vakuum intermitterende ved hver kilde snarere end kontinuerligt til hele maskinen.
Vakuumgeneratorer styres simpelthen ved at starte eller afslutte trykluftstrømmen til dysen. Vakuumgeneratorer er blevet brugt i årtier, men relativt nylige forbedringer har ført til dyseudformninger, der giver højere driftseffektivitet.
En anden udvikling ved hjælp af venturis er de multi-trins vakuumgeneratorer. I denne konfiguration ledes to eller flere vakuumgeneratorer i serie for at producere større vakuumstrøm uden brug af mere trykluft. I det væsentlige fungerer udstødningen fra den første dyse (som bestemmer det maksimalt opnåelige vakuumniveau) som input til et andet trin. Udstødning fra anden fase tjener derefter som input til en tredje fase. Dette betyder, at en flertrinsgenerator evakuerer et givet volumen hurtigere end en enkelttrinsgenerator, men de trækker i sidste ende det samme vakuumniveau.
Valg af en vakuumgenerator afhænger af den krævede løftekraft og det luftmængde, der skal evakueres.Løftekraft afhænger af vakuumniveauet, som generatoren kan trække – hvilket igen afhænger af det tilførte lufttryk – og det effektive område af vakuumkoppen. I de fleste applikationer er det vigtigt, at en generator kan trække det krævede vakuum på så kort tid som muligt for at minimere luftforbruget
Svar
Det afhænger lidt af “hvad” ville absolut vakuum være og “hvor” vil du have det.
Hvis du vil have et volumen uden noget stof (atomer eller molekyler), er det muligt at blive skabt her på Jorden.
MEN.
Kun i ekstremt lille volumen og i meget kort tid.
Generelt, partikel densiteten falder, når du sænker trykket. Under normale forhold får du noget i retning af 10 ^ 20 partikler (molekyler eller atomer) pr. Kubik cm. Når du går ned til det ultrahøje vakuum (tryk på 10 ^ -10 mbar) i et kammer som det på billedet nedenfor, får du som millioner partikler pr. Kubik cm. Stadig en hel del, men du kan ikke blive lavere med ”standard” videnskabeligt udstyr.
(Multiprobe Surface Science System at NBMC )
For at blive lavere skal du besøge CERN, hvor du kan finde “antimateriale-beholderen” med 10 ^ – 17 mbar tryk indeni.
(Ionfælde ved CERN)
Det er som hundrede partikler i en kubik cm. Overvej et atoms størrelse til at være omkring 10 ^ -12 m, og du får noget som kortvarig flere kubikmillimetervolumener med absolut vakuum mellem atomerne (i gennemsnit). Nu taler vi! Dette er det volumen, som et normalt menneske (ikke-fysiker) let kan tænke på.
Hvis dette ikke er nok for dig, skal du gå til naturligt vakuum. Og dette kan naturligvis ikke observeres på Jorden, da vi har mange ting, der flyver omkring os.
Så du er nødt til at bevæge dig uden for vores planet. For tryk på 10 ^ -17 mbar (CERN-lignende) skal du besøge det interplanetære rum, men vi vil have MERE! Jeg mener, mindre …
Det næste skridt ville være at forlade solsystemet og bevæge sig ind i det interstellære rum. I vores galakse er den anslåede interstellare partikeltæthed omkring halvtreds tusind pr. Kubikmeter. WHOA! Du kan sætte fingeren i et absolut vakuum! Kun i et stykke tid, da molekyler, der fordamper fra din rumdragt, hurtigt ville forurene den. Og hvis fingeren ikke er nok, så lad os bevæge os ind i det intergalaktiske rum med en partikel pr. Kubikmeter . Nu passer hele dit hoved ind i det absolutte vakuum!
(jeg tror, det ville være det sted, hvor nogle mennesker kunne finde en balance i livet. Absolut intet udenfor og inde i deres hoveder!)
Tillykke, hvis det lykkedes dig at læse alt ovenstående og gå så langt.
MEN.
På dette tidspunkt Jeg må skuffe dig! Selvom det lykkedes dig at vandre ind i det intergalaktiske rum på udkig efter et virkelig tomt sted at sætte dit hoved i, ville du kun indse, at det er fuld af … ENERGI! Den kosmiske mikrobølgebaggrund er der. Relikstråling fra Big Bang-tiden venter på dig i hvert hjørne af universet …
Ja – hvis du nogensinde kunne slippe af med alt stof, ville der stadig være meget energi tilbage.
Og selvom du på en eller anden måde kunne screene al stråling, ville kvanteteorien ikke lade dig være alene … da selv helt-i sidste ende-absolut kvantevakuum er fuld af energifluktuationer og virtuelle partikler. Så konklusionen er:
DER KAN INGEN ABSOLUT VAKUUM overalt i UNIVERSET.
OOPS! Undskyld. Glemte jeg at fortælle dig, at vi ved det i ganske lang tid? Da Aristoteles sagde, at naturen afskyr vakuum for over to årtusinder siden?