Najlepsza odpowiedź
Podstawy próżni
Aby dokładniej przyjrzeć się systemom próżniowym, przeczytaj „Odkurzanie w pracy”, „Oszczędność energii dzięki systemom pneumatycznym”, „ Obsługa projektowania próżniowego ”oraz„ Projektowanie z wykorzystaniem podciśnienia i przyssawek ”.
Podczas ewakuacji powietrza z zamkniętej objętości powstaje różnica ciśnień między objętością a otaczającą atmosferą. Jeśli ta zamknięta objętość jest ograniczona przez powierzchnię przyssawki i obrabianego przedmiotu, ciśnienie atmosferyczne będzie ściskać oba przedmioty razem. Wielkość siły trzymającej zależy od powierzchni wspólnej obu obiektów i poziomu próżni. W przemysłowym systemie próżniowym pompa próżniowa lub generator usuwają powietrze z systemu, aby wytworzyć różnicę ciśnień.
Ponieważ jest to praktycznie niemożliwe aby usunąć wszystkie cząsteczki powietrza z pojemnika, nie można uzyskać idealnej próżni. Oczywiście, im więcej powietrza jest usuwane, tym różnica ciśnień rośnie, a potencjalna siła podciśnienia rośnie.
Poziom próżni jest określony przez różnicę ciśnień między opróżnianą objętością a otaczającą atmosferą. Można użyć kilku jednostek miary. Większość odnosi się do wysokości słupa rtęci – zwykle cali słupa rtęci (cale-Hg) lub milimetry rtęci (mm-Hg). Typową jednostką metryczną dla pomiaru próżni jest milibar lub mbar. Inne jednostki ciśnienia używane czasami do wyrażania próżni obejmują wzajemnie powiązane jednostki atmosfer, tor i mikrony. Jedna standardowa atmosfera to 14,7 psi (29,92 cala Hg). Każda część atmosfery jest częściową próżnią i jest równoznaczna z podciśnieniem. Torr jest definiowany jako 1/760 atmosfery i można go również traktować jako 1 mm-Hg, gdzie 760 mm-Hg równa się 29,92 cala-Hg. Jeszcze mniejszy jest mikron, zdefiniowany jako 0,001 tora. Jednak jednostki te są najczęściej używane w przypadku próżni prawie doskonałych, zwykle w warunkach laboratoryjnych, a rzadko w zastosowaniach związanych z płynami.
Ciśnienie atmosferyczne mierzy się za pomocą barometru. Barometr składa się z opróżnionej pionowej rurki, której górny koniec jest zamknięty, a dolny koniec spoczywa w pojemniku z rtęcią otwartym do atmosfery, Rysunek 1. Ciśnienie wywierane przez atmosferę działa na odsłoniętą powierzchnię cieczy, aby zmusić rtęć do rury. Ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza utrzyma słupek rtęci na ogół nie więcej niż 29,92 cala. wysoki. Zatem norma ciśnienia atmosferycznego na poziomie morza wynosi 29,92 cala-Hg, co przekłada się na ciśnienie bezwzględne 14,69 psia.
Dwa podstawowe punkty odniesienia we wszystkich tych pomiarach to standardowe ciśnienie atmosferyczne i odkurzać. Przy ciśnieniu atmosferycznym wartość 0 cali-Hg jest równoważna 14,7 psia. W przeciwnym punkcie odniesienia, 0 psia, – idealna próżnia (gdyby można ją było osiągnąć) – miałaby wartość równą drugiej skrajności jej zakresu, 29,92 cala – Hg. Jednak obliczanie sił roboczych lub zmian objętości w systemach próżniowych wymaga konwersji na podciśnienie (psig) lub ciśnienie bezwzględne (psia).
Na tarczach większości manometrów ciśnieniu atmosferycznemu przypisywana jest wartość zero . Dlatego pomiary próżni muszą być mniejsze od zera. Ujemne ciśnienie manometryczne jest ogólnie definiowane jako różnica między danym podciśnieniem w systemie a ciśnieniem atmosferycznym.
Pomiar próżni
Kilka typów mierników mierzy poziom podciśnienia. Manometr z rurką Bourdona jest kompaktowym i najczęściej używanym urządzeniem do monitorowania działania i wydajności systemu próżniowego. Pomiar opiera się na odkształceniu zakrzywionej elastycznej rurki Bourdona po przyłożeniu próżni do portu miernika. Przy odpowiednim połączeniu, złożone manometry z rurką Bourdona wskazują zarówno podciśnienie, jak i nadciśnienie.
Elektroniczny odpowiednik próżniomierz jest przetwornikiem. Podciśnienie lub ciśnienie odchyla elastyczną metalową membranę. To odchylenie zmienia charakterystykę elektryczną połączonych obwodów, aby wytworzyć sygnał elektroniczny, który reprezentuje poziom próżni.
Manometr w kształcie litery U, rysunek 2, wskazuje różnicę między dwoma ciśnieniami. W najprostszej postaci manometr jest przezroczystą rurką w kształcie litery U do połowy wypełnioną rtęcią. Oba końce rurki są wystawione na działanie ciśnienia atmosferycznego. poziom rtęci w każdej nodze jest taki sam. Przyłożenie próżni do jednej nogi powoduje wzrost rtęci w tym poziomie gi wpaść w drugie. Różnica wysokości między dwoma poziomami wskazuje poziom podciśnienia. Manometry mogą mierzyć podciśnienie bezpośrednio do 29,25 cala – Hg.
Manometr bezwzględny pokazuje ciśnienie powyżej teoretycznej idealnej próżni.Ma ten sam kształt litery U co manometr, ale jedna noga manometru bezwzględnego jest uszczelniona, rysunek 3. Rtęć wypełnia tę uszczelnioną nogę, gdy manometr jest w spoczynku. Przyłożenie próżni do niezamkniętej nogi obniża poziom rtęci w uszczelnionej nodze. Poziom podciśnienia jest mierzony za pomocą przesuwanej skali umieszczonej z punktem zerowym na poziomie rtęci w nieuszczelnionej nodze. W ten sposób ten manometr kompensuje zmiany ciśnienia atmosferycznego.
Przemysłowe systemy próżniowe
Odkurzacze dzielą się na trzy zakresy:
- szorstki (lub gruby), do 28 cali-Hg
- średni (lub drobny), do jednego mikrona,
- wysoki, większa niż jeden mikron.
Prawie wszystkie przemysłowe systemy próżniowe są szorstkie. W rzeczywistości większość zastosowań do podnoszenia i trzymania pracy działa przy poziomach podciśnienia wynoszących zaledwie 12 do 18 cali Hg. Dzieje się tak, ponieważ generalnie bardziej ekonomiczne jest zwiększenie siły podnoszenia lub trzymania poprzez zwiększenie powierzchni styku między przedmiotem obrabianym a przyssawką niż wyciąganie wyższego podciśnienia i używanie tego samego obszaru kontaktu.
Średnia próżnia jest używany do zastosowań procesowych, takich jak destylacja molekularna, liofilizacja, odgazowanie i operacje powlekania. Wysokie podciśnienia są używane w instrumentach laboratoryjnych, takich jak mikroskopy elektronowe, spektrometry masowe i akceleratory cząstek.
Typowy system próżniowy składa się ze źródła podciśnienia, przewodów doprowadzających, złączek i różnych zaworów sterujących, przełączników, filtrów i urządzenia ochronne. Zapobieganie wyciekom jest szczególnie ważne w przypadku systemów próżniowych, ponieważ nawet bardzo małe wycieki mogą znacznie zmniejszyć wydajność i wydajność. Jeśli używane są plastikowe rurki – jak to często bywa – upewnij się, że są one przeznaczone do pracy w próżni. W przeciwnym razie ścianki rurki mogą zapaść się pod wpływem próżni i zablokować przepływ. Ponadto przewody podciśnieniowe powinny być tak krótkie i wąskie, jak jest to praktycznie możliwe, aby ograniczyć objętość powietrza, które musi zostać ewakuowane.
Ważną kwestią projektową w zastosowaniach związanych z mocowaniem roboczym jest użycie pompy próżniowej tylko do osiągnięcia poziomu próżni wymagany. Gdy przedmiot obrabiany zetknie się z przyssawką i osiągnie wymaganą próżnię, odłączenie normalnie zamkniętego zaworu będzie utrzymywać próżnię na czas nieokreślony – pod warunkiem, że nie nastąpi wyciek. Utrzymywanie próżni w ten sposób nie zużywa energii i pozwala uniknąć konieczności ciągłej pracy pompy próżniowej.
Firmy oferują również własne urządzenia, takie jak przyssawki ze zintegrowanymi zaworami i zaworami, które przerywają przepływ z przyssawki, która wykazuje nadmierne wyciek. Ten zawór ma na celu uniknięcie odcięcia fałszywego alarmu podczas trzymania porowatych przedmiotów obrabianych (takich jak karton), a jednocześnie zapobiega wyciekowi z jednej przyssawki i zmniejszeniu próżni w sąsiedniej.
Wybór pompy próżniowej
Pierwszym ważnym krokiem w wyborze odpowiedniej pompy próżniowej jest porównanie wymagań dotyczących próżni w aplikacji z maksymalnymi wartościami znamionowymi próżni pomp komercyjnych. Przy niskich poziomach dostępny jest szeroki wybór pomp. Jednak wraz ze wzrostem poziomu podciśnienia wybór zawęża się, czasami do tego stopnia, że dostępny jest tylko jeden typ pompy.
Aby obliczyć zapotrzebowanie systemu na podciśnienie, należy wziąć pod uwagę napędzane wszystkie urządzenia robocze. próżnię urządzeń można określić za pomocą obliczeń opartych na formułach z podręcznika, danych teoretycznych, informacjach katalogowych, krzywych wydajności lub testach wykonanych na systemach prototypowych. Gdy już znasz wymaganą próżnię, możesz zacząć szukać pomp spełniających wymagania aplikacji.
Maksymalne podciśnienie pompy jest zwykle wyrażane jako ciągłe lub przerywane cykle pracy i można je uzyskać od producentów pomp. Ponieważ maksymalna teoretyczna próżnia na poziomie morza wynosi 29,92 cala Hg, rzeczywiste możliwości pompy opierają się na tej teoretycznej wartości i porównuje z nią. W zależności od konstrukcji pompy, granica próżni wynosi od 28 do 29,5 cala Hg lub około 93\% lub 98\% maksymalnej wartości teoretycznej. W przypadku niektórych typów pomp maksymalna wartość próżniopierać się na tej praktycznej górnej granicy. W innych przypadkach, w których rozpraszanie ciepła stanowi problem, maksymalna wartość próżni może również uwzględniać dopuszczalny wzrost temperatury.
Mechaniczne pompy próżniowe
Konwencjonalną pompę próżniową można traktować jako sprężarkę, która pracuje z wlotem poniżej ciśnienia atmosferycznego, a wylotem pod ciśnieniem atmosferycznym. Sprężarki i pompy próżniowe mają identyczne mechanizmy pompowania. Pompa próżniowa jest po prostu podłączona przewodem rurowym do pobierania powietrza z zamkniętego pojemnika i wydalania go do atmosfery, co jest przeciwieństwem tego, co robi kompresor. Chociaż maszyny mają wiele podobieństw, przy projektowaniu systemu należy wziąć pod uwagę dwie istotne różnice między działaniem kompresji i pompowania próżniowego. Maksymalna zmiana ciśnienia wytwarzanego przez pompę próżniową jest ograniczona; nigdy nie może być wyższe niż ciśnienie atmosferyczne. Dodatkowo, wraz ze wzrostem podciśnienia, objętość powietrza przepływającego przez pompę stale spada.Dlatego też sama pompa musi ostatecznie wchłonąć praktycznie całe wytworzone ciepło.
Mechaniczne pompy próżniowe są generalnie klasyfikowane jako wyporowe lub wyporowe niepodatne (dynamiczne). Pompy wyporowe pobierają stosunkowo stałą objętość powietrza pomimo wszelkich wahań poziomu próżni i mogą wytwarzać stosunkowo wysokie podciśnienie. Podstawowe typy pomp wyporowych obejmują: tłok tłokowy i wahadłowy, łopatkę obrotową, membranę, wirnik krzywkowy i konstrukcję ze śrubą obrotową.
Pompy wyporowe niewypoczynkowe wykorzystują zmiany energii kinetycznej do usuwania powietrza z zamknięty system. Zapewniają bardzo duże prędkości przepływu, ale nie mogą osiągnąć wysokiej próżni. Główne pompy nie wyporowe to wielostopniowe odśrodkowe jednostki o przepływie osiowym i dmuchawy regeneracyjne (lub obwodowe). Spośród nich tylko dmuchawa jest ekonomicznym wyborem dla samodzielnych lub dedykowanych systemów próżniowych.
Podczas wyboru mechanicznej pompy próżniowej bardzo ważne są kwestie związane z temperaturą, ponieważ wysokie ciepło zewnętrzne lub wewnętrzne może znacznie wpłynąć na wydajność i serwis pompy. życie. Wewnętrzna temperatura pompy jest ważna, ponieważ wraz ze wzrostem poziomu próżni jest mniej powietrza, które odprowadza wytworzone ciepło, więc pompa musi absorbować więcej ciepła. W zastosowaniach wymagających wysokiej próżni często wymagane są wytrzymałe pompy z układami chłodzenia. Ale lekkie pompy mogą pracować przy maksymalnej próżni przez krótkie okresy czasu, jeśli między cyklami jest odpowiedni okres ochłodzenia. Pompa doświadcza całkowitego wzrostu temperatury w wyniku działania wszystkich źródeł ciepła – ciepła generowanego wewnętrznie plus ciepło z wewnętrznego przecieku, sprężania, tarcia i zewnętrznej temperatury otoczenia.
Pompy próżniowe typu Venturi
Wiele maszyn wymagających podciśnienia wykorzystuje również sprężone powietrze. A jeśli próżnia jest wymagana tylko sporadycznie, sprężone powietrze, które jest już dostępne, można wykorzystać do wytworzenia próżni za pomocą urządzenia zwanego generatorem próżni, znanym również jako eżektor próżniowy lub pompa próżniowa. Co więcej, sprężone powietrze może być również używane w połączeniu z przyssawką, wytwarzając podmuch powietrza w celu przyspieszenia uwalniania przedmiotu obrabianego.
Generatory podciśnienia działają w oparciu o zasadę zwężki Venturiego, rysunek 4. Filtrowane, bez smarowania sprężone powietrze dostaje się przez wlot A . Otwór dyfuzora (dysza), B , powoduje zwiększenie prędkości strumienia powietrza, obniżając w ten sposób jego ciśnienie, co tworzy podciśnienie w kanale C . Strumień powietrza wydostaje się do atmosfery przez tłumik D .
Generatory podciśnienia mają kilka zalet. Są kompaktowe i lekkie, więc często można je montować w miejscu użytkowania lub w jego pobliżu. Są niedrogie, a ponieważ nie mają ruchomych części, nie wymagają konserwacji związanej z mechanicznymi pompami próżniowymi. Nie potrzebują źródła energii elektrycznej, ponieważ wytwarzają próżnię, podłączając się do istniejącego systemu sprężonego powietrza. Jednak po zamontowaniu w maszynie może zajść potrzeba zwiększenia wydajności istniejącego układu pneumatycznego. Wytwarzanie ciepła, które często jest czynnikiem ograniczającym w przypadku mechanicznych pomp próżniowych, nie ma większego znaczenia w przypadku generatorów próżni.
Pompy mechaniczne są najczęściej stosowane w celu zapewnienia ciągłego wytwarzania próżni przez maszynę. Jednak wiele z tych maszyn wykorzystuje próżnię tylko sporadycznie w wielu różnych miejscach. W takich przypadkach generatory podciśnienia mogą stanowić praktyczną alternatywę, dostarczając podciśnienie w sposób przerywany z każdego źródła, a nie w sposób ciągły dla całej maszyny.
Generatory podciśnienia są kontrolowane po prostu przez inicjowanie lub kończenie przepływu sprężonego powietrza do dyszy. Generatory podciśnienia są używane od dziesięcioleci, ale stosunkowo niedawne ulepszenia doprowadziły do konstrukcji dysz, które zapewniają wyższą wydajność operacyjną.
Kolejnym udoskonaleniem wykorzystującym zwężki Venturiego są wielostopniowe generatory podciśnienia. W tej konfiguracji dwa lub więcej generatorów próżni jest połączonych szeregowo rurami, aby wytworzyć większy przepływ próżni bez użycia większej ilości sprężonego powietrza. Zasadniczo wydech z pierwszej dyszy (który określa maksymalny osiągalny poziom podciśnienia) służy jako wsad dla drugiego stopnia. Spaliny z drugiego stopnia służą następnie jako wsad do trzeciego stopnia. Oznacza to, że generator wielostopniowy opróżnia daną objętość szybciej niż generator jednostopniowy, ale oba ostatecznie osiągną ten sam poziom próżni.
Wybór generatora próżni zależy od wymaganej siły podnoszenia i objętość powietrza, które należy usunąć.Siła podnoszenia zależy od poziomu podciśnienia, jakie może wyciągnąć generator – który z kolei zależy od dostarczanego ciśnienia powietrza – oraz od efektywnej powierzchni przyssawki. W większości zastosowań ważne jest, aby generator był w stanie wytworzyć wymagane podciśnienie w jak najkrótszym czasie, aby zminimalizować zużycie powietrza.
Odpowiedź
To trochę zależy od tego, „co” próżnia absolutna byłaby i „gdzie” byś chciał.
Jeśli chcesz mieć objętość bez materii (atomów lub cząsteczek), możesz ją stworzyć tutaj na Ziemi.
ALE.
Tylko w bardzo małej objętości i przez bardzo krótki czas.
Ogólnie rzecz biorąc, cząstka gęstość maleje wraz ze spadkiem ciśnienia. W normalnych warunkach otrzymujesz około 10 ^ 20 cząstek (cząsteczek lub atomów) na cm sześcienny. Kiedy zejdziesz do ultra wysokiej próżni (ciśnienie 10 ^ -10 mbar) w komorze takiej jak na poniższym obrazku, otrzymasz milion cząstek na cm sześcienny. Wciąż dużo, ale nie można zejść niżej ze „standardowym” sprzętem naukowym.
(Multiprobe Surface Science System at NBMC )
Aby zejść niżej, musisz odwiedzić CERN, gdzie możesz znaleźć „kontener antymaterii” z 10 ^ – Ciśnienie wewnątrz 17 mbar.
(Pułapka jonowa w CERN)
To jak sto cząstek w sześcienny cm. Rozważmy rozmiar atomu na około 10 ^ -12 m, a otrzymamy coś w rodzaju krótkotrwałych kilku milimetrów sześciennych objętości z absolutną próżnią między atomami (średnio). Teraz rozmawiamy! Jest to objętość, o której normalny człowiek (nie-fizyk) może z łatwością pomyśleć.
Jeśli to ci nie wystarcza, musisz sięgnąć po naturalną próżnię. I oczywiście nie można tego zaobserwować na Ziemi, ponieważ wokół nas lata mnóstwo rzeczy.
Więc musisz przenieść się poza naszą planetę. Dla ciśnień 10 ^ -17 mbar (podobnie jak w CERN) musielibyście odwiedzić przestrzeń międzyplanetarną, ale chcemy WIĘCEJ! To znaczy mniej…
Następnym krokiem byłoby opuszczenie Układu Słonecznego i przeniesienie się w przestrzeń międzygwiazdową. W naszej galaktyce szacunkowa gęstość cząstek międzygwiazdowych wynosi około pięćdziesięciu tysięcy na metr sześcienny. WHOA! Możesz włożyć palec w absolutną próżnię! Tylko na chwilę, ponieważ cząsteczki parujące ze skafandra szybko go zanieczyściły. A jeśli palec nie wystarczy, przenieśmy się w przestrzeń międzygalaktyczną z jedną cząsteczką na metr sześcienny . Teraz cała twoja głowa mieści się w absolutnej próżni!
(Myślę, że byłoby to miejsce, w którym niektórzy ludzie mogliby znaleźć równowagę w życiu. Absolutnie nic na zewnątrz i wewnątrz głowy!)
Gratulacje, jeśli udało Ci się przeczytać wszystkie powyższe i zajść aż tak daleko.
ALE.
W tym momencie Muszę cię rozczarować! Nawet gdybyś zdołał wędrować w międzygalaktyczną przestrzeń szukając naprawdę pustego miejsca, w którym mógłbyś włożyć głowę, zdałbyś sobie tylko sprawę, że jest ono pełne… ENERGII! Tam jest kosmiczne mikrofalowe tło. Reliktowe promieniowanie z czasów Wielkiego Wybuchu czeka na Ciebie w każdym zakątku Wszechświata…
Tak – gdybyś kiedykolwiek mógł pozbyć się całej materii, zostało by jeszcze dużo energii.
A nawet gdybyś mógł w jakiś sposób przesłonić całe promieniowanie, teoria kwantowa nie pozwoliłaby ci być samemu… ponieważ nawet całkowicie absolutna próżnia kwantowa jest pełna fluktuacji energii i wirtualnych cząstek. Wniosek jest taki:
NIE MOŻE BYĆ BEZWZGLĘDNEJ ODKURZACZA W WSZECHŚWIECIE.
Ups! Przepraszam. Czy zapomniałem ci powiedzieć, że znamy się od dłuższego czasu? Odkąd dwa tysiące lat temu Arystoteles powiedział, że natura nie znosi próżni ?