Способы получения вакуума кратко

Обновлено: 07.07.2024

Первые исследования вакуума можно отнести ко временам Торричелли, когда после создания им манометра начались исследования так называемой Торричеллиевой пустоты, возникающей в ртутном манометре над поверхностью ртути. Долгое время шли споры о степени разрежения в этой области. Сейчас очевидно, что давление в этой области было около 10 −3 мм рт.ст. (давление насыщенного пара ртути при комнатой температуре), что по современным классификациям относится к области низкого вакуума. Однако такой метод откачки хотя и даёт возможность создавать достаточно неплохой вакуум, достаточный для проведения некоторых экспериментов, однако откачивание таким методом значительных объёмов не представляется возможным. Кроме того для многих экспериментов необходим высокий (10 −6 ) либо сверхвысокий (10 −9 ) вакуум.

Для получения столь высокого вакуума используются специальные насосы (кроме того, для создания сверхвысокого вакуума необходимо использовать прогреваемые системы со специальными тефлоновыми или металлическими прокладками). Для получения высокого и сверхвысокого вакуума используется комбинированная откачка. Форвакуумная откачка осуществляется например механическим насосом, либо, если высоковакуумный насос является орбитроном, форвакуум создаётся криосорбционным насосом, который позволяет получить вакуум, достаточный для запуска высоковакуумных насосов.

Используется два типа высоковакуумных насосов: магниторазрядные и диффузионные.

Принцип работы магниторазрядных насосов основан на нескольких эффектах. Первый – это геттерные свойства свеженапыленной плёнки титана, захватывающей молекулы остаточных газов, что используется в насосах типа орбитрон, в которых осуществляется термическое распыление титана; или воздействие на ионизированные молекулы газа электромагнитным полем, распыляющее титан для создания свеженапыленной плёнки титана.

Диффузионный насос по принципу действия подобен пылесосу, использующемуся для побелки: поток молекул рабочего газа увлекает за собой молекулы остаточных газов.

Для создания сверхвысокого вакуума, как средство предварительной откачки, используются криосорбционные насосы, создающие вакуум, достаточный для запуска орбитронов. Принцип их работы основан на зависимости абсорбционных свойств материала от температуры. Для откачки геттер (газопоглотитель) охлаждается жидким азотом, при этом его геттерные свойства улучшаются и он активно абсорбирует газ, создавая вакуум.

Сверхвысокий вакуум можно получить в космосе при разгерметизации сверхпрочного баллона с последующим герметичным закрыванием этого баллона. Применение специальных фильтров, не позволяющих попасть в этот баллон микрочастицам космического вещества, позволяет получить чистый сверхвысокий вакуум, способы достижения которого в земных условиях пока не изобретены.

В основу получения вакуума могут быть положены два принципа первый — удаление газа из откачиваемого сосуда за пределы вакуумной системы, второй — связывание газа в вакуумной системе. Первый принцип реализован в газоперемещающих насосах.

Перемещение массы газа можно производить периодически, отдельными порциями, и непрерывно.

Для удаления порции газа необходимо изолировать в рабочей камере насоса определенный объем газа, переместить его от входного патрубка насоса к выходному, сжать его в процессе перемещения до давления, большего, чем давление в выходном сечении насоса, и вытолкнуть газ за пределы насоса.

Вакуумные насосы, которые откачивают газ отдельными порциями в результате периодического изменения объема и положения рабочей камеры, называются объемными вакуумными насосами. Объемными вакуумными насосами являются только механические насосы, т. е. такие насосы, откачивающее действие которых основано на перемещении газа вследствие механического движения рабочих частей насоса.

Для непрерывного удаления нейтральных молекул газа необходимо иметь тело, которое постоянно увлекало бы и перемещало газ. Таким телом может быть непрерывно движущаяся твердая поверхность или струя жидкости, пара или газа. При соударении с движущейся твердой поверхностью и в результате внутреннего трения молекулы газа приобретают преимущественное направление движения.

Механические насосы, откачивающее действие которых основано на увлечении удаляемого газа непрерывно движущимися твердыми поверхностями, получили название молекулярных, так как движущиеся части насоса воздействуют на отдельные молекулы.

Суммарная кинетическая энергия направленного движения, приобретаемая потоком молекул, определяет то наибольшее давление в выходном сечении насоса, при котором насос еще может осуществлять откачку, т. е. осуществлять перенос массы газа со стороны с низким давлением на сторону с более высоким давлением газа. Это последнее давление называется выпускным давлением насоса.

Наибольшее выпускное давление является одной из основных характеристик не только молекулярных, «о и других типов насосов, в которых осуществляется перемещение газа, в частности струйных насосов.

Вакуумные насосы, в которых реализуется второй принцип создания вакуума, получили название сорбционных насосов. Газ в сорбционных насосах может связываться геттером1, может сорбироваться и конденсироваться на охлаждаемой поверхности.

Классификация вакуумных насосов по принципу действия приведена на рис. 1-3.

Область применения вакуумных насосов определяется их параметрами (характеристиками). К основным характеристикам вакуумных насосов относятся предельное остаточное давление, быстрота действия, производительность, наибольшее давление запуска, наибольшее рабочее давление и уже упоминавшееся наибольшее выпускное давление.

Рис. 1-3. Классификация вакуумных насосов.

Предельное остаточное давление вакуумного насоса— это то наименьшее давление, которое может быть достигнуто в определенных условиях с помощью данного насоса.

Быстрота действия вакуумного насоса есть быстрота откачки, получаемая во входном сечении насоса при его работе. В свою очередь

быстрота откачки есть объем газа при данном давлении, откачиваемый в единицу времени, причем быстрота откачки всегда относится к тому сечению, в котором измерено давление. Размерность быстроты откачки—л/с, м3/ч и другие производные от них единицы.

Производительность вакуумного насоса характеризует расход газа во входном сечении насоса при данном давлении и выражается в м3-Па/с (или л-мкм рт. ст/с) и в других единицах потока. Легко показать, что производительность насоса есть произведение быстроты откачки на давление, при котором она измерена.

Наибольшее давление запуска вакуумного насоса — это то наибольшее давление в его входном сечении, при котором насос может начать работу.Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса — это то наибольшее давление в его входном сечении, при котором насос длительное время сохраняет номинальную быстроту действия.

Предельное остаточное давление, наибольшее давление запуска, наибольшее рабочее давление и наибольшее выпускное давление выражаются в единицах давления газа Па (паскалях) и в других производных единицах.

Научный прогресс за последние столетия шагнул так далеко, что на сегодняшний день для исследователей нет практически ничего невозможного. В процессе экспериментов для точного анализа свойств того или иного материала нередко приходиться использовать технический вакуум. Впервые он потребовался для создания электронный ламп. Со временем сфера его применения расширилась, в частности, на сегодняшний день он незаменим для проведения исследований, позволяющий выяснить свойства тех или иных материалов при критических условиях.

Для чего нужно создание разреженной среды?

Разреженная газовая среда необходима, в первую очередь, для проведения научных исследований, именно это и послужило толчком к развитию и совершенствованию способов получения технического вакуума. Ученых, прежде всего, интересует воздействие разреженной среды на работу механизмов и устройств, которые создаются специально для работы в критических условиях. Технических вакуум является одним из обязательных компонентов исследований практически во всех отраслях современной науки:

в физике его используют для изучения поверхностных явлений, тепловых процессов, ядерных реакций;
в химической промышленности он необходим для изучения свойств чистых веществ, скорости реакций и создания синтетических материалов;
в приборостроении он незаменим при создании электронной техники, в частности, осветительных приборов, газоразрядных устройств, полупроводников, диэлектриков и оптических зеркал;
в металлургии используется при плавке металлов для придания им высокой механической прочности и введения в них новых компонентов;
с его помощью получают искусственные кристаллы алмаза, сапфира и рубины;
в космической промышленности с помощью вакуума моделируют среду для испытания спутников и ракет.

Также технический вакуум нашел свое применение в пищевой промышленности и строительстве, и, как предполагают специалисты, это далеко не предел.

Методы получения вакуума

Реже для создания технического вакуума используются геттерно-ионные, сублимационные и магнитные электроразрядные насосы. На сайте компании MSH Techno представленные различные модели вакуумных насосов — здесь вы можете подробнее узнать о приборах, помогающих поддерживать разреженную среду.

Измерение и поддержание вакуума

В ходе исследований необходимо тщательно контролировать и измерять состояние разреженной среды. Степень вакуума определяется количеством вещества, которое осталось в системе после откачки воздуха. Для измерения уровня разреженности используются специальные датчики — на сегодняшний день существует около двух десятков измерительных приборов, которые отличаются по диапазону измеряемых давлений и принципу действия.

Существуют датчики, предназначенные для непосредственного интегрирования в систему, приборы другого типа выдают результаты, основываясь на уровне силы, силы, воздействующей на мембраны насосов. Среди них выделяются:

вакуумметры;
пружинные манометры;
мановакууметры.

Измерения уровня разреженности в области очень низких давлений существенно затруднено, поэтому в данном случае используются косвенные методы расчетов, в частности, основанные на применении тлеющих газовых разрядов.

Для поддержания необходимого уровня разреженности вакуумные насосы оснащаются специальными контрольными системами. Таким образом, если вам необходимо поддерживать вакуум на протяжении длительного времени, стоит выбирать максимальное мощное оборудование. Это позволит гарантировать точность результатов исследований.

Вакуум – это состояние газа в ограниченном пространстве, когда давление внутри этого пространства меньше атмосферного. Как правило, для создания таких условий откачивается часть воздуха из места, где нужно создать вакуум. Для этих целей применяют специальный вакуумный насос.

Как и с помощью чего создают вакуум?

Где используются вакуумные насосы:

Фармацевтика – для сушки составов медикаментов
Химическая промышленность – создание условий для протекания реакций
Текстильная промышленность – сушка ткани без нагрева
Пищевая отрасль – расфасовка молочной продукции
Вакуумирование приборов имеющих ограничения по работе в условиях влажности
Дыхательные аппараты и кабинеты стоматологии в медицине

Как работает вакуумный насос?

Водокольцевой насос. Цилиндрический агрегат с ротором. Центральные оси ротора и цилиндра не совпадают. При запуске лопасти разгоняют воду по краю корпуса насоса, образуя зону вакуума. Сюда поступает газ, который выходит через патрубок наружу. Подобные системы долговечны за счет отсутствия высокой температуры, ввиду постоянного охлаждения водой внутри системы. Нашли свое применение водокольцевые насосы в кондиционерах и холодильных установках.

Пластинчато-роторный насос. Ротор расположен в цельном корпусе, но смещен в сторону от центральной оси. Двигающиеся пластины заставляют двигаться воздух внутри корпуса. Такие устройства восприимчивы к чистоте газа.

Мембранно-поршневой насос. Края мембраны фиксируются к корпусу, а центр будет двигаться в зависимости от создаваемого давления. Такая схема позволяет создавать герметичность пространства.

Винтовой насос. Крутящийся винт на центральной оси постепенно вытесняет воздух. Самый бесшумный тип вакуумного насоса, но не далеко самый дешевый.

Самодельные вакуумные насосы

Вакуумный насос можно создать своими руками с помощью шприца или велосипедного насоса. В момент забора воздуха они слегка разрежают пространство. Более мощный вариант собирается из старого холодильного компрессора. Этот вариант советуем людям с профессиональным образованием электрика:

Обрезаем медные трубки у компрессора
На выходной патрубок одеваем дюритовый шланг
Второй конец патрубка вводим в пространстве, где планируете создавать вакуум
Включить насос в электросеть

Запись опубликована автором Vse ob AES в рубрике Промышленность, Техника. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Как и с помощью чего создают вакуум? Как сделать вакуум самому? : 1 комментарий

Читайте также: