Paras vastaus
Tyhjiön perusteet
Lisätietoja tyhjöjärjestelmistä saat lukemalla ”Tyhjiön käyttöönotto”, ”Purista energiansäästöä pneumaattisista järjestelmistä” ”” Tyhjiösuunnittelun käsittely ”ja” Suunnittelu tyhjiö- ja imukupilla ”.
Ilman tyhjentäminen suljetusta tilavuudesta kehittää paine-eron tilavuuden ja ympäröivän ilmakehän välillä. Jos tyhjiökupin ja työkappaleen pinta sitoo tämän suljetun tilavuuden, ilmakehän paine painaa molemmat esineet yhteen. Pitovoiman määrä riippuu kahden kohteen jakamasta pinta-alasta ja tyhjiötasosta. Teollisessa tyhjiöjärjestelmässä alipainepumppu tai generaattori poistaa ilman järjestelmästä ja tuottaa paine-eron.
Koska se on käytännössä mahdotonta kaikkien ilmamolekyylien poistamiseksi säiliöstä täydellistä tyhjiötä ei voida saavuttaa. Tietysti, kun enemmän ilmaa poistuu, paine-ero kasvaa ja potentiaalinen tyhjiövoima kasvaa.
Tyhjiötaso määräytyy tyhjennetyn tilavuuden ja ympäröivän ilmakehän välisen paine-eron perusteella. Useita mittayksikköjä voidaan käyttää. Suurin osa viittaa elohopeapylvään korkeuteen – yleensä tuumaa elohopeaa (tuumaa-Hg) tai millimetriä elohopeaa (mm-Hg). Tyhjiömittauksen yhteinen metriyksikkö on millibaari tai mbar. Muita paineyksiköitä, joita joskus käytetään tyhjiön ilmaisemiseen, ovat toisiinsa liittyvät ilmakehän, torrin ja mikronin yksiköt. Yksi standardi-ilmakehä on 14,7 psi (29,92 in-Hg). Mikä tahansa ilmakehän osa on osittainen tyhjiö ja vastaa negatiivista ylipainetta. Torr määritellään 1/760 ilmakehästä ja voidaan ajatella myös 1 mm-Hg: ksi, jossa 760 mm-Hg on 29,92 tuumaa-Hg. Vielä pienempi on mikroni, joka on määritelty 0,001 torriksi. Näitä yksiköitä käytetään kuitenkin useimmiten lähes täydellisissä tyhjiöissä, yleensä laboratorio-olosuhteissa, ja harvoin nestesovelluksissa.
Ilmanpaine mitataan barometrilla. Barometri koostuu tyhjennetystä pystysuorasta putkesta, jonka yläpää on suljettu ja alaosa lepää ilmakehään avoimessa elohopeasäiliössä, kuva 1. Ilmakehän aiheuttama paine vaikuttaa nesteen paljaalle pinnalle pakottaakseen elohopeaa ylös putkeen. Merenpinnan ilmanpaine tukee elohopeapylvästä yleensä enintään 29,92 tuumaa. korkea. Täten merenpinnan ilmanpaineen standardi on 29,92 in.-Hg, mikä tarkoittaa absoluuttista painetta 14,69 psia.
Näiden mittausten kaksi perusviitekohtaa ovat ilmanpaine ja täydellinen tyhjiö. Ilmanpaineessa arvo 0 in-Hg vastaa 14,7 psia. Vastakkaisessa vertailupisteessä 0 psia: lla – täydellä tyhjiöllä (jos se saavutettaisiin) – arvo olisi yhtä suuri kuin alueensa toinen ääripää, 29,92 tuumaa-Hg. Työvoimien tai tilavuuden muutosten laskeminen tyhjiöjärjestelmissä edellyttää kuitenkin muuntamista negatiiviseksi ylipaineeksi (psig) tai absoluuttiseksi paineeksi (psia).
Ilmanpaineelle annetaan nollan arvo useimpien painemittareiden säätimissä. . Tyhjiömittausten on siksi oltava alle nolla. Negatiivinen mittapaine määritellään yleensä tietyn järjestelmän tyhjiön ja ilmakehän paineen erona.
Tyhjiömittaus
Useat mittarityypit mittaavat tyhjiötasoa. Bourdon-putkityyppinen mittari on pienikokoinen ja yleisimmin käytetty laite tyhjöjärjestelmän toiminnan ja suorituskyvyn seurantaan. Mittaus perustuu kaarevan elastisen Bourdon-putken muodonmuutokseen, kun alipainetta käytetään mittarin aukkoon. Oikean kytkennän ansiosta yhdistetyt Bourdon-putkimittarit osoittavat sekä tyhjiön että positiivisen paineen. alipainemittari on anturi. Tyhjiö tai paine taipuu elastisen metallikalvon. Tämä taipuma muuttaa toisiinsa kytkettyjen piirien sähköisiä ominaisuuksia tuottamaan elektronisen signaalin, joka edustaa tyhjiötasoa.
Kuva 3. Absoluuttinen painemittari mittaa tyhjiön sen kahden jalan elohopean tason erona.
U-putken painemittari, kuva 2, osoittaa kahden paineen eron. Yksinkertaisimmassa muodossaan manometri on läpinäkyvä U-putki, joka on puoliksi täytetty elohopealla. Putken molemmat päät altistetaan ilmakehän paineelle. elohopeapitoisuus kummassakin jalassa on sama. Tyhjiön lisääminen yhteen jalkaan aiheuttaa elohopean nousun kyseisessä osassa g ja pudota toiseen. Kahden tason välinen korkeusero osoittaa tyhjiötason. Manometrit voivat mitata tyhjiön suoraan arvoon 29,25 tuumaa.
Absoluuttinen painemittari näyttää paineen teoreettisen täydellisen tyhjiön yläpuolella.Sillä on sama U-muoto kuin painemittarilla, mutta absoluuttisen painemittarin toinen jalka on suljettu, kuva 3. Elohopea täyttää tämän sinetöidyn jalan, kun mittari on levossa. Tyhjiön lisääminen sulkemattomaan jalkaan alentaa elohopean määrää suljetussa jalassa. Alipainetaso mitataan liukuvalla asteikolla, jonka nollapiste on elohopean tasolla sulkemattomassa jalassa. Siten tämä mittari kompensoi ilmanpaineen muutokset.
Teolliset tyhjiöjärjestelmät
Tyhjiöt jakautuvat kolmeen alueeseen:
- karkea (tai karkea), enintään 28 tuumaa-Hg
- keskimmäinen (tai hieno), enintään yksi mikroni,
- korkea, suurempi kuin yksi mikroni.
Lähes kaikki teolliset tyhjiöjärjestelmät ovat karkeita. Itse asiassa useimmat nosto- ja työturvallisuussovellukset toimivat tyhjötasoilla, jotka ovat vain 12-18 tuumaa-Hg. Tämä johtuu siitä, että yleensä on taloudellisempaa lisätä nosto- tai pitovoimaa lisäämällä työkappaleen ja tyhjiökupin välistä kosketusaluetta kuin vetää korkeampi tyhjiö ja käyttää samaa kosketusaluetta.
Keskiimuri käytetään prosessisovelluksissa, kuten molekyylitislaus, pakastekuivaus, kaasunpoisto ja pinnoitus. Suuria alipaineita käytetään laboratorioinstrumenteissa, kuten elektronimikroskoopeissa, massaspektrometrit ja hiukkaskiihdyttimissä. ja suojalaitteet. Vuotojen estäminen on erityisen tärkeää tyhjiöjärjestelmissä, koska jopa pienet vuodot voivat heikentää huomattavasti suorituskykyä ja tehokkuutta. Jos käytetään muoviputkia – kuten usein tapahtuu – varmista, että se on suunniteltu tyhjiöpalvelua varten. Muuten letkun seinät voivat romahtaa tyhjiössä ja estää virtauksen. Tyhjiöputkien tulisi myös olla niin lyhyitä ja kapeita kuin on käytännöllistä evakuoitavan ilman määrän rajoittamiseksi.
Tärkeä suunnittelunäkökohta työtilojen sovelluksissa on käyttää alipainepumppua vain alipainetason saavuttamiseksi. edellytetään. Kun työkappale on kosketuksessa alipainekupin kanssa ja saavutettu vaadittu alipaine, normaalisti suljetun venttiilin virrankatkaisu pitää tyhjiön loputtomana – edellyttäen, ettei vuotoja tapahdu. Alipaineen pitäminen tällä tavalla ei kuluta energiaa ja välttää tyhjiöpumpun jatkuvaa käyttöä.
Yritykset tarjoavat myös omia laitteita, kuten tyhjökupit, joissa on integroidut venttiilit, ja venttiilit, jotka lopettavat virtauksen kupista, jossa on liikaa vuoto. Tämä venttiili on suunniteltu välttämään väärän hälytyksen sulkeminen pitämällä kiinni huokoisia työkappaleita (kuten pahvia), mutta samalla estämään yhden tyhjiökupin vuoto vähentämästä tyhjiötä viereisen kupin kohdalla.
Tyhjiöpumpun valinta
Ensimmäinen tärkeä askel oikean tyhjiöpumpun valinnassa on verrata sovellustyhjiövaatimuksia kaupallisten pumppujen suurin tyhjiöarvoihin. Matalilla tasoilla on laaja valikoima pumppuja. Mutta alipainetason kasvaessa valinta kapenee, joskus siihen pisteeseen, jossa voi olla käytettävissä vain yhden tyyppisiä pumppuja.
Jos haluat laskea järjestelmän tyhjiötarpeen, pidä kaikkia ajettavia työlaitteita. laitteiden tyhjiö voidaan määrittää laskelmilla, jotka perustuvat käsikirjan kaavoihin, teoreettisiin tietoihin, luettelotietoihin, suorituskykykäyriin tai prototyyppijärjestelmillä tehtyihin testeihin.Kun tiedät vaaditun tyhjiön, voit alkaa etsiä pumppuja, jotka täyttävät sovelluksen vaatimukset. / p>
Pumpun suurin tyhjiöarvo ilmaistaan yleisesti joko jatkuville tai ajoittaisille käyttöjaksoille, ja se voidaan saada pumpun valmistajilta. Koska suurin teoreettinen tyhjiö merenpinnalla on 29,92 tuumaa-Hg, pumpun todelliset ominaisuudet perustuvat tähän teoreettiseen arvoon ja verrataan siihen. Pumpun rakenteesta riippuen tyhjiöraja vaihtelee välillä 28 – 29,5 tuumaa-Hg tai noin 93 tai 98\% teoreettisesta enimmäisarvosta. Joillekin pumpputyypeille suurin tyhjiöarvo ontämän käytännön ylärajan. Muille, joissa lämmöntuotto on ongelma, suurin tyhjiöarvio saattaa myös ottaa huomioon sallitun lämpötilan nousun.
Mekaaniset alipainepumput
Tavanomaista tyhjiöpumppua voidaan ajatella kompressorina, joka toimii sen imun ollessa alle ilmakehän paineen ja purkautumisen ilmakehän paineessa. Kompressoreilla ja alipainepumpuilla on identtiset pumppausmekanismit. Tyhjiöpumppu yksinkertaisesti johdetaan ilman poistamiseksi suljetusta säiliöstä ja pakokaasusta ilmakehään, mikä on päinvastoin kuin kompressori. Vaikka koneilla on paljon yhtäläisyyksiä, järjestelmän suunnittelussa on otettava huomioon kaksi merkittävää eroa puristus- ja tyhjiöpumppaustoimintojen välillä. Alipainepumpun tuottama paineen suurin muutos on rajoitettu; se ei voi koskaan olla korkeampi kuin ilmanpaine. Lisäksi tyhjiön kasvaessa pumpun läpi kulkevan ilman määrä putoaa jatkuvasti.Siksi pumpun itsensä on lopulta absorboitava käytännössä kaikki syntyvä lämpö.
Mekaaniset alipainepumput luokitellaan yleensä joko positiivisiksi tai ei-positiivisiksi (dynaamisiksi). Positiivitilavuuspumput imevät suhteellisen vakaan ilmamäärän huolimatta alipainetason vaihteluista ja voivat vetää suhteellisen korkean tyhjiön. Pääsylinteripumppujen tyyppejä ovat: mäntä- ja keinumäntä, pyörivä siipi, kalvo, liuskainen roottori ja kiertoruuvimallit. suljettu järjestelmä. Ne tarjoavat erittäin korkeat virtausnopeudet, mutta eivät pysty saavuttamaan suurta tyhjiötä. Tärkeimmät ei-positiiviset tilavuuspumput ovat monivaiheisia keskipako-, aksiaalivirtausyksiköitä ja regeneratiivisia puhaltimia. Näistä vain puhallin on taloudellinen valinta erillisille tai erillisille alipainejärjestelmille.
Lämpötilanäkökohdat ovat erittäin tärkeitä mekaanisen alipainepumpun valinnassa, koska korkea ulkoinen tai sisäinen lämpö voi suuresti vaikuttaa pumpun suorituskykyyn ja huoltoon. elämää. Pumpun sisäinen lämpötila on tärkeä, koska alipainetason kasvaessa vähemmän ilmaa on läsnä tuotetun lämmön kuljettamiseksi, joten pumpun on absorboitava enemmän lämpöä. Suuritehoisia sovelluksia varten tarvitaan usein raskaita, jäähdytysjärjestelmällä varustettuja pumppuja. Mutta kevyet pumput voivat toimia suurimmissa tyhjiöissä lyhyitä aikoja, jos jaksojen välillä on riittävä jäähdytysjakso. Pumpun lämpötila nousee kaikkien siihen vaikuttavien lämmönlähteiden – sisäisesti tuotetun lämmön ja sisäisten vuotojen, puristuksen, kitkan ja ulkoisen ympäristön lämpötilan – seurauksena.
Venturi-tyyppiset alipainepumput
Monet koneet, jotka tarvitsevat tyhjiötä, käyttävät myös paineilmaa. Ja jos tyhjiötä tarvitaan vain ajoittain, jo käytettävissä olevaa paineilmaa voidaan käyttää alipaineen tuottamiseen laitteen avulla, jota kutsutaan tyhjiögeneraattoriksi, joka tunnetaan myös nimellä tyhjiönpoistin tai tyhjiöpumppu. Paineilmaa voidaan lisäksi käyttää yhdessä tyhjiökupin kanssa tuottamalla ilmaa työkappaleen vapautumisen nopeuttamiseksi.
Tyhjiögeneraattorit toimivat Venturi-periaatteen mukaisesti, kuva 4. Suodatettu, voidelematon paineilma tulee sisääntuloaukon A kautta. Hajotinsuutin (suutin), B , saa aikaan ilmavirran nopeuden kasvun ja alentaa siten sen painetta, mikä luo tyhjiön kanavaan C . Ilmavirta poistuu ilmakehään äänenvaimentimen D kautta.
Tyhjiögeneraattoreilla on useita etuja. Ne ovat pienikokoisia ja kevyitä, joten ne voidaan usein asentaa käyttöpisteeseen tai sen lähelle. Ne ovat halpoja, ja koska niissä ei ole liikkuvia osia, ne eivät vaadi mekaanisiin tyhjiöpumppuihin liittyvää huoltoa. He eivät tarvitse sähkövirtalähdettä, koska ne tuottavat tyhjiön napauttamalla olemassa olevaa paineilmajärjestelmää. Jos jälkiasennetaan koneeseen, olemassa olevan pneumaattisen järjestelmän kapasiteettia voidaan joutua lisäämään. Lämmöntuotanto, joka on usein rajoittava tekijä mekaanisilla tyhjiöpumpuilla, ei ole juurikaan huolestunut tyhjiögeneraattoreista.
Mekaaniset pumput määritetään useimmiten siten, että kone toimitetaan jatkuvasti tyhjiöllä. Mutta monet näistä koneista käyttävät tyhjiötä vain ajoittain monissa eri paikoissa. Tällaisissa tapauksissa tyhjiögeneraattorit voivat tarjota käytännöllisen vaihtoehdon toimittamalla tyhjiötä ajoittain kullekin lähteelle eikä koko koneelle jatkuvasti.
Alipainegeneraattoreita ohjataan yksinkertaisesti käynnistämällä tai lopettamalla paineilman virtaus suuttimeen. Tyhjiögeneraattoreita on käytetty vuosikymmenien ajan, mutta suhteellisen äskettäiset parannukset ovat johtaneet suuttimien suunnitteluun, jotka tarjoavat paremman toimintatehokkuuden.
Toinen venturisia käyttävä kehitys on monivaiheinen alipainegeneraattori. Tässä kokoonpanossa kaksi tai useampia tyhjiögeneraattoreita johdetaan sarjaan tuottamaan suurempi tyhjiövirtaus ilman enemmän paineilmaa. Pohjimmiltaan ensimmäisen suuttimen pakokaasu (joka määrittää suurimman saavutettavan tyhjiötason) toimii toisen vaiheen tulona. Toisen vaiheen pakokaasu toimii sitten syötteenä kolmannelle vaiheelle. Tämä tarkoittaa, että monivaiheinen generaattori evakuoi tietyn tilavuuden nopeammin kuin yksivaiheinen generaattori, mutta molemmat vetävät lopulta saman alipainetason.
Alipainegeneraattorin valinta riippuu vaaditusta nostovoimasta ja tyhjennettävän ilman määrä.Nostovoima riippuu alipainetasosta, jota generaattori voi vetää – mikä puolestaan riippuu syötetystä ilmanpaineesta – ja tyhjiökupin tehollisesta alueesta. Useimmissa sovelluksissa on tärkeää, että generaattori pystyy vetämään vaaditun tyhjiön mahdollisimman lyhyessä ajassa ilman kulutuksen minimoimiseksi.
Vastaus
Se riippuu jonkin verran ”mitä” absoluuttinen tyhjiö olla ja ”missä” haluaisit sen olevan.
Jos haluat äänenvoimakkuuden ilman ainetta (atomeja tai molekyylejä), se voidaan luoda täällä maan päällä.
MUTTA.
Vain erittäin pienessä määrin ja hyvin lyhyen aikaa.
Yleensä hiukkanen tiheys pienenee, kun lasket painetta. Normaaleissa olosuhteissa saat jotain 10 ^ 20 hiukkasia (molekyylejä tai atomeja) kuutiometriä kohden. Kun menet alas korkealle alipaineelle (paine 10 ^ -10 mbar) alla olevassa kuvassa olevan kaltaisessa kammiossa, saat kuin miljoona hiukkasia kuutiometrissä. Silti melko paljon, mutta et voi päästä matalammaksi ”tavallisilla” tieteellisillä laitteilla.
(Multiprobe Surface Science System osoitteessa NBMC )
Laskeutuaksesi sinun täytyy käydä CERNissä, josta löydät ”anti-matter container”, jossa on 10 ^ – 17 mbar paine sisällä.
(Ionilukko CERN: ssä)
Se on kuin sata hiukkasia kuutiometriä. Ajattele atomin kokoa noin 10 ^ -12 m ja saat jotain lyhytikäistä useita kuutiometrejä, keskimääräinen tyhjiö (keskimäärin). Nyt puhumme! Tämä on tilavuus, jonka normaali ihminen (ei-fyysikko) voi helposti ajatella.
Jos tämä ei riitä sinulle, sinun on mentävä luonnolliseen tyhjiöön. Ja tätä ei tietenkään voida havaita maapallolla, koska ympärillämme lentää paljon tavaraa.
Joten sinun on siirryttävä planeettamme ulkopuolelle. Jos paine on 10 ^ -17 mbar (CERN-tyyppinen), sinun on käytävä planeettojen välisessä tilassa, mutta haluamme LISÄÄ! Tarkoitan vähemmän …
Seuraava askel olisi poistua aurinkokunnasta ja siirtyä tähtienväliseen tilaan. Galaksissamme arvioitu tähtienvälinen hiukkastiheys on noin viisikymmentätuhatta kuutiometriä kohti. WHOA! Voisit laittaa sormesi absoluuttiseen tyhjiöön! Vain hetkeksi, koska avaruuspuvustasi haihtuvat molekyylit saastuttavat sen nopeasti. Ja jos sormi ei riitä, siirrytään intergalaktiseen tilaan yhdellä hiukkasella kuutiometriä kohti . Nyt koko pääsi sopii absoluuttiseen tyhjiöön!
(Luulen, että se olisi paikka, josta jotkut ihmiset voisivat löytää tasapainon elämässä. Ehdottomasti mitään heidän päänsä ulkopuolella ja sisällä!)
Onnittelut, jos onnistuit lukemaan kaikki yllä olevat tiedot ja menemään niin pitkälle.
MUTTA.
Tässä vaiheessa Minun täytyy pettää sinua! Vaikka onnistuisitkin vaeltamaan galaktien väliseen tilaan etsimällä todella tyhjää paikkaa, johon päätäsi laittaa, huomaat vain, että se on täynnä… ENERGIAA! Kosminen mikroaaltotausta on olemassa. Suuren räjähdyksen aikainen reliikkisäteily odottaa sinua joka puolella maailmankaikkeutta …
Kyllä – jos voisit koskaan päästä eroon kaikista aineista, energiaa olisi silti paljon jäljellä.
Ja vaikka pystyisitkin jotenkin seulomaan kaiken säteilyn, kvanttiteoria ei antaisi sinun olla yksin … koska jopa täysin viime kädessä absoluuttinen kvanttityhjiö on täynnä energian vaihteluja ja virtuaalisia hiukkasia. Joten johtopäätös on:
YKSINKOHTAISESSA YLIOPISTOSSA EI SAA olla absoluuttista alipainetta.
Hups! Anteeksi. Unohdin unohtaa kertoa teille, että tiedämme sen melko kauan? Koska Aristoteles sanoi, että luonto kauhistuu tyhjiössä yli kaksi vuosituhatta sitten?