Введение

В природе не бывает абсолютной пустоты — даже в космосе есть мельчайшие частицы вещества, атомы и молекулы. А вакуумом принято называть объем пространства, чаще всего замкнутый, в котором находится газ под низким давлением, в сотни и тысячи раз ниже атмосферного. На поверхности Земли в естественных условиях такое состояние невозможно, поэтому вакуум приходится создавать искусственно, с помощью средств и методов вакуумной техники.

Современные технологии развиваются семимильными шагами, и сейчас уже трудно назвать какую-нибудь область науки и промышленности, где бы не применялись достижения вакуумной техники. Попробуем кратко упомянуть некоторые отрасли, где используется вакуумное оборудование.

В пищевой промышленности пальму первенства твердо держит вакуумная упаковка. Для ее производства используются самые различные вакуумные насосы, от небольших и до высокопроизводительных установок и агрегатов. Широко распространены в пищевой промышленности водокольцевые насосы, особенно в исполнении из нержавеющей стали. Они используются для создания вакуума в барабанных, ленточных и дисковых вакуумных фильтрах.

В нефтехимической промышленности жидкостнокольцевые насосы и агрегаты на их основе применяются для создания вакуума в процессах получения дистиллятов масел из парафинов, выделения тетра- и пентамеров при синтезе олефинов, синтеза сложных эфиров, регенерации растворителей, перегонки нефти, синтезе жирных кислот и т.д.

В деревообработке и в стекольной промышленности вакуумное оборудование нашло себе применение, в качестве мембранно-вакуумных прессов и системах холодного прессования. В оптической промышленности с помощью напыления тонких слоев в вакууме изготовляют высококачественную просветленную оптику, интерференционные фильтры, оптические и бытовые алюминированные зеркала.

В транспорте вакуум используется для подачи топлива в карбюраторах, в вакуумных усилителях тормозных систем автомобилей.

Это лишь малая часть областей применения вакуумной техники. Стоит отметить, что вакуумная техника постоянно развивается и от дальнейшего ее развития во многом зависят успех изучения новых явлений, разработка новых приборов, создание материалов с новыми свойствами.

Для создания низкого вакуума лучше всего использовать механические насосы. Самый простой среди них — поршневой насос, который устроен подобно обычному, например, велосипедному насосу, только действует он прямо противоположно — поршень не нагнетает газ в объем, а отсасывает его из сосуда и выпускает в атмосферу. Иначе устроен Вращательный механический насос. Его основной элемент — эксцентрично расположенный ротор, в прорезях которого помещены подвижные пластины. При вращении пластины прижимаются к внутренней поверхности камеры, захватывают газ, поступающий через впускное отверстие, выталкивают его через выпускное.

Механическими насосами удается получить разреженный газ с давлением около 1 Па, т. е. средний вакуум. А как быть, если нужен высокий вакуум? На смену механическим приходят струйные насосы. Рабочий элемент такого насоса 4 — сильная струя жидкости или газа, которая захватывает молекулы газа, поступающие из откачиваемого объема, и уносит их с собой. С помощью лучших из струйных насосов — паромасляных, в которых работает струя паров масла, — удается получать высокий вакуум с давлением до 10~6Па.

Для создания сверхвысокого вакуума применяют ряд специальных приборов и методов, цель которых — вылавливать из объема, в буквальном смысле, молекулу за молекулой, повышая постепенно степень разрежения газа. Для этого используют способность некоторых веществ, например металлов — титана, циркония, молибдена,— поглощать газы. Это явление называется сорбцией, а устройства, основанные на нем,— сорбционными насосами.

Кроме насосов, в арсенале вакуумной техники важное место занимают вакуумметры — приборы для измерения степени разрежения газа, или давления. Простейший из них — жидкостный U-образный вакуумметр 3, который представляет изогнутую в виде латинской буквы U стеклянную трубку, заполненную жидкостью. Одним концом вакуумметр присоединен к сосуду, в котором нужно измерить давление, другой конец трубки открыт или запаян. Если плотность жидкости Q, то разность давления в коленах трубки уравновесится столбом жидкости высотой h: Pb—Рк = §Рп. где g — ускорение свободного падения. Если свободный конец трубки не запаян, то Pk<= PafM; если запаян, то Рк =0. Отсюда легко найти давление Рьв сосуде. В качестве рабочей жидкости чаще всего используют ртуть или специальные вакуумные масла с низким выделением молекул с поверхности жидкости в вакуумный объем. С помощью такого вакуумметра можно измерять давление.

Одним из важнейших условий получения и сохранения заданной среды в рабочих объемах различных вакуумных систем является герметичность их конструкций. В вакуумной технике герметизация осуществляется ради получения и сохранения необходимого вакуума. Контроль герметичности относится к числу испытаний необходимых для нормального функционирования вакуумных систем.

Под герметичностью понимают непроницаемость конструкций для газов и жидкостей. Абсолютная герметичность недостижима, поэтому герметичными считают конструкции, газовый или жидкостный обмен через которые достаточно мал для того, чтоб мешать нормальному процессу их работы.

Требования к степени герметичности устанавливаются исходя из назначения конструкций и условий работы вакуумной системы. Нарушение герметичности конструкций определяется наличием течи или проницаемостью отдельных элементов. Природа проницаемости отдельных элементов и конструкций может быть различна.

Течь - это свободный от посторонних включений канал или пористый участок конструкции, через который могут проникать газы и жидкости.

Проницаемость – это свойство самого материала пропускать различные жидкости и газы ( носит избирательный характер: кварцевое стекло проницаемо только для гелия).

Проникновение газов и жидкостей через течи происходит гораздо быстрее, чем через сплошной материал. Поэтому обнаружение обоих видов нарушения герметичности одновременно исключено. При контроле герметичности решается только одна задача: обнаружение течи. Поскольку формы и размеры каналов течи разнообразны, их принято характеризовать количеством протекающих через них газообразных или жидких веществ в единицу времени. При заданной температуре расход (поток) газа через течь измеряется в м3*Па/с или в Вт.

Задачей курсового проекта является теоретическая разработка вакуумной системы с выбором конкретного оборудования (насосов, манометров, течеискателя) и выбор метода проверки данной системы на наличие течей.