우수 답변
진공의 기초
진공 시스템에 대해 자세히 살펴 보려면 “진공을 작동시키기”, “공압 시스템의 에너지 절약” “을 읽어보십시오. 진공 설계 처리 “및”진공 및 흡입 컵을 사용한 설계 “
폐쇄 된 볼륨에서 공기를 배출하면 볼륨과 주변 대기 사이에 압력 차이가 발생합니다. 이 닫힌 부피가 진공 컵과 작업 물의 표면에 의해 묶인 경우 대기압이 두 물체를 함께 압착합니다. 유지력의 양은 두 물체가 공유하는 표면적과 진공 수준에 따라 다릅니다. 산업용 진공 시스템에서 진공 펌프 또는 발생기는 시스템에서 공기를 제거하여 압력 차이를 생성합니다.
거의 불가능하기 때문입니다. 용기에서 모든 공기 분자를 제거하기 위해 완벽한 진공을 달성 할 수 없습니다. 물론 더 많은 공기가 제거 될수록 압력 차가 증가하고 잠재적 인 진공 력이 커집니다.
진공 수준은 배기 된 볼륨과 주변 대기 사이의 압력 차이에 의해 결정됩니다. 여러 측정 단위를 사용할 수 있습니다. 대부분은 수은 기둥의 높이를 나타냅니다. 일반적으로 수은 인치 (in.-Hg) 또는 수은 밀리미터 (mm-Hg)입니다. 진공 측정의 일반적인 미터법 단위는 밀리바 또는 mbar입니다. 때때로 진공을 표현하는 데 사용되는 다른 압력 단위에는 상호 관련된 대기 단위, torr 및 마이크론이 포함됩니다. 하나의 표준 대기압은 14.7psi (29.92 인치 -Hg)와 같습니다. 대기의 모든 부분은 부분 진공이며 음의 게이지 압력과 동일합니다. torr은 대기의 1/760으로 정의되며 1mm-Hg로 생각할 수도 있습니다. 여기서 760mm-Hg는 29.92 인치 -Hg와 같습니다. 더 작은 것은 0.001 torr로 정의되는 마이크론입니다. 그러나 이러한 장치는 일반적으로 실험실 조건에서 거의 완벽한 진공을 처리 할 때 가장 자주 사용되며 유체 동력 응용 분야에서는 거의 사용되지 않습니다.
대기압은 기압계로 측정됩니다. 기압계는 상단이 닫혀 있고 하단이 대기에 개방 된 수은 용기에 놓인 진공 수직 튜브로 구성됩니다 (그림 1). 대기에 의해 가해지는 압력은 액체의 노출 된 표면에 작용하여 수은을 강제합니다 튜브에. 해수면 대기압은 일반적으로 29.92 인치 이하의 수은 기둥을 지원합니다. 높은. 따라서 해수면 대기압의 표준은 29.92 in.-Hg이며, 이는 14.69 psia의 절대 압력으로 해석됩니다.
이 모든 측정에서 두 가지 기본 기준점은 표준 대기압과 완벽한 진공. 대기압에서 0 인치 -Hg 값은 14.7psia와 같습니다. 반대 기준점에서 0psia (완벽한 진공에 도달 할 수있는 경우)는 범위의 다른 극단 인 29.92in.-Hg와 같은 값을 갖습니다. 그러나 진공 시스템에서 작업 력이나 체적 변화를 계산하려면 음의 게이지 압력 (psig) 또는 절대 압력 (psia)으로 변환해야합니다.
대기압은 대부분의 압력 게이지 다이얼에서 0 값으로 지정됩니다. . 따라서 진공 측정 값은 0보다 작아야합니다. 음의 게이지 압력은 일반적으로 주어진 시스템 진공과 대기압의 차이로 정의됩니다.
진공 측정
여러 유형의 게이지가 진공 수준을 측정합니다. 부르 동관 형 게이지는 소형이며 진공 시스템 작동 및 성능 모니터링에 가장 널리 사용되는 장치입니다. 측정은 게이지 포트에 진공이 적용될 때 곡선 탄성 부르 동관의 변형을 기반으로합니다. 적절한 연결을 통해 복합 부르 동관 게이지는 진공과 양압을 모두 나타냅니다.
진공 게이지는 변환기입니다. 진공 또는 압력은 탄성 금속 다이어프램을 편향시킵니다.이 편향은 상호 연결된 회로의 전기적 특성을 변화시켜 진공 수준을 나타내는 전자 신호를 생성합니다.
그림 3. 절대 압력 게이지는 두 다리의 수은 수준 차이로 진공을 측정합니다.
그림 2의 U- 튜브 압력계는 두 압력의 차이를 나타냅니다. 가장 간단한 형태로 압력계는 수은이 반쯤 채워진 투명한 U- 튜브입니다. 튜브의 양쪽 끝이 대기압에 노출되면 각 다리의 수은 수준은 동일합니다. 한쪽 다리에 진공을 적용하면 해당 파일의 수은이 상승합니다. g와 다른쪽에 빠집니다. 두 레벨 사이의 높이 차이는 진공 레벨을 나타냅니다. 압력계는 진공을 29.25 in.-Hg까지 직접 측정 할 수 있습니다.
절대 압력 게이지는 이론적 인 완벽한 진공 이상의 압력을 보여줍니다.압력계와 동일한 U 자형이지만 절대 압력 게이지의 한쪽 다리가 밀봉되어 있습니다 (그림 3). 게이지가 정지 상태 일 때 수은이 밀봉 된 다리를 채 웁니다. 밀봉되지 않은 다리에 진공을 적용하면 밀봉 된 다리의 수은 수준이 낮아집니다. 진공 수준은 밀봉되지 않은 다리의 수은 수준에 0 점을두고 슬라이딩 스케일로 측정됩니다. 따라서이 게이지는 대기압의 변화를 보정합니다.
산업용 진공 시스템
진공은 세 가지 범위로 나뉩니다.
- 거친 (또는 거친), 최대 28 인치 -Hg
- 중간 (또는 미세), 최대 1 미크론,
- 높이, 1 마이크론 이상.
거의 모든 산업용 진공 시스템은 거칠다. 실제로 대부분의 리프팅 및 워크 홀딩 애플리케이션은 12 ~ 18 인치 -Hg의 진공 수준에서만 작동합니다. 이는 일반적으로 더 높은 진공 상태를 유지하고 동일한 접촉 영역을 사용하는 것보다 작업 물과 진공 컵 사이의 접촉 면적을 늘려 리프팅 또는 유지력을 증가시키는 것이 더 경제적이기 때문입니다.
중간 진공 분자 증류, 동결 건조, 탈기 및 코팅 작업과 같은 공정 응용 분야에 사용됩니다. 고진공은 전자 현미경, 질량 분석기, 입자 가속기와 같은 실험실 기기에 사용됩니다.
일반적인 진공 시스템은 진공 소스, 전달 라인, 피팅 및 다양한 제어 밸브, 스위치, 필터로 구성됩니다. 및 보호 장치. 아주 작은 누출이라도 성능과 효율성을 크게 떨어 뜨릴 수 있기 때문에 누출 방지는 진공 시스템에서 특히 중요합니다. 플라스틱 튜브를 사용하는 경우 (자주 그렇듯이) 진공 서비스 용으로 설계되었는지 확인하십시오. 그렇지 않으면 튜브 벽이 진공 상태에서 붕괴되어 흐름을 차단할 수 있습니다. 또한 진공 라인은 비워야하는 공기의 양을 제한 할 수있을만큼 짧고 좁아 야합니다.
워크 홀딩 응용 분야에서 중요한 설계 고려 사항은 진공 수준을 달성하기 위해서만 진공 펌프를 사용하는 것입니다. 필수입니다. 작업 물이 진공 컵과 접촉하고 필요한 진공이 달성되면 정상 폐쇄 밸브의 전원을 차단하면 누설이 발생하지 않는 한 진공이 무한정 유지됩니다. 이러한 방식으로 진공을 유지하는 것은 에너지를 소비하지 않으며 진공 펌프를 지속적으로 작동 할 필요가 없습니다.
기업은 또한 밸브가 내장 된 진공 컵과 과도하게 나타나는 컵의 흐름을 종료하는 밸브와 같은 독점 장치를 제공합니다. 누출. 이 밸브는 다공성 공작물 (예 : 판지)을 잡을 때 오경보 차단을 방지하면서 하나의 진공 컵에서 누출이 인접한 컵의 진공을 감소시키지 않도록 설계되었습니다.
진공 펌프 선택
올바른 진공 펌프를 선택하는 첫 번째 주요 단계는 적용 진공 요구 사항을 상용 펌프의 최대 진공 등급과 비교하는 것입니다. 낮은 레벨에서는 다양한 펌프를 선택할 수 있습니다. 그러나 진공 수준이 증가하면 선택 범위가 좁아지며 때로는 한 가지 유형의 펌프 만 사용할 수있는 지점까지 있습니다.
시스템의 진공 요구 사항을 계산하려면 모든 작업 장치를 구동해야합니다. 장치의 진공도는 핸드북 공식, 이론적 데이터, 카탈로그 정보, 성능 곡선 또는 프로토 타입 시스템으로 만든 테스트를 기반으로 한 계산을 통해 결정할 수 있습니다. 필요한 진공을 알고 나면 응용 분야 요구 사항을 수용 할 수있는 펌프를 찾을 수 있습니다.
펌프의 최대 진공 등급은 일반적으로 연속 또는 간헐적 듀티 사이클로 표현되며 펌프 제조업체에서 얻을 수 있습니다. 해수면에서 이론상 최대 진공은 29.92in.-Hg이므로 실제 펌프 성능 이 이론적 값에 기초하여 비교됩니다. 펌프 설계에 따라 진공 한계는 28 ~ 29.5 in.-Hg 또는 최대 이론적 값의 약 93 \% 또는 98 \% 범위입니다. 일부 펌프 유형의 경우 최대 진공 등급은이 실제 상한을 기반으로합니다. 열 방출이 문제가되는 다른 경우 최대 진공 등급은 허용 가능한 온도 상승도 고려할 수 있습니다.
기계식 진공 펌프
기존의 진공 펌프는 대기압 이하의 흡입과 대기압의 토출로 작동하는 압축기로 생각할 수 있습니다. 압축기와 진공 펌프는 동일한 펌핑 메커니즘을 가지고 있습니다. 진공 펌프는 밀폐 된 용기에서 공기를 빼내고 대기로 배출하기 위해 단순히 파이프로 연결됩니다. 이것은 압축기가하는 것과는 정반대입니다. 기계에는 많은 유사점이 있지만 시스템 설계에서 압축과 진공 펌핑 동작 사이의 두 가지 중요한 차이점을 고려해야합니다. 진공 펌프에 의해 생성되는 압력의 최대 변화는 제한됩니다. 대기압보다 높을 수 없습니다. 또한 진공이 증가하면 펌프를 통과하는 공기의 양이 지속적으로 감소합니다.따라서 펌프 자체가 마침내 발생하는 모든 열을 흡수해야합니다.
기계식 진공 펌프는 일반적으로 양 변위 또는 비양 변위 (동적)로 분류됩니다. 양 변위 펌프는 진공 수준의 변화에도 불구하고 상대적으로 일정한 양의 공기를 흡입하고 상대적으로 높은 진공을 끌어 올릴 수 있습니다. 포지티브 변위 펌프의 기본 유형에는 왕복 및 로킹 피스톤, 로터리 베인, 다이어프램, 로브 로터 및 로터리 스크류 설계가 포함됩니다.
비 포지티브 변위 펌프는 운동 에너지 변경을 사용하여 공기를 밖으로 이동시킵니다. 폐쇄 시스템. 그들은 매우 높은 유속을 제공하지만 고진공을 달성 할 수 없습니다. 주요 비 양수 변위 펌프는 다단계 원심, 축류 장치 및 재생 (또는 주변) 송풍기입니다. 이 중 블로어 만이 독립형 또는 전용 진공 시스템에 경제적으로 선택됩니다.
높은 외부 또는 내부 열이 펌프 성능 및 서비스에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 기계식 진공 펌프를 선택할 때 온도 고려 사항이 매우 중요합니다. 생명. 내부 펌프 온도는 진공 수준이 증가함에 따라 생성 된 열을 전달하기 위해 더 적은 공기가 존재하므로 펌프가 더 많은 열을 흡수해야하기 때문에 중요합니다. 냉각 시스템이있는 고부하 펌프는 종종 고진공 응용 분야에 필요합니다. 그러나 경량 펌프는 사이클 사이에 적절한 냉각 기간이있는 경우 단시간 동안 최대 진공에서 작동 할 수 있습니다. 펌프는 내부에서 생성 된 열과 내부 누출, 압축, 마찰 및 외부 주변 온도로 인한 열과 같은 모든 열원이 작용하여 전체 온도 상승을 경험합니다.
Venturi 형 진공 펌프
진공이 필요한 많은 기계도 압축 공기를 사용합니다. 그리고 진공이 간헐적으로 만 필요한 경우 이미 사용 가능한 압축 공기를 사용하여 진공 이젝터 또는 진공 펌프라고도하는 진공 발생기라는 장치를 통해 진공을 생성 할 수 있습니다. 또한 압축 공기를 진공 컵과 함께 사용하여 공기를 퍼프하여 공작물의 방출을 촉진 할 수 있습니다.
그림 4. 벤 투리 형 진공 발생기는 압축 공기 흐름에서 진공을 생성합니다. 가장 최근의 설계는 50psig 미만의 압축 공기 공급원에서 진공을 27 인치 -Hg로 끌어 올립니다.
진공 발생기는 벤츄리 원리 (그림 4)에 따라 작동합니다. 압축 공기는 A 를 통해 유입됩니다. 디퓨저 오리피스 (노즐), B 는 공기 흐름의 속도를 증가시켜 압력을 낮추고 채널 C . 공기 흐름은 머플러 D 를 통해 대기로 배출됩니다.
진공 발생기는 몇 가지 장점을 제공합니다. 컴팩트하고 가벼우므로 사용 지점이나 그 근처에 장착 할 수 있습니다. 비용이 저렴하고 움직이는 부품이 없기 때문에 기계식 진공 펌프와 관련된 유지 관리가 필요하지 않습니다. 기존 압축 공기 시스템을 이용하여 진공을 생성하므로 전원이 필요하지 않습니다. 그러나 기계에 개조 할 경우 기존 공압 시스템의 용량을 늘려야 할 수 있습니다. 종종 기계식 진공 펌프의 제한 요소 인 열 생성은 진공 발생기에서 거의 문제가되지 않습니다.
기계식 펌프는 기계에 지속적으로 진공을 제공하도록 지정됩니다. 그러나 이러한 기계 중 상당수는 실제로 여러 위치에서 간헐적으로 만 진공을 사용합니다. 이와 같은 경우 진공 발생기는 전체 기계에 연속적이 아닌 각 소스에서 간헐적으로 진공을 공급하여 실용적인 대안을 제공 할 수 있습니다.
진공 발생기는 노즐로의 압축 공기 흐름을 시작하거나 종료하는 것만으로 제어됩니다. 진공 발생기는 수십 년 동안 사용되어 왔지만 비교적 최근의 개선으로 인해 더 높은 작동 효율성을 제공하는 노즐 설계가 이루어졌습니다.
벤투리스를 사용한 또 다른 개발은 다단계 진공 발생기입니다. 이 구성에서는 두 개 이상의 진공 발생기가 직렬로 연결되어 더 많은 압축 공기를 사용하지 않고 더 큰 진공 흐름을 생성합니다. 기본적으로 첫 번째 노즐 (최대 도달 가능한 진공 수준을 결정)에서 나오는 배기는 두 번째 단계의 입력으로 사용됩니다. 두 번째 단계의 배기는 세 번째 단계의 입력으로 사용됩니다. 즉, 다단계 발전기는 단일 단계 발전기보다 주어진 부피를 더 빨리 비우지 만 결국 둘 다 동일한 진공 수준을 끌어낼 것입니다.
진공 발전기 선택은 필요한 리프팅 힘에 따라 달라집니다. 비워야하는 공기의 양.양력은 발전기가 당길 수있는 진공 수준 (공급 된 공기압에 따라 달라짐)과 진공 컵의 유효 면적에 따라 달라집니다. 대부분의 응용 분야에서 발생기는 공기 소비를 최소화하기 위해 가능한 한 짧은 시간에 필요한 진공을 끌어 올 수 있어야합니다.
답변
그것은“무엇”에 달려 있습니다. 절대 진공이 있고 “어디”가되고 싶은지.
물질 (원자 또는 분자)이없는 볼륨을 원한다면 여기 지구에서 생성 될 수 있습니다.
하지만
매우 작은 부피로 매우 짧은 시간 동안 만 가능합니다.
일반적으로 입자 압력을 낮추면 밀도가 감소합니다. 정상적인 조건에서는 입방 cm 당 10 ^ 20 개의 입자 (분자 또는 원자)를 얻습니다. 아래 그림과 같은 챔버에서 초고 진공 (압력 10 ^ -10mbar)으로 내려 가면 입방 cm 당 입자가 백만 개가됩니다. 여전히 상당히 많지만 “표준”과학 장비로는 낮아질 수 없습니다.
(Multiprobe Surface Science System at NBMC )
더 낮추려면 CERN을 방문해야합니다. 10 ^-로 “반물질 컨테이너”를 찾을 수 있습니다. 내부 압력은 17mbar입니다.
(CERN의 이온 트랩)
입방 cm. 원자의 크기가 약 10 ^ -12m라고 생각하면 원자 사이의 절대 진공 (평균)과 함께 수명이 짧은 수 입방 밀리미터 부피와 같은 것을 얻을 수 있습니다. 이제 우리는 이야기하고 있습니다! 이것은 일반 인간 (물리학자가 아닌)이 쉽게 생각할 수있는 볼륨입니다.
이게 충분하지 않다면 자연 진공 상태로 가야합니다. 그리고 이것은 우리 주위에 많은 물질이 날아 다니고 있기 때문에 분명히 지구에서 관찰 할 수 없습니다.
그러니 여러분은 지구 밖으로 이동해야합니다. 10 ^ -17 mbar (CERN과 같은)의 압력에 대해서는 행성 간 공간을 방문해야하지만 더 많은 것을 원합니다! 내 말은…
다음 단계는 태양계를 떠나 성간 공간으로 이동하는 것입니다. 우리 은하에서 추정되는 성간 입자 밀도는 입방 미터당 약 5 만입니다. 와! 손가락을 절대 진공 상태로 만들 수 있습니다! 잠시 동안 만 우주복에서 증발하는 분자가 빠르게 오염 될 것입니다. 손가락으로 충분하지 않다면 입방 미터당 입자 하나 를 사용하여 은하계 공간으로 이동해 보겠습니다. 이제 당신의 머리 전체가 절대적인 진공 상태에 들어갑니다!
(나는 그것이 어떤 사람들이 삶에서 균형을 찾을 수있는 곳이라고 생각합니다. 절대적으로 그들의 머리 속과 밖에서 아무것도 없습니다!)
위의 내용을 모두 읽고 여기까지 이동하신 것을 축하합니다.
하지만
이 시점에서 실망시켜야 겠어! 당신이 머리를 놓을 수있는 정말 텅 빈 곳을 찾아 은하계 공간으로 방황 할 수 있었다고하더라도, 당신은 그것이 에너지로 가득 차 있다는 것을 깨달을 것입니다! 우주 마이크로파 배경이 있습니다. 빅뱅 시대의 유물 방사가 우주 구석 구석에서 여러분을 기다리고 있습니다…
예-모든 물질을 제거 할 수 있다면 여전히 많은 에너지가 남아있을 것입니다.
그리고 당신이 어떻게 든 모든 방사선을 가려 낼 수 있다고하더라도 양자 이론은 당신을 홀로 두지 않을 것입니다. 완전히 절대적인 양자 진공조차 에너지 변동과 가상 입자들로 가득 차 있기 때문입니다. 결론은 다음과 같습니다.
우주 어디에도 절대 진공이있을 수 없습니다.
죄송합니다! 죄송합니다. 우리가 꽤 오랫동안 알고 있다는 말을 잊었습니까? 아리스토텔레스가 2 천년 전에 자연이 진공을 싫어한다고 말한 이후로?