Beste svaret
Fundamentals of Vacuum
For en dypere titt på vakuumsystemer, les «Sette vakuum i arbeid», «Klem energibesparelser fra pneumatiske systemer,» » Håndtering av vakuumdesign, «og» Designing with vacuum and suction cups. «
Evakuering av luft fra et lukket volum utvikler en trykkdifferanse mellom volumet og den omgivende atmosfæren. Hvis dette lukkede volumet er bundet av overflaten til et vakuumbeger og et arbeidsemne, vil atmosfæretrykk presse de to gjenstandene sammen. Mengden holdekraft avhenger av overflatearealet som deles av de to objektene og vakuumnivået. I et industrielt vakuumsystem fjerner en vakuumpumpe eller generator luft fra et system for å skape en trykkdifferensial.
Fordi det er praktisk talt umulig for å fjerne alle luftmolekylene fra en beholder, kan ikke et perfekt vakuum oppnås. Når mer luft fjernes, øker selvfølgelig trykkdifferansen, og den potensielle vakuumkraften blir større.
Vakuumnivået bestemmes av trykkdifferansen mellom det evakuerte volumet og den omgivende atmosfæren. Flere måleenheter kan brukes. De fleste refererer til høyden på en kvikksølvkolonne – vanligvis tommer kvikksølv (in.-Hg) eller millimeter kvikksølv (mm-Hg). Den vanlige metriske enheten for vakuummåling er millibar, eller mbar. Andre trykkenheter som noen ganger brukes til å uttrykke vakuum, inkluderer de sammenhengende enhetene atmosfærer, torr og mikron. En standardatmosfære tilsvarer 14,9 psi (29,92 in.-Hg). Enhver brøkdel av en atmosfære er et delvis vakuum og tilsvarer undertrykk. En torr er definert som 1/760 av en atmosfære og kan også betraktes som 1 mm-Hg, hvor 760 mm-Hg tilsvarer 29,92 in.-Hg. Enda mindre er mikronen, definert som 0,001 torr. Imidlertid blir disse enhetene ofte brukt når det gjelder nesten perfekte støvsugere, vanligvis under laboratorieforhold, og sjelden i applikasjoner med flytende kraft.
Atmosfærisk trykk måles med et barometer. Et barometer består av et evakuert loddrett rør med toppenden lukket og bunnenden hviler i en kvikksølvbeholder som er åpen for atmosfæren, Figur 1. Trykket som utøves av atmosfæren virker på den eksponerte overflaten av væsken for å tvinge kvikksølv opp i røret. Atmosfærisk trykk ved havnivå vil støtte en kvikksølvkolonne generelt ikke mer enn 29,92-in. høy. Dermed er standarden for atmosfæretrykk ved havnivå 29,92 in.-Hg, som oversettes til et absolutt trykk på 14,69 psia.
De to grunnleggende referansepunktene i alle disse målingene er standard atmosfærisk trykk og et perfekt vakuum. Ved atmosfærisk trykk tilsvarer verdien 0 in.-Hg 14,7 psia. På det motsatte referansepunktet, 0 psia, – et perfekt vakuum (hvis det kunne oppnås) – ville ha en verdi lik den andre ekstremen i området, 29,92 in.-Hg. Beregning av arbeidskrefter eller volumendringer i vakuumsystemer krever imidlertid konvertering til undertrykk (psig) eller absolutt trykk (psia).
Atmosfærisk trykk tildeles verdien null på rattene til de fleste trykkmålere. . Vakuummålinger må derfor være mindre enn null. Undertrykk for undertrykk er generelt definert som forskjellen mellom et gitt systemvakuum og atmosfærisk trykk.
Vakuummåling
Flere typer målere måler vakuumnivå. En Bourdon-rørmåler er kompakt og den mest brukte enheten for overvåking av vakuumsystemets drift og ytelse. Måling er basert på deformasjonen av et buet elastisk Bourdon-rør når vakuum påføres målerporten. Med riktig kobling indikerer sammensatte Bourdon-rørmålere både vakuum og positivt trykk.
En elektronisk motstykke til vakuummåleren er transduseren. Vakuum eller trykk avbøyer en elastisk metallmembran. Denne avbøyningen varierer de elektriske egenskapene til sammenkoblede kretser for å produsere et elektronisk signal som representerer vakuumnivået.
Figur 3. Absolutt trykkmåler måler vakuum som forskjellen i kvikksølvnivå i de to benene.
Et U-rør manometer, figur 2, indikerer forskjellen mellom to trykk. I sin enkleste form er et manometer et gjennomsiktig U-rør halvfylt med kvikksølv. Med begge ender av røret utsatt for atmosfæretrykk, kvikksølvnivået i hvert ben er det samme. Å bruke et vakuum på det ene beinet fører til at kvikksølv stiger i den delen g og å falle i den andre. Forskjellen i høyde mellom de to nivåene indikerer vakuumnivået. Manometre kan måle vakuum direkte til 29,25 in.-Hg.
En absolutt trykkmåler viser trykket over et teoretisk perfekt vakuum.Den har samme U-form som manometeret, men det ene benet på den absolutte trykkmåleren er forseglet, Figur 3. Kvikksølv fyller dette forseglede beinet når måleren er i ro. Bruk av vakuum på det uforseglede benet senker kvikksølvnivået i det forseglede benet. Vakuumnivået måles med en glideskala plassert med nullpunktet på kvikksølvnivået i det uforseglede benet. Dermed kompenserer denne måleren for endringer i atmosfærisk trykk.
Industrielle vakuumsystemer
Støvsugere faller i tre områder:
- grov (eller grov), opp til 28 tommer-Hg
- midt (eller fin), opptil en mikron,
- høy, større enn en mikron.
Nesten alle industrielle vakuumsystemer er grove. Faktisk fungerer de fleste løfte- og arbeidsholdingsapplikasjoner ved vakuumnivåer på bare 12 til 18 in.-Hg. Dette er fordi det generelt er mer økonomisk å øke løfte- eller holdekraften ved å øke kontaktområdet mellom arbeidsstykket og vakuumkoppen enn å trekke et høyere vakuum og bruke samme kontaktareal.
Midt vakuum brukes til prosessapplikasjoner som molekylær destillasjon, frysetørking, avgassing og belegg. Høye støvsugere brukes i laboratorieinstrumenter, som elektronmikroskoper, massespektrometre og partikkelakseleratorer.
Et typisk vakuumsystem består av en vakuumkilde, leveringslinjer, beslag og forskjellige reguleringsventiler, brytere, filtre , og beskyttelsesutstyr. Lekkasjeforebygging er spesielt viktig med vakuumsystemer, selv selv svært små lekkasjer kan redusere ytelsen og effektiviteten. Hvis plastrør brukes – som ofte er tilfelle – må du sørge for at det er designet for vakuumservice. Ellers kan rørveggene kollapse under vakuum og blokkere strømmen. Vakuumledninger bør også være så korte og smale som praktisk for å begrense volumet av luft som må evakueres.
En viktig designhensyn for arbeidsholdingsapplikasjoner er å bruke vakuumpumpen bare for å oppnå vakuumnivået. kreves. Når arbeidsstykket er i kontakt med vakuumkoppen og ønsket vakuum oppnådd, vil avstengning av en normalt lukket ventil holde vakuumet på ubestemt tid – forutsatt at det ikke oppstår lekkasje. Å holde et vakuum på denne måten forbruker ikke energi og unngår å måtte bruke vakuumpumpen kontinuerlig.
Bedrifter tilbyr også proprietære enheter, for eksempel vakuumkopper med integrerte ventiler og ventiler som avslutter strømmen fra en kopp som viser overdreven lekkasje. Denne ventilen er designet for å unngå avstengning av falske alarmer når du holder på porøse arbeidsstykker (for eksempel papp), men forhindrer at en lekkasje ved en vakuumkopp reduserer vakuum ved en tilstøtende kopp. > Valg av vakuumpumpe
Det første store trinnet i å velge riktig vakuumpumpe er å sammenligne applikasjonsvakuumkrav med maksimale vakuumgrader for kommersielle pumper. På lave nivåer er det et bredt utvalg av pumper. Men når vakuumnivået øker, blir valget smalere, noen ganger til det punktet hvor bare en type pumpe kan være tilgjengelig.
For å beregne et systems vakuumbehov, bør du vurdere alle arbeidsenheter som skal drives. Enhetens vakuum kan bestemmes av beregninger basert på håndbokformler, teoretiske data, kataloginformasjon, ytelseskurver eller tester laget med prototypesystemer. Når du vet vakuumet som kreves, kan du begynne å lete etter pumper som kan imøtekomme applikasjonskrav. / p>
Maksimal vakuumvurdering for en pumpe uttrykkes ofte for enten kontinuerlige eller intermitterende driftssykluser, og kan fås fra pumpeprodusenter. Fordi det maksimale teoretiske vakuumet ved havnivå er 29,92 in.-Hg, faktisk pumpefunksjon er basert på og sammenlignet med denne teoretiske verdien. Avhengig av pumpens utforming, varierer vakuumgrensen fra 28 til 29,5 in.-Hg eller ca 93\% eller 98\% av den maksimale teoretiske verdien. For noen pumpetyper vil den maksimale vakuumverdienvære basert på denne praktiske øvre grensen. For andre, hvor varmespredning er et problem, kan den maksimale vakuumverdien også ta hensyn til tillatt temperaturstigning.
Mekaniske vakuumpumper
En konvensjonell vakuumpumpe kan betraktes som en kompressor som fungerer med inntaket under atmosfæretrykk og utslippet ved atmosfæretrykk. Kompressorer og vakuumpumper har identiske pumpemekanismer. Vakuumpumpen røres rett og slett for å trekke luft fra en lukket beholder og eksos til atmosfæren, som er det motsatte av hva en kompressor gjør. Selv om maskinene har mange likheter, må to betydelige forskjeller mellom komprimering og vakuumpumping handlinger vurderes i systemdesign. Den maksimale trykkendringen som produseres av en vakuumpumpe er begrenset; det kan aldri være høyere enn atmosfæretrykk. I tillegg, når vakuum øker, synker luftvolumet kontinuerlig gjennom pumpen.Derfor må selve pumpen til slutt absorbere nesten all generert varme.
Mekaniske vakuumpumper er generelt kategorisert som enten positiv fortrengning eller ikke-positiv forskyvning (dynamisk). Positiv fortrengningspumper trekker et relativt konstant volum av luft til tross for variasjoner i vakuumnivået og kan trekke et relativt høyt vakuum. De viktigste typene av positive fortrengningspumper inkluderer: stempel, vippestempel, rotasjonsvinge, membran, rotert skrue og roterende skruedesign.
Ikke-positive fortrengningspumper bruker kinetiske energiforandringer for å flytte luft ut av et lukket system. De gir veldig høye strømningshastigheter, men kan ikke oppnå høyt vakuum. Store ikke-positive fortrengningspumper er sentrifugale flertrinnsenheter, aksiale strømningsenheter og regenerative (eller perifere) blåser. Av disse er bare viften et økonomisk valg for frittstående eller dedikerte vakuumsystemer.
Temperaturhensyn er veldig viktige når du velger en mekanisk vakuumpumpe fordi høy ekstern eller intern varme i stor grad kan påvirke pumpens ytelse og service liv. Intern pumpetemperatur er viktig fordi ettersom vakuumnivået øker, er mindre luft til stede for å føre bort den genererte varmen, slik at pumpen må absorbere mer av varmen. Kraftige pumper med kjølesystemer er ofte nødvendige for applikasjoner med høyt vakuum. Men lette pumper kan fungere ved maksimalt vakuum i korte perioder hvis det er tilstrekkelig avkjølingstid mellom syklusene. Pumpen opplever en total temperaturstigning som et resultat av at alle varmekildene virker på den – internt generert varme pluss varme fra intern lekkasje, kompresjon, friksjon og ekstern omgivelsestemperatur.
Vakuumpumper av typen Venturi
Mange maskiner som trenger vakuum, bruker også trykkluft. Og hvis vakuum bare kreves periodisk, kan den komprimerte luften som allerede er tilgjengelig, brukes til å generere vakuum gjennom en enhet som kalles en vakuumgenerator, også kjent som en vakuumutkast eller vakuumpumpe. Videre kan trykkluften også brukes i kombinasjon med en vakuumkopp ved å produsere en luftpust for å fremskynde frigjøring av arbeidsstykket.
Vakuumgeneratorer opererer basert på venturiprinsippet, figur 4. Filtrert, ikke-smurt komprimert luft kommer inn gjennom inntaket A . En diffusoråpning (dyse), B , får luftstrømmen til å øke i hastighet, og senker dermed trykket, noe som skaper et vakuum i kanalen C . Luftstrømmen eksoserer til atmosfæren gjennom lyddemper D .
Vakuumgeneratorer gir flere fordeler. De er kompakte og lette, så de kan ofte monteres på eller i nærheten av bruksstedet. De er rimelige, og fordi de ikke har noen bevegelige deler, trenger de ikke vedlikehold knyttet til mekaniske vakuumpumper. De trenger ikke en elektrisk strømkilde fordi de genererer vakuum ved å tappe inn i et eksisterende trykkluftsystem. Imidlertid, hvis det ettermonteres i en maskin, kan kapasiteten til det eksisterende pneumatiske systemet måtte økes. Varmeproduksjon, som ofte er den begrensende faktoren med mekaniske vakuumpumper, er lite bekymret for vakuumgeneratorer.
Mekaniske pumper er ofte spesifisert for å gi en maskin vakuum kontinuerlig. Men mange av disse maskinene bruker faktisk vakuum bare periodisk på mange forskjellige steder. I tilfeller som dette kan vakuumgeneratorer gi et praktisk alternativ ved å levere vakuum intermitterende ved hver kilde i stedet for kontinuerlig for hele maskinen.
Vakuumgeneratorer styres ganske enkelt ved å starte eller avslutte trykkluftstrømmen til dysen. Vakuumgeneratorer har blitt brukt i flere tiår, men relativt nylige forbedringer har ført til dysedesign som gir høyere driftseffektivitet.
En annen utvikling med venturis er flertrinns vakuumgeneratorer. I denne konfigurasjonen røres to eller flere vakuumgeneratorer i serie for å gi større vakuumstrøm uten å bruke mer trykkluft. I hovedsak fungerer eksosen fra den første dysen (som bestemmer det maksimalt oppnåelige vakuumnivået) som inngang for et andre trinn. Eksos fra andre trinn fungerer da som input for en tredje trinn. Dette betyr at en flertrinnsgenerator evakuerer et gitt volum raskere enn en enkelttrinsgenerator gjør, men de vil til slutt trekke det samme vakuumnivået.
Valg av vakuumgenerator avhenger av løftekraften som kreves volumet av luft som må evakueres.Løftekraften avhenger av vakuumnivået generatoren kan trekke – som igjen avhenger av det tilførte lufttrykket – og det effektive området til vakuumkoppen. I de fleste applikasjoner er det viktig at en generator kan trekke det nødvendige vakuumet på så kort tid som mulig for å minimere luftforbruket.
Svar
Det kommer ganske an på «hva» ville absolutt vakuum være og «hvor» vil du at det skal være.
Hvis du vil ha et volum uten noen materie (atomer eller molekyler), er det mulig å bli opprettet her på jorden.
MEN.
Bare i ekstremt lite volum og i veldig kort tid.
Generelt sett er partikkel tettheten avtar når du senker trykket. Under normale forhold får du noe som 10 ^ 20 partikler (molekyler eller atomer) per kubikk cm. Når du går ned til det ultrahøye vakuumet (trykk på 10 ^ -10 mbar) i et kammer som det på bildet nedenfor, får du som millioner partikler per kubikk cm. Fortsatt ganske mye, men du kan ikke bli lavere med “standard” vitenskapelig utstyr.
(Multiprobe Surface Science System at NBMC )
For å bli lavere må du besøke CERN, hvor du kan finne «antimateriale-beholderen» med 10 ^ – 17 mbar trykk inni.
(Ion trap at CERN)
Det er som hundre partikler i en kubikk cm. Tenk størrelsen på et atom til å være rundt 10 ^ -12 m, og du får noe som kortvarige flere kubiske millimetervolumer med absolutt vakuum mellom atomene (i gjennomsnitt). Nå snakker vi! Dette er volumet som et normalt menneske (ikke-fysiker) lett kan tenke på.
Hvis dette ikke er nok for deg, må du gå for naturlig vakuum. Og dette kan åpenbart ikke observeres på jorden, ettersom vi har mange ting som flyr rundt oss.
Så du må bevege deg utenfor planeten vår. For trykk på 10 ^ -17 mbar (CERN-aktig) må du besøke det interplanetære rommet, men vi vil ha MER! Jeg mener, mindre …
Det neste trinnet ville være å forlate solsystemet og bevege seg inn i det interstellare rommet. I vår galakse er den estimerte interstellare partikkeltettheten rundt femti tusen per kubikkmeter. WHOA! Du kan sette fingeren i et absolutt vakuum! Bare for en liten stund, da molekyler som fordamper fra romdrakten din raskt vil forurense den. Og hvis fingeren ikke er nok, så la oss bevege oss inn i det intergalaktiske rommet med en partikkel per kubikkmeter . Nå passer hele hodet inn i det absolutte vakuumet!
(Jeg tror det ville være stedet der noen mennesker kunne finne en viss balanse i livet. Absolutt ingenting utenfor og inni hodet på dem!)
Gratulerer hvis du klarte å lese alt ovenfor og gå så langt.
MEN.
På dette tidspunktet Jeg må skuffe deg! Selv om du klarte å vandre inn i det intergalaktiske rommet på jakt etter et virkelig tomt sted å sette hodet inn i, ville du bare innse at det er fullt av … ENERGI! Den kosmiske mikrobølgebakgrunnen er der. Relikstråling fra tiden av Big Bang venter på deg i hvert hjørne av universet …
Ja – hvis du noen gang kunne kvitte deg med all materie, ville det fortsatt være mye energi igjen.
Og selv om du på en eller annen måte kunne skjerme all stråling, ville ikke kvanteteorien la deg være alene … da til og med absolutt absolutt kvantevakuum er fullt av energisvingninger og virtuelle partikler. Så konklusjonen er:
DET KAN INGEN ABSOLUTT VAKUUM STED I UNIVERSET.
OOPS! Unnskyld. Glemte jeg å fortelle deg at vi vet det ganske lenge? Siden Aristoteles sa at naturen avskyr vakuum for over to årtusener siden?