Технология откачки вещества (чаще всего воздуха) была изобретена в Новое время в период активного развития физики. Но на самом деле мысли о возможности существования ёмкостей, не наполненных каким-либо веществом, то есть абсолютно пустых, посещали умы величайших учёных и философов Древней Греции. Фалес Милетский, древнегреческий математик и философ, рассуждал в своих работах о вероятном строении окружающего газа и возможности извлечения обычного воздуха из теоретического сосуда «подобно извлечению камня из бочки».
Навигация:
- Гелиевые течеискатели
- Турбомолекулярные насосы
- Спиральные насосы
- Форвакуумные насосы
- Вакуумметры
- Вакуумные камеры
- Заключение
Сейчас же вакуумная техника представляет собой серьёзное оборудование, используемое в большом перечне производств. Чаще всего обычный человек встречается с продуктами вакуумной и компрессорной техники в быту, когда покупает продукцию, упакованную в специальные пакеты, из которых откачивают воздух. Данная технология помогает продлить срок хранения пищевого продукта или неустойчивого к окислению материала.
Также вакуумная техника активно используется учёными во время проведения экспериментов с оптическими приборами, химическими реактивами и органическими соединениями. Применение вакуума в электронике практикуется ещё с начала прошлого века, к примеру, самой популярной радиодеталью, где используется технология создания низкого давления – вакуумные резисторы.
В этой статье рассматривается следующая современная вакуумная техника:
- Гелиевые течеискатели.
- Турбомолекулярные насосы.
- Спиральные насосы.
- Форвакуумные насосы.
- Вакуумметры.
- Вакуумные камеры.
Гелиевые течеискатели
Древние учёные не имели необходимости в специальных приборах, предназначенных для нахождения течей – мест, где герметичность ёмкости, упаковки или какой-либо части механизма, содержащей вещество, нарушена. Они всегда могли самостоятельно «на глаз» обнаружить повреждение. Возникновение же спроса на течеискатели начинается во времена активного развития паровых машин, когда даже незаметная для человеческого глаза течь может привести к аварии и разрыву котла.
В наше время требования к течеискателям становятся всё выше и выше. Стандартной воды, используемой как тестовое вещество для поиска течи, уже недостаточно. Самым популярным веществом в данной технологии является гелий, потому что этот газ имеет хорошую проходимость, летучесть и способность к обнаружению специальными приборами. Благодаря этим свойствам и находят течи.
Турбомолекулярные насосы
Вакуумная техника и технология откачки воздуха активно развивается. В данный момент для продления срока хранения быстропортящихся продуктов и для выполнения различных научных задач активно используются турбомолекулярные насосы, способные создать необходимое отрицательное давление в определённой ёмкости. Для этого применяется следующая основная вакуумная техника и оборудование: турбомолекулярные, форвакуумные и спиральные насосы, приборы для измерения вакуума и вакуумные камеры. Турбомолекулярные насосы представляют собой специальные механизмы, откачивающие газ благодаря разности давлений, создаваемой системой лопастей. Но перед использованием этого механизма обязательно использование форвакуумного насоса для экономии электроэнергии из-за высокого энергопотребления турбомолекулярного насоса. Основной характеристикой данных насосов являются коэффициент компрессии – показатель отрицательного давления в сосуде, зависящий от состава откачиваемого газа (за нормальные условия принимается обыкновенный воздух), количество лопастей (ступеней), их диаметром и скоростью вращения. Второй важный показатель – это остаточное давление, достигаемое по прошествии 48 часов после окончания работы насоса.
Спиральные насосы
Турбомолекулярные насосы применяются обычно для откачки газов из сосуда. А что делать, если необходимо откачать жидкость? Для этого можно применить спиральный или по-другому винтовой насос. Данный насос наряду с поршневыми и плунжерными типами предназначен для откачки жидкостей. Он имеет свои преимущества и недостатки. В сравнении с его собратьями, спиральный насос производит меньше шума, подаёт жидкость равномерно, быстрее нагнетает необходимое давление и обладает достаточной надёжностью для работы в тяжёлых полевых условиях.
Однако данный тип насосов имеет и свои недостатки, основные из которых:
- Высокая цена, сложность производства.
- Невозможность регулировки рабочих объёмов.
- Быстрый износ при использовании данной техники вхолостую.
Важно сказать, что сравнительно недавно спиральные насосы претерпели значительные изменения, благодаря которым модифицированные версии винтового насоса способны откачивать не только жидкости различной вязкости, но и разнообразные газы с разной плотностью. Таким образом винтовые насосы используются в горнодобывающей промышленности для добычи или же извлечения из какой-либо естественной ёмкости опасных или ценных тяжёлых газов. Подобная технология применяется для обезвоживания залитых пещер.
Форвакуумные насосы
Для того чтобы сэкономить большое количество потребляемой турбомолекулярным насосом энергии и для создания предварительных низких давлений (форвакуумов) применяют относительно дешёвые, но малоэффективные насосы. Первые форвакуумные насосы были применены немецкими учёными в начале 20 века во время разработки вакуумных резисторов, которые, конечно же, не могут идти ни в какое сравнение с современными радиодеталями. Форвакуумные насосы не могут создать такое же низкое давление, какое создают их «собратья», но они значительно экономят электроэнергию и облегчают работу, что и делает их незаменимыми на крупных производствах с большим производственным объёмом и на мелких предприятиях, где избыточно низкое давление не требуется.
Вакуумметры
Вакуумметры применяются для измерения давления в ёмкости или специальной вакуумной камере. Они делятся по принципу действия и различаются возможностями показывать различное давление в зависимости от их устройства. Самыми распространёнными бытовыми вакуумметрами являются классические манометры, использующие принцип вытеснения паров воды и масла. Эти устройства легки в производстве, компактны и обладают низкой себестоимостью, но неспособны измерять очень точное низкое давление.
Также существуют следующие виды вакуумметров (перечисление идёт от самых простых и дешёвых до дорогих и точных):
- Ёмкостные – при изменении расстояния между обкладками конденсатора изменяется его ёмкость, что и показывает давление в окружающей его среде.
- Терморезисторные – данные манометры по-другому могут называться вакуумметром Пирани.
- Термопарные – работа основана на принципе изменения сопротивления термопары при нагревании и охлаждении.
- Ионизационные – это вакуумный диод, работающий с ионизирующим газом.
- Альфатрон – новейший метод измерения давления. Из-за своей дороговизны используется только в экспериментах с плазмой, проверке космических аппаратов.
Обычно вакуумметры встроены в вакуумные камеры, что очень удобно при проведении физических исследований. Они также могут быть отдельными приборами, помещаемые в сосуд, в котором будет нагнетаться какой-либо газ.
Вакуумные камеры
В производстве вакуумные камеры малоприменимы. Основная область, где необходимо использование этих камер высокого вакуума – научная сфера. Вакуумные камеры конструируются для проведения различных физических опытов и экспериментов. В производстве чаще всего их используют для очень быстрой сушки древесины или подобного сырья органического происхождения. В последние 20 лет вакуумные камеры нашли своё применение в медицине. Они применяются для хранения особо неустойчивых к влаге медикаментов и препаратов. Аналогичные камеры используются биологами для быстрого изготовления высушенных органических веществ, применяемых в научных исследованиях. Физика также используются вакуумные камеры в ускорителях заряженных частиц для того, чтобы пучок электронов не рассеивался во время прохождения очередного круга.
Заключение
Производство вакуумной техники до сих пор активно развивается, благодаря чему остальная промышленность имеет возможность значительно сократить свои издержки, получить доступ к ранее недоступным местам (если речь идёт о какой-либо горнопромышленной деятельности) и использовать новейшие методы, применяемые в научных экспериментах. Мы можем быть уверенны в том, что развитие вакуумной техники и новейших методов применения данной технологии в жизни человека не будут терять актуальность в ближайшие 40-50 лет. Очевидность развития технологии создания вакуума и в том, что в последнее время учёные всё чаще и чаще изучают воздействие газов на проходящие через них фотоны. Как известно в космосе имеется относительный вакуум, который совершенно по-другому влияет на свет, излучаемый Солнцем и звёздами. В условиях открытой рыночной экономики купить испытательные вакуумные камеры, спиральный форвакуумный насос или другую вакуумную технику не представляет особого труда. Как говорится: «Лишь бы были средства».
