Základ pro získání vakua může být založen na dvou principech: prvním je odstranění plynu z evakuované nádoby mimo vakuový systém, druhým je vázání plynu ve vakuovém systému. První princip je implementován v plynových výtlačných čerpadlech.
Hmota plynu se může pohybovat periodicky, v oddělených částech nebo kontinuálně.
Pro odstranění části plynu je nutné izolovat určitý objem plynu v pracovní komoře čerpadla, přesunout jej ze vstupu čerpadla k výstupu, stlačit jej během pohybu na tlak větší, než je tlak na výstupu. části čerpadla a vytlačte plyn z čerpadla.
Vakuové vývěvy, které odčerpávají plyn v oddělených částech v důsledku periodických změn objemu a polohy pracovní komory, se nazývají volumetrické vývěvy. Objemové vývěvy jsou pouze mechanické vývěvy, to znamená vývěvy, jejichž čerpací činnost je založena na pohybu plynu v důsledku mechanického pohybu pracovních částí vývěvy.
Pro kontinuální odstraňování neutrálních molekul plynu je nutné mít těleso, které by plyn neustále strhávalo a pohybovalo. Takovým tělesem může být kontinuálně se pohybující pevný povrch nebo proud kapaliny, páry nebo plynu. Při srážce s pohybujícím se pevným povrchem a v důsledku vnitřního tření získávají molekuly plynu přednostní směr pohybu.
Mechanická čerpadla, jejichž čerpací činnost je založena na strhávání odváděného plynu spojitě se pohybujícími pevnými povrchy, se nazývají molekulární čerpadla, protože pohyblivé části čerpadla působí na jednotlivé molekuly.
Celková kinetická energie usměrněného pohybu získaná tokem molekul určuje nejvyšší tlak ve výstupní části čerpadla, při kterém může čerpadlo ještě odčerpat, to znamená přenést hmotu plynu ze strany s nízkým tlakem na stranu s vyšším tlakem plynu. Tento poslední tlak se nazývá výstupní tlak čerpadla.
Nejvyšší výstupní tlak je jednou z hlavních charakteristik nejen molekulárních, ale i jiných typů čerpadel, ve kterých se pohybuje plyn, zejména tryskových čerpadel.
Vývěvy, které realizují druhý princip vytváření vakua, se nazývají sorpční vývěvy. Plyn v sorpčních čerpadlech může být vázán getrem1 a může být sorbován a kondenzován na chlazeném povrchu.
Klasifikace vývěv podle principu jejich činnosti je na Obr. 1-3.
Rozsah použití vývěv je dán jejich parametry (charakteristikou). Mezi hlavní charakteristiky vývěv patří maximální zbytkový tlak, rychlost působení, produktivita, nejvyšší startovací tlak, nejvyšší provozní tlak a již zmíněný nejvyšší výstupní tlak.
Rýže. 1-3. Klasifikace vývěv.
Maximální zbytkový tlak vývěvy je nejnižší tlak, kterého lze za určitých podmínek pomocí dané vývěvy dosáhnout.
Provozní rychlost vývěvy je rychlost čerpání získaná ve vstupní části vývěvy během jejího provozu. Ve své řadě
rychlost čerpání je objem plynu při daném tlaku odčerpaný za jednotku času a rychlost čerpání se vždy vztahuje k úseku, ve kterém je tlak měřen. Dimenze rychlosti čerpání je l/s, m3/h a další jednotky od nich odvozené.
Výkon vývěvy charakterizuje průtok plynu ve vstupní části vývěvy při daném tlaku a vyjadřuje se v m3-Pa/s (nebo l-μm Hg/s) a dalších průtokových jednotkách. Je snadné ukázat, že výkon čerpadla je součinem rychlosti čerpání a tlaku, při kterém je měřen.
Nejvyšší spouštěcí tlak vývěvy je nejvyšší tlak v její vstupní části, při kterém může vývěva začít pracovat Nejvyšší provozní tlak vývěvy je nejvyšší tlak v její vstupní části, při kterém vývěva udržuje své jmenovité provozní otáčky po dobu dlouhá doba.
Maximální zbytkový tlak, maximální startovací tlak, maximální provozní tlak a maximální výstupní tlak jsou vyjádřeny v jednotkách tlaku plynu Pa (pascalech) a dalších odvozených jednotkách.
Podle definice je vakuum prostor bez hmoty. Ve strojírenství a aplikované fyzice se vakuem rozumí médium obsahující plyn o tlaku výrazně nižším než atmosférický.
Pro názornost se podívejme na příklad, co je vakuum a jak se měří.
Na naší planetě je atmosférický tlak braný jako jedna (jedna atmosféra). Mění se v závislosti na počasí, nadmořské výšce a tak dále, ale nebudeme to brát v úvahu, protože to v našem případě nijak neovlivní koncept vakua. Máme tedy tlak na zemském povrchu rovný 1 atmosféře, vše pod 1 atmosférou bude technické vakuum.
Vezmeme nějakou nádobu a uzavřeme ji vzduchotěsným víkem. Tlak v nádobě bude 1 atmosféra. Pokud začneme z nádoby odčerpávat vzduch, vznikne v ní vakuum, kterému budeme říkat vakuum.
Obrázek obvykle ukazuje 3 nádoby, v levé nádobě je 10 kruhů, nechť se to rovná 1 atmosféře. Pokud odčerpáme polovinu, dostaneme 0,5 atmosféry, pokud odčerpáme více, dostaneme 0,1 atmosféry (toto jsou 3 nádoby, jeden kruh).
Protože v nádobě je pouze jedna atmosféra, teoreticky maximální vakuum, které můžeme získat, je nula atmosfér. Proč teoreticky? Protože je nemožné zachytit absolutně všechny molekuly z nádoby.
Proto v každé nádobě, ve které byl odčerpán vzduch (plyn), vždy nějaké jeho minimální množství zůstává. A toto množství se nazývá zbytkový tlak, tzn. tlak, který zůstává v nádobě po odčerpání plynů z ní.
Existují speciální pumpy, které mohou dosáhnout hlubokého vakua až 0,00001 Pa, ale stále ne na nulu.
V běžném životě je zřídka vyžadováno vakuum pod 0,5 – 10 Pa (0,0005 – 0,0001 atm.).
Existuje několik možností měření vakua v závislosti na volbě referenčního bodu.
- Za jednotku se považuje atmosférický tlak, tzn. vše pod atmosférickým tlakem je technické vakuum. Vakuoměrná stupnice od 1,0 atm. do 0 atm.
- Atmosférický tlak se považuje za nulový. Tito. vakuum jsou všechna záporná čísla od 0 do -1. Stupnice vakuometru je od 0 do -1.
Takže stupnice mohou být v jiných jednotkách měření, například kPa, mBar a tak dále, ale to vše je podobné jako u stupnic v atmosférách. Ale doporučujeme zakoupit všechny vakuometry se stupnicí kPa (Pa), protože to odpovídá mezinárodnímu systému měření SI.
Na obrázku jsou vakuometry s různými stupnicemi, ale se stejným podtlakem.
Ze všeho, co bylo řečeno výše, je zřejmé, že velikost vakua nemůže být větší než atmosférický tlak.
Téměř každý den nás kontaktují lidé, kteří chtějí získat vakuum -2, -3 atm atd.
A jsou velmi překvapeni, když zjistí, že to není možné (mimochodem, každý druhý říká, že „vy sám nic nevíte“, „ale se sousedem je to tak“ atd. atd.)
Ve skutečnosti všichni tito lidé chtějí lisovat díly ve vakuu, ale tak, aby tlak na díl byl větší než 1 kg/cm2 (1 atmosféra).
Toho lze dosáhnout zakrytím produktu fólií, odsáváním vzduchu zespodu (v tomto případě v závislosti na vytvořeném vakuu bude maximální tlak 1 kg/cm2 (1 atm=1 kg/cm2)), a poté to vše umístit do autoklávu, ve kterém se vytvoří přetlak. To znamená, že k vytvoření tlaku 2 kg/cm2 stačí vytvořit v autoklávu přetlak 1 atm.
Nyní pár slov o tom, kolik zákazníků měří vakuum:
zapněte pumpu, položte prst (dlaň) na sací otvor vakuové pumpy a ihned udělejte závěr o velikosti vakua.
Obvykle každý opravdu rád porovná sovětskou vývěvu 2NVR-5DM a její analog VE-2100, který nabízíme.
Po takové kontrole vždy říkají to samé – vakuum 2NVR-5DM je vyšší (i když ve skutečnosti obě čerpadla produkují stejné parametry vakua).
Jaký je důvod této reakce? A jako vždy – v neznalosti fyzikálních zákonů a toho, co je obecně tlak.
Malé poučení: tlak „P“ je síla, která působí na určitou plochu, směřující kolmo k této ploše (poměr síly „F“ k ploše „S“), tedy P = F/ S.
Jednoduše řečeno, je to síla rozložená na ploše.
Z tohoto vzorce je vidět, že čím větší je povrch, tím nižší bude tlak. A také síla potřebná ke zvednutí ruky nebo prstu ze vstupu čerpadla je přímo úměrná ploše povrchu (F=P*S).
Průměr sacího otvoru vývěvy 2NVR-5DM je 25 mm (plocha povrchu 78,5 mm2).
Průměr sacího otvoru vývěvy VE-2100 je 6 mm (plocha povrchu 18,8 mm2).
To znamená, že ke zvednutí ruky z otvoru o průměru 25 mm je potřeba síla 4,2krát větší než u otvoru o průměru 6 mm (při stejném tlaku).
To je důvod, proč, když se vakuum měří prsty, vzniká takový paradox.
Tlak “P” se v tomto případě vypočítá jako rozdíl mezi atmosférickým tlakem a zbytkovým tlakem v nádobě (tj. vakuem v čerpadle).
Jak vypočítat sílu přitlačení součásti k povrchu?
Velmi jednoduché. Můžete použít vzorec uvedený výše, ale zkusme to vysvětlit jednodušeji.
Řekněme, že potřebujete zjistit, jakou silou lze stlačit díl o rozměrech 10×10 cm, když se pod ním vytvoří vakuum pomocí pumpy VVN 1-0,75.
Odebíráme zbytkový tlak, který tato vývěva řady BBH vytváří.
Konkrétně u tohoto vodního kroužkového čerpadla VVN 1-0,75 je to 0,4 atm.
1 atmosféra se rovná 1 kg/cm2.
Plocha dílu je 100 cm2 (10 cm x 10 cm).
To znamená, že pokud vytvoříte maximální vakuum (tedy tlak na součástku bude 1 atm), pak bude součást stlačena silou 100 kg.
Protože máme vakuum 0,4 atm, tlak bude 0,4×100 = 40 kg.
Ale to je teoreticky, za ideálních podmínek, pokud nedochází k úniku vzduchu atp.
Reálně je potřeba s tím počítat a tlak bude o 20. 40% menší podle typu povrchu, rychlosti čerpání atp.
Nyní pár slov o mechanických vakuometrech.
Tato zařízení indikují zbytkový tlak v rozsahu 0,05. 1 atm.
To znamená, že nebude ukazovat hlubší vakuum (vždy bude ukazovat „0“). Například u jakékoli rotační lamelové vývěvy, jakmile je dosaženo jejího maximálního vakua, mechanický vakuometr vždy zobrazí „0“. Pokud je vyžadováno vizuální zobrazení hodnot zbytkového tlaku, musíte nainstalovat elektronický vakuoměr.
Často k nám přicházejí klienti, kteří tvarují díly ve vakuu (například díly z kompozitních materiálů: uhlíkové vlákno, sklolaminát apod.), je to nutné proto, aby při lisování unikal plyn z pojiva (pryskyřice) a tím se zlepšovaly vlastnosti hotový výrobek, stejně jako díl byl přitlačen do formy fólií, ze které byl odčerpáván vzduch.
Vyvstává otázka: jaké vakuové čerpadlo použít – jednostupňové nebo dvoustupňové?
Většinou si myslí, že když je vakuum dvoustupňového vyšší, díly budou lepší.
Vakuum u dvoustupňového čerpadla je 0,2 Pa a u jednostupňového čerpadla 2 Pa. Zdá se, že vzhledem k tomu, že rozdíl v tlaku je 10krát, bude součást lisována mnohem silněji.
Ale je to opravdu tak?
1 atm = 100000 1 Pa = 2 kg/cmXNUMX.
To znamená, že rozdíl v tlaku fólie při vakuu 0,2 Pa a 2 Pa bude 0,00018 kg/cm2 (pokud nejste příliš líní, můžete výpočty provést sami).
To znamená, že prakticky žádný rozdíl nebude, protože. zisk 0,18 g upínací síly nezmění počasí.
Informace převzaté z webu:
