وکیوم چیست زمانیکه طبق یک روش خاص کاری می کنیم که فشار یک محیط از فشار جو کمتر باشد, به آن محیط وکیوم می گویند که چند نوع دارد در این مقاله به توضیح این مطلب و همچنین کاربرد آن پرداخته شده است
امروزه سیستم های وکیوم یا خلاء در صنایع مختلف کاربرد زیادی پیدا کرده است . صنایع مواد غذایی، ضدعفونی محصولات کشاورزی، تولید مواد شیمیایی، تعمیر سیستم های سرد کننده، تعویض روغن اتومبیل، بازرسی جوش، ساخت بدنه یخچال، تولید دیسک های فشرده کامپیوتری، ساخت کامپوزیت ها، تحقیقات علوم پایه و … با وکیوم( سر و کار دارد. شاید شما هم جزو آن دسته از افرادی باشید که برای ساخت دستگاه خود، نیازبه یک منبع خلاء دارید و در تصمیم گیری برای خرید پمپ وکیوم(مناسب از میان انواع پمپ ها دچارسردرگمی شده اید یا ممکن است برای تجهیزات آزمایشگاهی خود، نیاز به وسیله اندازه گیری و کنترل خلاء دارید. در این صورت مکان درستی را برای یافتن راه حل انتخاب کرده اید.
وکیوم چیست؟
وکیوم به فضایی گفته می شود که خالی از ماده باشد.
در چنین حالتی مولکول های هوا که عامل ایجاد فشار می باشند نیز وجود ندارند. این تعریف ایده آل خلاء یا وکیوم می باشد.
فشار صفر مطلق، در این فضا تعریف می شود. در عمل رسیدن به چنین محیطی امکان پذیر نیست زیرا همیشه تعدادی مولکول گاز وجود دارند. اما رسیدن به فشارهای بسیار پایین دور از واقعیت نیست و امروزه سیستم های وکیومی تولید شده اند که می توانند محیط هایی با قدرت تفکیک مولکول بر واحد حجم، بسیار پایین ایجاد کنند.
در اصطلاح به فشارهای پایین تر از فشار اتمسفر هوا، حالت خلاء گفته می شود.
کلمه وکیوم از معادل لاتین کلمه خالی (Empty) می آید. با این وصف فشار مابین فشار اتمسفر و صفر مطلق را می توان حوزه سیستم های وکیوم دانست.
یک سیستم خلاء مجموعه ای از پمپ ها، فشارسنج ها، شیر ها، تله ها، اتصالات دائمی و غیر دائمی (فلنج ها) و لوله های متصل کننده آنها به یکدیگر است.
خلاء (وکیوم) بسته به فشار گاز به چند دسته تقسیم بندی می شود:
خلاء (وکیوم) کم: از فشار اتمسفر تا 1 میلی بار
خلاء (وکیوم) متوسط: از 1 میلی بار تا 10E-3 میلی بار
خلاء (وکیوم) زیاد: از 10E-3 میلی بار تا 10E-7 میلی بار
خلاء (وکیوم) خیلی زیاد: از 10E-7 میلی بار تا 10E-14 میلی بار
فشار گاز عبارت است از نیرو بر واحد سطحی که از طریق گاز در یک ظرف، بر سطح داخلی آن وارد می شود. در حقیقت مولکول های گاز از طریق انرژی جنبشی مولکول ها، به سطح ظرف ضربه یا نیرو وارد می کنند. هر چه دما بالاتر باشد مولکول ها با سرعت بیشتری حرکت می کنند و به دیواره ظرف نیروی بیشتری وارد می نمایند.
بر اساس تئوری جنبشی گازها، فشار گاز متناسب با تعداد برخورد مولکول ها بر واحد سطح در واحد زمان است و داریم:
P=1/3mnc2
جایی که m جرم مولکول بر حسب gr (نسبت جرم مولکولی به عدد آووگادرو)، c سرعت متوسط مولکول ها بر حسب cm/sec و n دانسیته مولکولی (N/V) یا ریشه دوم سرعت متوسط مولکولی بر حسب تعداد بر سانتیمتر مکعب است.
پایین ترین فشار قابل دستیابی در محیط آزمایشگاهی و دمای استاندارد، حدود 10E-13 torr یا 13Pico Pa می باشد. البته در سیستم های دما پایین و در حدود 4 درجه کلوین فشار torr 5*10E-17 یا 6.7Femto Pa نیز به صورت غیر مستقیم اندازه گیری شده است. از آنجا که فشار گاز از جنبش مولکولی ناشی می شود و همچنین جنبش مولکولی به صورت مستقیم با دما رابطه دارد، فشارهای بسیار بسیار پایین را می بایست در دماهای نزدیک به صفر مطلق تجربه نمود.
در هر رده خلاء از روش های پمپاژ، اندازه گیری و انتقال خاصی استفاده می شود. به جرات می توان گفت که بیشتر کاربردهای خلاء (وکیوم) در صنعت با خلاء کم (محدوده اتمسفر تا 1 میلی بار) صورت می گیرد.
خلاء کم بیشتر در فرآیندهای خشک کردن، فرمینگ، تغلیظ، تقطیر، پمپاژ مایعات، انتقال مواد، فیلتراسیون و فرآیندهای شیمیایی بکار می رود.
کوره های خلاء، در خلاء متوسط عمل می کنند. لایه نشانی و تکنولوژی فیلم در محدوده خلاء زیاد ایجاد می شود. شتاب دهنده ذرات در محدوده بین خلاء زیاد و خیلی زیاد عمل می کند. خلاء های مافوق زیاد در همجوشی هسته ای و حلقه های شتاب دهنده ذرات کاربرد دارد. باید توجه داشت که هر حوزه وکیوم از تکنولوژی ویژه ای برخوردار است و بالطبع با پایین رفتن فشار، تمهیدات پیچیده تری می بایست بکار برد.
امروزه از وکیوم یا خلاء و مکش در بسیاری از علوم بکار گرفته می شود.
در گذشته خلاء و وجود آن مفهوم چندانی نداشت .
حتی دانشمندان وجود آن را انکار میکردند اما امروزه خلاء و وکیوم جزء جدا ناپذیر در زندگی بشر بحساب میرود.
به گونه ای که بسیاری از صنایع خلاء و وکیوم را قلب عملیات تولیدی می نامند.
کاربرد پمپ وکیوم در صنعت چیست ؟
منازل: مانند جارو برقی ها و..
بیمارستان ها: در اتاق عمل و..
صنایع وکیوم فرمینگ و بسته بندی: برای شکل دهی و..
چاپخانه ها: در ماشین الات چاپ و..
طلا سازی و فلزات گرانبها:برای تزریق طلا یا فلز و..
صنایع چوبی: ماشین آلات و سی ان سی و..
صنایع غذا و نوشیدنی:مکش مواد و تزریق و..
ریختگری:پرشدن منافذ و نداشتن حباب و..
صنایع لاستیک و پلاستیک:مکش و تزریق و..
حجامت کردن: مش خون و..
آزمایشگاه ها: مکش و ..
تولید وپالایش نفت: مکش و صافی و..
داروسازی: تزریق و خشک کردن و..
ظروف یکبار مصرف:تزرق و مکش و..
دستگاه وکیوم چگونه کار می کند؟
حرکت دورانی و خارج از مرکز پروانه حول محور پمپ وکیوم در داخل سیلندر محتوی آب سبب تشکیل رینگ آب می گردد. در جهت دوران با ورود و خروج مداوم پره ها در داخل آب، حجم بسته فضای بین دو سرسیلندر ، هر دو پره و جداره داخلی رینگ آب در یکطرف افزایش می یابد ( ناحیه مکش ) و عمل مکش صورت می گیرد و در طرف دیگر کاهش یافته ( ناحیه دهش ) و عمل تراکم انجام می پذیرد .
عمل خنک کردن پمپ وکیوم بوسیله آب انجام می گیرد و می توان از کندانس ذرات آب همراه هوای خروجی و برگشت آن به پمپ نیز استفاده نمود که در نتیجه خنک شدن پمپ و تثبیت درجه حرارت واکنش تراکم بصورت ایزوترمال صورت می پذیرد .
انواع مختلف محصولات پمپ وکیوم / بلوئر هوا PVI:
الف) نوع دو مرحله ای ( با سوپاپ Side Plate) تا خلاء نهائی ۳۰ mmHg مطلق از ظرفیت ۴۰ m3/h الی ۷۸۰m/h
ب) نوع یک مرحله ای ( روتور چمبری ROTOR CHAMBER) تا خلاء نهائی ۸۰ mmHg مطلق از ظرفیت ۱۰۰۰m3/hالی ۵۰۰۰m3/h
1. صنعت کشاورزی : که کشاورزدر ضمن راندن تراکتور می تواند از توان سیال استفاده کند و همچنین در دستگاه های نظیر خرمن کوب و کمباین وکلوخ شکن و میوه چین و ماشین حفاری و بیل مکانیکی.
2. خودروسازی : ترمز هیدرولیک و فرمان هیدرولیک و تنظیم پنوماتیکی صندلی و همچنین در مراحل ساخت بدنه و شکل دادن به ورق خودرو که از پرسهای با تنهای مختلف استفاده می شود
3. صنایع هوانوردی: خلبان با کمک این سیستم ارابه های فرود و شهپرها و سکانهای عمودی و بالابرها را مهار می کند و بدنه هواپیما هم با پرسهای کششی ساخته می شود و جالب است که برای تست اینکه بدانند بدنه هواپیما سوراخ نشده باشد فشار باد را بین جداره های بدنه قرار میدهند در صورتی افت فشار دیده شود به این معنی است که نقطه ای از بدنه هواپیما سوراخ است. (تست هواپیما عبارت است از: 1.تست باد چرخها که 300 بار فشار است2.تست کلیه سیستم هیدرولیک هواپیما 3.تست بدنه هواپیما 4. دستگاه میول که برای تست هیدرولیک هواپیمای F14 )
4. صنایع دفاعی: در هدایت تانک نفر بر و هدایت موشک و در ناوها هدایت ناو و…
5. صنایع غذای: کنسرو سازی و ظروف یکبار مصرف و …
6. صنایع چوب: برش الوار و پردا خت سطوح مبلها
7. جا به جایی مواد (لیفتراک و جرثقیل و …)
8. ماشین تراشکاری و CNC و نظیر این دستگاه ها
9. صنایع دریایی: بالا کشیدن تور از آب و کشیدن کشتی به ساحل و…
10. معدن و حفاری: در ماشینهای معدن
11. در صنایع بسته بندی: پر کن شیشه ها ی نوشابه و ماشین چسب زنی و لفاف پیچی
12. کا غذ سازی.
13. صنعت نفت: پالا یشگاه ها
14. صنایع پلاستیک
15. صنعت چاپ
16. راه آهن و قطار شهری. ترمز قطار و درهای اتوماتیک جدید
17. لاستیک
18 . صنعت فولاد: فشار زیاد برای کشش آهن و یا فلز دیگر و تخلیه کوره ها که در ذوب آهن و فولاد و…
19 . نساجی
محاسن سيستم های هيدروليکی
1- سادگي طراحی : طراحي و آماده‌سازي اين سيستم بسيار ساده بوده و براحتي براي انتقال انرژي در مسافت های دور مي‌توان از آن استفاده كرد و انرژی و سرعت آن به راحتی قابل كنترل میباشد.
2- قابليت افزايش نيرو : در سيستم هيدروليك نيرو را به مقدار زيادي مي‌توان افزايش داد و كنترل نمود.
3- راحتي و سادگي انتقال : انتقال سيال تحت فشار با روشهاي ساده نصب لوله و شيلنگ انجام مي‌پذيرد كه اين امر موجب راحتي‌و انعطاف در مسيرهاي انتقال مي‌گردد و مانند روشهاي مكانيكي براي انتقال نيرو در فواصل طولاني‌نياز به چرخ زنجير و چرخ دنده و تسمه و… زياد ندارد.
4- راندمان : راندمان و بازده سيستمهاي هيدروليك در مقايسه با سيستمهاي ديگر بسيار بالا بوده و هزينه انتقال‌نيرو واتلاف نيرو توسط اصطكاك در اين سيستم پايين مي‌باشد.
5- اطمينان : استفاده از شيرهاي اطمينان و شيرهاي كنترل فشار در اين سيستم مدار را در مقابل ضربات ناشي ازافزايش بار و فشار ناگهاني مصون مي‌دارد.
6- سر و صدا : سيستمهاي هيدروليك به آرامي كار انجام داده و ايجاد سرو صداي اضافي نمي‌كنند.
سيستم هيدروليك با توجه به محاسن فوق معايبي نيز دارد كه مهمترين اين معايب نشتي سيال‌مي‌باشد كه اين عيب خود موجب معايب ديگري چون افت فشار و آلودگي سيستم مي‌شود.
اصول و اساس كار سيستمهاي هيدروليك براساس قانون پاسكال دانشمند فرانسوي مي‌باشد. قوانين پاسكال : فشار سرتاسر سيال در حال سكون بدون در نظر گرفتن وزن سيال يكسان مي‌باشد. در هر لحظه فشار استاتيك در تمام جهات برابر است. فشار سيال در تماس با سطوح بصورت عمود بر سطح اعمال مي‌گردد.
مدار هيدروليك تشكيل شده : پمپ : كه انرژي مكانيكي را به انرژي هيدروليك (سيال تحت فشار) تبديل مي‌كند. اتصالت : كه سيال را از نقطه‌اي به نقطه ديگر منتقل مي‌كنند. شيرها : كه شدت جريان و فشار و جهت جريان سيال را كنترل مي‌كنند. عمل كننده‌ها : كه كار مورد نظر را انجام مي‌دهند.
سرعت حركت عمل كننده‌های خطي در سيستم هيدروليك به دو عامل بستگي دارد. دبي: مقدار جريان سيال كه به عمل كننده وارد مي‌شود. سطح مؤثر عمل كننده كه با مايع در تماس است هر چند اندازه دبي بالا باشد سرعت حركت نيز بالاخواهد بود و هر اندازه سطح مؤثر تماس با مايع كوچكتر باشد سرعت حركت بالا خواهد بود. نتيجه‌اينكه سرعت حركت عمل كننده با دبي سيال رابطه مستقيم و با سطح موثر رابطه عكس دارد.
هيدروديناميک: هيدروديناميک به معنايی علمي استفاده از انرژي جنبشي مايعات متحرك سرعت دار براي انجام كارمي‌باشد.
قوانين هيدروديناميك الف) قانون اصل شدت جريان: حجم عبور جريان در يك زمان معين در لوله‌اي كه داراي مقاطع مختلف مي‌باشد هميشه مقداريست‌ثابت (البته بايد توجه نمود كه سرعت شدت جريان متفاوت است ب) اصل انرژي هيدروديناميك: اگر در يك مسيري سيالي در حركت است. مجمع انرژي‌هاي سيال درهر نقطه‌اي از مسير پيوسته مقداريست ثابت انواع جريان: 1- لامينار (آرام) 2- توربلان (آشفته) هر سيستم هيدروليكي از سه بخش تشكيل شده است: 1) مولد 2) فرمان دهنده 3) عمل كننده
