Tài liệu Kỹ thuật chân không

Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt CHƯƠNG I. CHÂN KHÔNG I. KHÁI NIỆM chân không, trong vật lý thuyết cổ điện, là không gian không chứa vật chất. Như vậy chân không có thể tích khác không và khối lượng (và do đó năng lượng) bằng không. Do không có vật chất bên trong, chân không là nơi không có áp suất. Một số lý thuyết lượng tử cho biết khái niệm chân không theo nghĩa cổ điển không tồn tại, do vi phạm nguyên lý bất định. Chân không, theo các lý thuyết này, luôn có sự dao động khối lượng (và do đó năng lượng) nhỏ. Điều này nghĩa là, ở một thời điểm nào đó, luôn có thể xuất hiện một cách ngẫu nhiên các hạt có năng lượng dương và một thời điểm khác hạt này biến mất. Các hạt ngẫu nhiên xuất hiện trong chân không tạo ra một áp suất gọi là áp suất lượng tử chân không. Các thí nghiệm đo đạc áp suất này sẽ giúp khẳng định độ chính xác của các lý thuyết lượng tử về chân không. Trong thực tế, không có nơi nào trong vũ trụ quan sát được tồn tại chân không hoàn hảo như lý thuyết. Các thí nghiệm và các ứng dụng thực tế có thể tạo ra các không gian chứa ít vật chất và có áp suất thấp. Những không gian này cũng hay được gọi là "chân không" trong kỹ thuật, như khi nói về máy bơm chân không, tùy theo quy ước về giới hạn áp suất thấp. Như vậy, chân không được hiểu là khoảng không-thời gian cụ thể có mật độ vật chất thấp và/hoặc rất thấp. Lưu ý, khái niệm thấp và rất thấp ở đây được hiểu một cách tương đối... Trang thái chân không, do đó, hiểu là trạng thái có áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển trung bình chuẩn, và được chia thành: 1. Chân không thấp (p>100Pa) 2. Chân không trung bình (100Pa>p>0.1Pa) 3. Chân không cao (0.1Pa>p>10-5Pa) 4. Chân không siêu cao (p<10-5Pa) Nói chung, nơi có điều kiện gần với chân không nhất là khoảng không giữa các thiên thể, 1 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt hoặc khoảng không ở ngoài rìa vũ trụ (cách trung tâm Vụ Nổ Lớn hơn 15 tỷ năm ánh sáng). Hạt photon của ánh sáng và bức xạ điện từ được cho là di chuyển trong chân không, đúng hơn là trong không gian không có vật chất nào ngoài hạt này, với tốc độ không đổi và không phụ thuộc vào hệ quy chiếu, thường được gọi là tốc độ ánh sáng. II. Lịch sử Hơn 25 thế kỉ qua, chân không đã được con người gán cho nhiều khái niệm khác nhau. Theo quan niệm của các nhà khoa học thời cổ đại ở thế kỉ XV, mà tiêu biểu là Democritecha đẻ của thuyết nguyên tử, cho rằng chân không là không gian không chứa vật chất, trống rỗng, hoàn toàn không có gì. Qua đó, có nghĩa là với thể tích khác không, nhưng khối lượng bằng không dẫn đến năng lượng bằng không thì áp suát bằng không. Một thế kỉ sau, Aristote lại phủ nhận chân không và ca ngợi thiên nhiên. Thiên nhiên có mặt ở khắp mọi nơi, cho rằng không gian chứa đầy “ete vũ trụ”-chất “tinh túy tuyệt vời”, nó có mặt ở mọi nơi, mọi chốn. Vậy, chân không không thể tồn tại, vì nếu có thì chuyển động của một vật sẽ phải “tức thời” hay “bất tận”. Những tư duy ý niệm có tính triết học về chân không. “trống rỗng”, “hư vô” thống trị tư duy của thế giới Ả Rập, La Mã, Hy Lạp đó chỉ bị đánh đổ khi có sự ra đời khoa học thực ngiệm của Gallile(1564-1642),Pascal(1623-1662), Torricelli(1608-1647) ở TK XVII. Dù bản chất của chân không chưa được sáng tỏ nhưng kể từ đó, chân không mới đi dần vào hiện thực cuộc sống. Nhưng đến năm 1654, sau thí nghiệm của “Quả cầu Magdeburg” Otto Von Guericke tiến hành tại bang Magdeburg, nước Đức,quê hương ông, chân không mới thực sự được hiểu đúng và bắt đầu phục vụ sản xuất. Có thể nói, ông là người đặt nền tảng, là cha đẻ của chân không. Nói về thí nghiệm “Quả cầu Magdeburg”. Mỗi học sinh đều được học ở trung học, trong thí nghiệm này, có 16 con ngựa- mỗi bên 8 con kéo một bán cầu kim loại đã mài nhẵn, áp sát vào nhau và được rút hết không khí bên trong bằng chiếc máy hút chân không cũng do Otto chế tạo vào năm 1650. Qua thí nghiệm này, con người mới thấy được sức ép to lớn của khí quyển lên mặt đất như thế nào. Ngày nay, lý thuyết lượng tử đã khẳng định Rằng: Do sự đúng đắn của “Nguyên lý bất định”mà luôn có sự “dao động” khối lượng và năng lượng (dù rất nhỏ) trong lòng chân không. Nghĩa là, những hạt mang năng lượng vẫn tồn tại trong chân không. Chúng tạo ra áp suất trong lòng chân không, gọi là “áp suất lượng tử chân không”. Và, thực tế đã chứng minh Không tồn tại môi trường chân không hoàn hảo như lý thuyết. 2 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt Chân không được tạo ra thực tế có ít vật chất, áp suất thấp, được gọi là chân không kĩ thuật. CHƯƠNG II. KỸ THUẬT CHÂN KHÔNG I. Bơm chân không (máy hút chân không) Về nguyên tắc máy hút chân không làm việc không khác gì máy nén khí, chỉ khác ở phạm vi áp suất làm việc và độ nén. Các bơm chân không hút khí ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển và đẩy khí ra ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển một ít. Bơm chân không thường tạo ra được độ chân không bằng 90% ( ứng với áp suất tuyệt đối bằng 0.1 at) và nén khí tới 1.1 at, thì độ nén tính được: P1 1,1 = = 11 P2 0,1 Do độ nén lớn nên tác dụng của khoảng hại (với bơm pittông) cũng lớn, dẫn đến làm giảm hiệu suất thể tích cũng như năng suất của bơm chân không. Ví dụ, khi hệ số khoang hại từ 3 đến 5% thì hiệu suất thể tích giảm xuống còn 0.4 đến 0.6. Vì thế đối với bơm chân không, để tăng hiệu suất thể tích, điều quan trọng nhất là bằng mọi cách giảm khoảng hại xuống. Dùng phương pháp cân bằng áp suất nhờ các rảnh nhỏ ở đầu xilanh có thể tăng hiệu suất thể tích lên tới 0.8 đến 0.9. Năng suất của bơm chân không thay đổi, giảm dần cùng với sự giảm của áp suất hút (tăng độ chân không). Vì thế khi chọn bơm phải căn cứ đông thời cả vào năng suất độ chân không tối đa mà bơm tạo ra được. II. Bơm tạo chân không thấp: II.1 Bơm chân không kiểu pittông Cấu tạo của bơm chân không kiểu pittông gần giống như máy nén pittông. Giới hạn áp suất phụ thuộc chủ yếu vào độ khít giữa pittông và xilanh và hệ số khoảng hại. Bơm chân không kiểu pittông thường được dùng trong công nghệ hóa chất và thực phẩm. Nó có năng suất tương đối cao khoảng từ 45 đến 3500 m3/h (qui về điều kiện áp suất và nhiệt độ trước khi vào ống hút). Bơm chân không kiểu pittông chia làm 2 loại: khô và ướt. Về cấu tạo 2 loại không có gì khác nhau. Loại ướt hút cả hỗn hợp khí và lỏng, còn loại khô chỉ hút khí. Vì vận tốc chất lỏng trong bơm loại ướt nhỏ hơn vận tốc khí, nên kích tước các van hút và đẩy phải lớn hơn loại khô và khoảng hại cũng lớn hơn. Do đó độ chân không do bơm ướt tạo ra bằng khoảng 80 đến 85% và loại khô khoảng 96 đến 99.9% 3 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt Giống như bơm pittông, bơm chân không kiểu pittông cũng được chia thành loại nằm ngang và loại thẳng đứng, theo vị trí của pittông. Lọa nằm ngang một cấp tác dụng kép có số vòng quay từ 160 đến 200 vòng/phút, tạo nên độ chân không khoảng 700 mmHg. Loại thẳng đứng hiện đại hơn vì có số vòng quay lớn hơn. Căn cứ vào cấu tạo và hoạt động của bơm pittông chúng ta có thể chia chúng thành các loại: bơm pittông tác dụng đơn và bơm pittông tác dụng kép, bơm sai động, bơm pittông quay ... Trong đó nếu căn cứ vào cấu tạo của pittông lại có thể phân hai loại là pittông thường (Hình 1,a) và pittông trụ (Hình 1,b). Bơm pittông bơm được lưu lượng nhỏ (từ 0,01 ...250 m3/h) nhưng cột nước cao (từ 0,25 ...250 at). Hình 1. Sơ đồ máy bơm pittông tác dụng đơn. a) Bơm pittông thường: 1- xi lanh; 2- pittông; 3- cán pittông. b) Bơm pittông trụ: 1- buồng công tác; 2- pittông trụ. Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của loại bơm này thể hiện ở Hình (1,a): Pittông 2 tịnh tiến qua lại trong xi lanh 1 nhờ cơ cấu động gồm trục O, biên 5 và thanh truyền 4, con trượt. Dung tích xi lanh nằm giữa hai điểm chết của pittông bằng dung tích chất lỏng trong mỗi lần hoạt động của pittông ở điều kiện lý thuyết ( không có tổn thất dung tích ) Khi pittông chuyển động sang phải thì van 8 đóng, van 7 mở, chất lỏng từ bể hút 11 hút lên lòng xi lanh. Khi pittông đến điểm chết bên phải thì hoàn thành quán trình hút. Sau đó pittông chuyển động ngược lại thì van 7 đóng, van 8 mở, chất lỏng được đẩy lên bể 10. Pittông đến điểm chết trái thì quá trình đẩy hoàn thành. Như vậy cứ mỗi vòng quay của trục O thì bơm thực hiện được 4 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt một chu trình hút và đẩy. Khi trục O quay một góc ϕ III. Bơm tạo chân không trung bình và cao III.1 Bơm chân không kiểu rôto Bơm chân không kiểu rôto cũng được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm. Ưu điểm của loại bơm này so với bơm pittông hoàn toàn giống như máy nén và máy thổi khí loại rôto, so với loại pittông là hút khí đều đặn, cấu tạo gọn gàng, không có van phức tạp, giá thành chế tạo rẻ và chi phí vận hành nhỏ. Để làm bơm chân không, bình thường người ta có thể dùng tất cả các loại máy nén và máy thổi khí kiểu rôto, như loại có tấm trượt, loại hai guồng quay. Ngoài ra người ta dùng rất phổ biến bơm chân không loại vòng chất lỏng. Bơm chân không loại tấm trượt có năng suất trong khoảng 200 đến 6000 m3/h và áp suất đạt dến 0.1:0.3 mmHg. Nhờ số vòng quay lớn nên có thể đạt được vận tốc hút 100 l/s (ở áp suất khí quyển) Bơm chân không loại hai guồng có số vòng quay lớn từ 1000 đến 2000 vòng/phút và tạo được độ chân không cao. Áp suất tuyệt đối đến 1:1.10(-3) mmHg. Nếu lắp thêm một bơm chân không kiểu phun tia để bổ sung thì bơm 2 guồng có thể tạo được áp suất tới 5.10(-3) đến 5.10-4 mmHg. Nếu có hai cấp thì áp suất đạt đến giới hạn nhỏ hơn 10(-5) mmHg. III.1.1 Bơm vòng nước Hình 2 .Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc bơm vòng nước. Bơm vòng nước thuộc loại bơm thể tích. Nó thường dùng để tích nước trước khi khởi 5 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt động máy bơm li tâm có hiệu suất dương, hoặc để hút khí duy trì một độ chân không nào đó trong thiết bị. Độ chân không nó tạo được từ - 0,8 ... - 0,9 át. Rôtocủa máy bơm này đặt lệch tâm với tâm vỏ trụ. Nguyên tắc hoạt động của nó như sau: Đầu tiên đổ nước vào trong trụ (khoảng chừng một nửa). Khi bánh xe quay, nước sẽ bắn ra chu vi vỏ trụ tạo thành một vòng nước 7. Vòng nước này phần trên tiếp xúc với đỉnh ống lót C của BXCT, phần dưới của ống lót tạo thành các ngăn không khí 1, 2, 3, 4, 5, 6. Các ngăn 1, 2, 3 là ngăn hút; các ngăn 4, 5, 6 là ngăn đẩy. Khi Rôto quay theo chiều kim đồng hồ thì thể tích các ngăn tăng dần, trong nó chân không được tạo thành, hút không khí từ ống hút qua khe cửa lưỡi liềm A vào khoang. Đồng thời thể tích các ngăn 4, 5, 6 giảm dần, không khí từ chúng bị đẩy qua cửa ra dạng lưỡi liềm B vào ống đẩy. Khi Rôto quay, một phần nước bị đẩy vào ống đẩy , do vậy để duy trì vòng nước cần cần liên tục bổ sung đủ nước cho bơm, đồng thời cũng cần tản nhiệt cho bơm khi nó hoạt động. Bơm chân không loại vòng chất lỏng không cần dầu bôi trơn nên rất thuận tiện trong công nghiệp hóa học và được dùng rộng rãi. Bơm loại ướt có thể hút hỗn hợp không khí với hơi nước. (Hình 3.) biểu diễn cấu tạo của bơm, gồm vỏ trong đó đặt lệch tâm rôto có cánh hình sao. Trước khi mở bơm cần cho nước vào gần đầy thân để khi Hình 3. Cấu tạo bơm roto vòng nước rôto quay sẽ văng ra thành tạo nên một vòng chất lỏng. Nhờ rôto đặt lệch tâm, nên khoảng cách còn lại được các cánh chia thành những khoảng có thể tích không đều. Khí được hút qua cửa vào những khoang có thể tích lớn dầnkhi rôto quay, rồi được nén lại trong những khoang có thể tích giảm và dần được đẩy ra qua cửa. Về cấu tạo và nguyên lý làm việc thì bơm vòng chất lỏng đơn giản hơn bơm pittông và bơm tấm trượt. Ở bơm vòng nước, giữa guồng quay và vỏ có sự quay tương đối của không khí nên không bị bẩn tắc. Do đó có thể dùng để hút các khí có bẩn bụi. Bơm có thể lắp trực tiếp với động cơ điện vì có số vòng quay từ 600 đến 1450 vòng/phút. Giới hạn áp suất do bơm tạo ra phụ thuộc vào nhiệt độ vòng nước, bằng khoảng 15 đến 110 mmHg, năng suất dao đông trong khoảng 0.25 đến 465 m3/ph. Nhược điểm của bơm này là tiêu tốn năng lượng tương đối vì phải vận chuyển cả lượng nước trong bơm và càng tăng khi độ chân không tăng. Hiệu suất cực đại của bơm bằng 48 – 52% 6 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt Hình 4 biểu diễn sơ đồ hệ thống thiết bị bơm chân không loại vòng nước. Khí được hút qua ống 2, nén lại và đẩy ra ống 3. Khi có mang theo các giọt nước đi vào thùng 5 rồi được xả ra qua ống 4, còn nước hoặc quay trở lại bơm hoặc tháo ra ngoài. Nước bổ sung vào bơm qua ống 7 và van 6. Hình 4. Nguyên tắc hoạt động III.2 Bơm chân không kiểu phun tia. III.3 Phân loại: Loại bơm này rất gọn và cấu tạo đơn giản, không cần nền móng, giá đỡ phức tạp. Bơm được chia thành ba loại: Bơm tia bằng nước có áp suất giới hạn khoảng 10mmHg; bơm tia bằng hơi có áp suất giới hạn khoảng 0.3 mmHg và bơm loại khuếch tán có áp suất giới hạn khoảng 10(-7) :10(-8) mmHg. III.4 Bơm tia có một số nhược điểm như: − Hiệu suất thấp (theo quá trình đoạn nhiệt thì hiệu suất 5.7%, nhưng trong điều kiện có thể sử duung5 nhiệt hơi sau bơm để đun nóng thì cũng nâng hiệu suất lên đến 90 - 95%) − Tiêu thụ lượng hơi lớn, khởi động chậm; − Khí hút ra bị trộn lẫn với hơi. Tuy nhiên do một số ưu điểm đã nêu, đặc biệt là tạo được độ chân không cao, có cấu tạo đơn giản, vận chuyển được các chất lỏng có độ ăn mòn cao mà bơm tia vẫn được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất. Để tạo được độ chân không cao người ta thường lắp nối tiếp một vài bơm tia lại thành bơm nhiều cấp. Cấu tạo gồm một số bơm tia 1 lắp nối tiếp nhau, giữa chúng có thiết bị ngưng tụ 2. Sau mỗi cấp hơi ngưng tụ trực tiếp với nước lạnh, nên đỡ tốn năng lượng để nén hơi làm iệc ở cấp trước trong cấp sau. Độ nén trong mỗi bậc khoảng 3. Do đó số bậc phụ thuộc vào độ chân không cần tạo ra. Bơm chân không kiểu phun tia làm việc nhờ tia hơi hay nước, mà không cần một cơ cấu chuyển động nào khác. Nguyên tắc làm việc là nhờ lực ma sát bề mặt của tia hơi hay nước 7 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt chuyển dông với vận tốc lớn keo theo không khí hay khí cần hút, truyền cho nó một phần đông năng để sau đó phần động năng này biến đổi thành thế năng ( áp suất). Hình 5 trình bày nguyên tắc cấu tạo và làm việc của bơm tia. Nguồn chất lỏng công tác được lấy ở trên cao, dẫn theo ống 2 qua vòi phun 5 đưa vào buồng hỗn hợp 7, cung cấp năng lượng để hút nước cần bơm từ bể hút 4 qua ống hút 1, đẩy nước lên bể tháo 3. Trong vòi 5, tốc độ chất lỏng công tác và động năng tăng, còn thế năng và áp năng bị giảm. Khi tốc độ đạt tới trị số xác định thì áp suất trong buồng hút 6 giảm nhỏ hơn áp suất không khí và xuất hiện chân không. Dưới tác dụng của chân không nước sẽ được hút lên từ bể 4 theo ống 1 vào buồng hút 6 rồi buồng hỗn hợp 7. Ở trong buồng hỗn hợp, dòng chất lỏng công tác và dòng chất lỏng cần bơm trộn vào nhau, khi đó chất lỏng công tác truyền một phần năng lượng của mình cho chất lỏng cần bơm . Sau đó dòng chất lỏng hỗn hợp chuyển vào đoạn khuếch tán 8, Hình 5. Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của bơm tia tại đây vận tốc dòng chảy giảm dần và cột nước tĩnh tăng, dòng chất lỏng được đưa lên bể 3. Nếu dùng bơm tia để đẩy chất lỏng thì gọi là “injecto”, còn đề hút chất lỏng gọi là ejecto”. CHƯƠNG III. ĐO ÁP SUẤT VÀ CHÂN KHÔNG I. Áp suất Áp suất được định nghĩa là lực do lưu chất tác dụng vuông góc lên một đơn vị bề mặt. Có 3 tính chất: - Áp suất luôn luôn tác động vuông góc với thành bình tiếp xúc với lưu chất. - Tại một điểm bên trong lưu chất tĩnh, áp suất theo mọi phương đều như nhau - Định luật Pascal: trong bình kín, độ gia tăng áp suất được truyền đi khắp mọi điểm trong lưu chất. Đơn vị đo áp suất 8 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt II. Áp suất tuyệt đối và áp suất dư Có 2 phương pháp để xác định áp suất. Phương pháp đo áp dựa vào chân không tuyệt đối là áp suất tuyệt đối Phương pháp đo áp dựa vào áp suất khí quyển là áp suất dư Mối quan hệ áp suất tuyệt đối và áp suất dư như sau: áp suất dư = áp suất tuyệt đối - áp suất khí quyển Pd = Ptd - Pb Áp suất chân không là hiệu số giữa khí áp và áp suất tuyệt đối. Pck = Pb - Ptd Chân không tuyệt đối không thể nào tạo ra được. III. Đo chân không trong phòng thí nghiệm III.1 Chân không kế Mcleod: Đối với môi trường có độ chân không cao, áp suất tuyệt đối nhỏ người ta có thể chế tạo dụng cụ đo áp suất tuyệt đối dựa trên định luật nén ép đoạn nhiệt của khí lý tưởng. 9 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt Hình 5. Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của chân không kế Mcleod Nguyên lý : Khi nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích tỷ lệ nghịch với nhau. P1 V1 = P2 . V2 Loại này dùng ta để đo chân không. Đầu tiên giữ bình Hg sao cho mức Hg ở ngay nhánh ngã 3. Nối P1 (áp suất cần đo) vào rồi nâng bình lên đến khi được độ lệch áp là h => trong nhánh kín có áp suất P2 và thể tích V2 . h.g.V ⇒ P2 = P1 + γ h ⇒ V2 ( P1 + γ h) = P1 .V1 ⇒ P1 = V1 −V2 • Nếu V2 << V1 V1 thì ta bỏ qua V2 ở mẫu ⇒ P1 = h.g.V2 • Nếu giữ V2 là hằng số thì dụng cụ sẽ có thang chia độ đều • Khoảng đo đến 10-5 mm Hg. Người ta thường dùng với V1max = 500 cm3 , đường kính ống d = 1 ÷ 2,5 mm III.2 Loại dùng trong công nghiệp Trong công nghiệp người ta thường dùng để đo hiệu áp suất gọi là hiệu áp kế 10 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt III.2.1 Áp kế và hiệu áp kế đàn hồi. Bộ phận nhạy cảm các loại áp kế này thường là ống đàn hồi hay hộp có màng đàn hồi, khoảng đo từ 0 ÷ 10 000 kG/ cm2 và đo chân không từ 0,01 ÷ 760 mm Hg. Đặc điểm của loại này là kết cấu đơn giản, có thể chuyển tín hiệu bằng cơ khí, có thể sử dụng trong phòng thí nghiệm hay trong công nghiệp, sử dụng thuận tiện và rẻ tiền. + Nguyên lý làm việc: Dựa trên sự phụ thuộc độ biến dạng của bộ phận nhạy cảm hoặc lực do nó sinh ra và áp suất cần đo, từ độ biến dạng này qua cơ cấu khuếch đại và làm chuyển dịch kim chỉ (kiểu cơ khí). + Các loại bộ phận nhạy cảm: + Cấu tạo và phạm vi ứng dụng: * Màng phẳng : 11 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt - Nếu làm bằng kim loại thì dùng để đo áp suất cao. - Nếu làm bằng cao su vải tổng hợp, tấm nhựa thì đo áp suất nhỏ hơn (loại này thường có hai miếng kim loại ép ở giữa). - Còn loại có nếp nhăn nhằm tăng độ chuyển dịch nên phạm vi đo tăng. - Có thể có lò xo đàn hồi ở phía sau màng. * Hộp đèn xếp : có 2 loại - Loại có lò xo phản tác dụng, loại này màng đóng vai trò cách ly với môi trường. Muốn tăng độ xê dịch ta tăng số nếp gấp thường dùng đo áp suất nhỏ và đo chân không. - Loại không có lò xo phản tác dụng. * Ống buốc đông: Là loại ống có tiết diện là elíp hay ô van uốn thành cung tròn ống thường làm bằng đồng hoặc thép, nếu bằng đồng chịu áp lực < 100 kG/cm2 khi làm bằng thép (2000 ÷ 5000 kG/cm2 ). Và loại này có thể đo chân không đến 760 mm Hg. Các áp kế truyền thống hoạt động theo nguyên lý cơ học với một ống Bourdon được uốn cong, kín, có xu hướng duỗi thẳng khi áp suất bên trong tăng. . Khi chọn ta thường chọn đồng hồ sao cho áp suất làm việc nằm khoảng 2/3 số đo của đồng hồ. . Nếu áp lực ít thay đổi thì có khi chọn 3/4 thang đo. 12 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt Chú ý: - Khi lắp đồng hồ cần có ống xi phông để cản lực tác dụng lên đồng hồ và phải có van ba ngã để kiểm tra đồng hồ. - Khi đo áp suất bình chất lỏng cần chú ý đến áp suất thủy tĩnh. - Khi đo áp suất các môi trường có tác dụng hóa học cần phải có hộp màng ngăn. - Khi đo áp suất môi trường có nhiệt độ cao thì ống phải dài 30 ÷ 50 mm và không bọc cách nhiệt. - Các đồng hồ dùng chuyên dụng để đo một chất nào có tác dụng ăn mòn hóa học thì trên mặt người ta ghi chất đó. - Thường có các lò xo để giữ cho kim ở vị trí 0 khi không đo. IV. MỘT SỐ LOẠI ÁP KẾ ĐẶC BIỆT Trong phạm vi chân không cao và áp suất siêu cao hiện nay người ta đều dùng phương pháp điện để tiến hành đo lường, các dụng cụ đo kiểu điện cho phép đạt tới những hạn đo cao hơn và có thể đo được áp suất biến đổi rất nhanh. Chân không kế kiểu dẫn nhiệt : Hệ số dẫn nhiệt của chất khí ở áp suất bình thường thì không có quan hệ với áp suất nhưng ở điều kiện áp suất tương đối nhỏ thì người ta thấy tồn tại quan hệ trên. Nhiệt độ dây dẫn khi đã cân bằng nhiệt sẽ thay đổi tùy theo hệ số dẫn nhiệt của khí và dùng cầu điện không cân bằng để xác định điện trở dây dẫn ta sẽ biết được độ chân không tương ứng. Chân không kế Ion : Nhờ hiện tượng ion hóa tạo nên dòng ion trong khí loãng có quan hệ với áp suất nên từ trị số của dòng ion người ta xác định được độ chân không của môi trường. Có nhiều cách thực hiện việc ion hóa như : dùng tác dụng của từ trường và điện trường, sự dự phát xạ của catốt được đốt nóng khi có điện áp trên anôt, dùng sự phóng xạ ... và tùy theo các cách đó mà ta có các chân không kế khác nhau. 13 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt Áp kế kiểu áp từ : Áp suất tạo ra ứng lực cơ học trong vật liệu sắt từ biến đổi sẽ làm biến đổi hệ số dẫn từ của vật liệu đó. Lợi dụng hiệu ứng áp từ ta có thể chế tạo được bộ nhạy cảm kiểu áp từ. Áp kế áp suất điện trở : Muốn đo những áp suất lớn hơn 10.000 kG/cm2 hiện nay hầu như chỉ có 1 cách duy nhất là dùng bộ phận nhạy cảm áp suất điện trở làm áp kế. CHƯƠNG IV. ĐIỀU KHIỂN HÚT CHÂN KHÔNG I. VAN ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT Trong hệ thống thủy lực valve điều khiển áp suất (gọi tắt là nhóm valve áp suất) được sử dụng ở rất nhiều dạng rất nhau và đóng vai trò quan trọng, là một trong 3 nhóm valve điều khiển chính bao gồm: Valve chuyển hướng - Valve điều chỉnh lưu lượng và Valve điều khiển áp suất. Tuy nhiên valve áp suất thường chỉ được biết đến như là valve an toàn (Relief valve). Bài viết này muốn giới thiệu thêm với các bạn về 2 loại valve áp suất cơ bản khác rất hay được sử dụng trong các mạch thủy lực. Như vậy, có 3 loại valve áp suất chính trong nhóm valve an toàn bao gồm: - Valve an toàn: Relief valve - Valve tuần tự (hay thứ tự): Sequence valve - Valve giảm áp: Reducing valve Các loại valve áp suất khác như CBV, valve xả không tải... là tổ hợp của các valve nêu trên. I.1 Valve an toàn Tác dụng của nó là "ngăn ngừa" áp suất vượt quá một giá trị đặt trước bởi người sử dụng nhằm bảo vệ hệ thống hoặc cụm thiết bị không bị phá hỏng do áp suất (vì vậy nó được gọi là valve an toàn - Cái này chắc mọi người đều biết cả). Thông thường valve này có hai cửa dầu. Một cửa nối với nguồn cấp/gây ra áp suất; cửa kia nối về thùng chứa để xả bỏ dầu về thùng chứa. Lưu ý là lưu lượng xả bỏ qua valve an toàn hầu như không phụ thuộc vào áp suất. 14 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt I.2 Valve tuần tự Về bản chất và ký hiệu, valve tuần tự không khác gì valve an toàn nhưng nó có cách thức sử dụng cho mục đích khác. Người ta hay sử dụng valve này như một valve thường đóng NC để làm thay đổi áp suất làm việc ở hai nhánh làm việc khác nhau. Tức là sẽ có một áp suất chênh giữa hai nhánh làm việc trong cùng một hệ thống được gây ra bởi valve tuần tự. Khác với valve an toàn, cửa dầu ra của valve (cửa A) không nối với thùng dầu chứa mà nó được nối với mạch làm việc thứ 2. Hãy xem xét một ví dụ đơn giản như sau:Một máy khoan cần có hai cơ cấu xy lanh: Xy lanh A dùng để kẹp chặt chi tiết khoan còn xy lanh B sẽ chỉ đè đầu mũi khoan xuống khi chi tiết đã kẹp chặt. 15 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt Ở đây đã sử dụng valve tuần tự được đặt ở 50 bar cho xy lanh B. Do đó khi valve phân phối bắt đầu cấp dầu, xy lanh A sẽ thò ra kẹp chi tiết trước và chỉ khi nó đã kẹp rồi, áp suất hệ thống tăng lên quá 50 bar mới mở để xy lanh B đi xuống I.3 Valve giảm áp Được ví như là valve thường mở NO vì lấy tín hiệu điều khiển từ phía cửa dầu ra để cấp ra một áp suất nhỏ hơn áp suất nguồn cấp. Như vậy, valve này được sử dụng khi muốn "trích" ra một áp suất nhỏ hơn áp suất làm việc cho một mục đích khác 16 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt Nếu sử dụng ví dụ trên thì chỉ cần lắp một valve giảm áp vào trước xy lanh A để đưa ra nguồn 50 bar cho mục đích kẹp. CHƯƠNG V. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHÂN KHÔNG I. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHÂN KHÔNG TRONG SẢN XUẤT DU THUYỀN: Công nghệ hút chân không là quá trình đắp sợi, nhựa và lõi lên khuôn, sau đó dán lên một màng nhựa dẻo bao bọc kín xung quanh, dùng bơm chân không rút khí ra hình thành môi trường chân không, tạo sự chênh áp trong và ngoài màng; khi đó áp suất khí quyển bên ngoài (tương đương 1 bar) sẽ nén chặt lớp nhựa sợi lên khuôn khi đóng rắn. 17 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt 1.Ưu nhược điểm Ưu điểm: Kỹ thuật này phát triển từ công nghệ đắp tay (hand lay-up) là tạo sự chênh áp nén lớp nhựa sợi lên khuôn nhằm: - Cải thiện khả năng thấm ướt (có thể sử dụng được cả lõi foam) - Khử bọt, loại lượng nhựa và dung môi thừa - Giảm được lượng nhựa sử dụng làm tỷ lệ sợi/nhựa cao hơn, sản phẩm cứng chắc hơn. - Tỷ lệ độ bền/khối lượng tốt hơn. - Tránh hít dung môi bay hơi khi thao tác. - Sản phẩm đồng nhất (kể cả hình dạng phức tạp). Nhược điểm: - Kỹ thuật chân không đồng thời cũng làm tăng chi phí lao động, màng phủ, màng rút khí, máy hút chân không,…. - Đòi hỏi công nhân kỹ thuật cao hơn từ thao tác trộn nhựa sợi cho đến lắp đặt và 18 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt thao tác thiết bị chân không. - Mặt cắt ngang nhỏ hơn (do được nén chặt hơn). 1. Quy trình hút chân không: - Phun hoặc quét chống dính khuôn. - Gia công tấm composite (đắp tay hoặc prepreg) - Phủ lớp màng tách khuôn. - Bố trí màng rút khí để cân bằng áp suất. - Lắp áp kế. - Dán băng dính nhạy áp. - Phủ màng hút chân không .- Lắp van, ống hút chân không. - Khởi động máy hút chân không. - Quan sát dòng nhựa chảy, dùng con lăn để đưa nhựa về các góc cạnh. - Duy trì áp suất chân không khoảng 0,83 atm. 2. Máy móc và nguyên vật liệu 19 Báo cáo chuyên đề GVHD: Nguyễn Minh Nhựt src="http://www.gkchem.vn/uploads/cong%20nghe%20chan%20khong2.jpg" alt="cong nghe chan khong2.jpg" height="307" width="459" border="0" Phần máy móc thiết bị - Hệ thống hút chân không nhằm rút trích khí ra khỏi khuôn và duy trì áp suất chân không trong khuôn. Hệ thống gồm: bơm chân không, hệ thống ống hút khí và bẫy nhựa. - Băng keo dán màng chân không và khuôn. - Các loại màng (màng hút chân không, màng rút khí, màng tách sản phẩm) - Kẹp và giá đỡ. Phần nguyên liệu - Hoặc là tấm sợi đã thấm nhựa trước hoặc đắp tay sợi nhựa. - Sợi thủy tinh dạng roving hoặc dạng mat. - Nhựa polyester hoặc epoxy. - Chất chống dính khuôn. - Có thể dùng vật liệu lõi để tạo cấu trúc sandwich .3. Sản phẩm chính công nghệ hút chân không Sản phẩm công nghệ hút chân không là một mặt láng và thường dùng khuôn cái cho 20