Свежие комментарии

Получение вакуума

Есть много разных методов достичь вакуум.
Попытаюсь их собрать в обзорную статью…

Человек живет на дне воздушного океана и плохо представляет, какое давление таскает на своих плечах. 1 атмосфера — это примерно давление водяного столба в 10 метров. Такая вещь хороша для полета, но мало полезна для многих механизмов. Когда человек осознал наличие этого столба над собой, он начал проводить с ним эксперименты. Все помним магдебургские полушария?

Естественно, постепенно это привело ко множеству методов понижения давления.
Вот общая табличка из книги 1966 года:
nasosi

Вакуум используется много где. Низкий вакуум — это системы уплотнения форм для литья, установки высокотемпературной пайки или сверхчистого плавления металлов. Высокий вакуум — это электронный сканирующий микроскоп, вакуумные камеры синхротронов и прочих ускорителей частиц. Но попаданцу больше всего нужен вакуум для электровакуумных приборов — радиоламп, кинескопов, рентгеновских трубок и прочего. Это высокий вакуум и его научились получать сравнительно давно, в самом начале 20-го века.

При этом — для получения высокого вакуума как правило пользуются двумя разными насосами — сначала быстро получают низкий вакуум (форвакуум) простыми и производительными средствами, а потом в дело вступают более тонкие системы. Собственно, это заметно из таблицы — многие самые популярные насосы (типа молекулярного) вступают в дело в уже очень разреженной области.

Что удивительно — сами принципы насосов не отличаются особой сложностью.
И даже особой точности в их производстве не требуется, по крайней мере всегда можно подобрать рабочую комбинацию. Такие насосы вполне доступны технологии конца 18-века. Это если говорить о механических насосах. Но если взять тот же парортутный диффузионный насос — его простота удивляет. А вакуум он дает вполне достаточный для электронных ламп, пусть производительность его невелика. А уж простой форвакуумный струйный насос можно построить и на кухне.

Проблема получения вакуума — это не проблема построения насосов. В случае с малыми объемами колб радоламп можно вообще обойтись без механических насосов, оставив только диффузионные, у которых нет вращающихся частей и которые не требуют точности обработки механических частей.

Проблема в вакуумных уплотнителях, соединениях, вентилях. Резиновые или синтетические прокладки использовать нельзя. Прокладки могут быть только из пластичных металлов — алюминиевые, медные, золотые. При этом прокладки фактически одноразовые — при каждой разборке соединения прокладку нужно новую. А металлические прокладки — это проблемы в обработке фланцев, все должно быть зеркальным.

Проблема в охлаждении рабочих жидкостей — пары масла или ртути не должны попасть внутрь вакуумной системы. Также — все жидкости должны быть максимально очищенными, ртуть для градусника не годится для вакуумного насоса.
А проблемы с очисткой всех поверхностей, которые контактируют с вакуумом? Стоит что-либо хватануть голой рукой, чтобы там остались микроскопические отложения жира, который будет постепенно испарятся в вакуум, портя всю статистику.

А чего стоит проблема диффундирования газов прямо через тонкий металл (особенно любит диффундировать водород)? Или проблема газоотдачи в стекле, когда при производстве в объеме стекла остаются газы, постепенно выделяемые в вакуум.

А смазки, чего стоят смазки, из которых ничего не должно выделятся! Смазки — это вещь, без которой крайне желательно обходится.
И, как ни странно — проблема в приборах измерения вакуума. Стандартный манометр уже очень быстро перестает что-либо показывать и вступают в дело очень странные методы. Вот вам еще табличка:

manometry

Но основная проблема все же — подбор материалов и особенно квалификация персонала.
Удерживать ничего куда сложнее, чем удерживать что-либо.

То есть ситуация складывается достаточно странная. С одной стороны — там нет ничего, для чего требуются сверхточные технологии и прецизионные станки. Схемы диффузионных и струйных насосов просты, все требуемые материалы существуют с древних времен. Однако, добиться вакуума будет сложно — нужны месяцы и месяцы подбора конфигураций вакуумных стыков и методов обращения с ними. Чего только стоит проблема течеискания!

Получение вакуума — это не та проблема, что остановит внедрение электронной лампы.
Но времени этот процесс займет немало.

25 комментариев Получение вакуума

  • slav

    Господа форумчане, позвольте отвлеченный вопрос.
    Попаданец ведь может провалиться в прошлое не один, а, скажем, на машине. Бывали же в литературе такие случаи? Редко, правда, но бывали.
    И по нескольку человек тоже попадали.
    А если у нас попаданцев не двое-трое, а целая девятиэтажка? Вместе с отрезанной от газопровода котельной, с какой-нибудь мастерской в подвале и с десятком-другим припаркованных машин? Поначалу начнется то, что Павел Кучер назвал «Экономика «Крах ЖКХ»», но когда попаданцы наладят быт до достаточного уровня, им в числе прочего понадобятся и приборы связи. Ладно, приемник относительно прост, детекторный, в смысле, но вот передатчик уже много сложнее. Искровой, конечно, тоже можно, но он маломощен и у него сильно сигнал по диапазону плавает, так что альтернатива — лампы.
    Так вот, к чему это я?
    В каждой квартире стоит холодильник. В некоторых — не один. Сцепив в параллель три-четыре компрессора, предполагаю, можно достичь нижней границы высокого вакуума.
    Надеюсь, многоуважаемый kraz поделится и рецептом простого, можно не слишком точного, манометра и вакуумметра, или хотя бы принципами работы вакуумметров.

    • kraz

      Это без шансов. Вообще в холодильнике не столько насос, сколько компрессор — то есть он должен на выходе создавать избыточное давление.

      Использовать такое для создания вакуума — это все равно что взять бензонасос из автомобиля и пытаться качать им не жидкость, а газ.

      А манометры (как и сами насосы) я тут распишу. По крайней мере самые популярные.

      • 2:5080/205

        Но кондиционерщики ими вакуумируют. Согласен, что к вакууму там требований особых нет, но как первая ступень довольно неплохо.
        Я ранее задавался вопросом — делали/делают ли бескорпусные раиолампы для работы в среде, где исходно вакуум (орбита)? Экономия на массе неслабая.

        • kraz

          Тот вакуум, что дает компрессор холодильника — это даже не форвакуум, а так.
          Хотя некоторое разрежение будет и для многих применений этого достаточно.

          А про лампы в космосе…
          Тут были интересные отечественные разработки — ВИС, то есть вакуумные интегральные схемы.
          Делалось как бы вариант микросхемы, где слоями выложены не транзисторы, а электронные лампы микроскопических размеров. Собственно, изобретали эту штуку военные, потому что таким схемам пофиг ядерный взрыв. Ну и радиация в космосе им тоже побоку, только временные перебои дает.

          Но там были куча недостатков. Во-первых — надежность (делалось в СССР, как и вся отечественная микроэлектроника), во-вторых все равно плотность элементов уже тогда, в конце 80-х была ниже, чем у микросхем. Ну и главное — от термоэлектронной эмиссии никуда не денешься, а она раскаляла схему очень сильно, а там ведь и конденсаторы с резисторами толстопленочные выложены. И для космических аппаратов не получилось — сложно в космосе тепло отводить.

      • Taras

        >Это без шансов. Вообще в холодильнике не столько насос, сколько компрессор — то есть он должен на выходе создавать избыточное давление.

        Использовать такое для создания вакуума — это все равно что взять бензонасос из автомобиля и пытаться качать им не жидкость, а газ.

        Холодильник работает за счёт кипения хладагента, для этого и нужно разрежение, создаваемое тем же насосом на входе. Причём, с этой стороны он качает газ, а жидкость он нагнетает с другой стороны. Проблема же в том, что циркуляционный насос откажется работать в каскаде. И один не справится. Не, ну совсем то недовакуум можно получить и одним таким насосом. А сможет ли после него докачать вакуум другой насос, если он не может работать прямо с атмосферного давления? А если может работать прямо с атмосферного, то нафиг ему форвакуумный насос? Лишняя сложность только. Для дегазации смолы, кстати, реально используется не только вакуумная камера с резиновой прокладкой, но и насос с резиновым поршнем, переделанный из автомобильного ручного насоса и резиновым же клапаном. Для ламп и микроскопов не подходит, но в принципе вполне реальная технология. И прокладка там многоразовая.

    • Maxim

      Товарищ теоретик, в отличии от вас я с компрессорами холодильников работал, и пришел к выводу что откачиваемый компрессор неизбежно сгорает если не снизить на нём напряжение на треть или не охладить его корпус ниже 0. Третий же компрессор последовательно ставить вообще бесполезно — напряжение сгорания будет ниже напряжения включения. В общем за пределы низкого вакуума с ними выпрыгнуть без шансов.

      • Taras

        > и пришел к выводу что откачиваемый компрессор неизбежно сгорает если не снизить на нём напряжение на треть или не охладить его корпус ниже 0. Третий же компрессор последовательно ставить вообще бесполезно — напряжение сгорания будет ниже напряжения включения. В общем за пределы низкого вакуума с ними выпрыгнуть без шансов.

        Так а я о чём?

    • Taras

      >И по нескольку человек тоже попадали.

      Атомные подводные ракетонесущие крейсера со всем экипажем уже попадали. Вроде бы даже тяжёлые. А вавилоне-5 попадала даже орбитальная станция поделивших галактику цивилизаций. А уж захудалый автомобиль, или ещё более захудалый мотоцикл — так это фигня.

    • Taras

      >А если у нас попаданцев не двое-трое, а целая девятиэтажка?

      Вроде даже город у кого то попал. А ещё водятся попаданцы в технически и техномагиски развитые миры, причём, во втором случае сам попаданец может оказаться тем ещё техномагом.

  • vashu1

    >> Сцепив в параллель три-четыре компрессора, предполагаю, можно достичь нижней границы высокого вакуума.

    А сцепив сто велосипедных насосов получим вакуум на нобелевку? Вопрос в качестве и принципе действия последнего насоса в цепочке, а соединяя обычные насосы результата не получишь.

  • slav

    Извиняюсь, был неверно информирован. Читал на каком-то форуме, что компрессор применяли для вакуумной отгонки двуокиси водорода, которую до кипения надо долго греть. Вот и подумал, что можно компрессором добить хотя бы средний вакуум.

  • Димастый

    Где-то читал, что в лампах накаливания добивались вакуума, оставляя внутри кусочек цезия, который окислялся (или что-то такое) и использовал весь воздух, создавая вакуум внутри лампы.

    • kraz

      Там не цезий, но да — химически связывались остатки воздуха после откачивания.
      Это сверху лампы такое серебряное покрытие. При разгерметизации оно мутнеет — то есть еще и индикатор.
      Про это отдельно буду писать.

      • vashu1

        Что значит химически? Азот тоже связывался?
        Связывать все компоненты воздуха химии не хватит.

        Можно конечно продуть каким нибудь газом вроде углекислого или водорода(эта тема с термосом уже обсуждалась:)), но в условиях попаданца это позволит только добавить пару нулей к чистоте ваккуума, газ то будет не идеально чистый.

        • kraz

          Да, и азот тоже. В радиолампах используют барий, он поглощает все газы, кроме инертных.
          Еще можно использовать магний — он поглощает кислород, азот и двуокись углерода.

          Собственно, если взять лампу и посмотреть на это зеркало — то темно-серебристый это барий, а светло-серебристый это магний.

      • slav

        Вот к слову о покрытии. Досталось мне недавно килограмма четыре советских ламп. Почти все новые, но на одной из ламп вообще нет такого покрытия! И белой пленки, как на разгерметизировавшейся лампе, тоже нет. Абсолютно прозрачная колба, ни одного пятнышка. Что это вообще может значить — воздух не откачивали или еще что? Или добивались вакуума каким-то сверхмощным компрессором? Маркировки на стекле нет, так что узнать, что за лампа, не могу. Если кому интересно будет — выложу фото, может, подскажите, что за девайс.

        • Химик

          Есть газонаполненные радиолампы в природе — со ртутью или разреженными инертными газами, водородом.

  • Fearen

    kraz, а где вы работаете, что всё это знаете? Просто я в науке болтаюсь, и знаю про вакуумную технику, гетеры, разрядники и прочее по долгу службы. Особенно актуальная тема про диффузию газов в стеклах и металлах (шишку набили с этим). У вас просто интерес и вы всё это читаете и отыскиваете, образование хорошее и разностороннее или же тоже где-то в НИИ работаете на экспериментах? =)

    • kraz

      А это все 90-е годы, когда идти в торговлю или в силовые ведомства не хотелось по идейным соображениям, а кушать хотелось очень.
      Чем только не приходилось заниматься! И в чем только не приходилось разбираться!

      Но, конечно, еще и интерес. Те же паровые машины мне строить не приходилось. А зря…

      • Fearen

        А почему не рассматривался вариант генератора переменного тока на основе водяной мельницы? Мельницу построить проблем нету и пусть себе крутит генератор, а дальше — пользуйся электричеством и никаких лейденских банок не надо.

  • comment

    Вакуум это всегото знак похожий на вертикальную палку у которой с лева и с права от ее середины вниз под углом 135 градусов от вертикали сверху опущены две палки и на конце центральной палки под углом в 90 градусов вправо есть Г образный изгиб напоминающий кочергу проще знак хиппи без окружности со «ступней» на центральной оси или форма ТУ 154 без киля и стабилизаторов с правого борта лишь одно крыло под 90 градусов к хорде самолета. Если отлить сталью такую конструкцию и разместить на плацкарте и разогнать поезд то поток вакуума польется рекой в природе вакуум загрезняет все вокруг егото и труднее всего извлечь. А с такой конструкцией вполе возможно оставляет след. Или в реке на дне против течения будто взлетает и вакуум попрет по ходу за символом по прямой минуя изгибы реки.
    В простонародии МИНИТМЕН.

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>