Bästa svaret
Grundläggande för vakuum
För en djupare titt på vakuumsystem, läs ”Att sätta vakuum till jobbet”, ”Pressa energibesparingar från pneumatiska system,” ” Hantering av vakuumdesign, ”och” Designa med vakuum och sugkoppar. ”
Evakuera luft från en sluten volym utvecklar en tryckskillnad mellan volymen och den omgivande atmosfären. Om denna slutna volym är bunden av ytan på en vakuumkopp och ett arbetsstycke kommer atmosfärstrycket att trycka ihop de två föremålen. Mängden hållkraft beror på ytan som delas av de två föremålen och vakuumnivån. I ett industriellt vakuumsystem tar en vakuumpump eller generator bort luft från ett system för att skapa en tryckskillnad.
Eftersom det är praktiskt taget omöjligt för att ta bort alla luftmolekyler från en behållare kan inte ett perfekt vakuum uppnås. Naturligtvis, när mer luft avlägsnas, ökar tryckskillnaden och den potentiella vakuumkraften blir större.
Vakuumnivån bestäms av tryckskillnaden mellan den evakuerade volymen och den omgivande atmosfären. Flera måttenheter kan användas. De flesta hänvisar till höjden på en kvicksilverkolonn – vanligtvis tum kvicksilver (in.-Hg) eller millimeter kvicksilver (mm-Hg). Den vanliga metriska enheten för vakuummätning är millibar eller mbar. Andra tryckenheter som ibland används för att uttrycka vakuum inkluderar de sammanhängande enheterna atmosfärer, torr och mikron. En standardatmosfär är lika med 14,7 psi (29,92 in.-Hg). Varje fraktion av en atmosfär är ett partiellt vakuum och motsvarar negativt tryck. En torr definieras som 1/760 av en atmosfär och kan också betraktas som 1 mm-Hg, där 760 mm-Hg är lika med 29,92 in.-Hg. Ännu mindre är mikronen, definierad som 0,001 torr. Dessa enheter används emellertid oftast när man arbetar med nästan perfekta dammsugare, vanligtvis under laboratorieförhållanden, och sällan i applikationer med flytande kraft.
Atmosfärstrycket mäts med en barometer. En barometer består av ett evakuerat vertikalt rör med dess övre ände stängd och dess nedre ände vilar i en behållare med kvicksilver som är öppen för atmosfären, Figur 1. Trycket som utövas av atmosfären verkar på den exponerade ytan av vätskan för att tvinga kvicksilver upp i röret. Atmosfärstrycket vid havsnivån stöder en kvicksilverkolonn i allmänhet inte mer än 29,92 tum. hög. Således är standarden för atmosfärstryck vid havsnivå 29,92 in.-Hg, vilket motsvarar ett absolut tryck på 14,69 psia.
De två grundläggande referenspunkterna i alla dessa mätningar är standardatmosfärstryck och en perfekt Vakuum. Vid atmosfärstryck motsvarar värdet 0 in.-Hg 14,7 psia. Vid den motsatta referenspunkten, 0 psia, – ett perfekt vakuum (om det kunde uppnås) – skulle ha ett värde som är lika med den andra ytterligheten i dess intervall, 29,92 in.-Hg. Beräkning av arbetskrafter eller volymförändringar i vakuumsystem kräver emellertid omvandlingar till undertryck (psig) eller absolut tryck (psia).
Atmosfäriskt tryck tilldelas värdet noll på ratten för de flesta tryckmätare. . Vakuummätningar måste därför vara mindre än noll. Negativt mättryck definieras i allmänhet som skillnaden mellan ett givet systemvakuum och atmosfärstryck.
Vakuummätning
Flera typer av mätare mäter vakuumnivån. En Bourdon-rörmätare är kompakt och den mest använda anordningen för övervakning av vakuumsystemets funktion och prestanda. Mätningen baseras på deformationen av ett böjt elastiskt Bourdon-rör när vakuum appliceras på mätarens port. Med rätt koppling indikerar sammansatta Bourdon-rörmätare både vakuum och positivt tryck.
En elektronisk motsvarighet till vakuummätaren är givaren. Vakuum eller tryck avböjer ett elastiskt metallmembran. Denna avböjning varierar de elektriska egenskaperna hos sammankopplade kretsar för att producera en elektronisk signal som representerar vakuumnivån.
Figur 3. Absolut tryckmätare mäter vakuum som skillnaden i kvicksilvernivå i sina två ben.
En manometer med U-rör, figur 2, indikerar skillnaden mellan två tryck. I sin enklaste form är en manometer ett transparent U-rör halvfylld med kvicksilver. Med båda ändarna av röret utsatt för atmosfärstryck kvicksilvernivån i varje ben är densamma. Att använda ett vakuum på ett ben får kvicksilver att stiga i det läget g och att falla i den andra. Skillnaden i höjd mellan de två nivåerna indikerar vakuumnivån. Manometrar kan mäta vakuum direkt till 29,25 tum. – Hg.
En absolut tryckmätare visar trycket över ett teoretiskt perfekt vakuum.Den har samma U-form som manometern, men ett ben på den absoluta tryckmätaren är förseglad, Figur 3. Kvicksilver fyller detta förseglade ben när mätaren är i vila. Att applicera vakuum på det oförseglade benet sänker kvicksilvernivån i det förseglade benet. Vakuumnivån mäts med en glidskala placerad med sin nollpunkt vid kvicksilvernivån i det oförseglade benet. Således kompenserar denna mätare för förändringar i atmosfärstrycket.
Industriella vakuumsystem
Dammsugare faller i tre intervall:
- grov (eller grov), upp till 28 tum.-Hg
- mitten (eller fin), upp till en mikron,
- hög, mer än en mikron.
Nästan alla industriella vakuumsystem är grova. I själva verket fungerar de flesta lyft- och arbetshållningsapplikationer vid vakuumnivåer på endast 12 till 18 tum. -Hg. Detta beror på att det i allmänhet är mer ekonomiskt att öka lyft- eller hållkraften genom att öka kontaktytan mellan arbetsstycket och vakuumkoppen än att dra ett högre vakuum och använda samma kontaktyta.
Mittvakuum används för processapplikationer såsom molekylär destillation, frystorkning, avgasning och beläggning. Höga dammsugare används i laboratorieinstrument, såsom elektronmikroskop, masspektrometrar och partikelacceleratorer.
Ett typiskt vakuumsystem består av en vakuumkälla, leveransledningar, kopplingar och olika reglerventiler, omkopplare, filter och skyddsanordningar. Förebyggande av läckage är särskilt viktigt med vakuumsystem eftersom även mycket små läckor kan minska prestanda och effektivitet avsevärt. Om plastslangar används – som ofta är fallet – se till att de är konstruerade för dammsugning. I annat fall kan slangens väggar kollapsa under vakuum och blockera flöde. Vakuumledningar bör också vara så korta och smala som det är praktiskt för att begränsa luftvolymen som måste evakueras.
En viktig designhänsyn för arbetshållningstillämpningar är att använda vakuumpumpen endast för att uppnå vakuumnivån nödvändig. När arbetsstycket har kommit i kontakt med vakuumkoppen och det erforderliga vakuumet uppnåtts, kommer avstängning av en normalt stängd ventil att hålla vakuumet på obestämd tid – förutsatt att inget läckage uppstår. Att hålla ett vakuum på detta sätt förbrukar ingen energi och undviker att behöva använda vakuumpumpen kontinuerligt.
Företagen erbjuder också proprietära anordningar, såsom vakuumkoppar med integrerade ventiler och ventiler som avslutar flödet från en kopp som uppvisar alltför stora läckage. Denna ventil är utformad för att undvika avstängning av falsklarm när du håller i porösa arbetsstycken (t.ex. kartong), men förhindrar dock läckage vid en vakuumkopp från att minska vakuum vid en intilliggande kopp.
Vakuumpumpval
Det första stora steget för att välja rätt vakuumpump är att jämföra applikationsvakuumkrav med maximala vakuumvärden för kommersiella pumpar. På låga nivåer finns det ett stort urval av pumpar. Men när vakuumnivån ökar, minskar valet, ibland till den punkt där endast en pumptyp kan vara tillgänglig.
För att beräkna ett systems vakuumbehov, överväg alla arbetsenheter som ska drivas. Enhetens vakuum kan bestämmas av beräkningar baserat på handbokformler, teoretisk data, kataloginformation, prestandakurvor eller tester gjorda med prototypsystem. När du väl känner till det vakuum som krävs kan du börja leta efter pumpar som kan tillgodose applikationskrav.
Den maximala vakuumgraden för en pump uttrycks vanligtvis för antingen kontinuerliga eller intermittenta driftscykler och kan erhållas från pumptillverkare. Eftersom det maximala teoretiska vakuumet vid havsnivå är 29,92 in.-Hg, faktiska pumpfunktioner baseras på och jämförs med detta teoretiska värde. Vakuumgränsen varierar beroende på pumpens konstruktion från 28 till 29,5 in.-Hg eller cirka 93\% eller 98\% av det maximala teoretiska värdet. För vissa pumptyper kommer det maximala vakuumvärdet attbaseras på denna praktiska övre gräns. För andra, där värmeavledning är ett problem, kan det maximala vakuumvärdet också ta hänsyn till tillåten temperaturökning.
Mekaniska vakuumpumpar
En konventionell vakuumpump kan betraktas som en kompressor som arbetar med sitt intag under atmosfärstryck och urladdning vid atmosfärstryck. Kompressorer och vakuumpumpar har identiska pumpmekanismer. Vakuumpumpen är helt enkelt rörledd för att suga ut luft från en sluten behållare och avgas till atmosfären, vilket är precis motsatsen till vad en kompressor gör. Även om maskinerna har många likheter måste två signifikanta skillnader mellan komprimerings- och vakuumpumpningsåtgärder övervägas i systemdesignen. Den maximala tryckförändringen som produceras av en vakuumpump är begränsad. det kan aldrig vara högre än atmosfärstrycket. Dessutom, när vakuum ökar, sjunker luftvolymen genom pumpen kontinuerligt.Därför måste själva pumpen slutligen absorbera praktiskt taget all genererad värme.
Mekaniska vakuumpumpar kategoriseras i allmänhet antingen positiv deplacement eller icke-positiv deplacement (dynamisk). Pumpar med positiv förskjutning drar en relativt konstant luftvolym trots någon variation i vakuumnivån och kan dra ett relativt högt vakuum. De huvudsakliga typerna av pumpar med positiv förskjutning inkluderar: fram- och återgående kolv, roterande skovel, membran, flikad rotor och roterande skruvkonstruktioner.
Pumpar som inte är positiva deplacement använder kinetiska energiförändringar för att flytta luft ut ur ett slutet system. De ger mycket höga flödeshastigheter men kan inte uppnå högt vakuum. Större icke-positiva deplacementpumpar är flerstegs centrifugal, axiella flödesenheter och regenerativa (eller perifera) fläktar. Av dessa är endast fläkten ett ekonomiskt val för fristående eller dedikerade vakuumsystem.
Temperaturöverväganden är mycket viktiga när man väljer en mekanisk vakuumpump, eftersom hög extern eller intern värme i hög grad kan påverka pumpens prestanda och service liv. Intern pumptemperatur är viktig eftersom när vakuumnivån ökar finns mindre luft för att transportera bort den genererade värmen, så pumpen måste absorbera mer av värmen. Tunga pumpar med kylsystem krävs ofta för högvakuumapplikationer. Men lätta pumpar kan arbeta vid maximalt vakuum under korta perioder om det finns en tillräcklig avkylningsperiod mellan cyklerna. Pumpen upplever en total temperaturökning som ett resultat av alla värmekällor som verkar på den – internt genererad värme plus värme från internt läckage, kompression, friktion och yttre omgivningstemperatur.
Vakuumpumpar av Venturi-typ
Många maskiner som kräver vakuum använder också tryckluft. Och om vakuum endast behövs intermittent kan den komprimerade luften som redan finns tillgänglig användas för att generera vakuum genom en anordning som kallas en vakuumgenerator, även känd som en vakuumutkastare eller vakuumpump. Dessutom kan tryckluften också användas i kombination med en vakuumkopp genom att producera en luftpust för att påskynda frisättningen av arbetsstycket.
Vakuumgeneratorer arbetar baserat på venturiprincipen, Figur 4. Filtrerad, icke-smord tryckluft kommer in genom inloppet A . En diffusoröppning (munstycke), B , gör att luftströmmen ökar i hastighet och därmed sänker sitt tryck, vilket skapar ett vakuum i kanalen C . Luftströmmen utströmmar till atmosfären genom ljuddämpare D .
Vakuumgeneratorer erbjuder flera fördelar. De är kompakta och lätta, så de kan ofta monteras vid eller nära användningsstället. De är billiga och behöver inte underhåll i samband med mekaniska vakuumpumpar eftersom de inte har några rörliga delar. De behöver inte någon elektrisk kraftkälla eftersom de genererar vakuum genom att knacka på ett befintligt tryckluftssystem. Om det eftermonteras i en maskin kan dock kapaciteten i det befintliga pneumatiska systemet behöva ökas. Värmeproduktion, som ofta är den begränsande faktorn med mekaniska vakuumpumpar, är lite bekymmer för vakuumgeneratorer.
Mekaniska pumpar specificeras oftast för att förse en maskin med vakuum kontinuerligt. Men många av dessa maskiner använder faktiskt vakuum bara intermittent på många olika platser. I sådana fall kan vakuumgeneratorer tillhandahålla ett praktiskt alternativ genom att tillföra vakuum intermittent vid varje källa snarare än kontinuerligt för hela maskinen.
Vakuumgeneratorer styrs helt enkelt genom att initiera eller avsluta tryckluftflödet till munstycket. Vakuumgeneratorer har använts i årtionden, men relativt nya förbättringar har lett till munstycksdesigner som ger högre driftseffektivitet.
En annan utveckling med venturis är de flera stegs vakuumgeneratorerna. I denna konfiguration rörs två eller flera vakuumgeneratorer i serie för att producera större vakuumflöde utan att använda mer tryckluft. I huvudsak fungerar avgaserna från det första munstycket (som bestämmer den maximalt uppnåbara vakuumnivån) som ingång för ett andra steg. Avgas från det andra steget fungerar sedan som input för ett tredje steg. Detta innebär att en flerstegsgenerator evakuerar en given volym snabbare än en enstegsgenerator gör, men de kommer så småningom att dra samma vakuumnivå.
Att välja en vakuumgenerator beror på den lyftkraft som krävs och den volym luft som måste evakueras.Lyftkraften beror på vakuumnivån som generatorn kan dra – vilket i sin tur beror på det tillförda lufttrycket – och vakuumkoppens effektiva yta. I de flesta applikationer är det viktigt att en generator kan dra det nödvändiga vakuumet på så kort tid som möjligt för att minimera luftförbrukningen.
Svar
Det beror ganska på ”vad” skulle absolut vakuum vara och ”var” vill du att den ska vara.
Om du vill ha en volym utan någon materia (atomer eller molekyler) är det möjligt att skapas här på jorden.
MEN.
Endast i extremt liten volym och under mycket kort tid.
Generellt sett är partiklar densiteten minskar när du sänker trycket. Under normala förhållanden får du ungefär 10 ^ 20 partiklar (molekyler eller atomer) per kubik cm. När du går ner till det extremt höga vakuumet (tryck på 10 ^ -10 mbar) i en kammare som den på bilden nedan, får du som miljoner partiklar per kubik cm. Fortfarande ganska mycket, men du kan inte bli lägre med ”standard” vetenskaplig utrustning.
(Multiprobe Surface Science System vid NBMC )
För att bli lägre måste du besöka CERN, där du kan hitta ”anti-materia-behållaren” med 10 ^ – 17 mbar tryck inuti.
(Jonfälla vid CERN)
Det är som hundra partiklar i en kubik cm. Tänk på att en atoms storlek är cirka 10 ^ -12 m och du får ungefär som kortlivade flera kubikmillimetervolymer med absolut vakuum mellan atomerna (i genomsnitt). Nu snackar vi! Det här är den volym som en normal människa (icke-fysiker) lätt kan tänka sig.
Om detta inte räcker för dig måste du gå för naturligt vakuum. Och detta kan uppenbarligen inte observeras på jorden eftersom vi har många saker som flyger runt oss.
Så du måste flytta utanför vår planet. För tryck på 10 ^ -17 mbar (CERN-liknande) måste du besöka det interplanetära utrymmet, men vi vill ha MER! Jag menar, mindre …
Nästa steg skulle vara att lämna solsystemet och flytta in i det interstellära rummet. I vår galax är den uppskattade interstellära partikeldensiteten cirka femtio tusen per kubikmeter. OJ! Du kan sätta fingret i ett absolut vakuum! Bara för en liten stund, eftersom molekyler som avdunstar från din rymddräkt snabbt skulle förorena den. Och om fingret inte räcker, låt oss gå in i intergalaktiskt utrymme med en partikel per kubikmeter . Nu passar hela ditt huvud in i det absoluta vakuumet!
(Jag tror det skulle vara den plats där vissa människor kunde hitta en viss balans i livet. Absolut ingenting utanför och inuti huvudet!)
Grattis om du lyckades läsa allt ovan och gå så långt.
MEN.
Vid denna tidpunkt Jag måste göra dig besviken! Även om du lyckades vandra in i det intergalaktiska utrymmet och leta efter en riktigt tom plats att sätta huvudet på, skulle du bara inse att det är fullt av … ENERGI! Den kosmiska mikrovågsbakgrunden finns där. Relikstrålning från Big Bangs tid väntar på dig i varje hörn av universum …
Ja – om du någonsin skulle kunna bli av med all materia, skulle det fortfarande vara mycket energi kvar.
Och även om du på något sätt kunde screena all strålning, skulle kvantteorin inte låta dig vara ensam … eftersom till och med helt och hållet absolut kvantvakuum är fullt av energifluktuationer och virtuella partiklar. Så slutsatsen är:
DET KAN INGEN ABSOLUTT VAKUUM ÖVERallt I UNIVERSET.
OOPS! Förlåt. Glömde jag att berätta att vi vet det ganska länge? Eftersom Aristoteles sa att naturen avskyr vakuum för över två årtusenden sedan?