[PDF] Tài liệu kiến thức chuyên sâu ngành chân không

Chân không là gì

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…

Trạng thái chân không được 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, 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.

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”.

Áp suất chân không

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

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.

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
Loại dùng trong công nghiệp
Trong công nghiệp người ta thường dùng để đo hiệu áp suất gọi là hiệu áp kế

Truy cập: Các đơn vị đo áp suất chân không

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 và 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.

Áp kế và đồng hồ đo áp suất

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).

Cấu tạo và phạm vi ứng dụng:

Màng phẳng :

• 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.

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.
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.

Một số áp kế đặc biệt

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.

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.

Kỹ thuật chân không

Máy bơm 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 máy bơm 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:

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.

Bơm tạo chân không thấp

Máy bơm kiểu pittong

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%.

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).

Trong đó:

a) Bơm pittông thường: 1- xi lanh; 2- pittông; 3- cán pittông.
b) Bơm pittông trụ: 1- buồng công tác; 2- pittông trụ.

Các loại bơm pittong hiện nay

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 một chu trình hút và đẩy. Khi trục O quay một góc phi

Bơm tạo chân không trung bình và cao

Bơm chân không kiểu rotor

Máy bơm 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.

Bơm chân không vòng nước

Bơm vòng nước thuộc loại bơm thể tích. Nó thường dùng để tích nước trước khi khởi 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.

Máy bơm 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. 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 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 dần khi rôto quay, rồi được nén lại trong những khoang có thể tích giảm và dần được đẩy ra qua cửa.

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 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%.

Xem thêm: Máy bơm hút chân không vòng nước

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 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.

Máy bơm kiểu phun tia

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. Bơm loại khuếch tán có áp suất giới hạn khoảng 10(-7) :10(-8) mmHg.

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 dụng 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.

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 việc 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 chuyển động 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).

Nguồn chất lỏng được lấy ở trên cao, dẫn theo ống qua vòi phun đưa vào buồng hỗn hợp, cung cấp năng lượng để hút nước cần bơm từ bể hút qua ống hút , đẩy nước lên bể tháo . Trong vòi, 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 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 theo ống vào buồng hút rồi buồng hỗn hợp. 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, tại đây vận tốc dòng chảy giảm dần và cột nước tĩnh tăng, dòng chất lỏng được đưa lên bể. Nếu dùng bơm tia để đẩy chất lỏng thì gọi là “injecto”, còn đề hút chất lỏng gọi là ejecto”.

Các loại bơm chân không ORION

Điều khiển hút chân không

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.

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.

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.

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

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 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.

Ứng dụng công nghệ hút chân không

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.

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 thao tác thiết bị chân không.
• Mặt cắt ngang nhỏ hơn (do được nén chặt hơn).

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.

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.
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 các sản phẩm lớn hoặc quá phức tạp như tàu thuyền, các chi tiết xe hơi, chi tiết máy bay, chậu hoa,…

Phương pháp mới trong xử lý nền đất yếu

Giảm 30% giá thành, giảm 50% thời gian thi công. Đó là khẳng định của các chuyên gia Trung Quốc trong công nghệ mới về đầm nén xử lý nền đất bằng phương pháp chân không trong buổi hội thảo do Sở Xây dựng TP.HCM tổ chức. Hiện nay có rất nhiều phương pháp để gia cố nền đất yếu như: dùng đệm cát, cọc cát, trụ vật liệu rời thoát nước thẳng đứng, trụ đất-xi măng, bấc thấm… Tuy nhiên, bơm hút chân không là một phương pháp gia cố nền đất sét yếu, dùng công nghệ bơm hút chân không để hút nước trong đất làm cho đất cố kết nhanh chỉ trong thời gian ngắn. Đây là phát minh của ông Từ Sĩ Long – Chủ tịch HĐQT Cty CP Cảng Loan Tân Hải (nhiều người ưu ái gọi ông là “người biến bùn thành bão, biến đất thành vàng”)… So với phương pháp xử lý nền đất thông thường thì công nghệ hút chân không có nhiều ưu điểm vượt trội như tiết kiện được 30% giá thành xây dựng, rút ngắn 50% thời gian thi công… Công nghệ này được thực hiện nhanh thông qua vài lần làm áp lực bằng chân không kết hợp với số lần biến đổi năng lượng thích hợp để đóng nền từ đó hạ thấp tỷ lệ chứa nước trong đất, nâng cao mật độ đất, sức tải của nền, giảm sự sụt lún sau khi thi công và sự sụt lún sai khác ở nền đất yếu. Theo các chuyên gia trong lĩnh vực xử lý nền đất thì phương pháp này sẽ tạo ra được một áp lực (trên 1 atmosphere) khống chế sức tải của mặt đất, tạo độ dày cần thiết theo yêu cầu kỹ thuật, khống chế được độ lún và tạo độ lún đồng đều cho mặt đất. Công nghệ này đã được Uỷ ban Khoa học Thượng Hải (Trung Quốc) giám định “đạt tiêu chuẩn tiên tiến quốc tế”, hiện đang được áp dụng tại nhiều công trình xây dựng cảng biển, đường bộ và đường hàng không, được nhiều quốc gia đón nhận trong đó có Việt Nam.

Bốn đặc điểm vượt trội của công nghệ hút chân không so với các phương pháp thông thường đó là: tốc độ nhanh, thời gian thi công ngắn; chi phí thi công chỉ bằng 30 – 50%; có thể kiểm soát được chất lượng căn cứ vào các điều kiện địa chất khác nhau để thiết kế nên các thông số thi công phù hợp; thi công đảm bảo vệ sinh môi trường. Tại Trung Quốc, công trình sửa chữa, mở rộng đường băng số 2 Sân bay Quốc tế Phố Đông Thượng Hải (ảnh bên) là một phương án “sân bay hướng ra đại dương”. Sau khi sử dụng công nghệ này không chỉ giải quyết được vấn đề lún sâu của nền đất trên bờ biển mà còn tiết kiệm được cả nhiệu triệu đo-la Mỹ tiền vốn đầu tư. Hơn nữa chất lượng công trình được các chuyên gia đánh giá “tốt nhất, vượt xa yêu cầu thiết kế”. Công trình Cảng Tân Thành khi sử dụng công nghệ mới này đã tiết kiệm được 360 triệu nhân dân tệ. Ngoài ra còn nhiều công trình khác như: công trình xử lý nền đất ở cảng Tam Kỳ, Ninh Ba, Chiết Giang (Trung Quốc) cũng dùng công nghệ hút chân không, tiết kiệm được 73 triệu nhân dân tệ. Trong gần 3 năm riêng khu vực Thượng Hải đã tiết kiệm được 1 tỷ nhân dân tệ khi sử dụng phương pháp này. Việc đưa ra một số các biện pháp xử lý nền đất yếu mới góp phần làm phong phú các phương pháp xử lý nền móng trong công tác xây dựng ở nhiều vùng địa hình có địa chất yếu từ đó có cơ sở để lựa chọn những biện pháp tối ưu để áp dụng cho các công trình. Ở Việt Nam hiện công trình nhà máy Khí – Điện Cà Mau đã sử dụng công nghệ này. Ở môi trường chân không, thức ăn không bị oxy hoá, giúp cho thực phẩm tươi lâu hơn từ 3-5 lần so với việc cất giữ trong ngăn đá hay trong tủ lạnh. Thị trường đã có loại máy hút không khí ra khỏi túi ni lông để bảo quản thực phẩm. Theo các nhà chuyên môn, nếu để thịt bò, gia cầm, ngũ cốc trong tủ đông được 6 tháng thì thực phẩm đóng gói chân không sẽ giữ được từ 2-3 năm. Chẳng hạn, dâu tây chỉ có thể để trong tủ lạnh từ 1 đến 3 ngày để giữ tươi nhưng đóng gói chân không có thể giữ được một tuần… Ngoài ra, thực phẩm để trong môi trường chân không cũng giữ nhiệt tốt, có thể giữ thức ăn nóng hay lạnh khi dã ngoại hay mang đi xa trong một vài giờ. Kiểu dáng máy hút chân không nhỏ gọn như bàn phím vi tính và cách sử dụng đơn giản. Khi mua, bạn sẽ được tặng 5 túi mẫu để cất giữ thực phẩm.

Đặt những thứ muốn đóng gói vào trong túi, mở nắp thiết bị, đưa miệng túi vào rãnh chân không của máy. Cần chú ý đặt miệng túi chạm vào nhãn màu xanh ở đáy của rãnh chân không. Sau đó, đậy nắp lại và chốt nắp bằng cách nhấn các chốt ở hai bên thiết bị đóng gói. Nhấn và giữ nút “On”, đèn sẽ sáng trong khi máy gắn chặt miệng túi, đợi đến khi không còn tiếng máy chạy và đèn tắt rồi hãy nhả nút “On”. Lúc này các chốt ở hai bên sẽ tự động nhả và lấy túi thực phẩm ra.

Ngoài ra, đi kèm với máy có một hộp nhựa, một nút chai và một ống nhựa để thực hiện thao tác hút chân không trong hộp đựng thực phẩm hay nước uống trong chai. Phía trên nắp hộp có một lỗ nhỏ để cắm dây hút chân không nối từ máy. Cho thực phẩm vào hộp, đậy nắp lại và cắm ống hút nối giữa máy và hộp. Kế tiếp bạn bật nút “On” để máy hoạt động như cách hút chân không của túi ni lông. Đối với cách sử dụng nút chai cũng tương tự như vậy, nút chai giúp bạn có thể giữ thức uống trong chai được lâu hơn. Để máy sử dụng được bền, bạn nên để máy nguội ít nhất 20 giây trước khi thực hiện lần tiếp theo. Những bao ni lông sau khi sử dụng, để tiết kiệm, có thể tái sử dụng được nhiều lần sau khi đã được rửa sạch. Túi ni lông có bán rời kèm theo.
Hộp bảo quản chân không giúp thực phẩm Tết tươi ngon Hộp bảo quản chân không Neoflam giúp thực phẩm được bảo đảm tốt và giữ nguyên chất lượng. Sản phẩm bao gồm gioăng và van một chiều kín, kèm theo là bơm hút không khí bằng tay. Hộp bảo quản sử dụng công nghệ chân không này được công ty Neoflam Hàn Quốc sản Thực phẩm sẽ tươi lâu nếu được hút chân không. xuất và được công ty Vifami phân phối tại Việt Nam. Bộ hộp được làm bằng nhựa PP trong suốt có chứa chất Microban diệt khuẩn. Gioăng và van chân không rất kín nên không khí không thể tràn vào hộp. Hộp có thể sử dụng như hộp bảo quản thông thường hoặc hút không khí ra bằng bơm chân không bằng tay kèm theo. Nhờ đó, thực phẩm được bảo quản trong môi trường chân không giữ được sự tươi ngon như mới mua ở chợ về.

Đèn điện tử chân không

Trước đây,đèn điện tử chân không (vacuum tube, còn được gọi tắt là tube hay valve) còn thường được gọi là đèn điện tử hoặc bóng điện tử là một linh kiện điện tử. Ngày nay, nhờ ứng dụng tính chất của chất bán dẫn, phần lớn các đèn này được thay thế bằng các linh kiện điện tử khác nhỏ và rẻ hơn nhiều. Đầu thế kỉ 21, có sự quan tâm trở lại của đèn điện tử chân không, vào thời điểm này có sự hình thành của vi ống phát ra trường. Bản chất của đèn điện tử có kích thước lớn, khi hoạt động toả ra nhiều nhiệt. Hiện nay hầu hết các thiết bị điện tử đã không còn dùng đèn này nữa mà dùng các linh kiện bán dẫn để thay thế (transistor, IC…). Tuy nhiên trong lĩnh vực chế tạo ampli cho giới sành nhạc, người ta vẫn rất chuộng ampli đèn, lý do là vì ampli đèn có khả năng tạo ra âm thanh trung thực bởi tính chất của nó (trình bày ở phần sau).

Nguyên lý hoạt động

Đèn điện tử là một loại thiết bị dựa vào sự khống chế luồng điện tử phát xạ để thực hiện những yêu cầu kỹ thuật phức tạp.
Khi hoạt động, các đèn điện tử cần đốt nóng các sợi đốt (một sợi ở đèn hai cực, ba cực đơn hoặc nhiều sợi ở các đèn điện tử kép), khi nhiệt độ các sợi đốt đạt đến một mức độ nào đó, động năng của chúng thắng sự liên kết của kim loại và sẵn sàng nhảy ra khỏi bề mặt kim loại của sợi đốt.
Để điều khiển các đèn điện tử chân không, giữa các cực cần có một điện trường, chính các điện trường này đã tạo ra dòng điện trong chân không: điện tử di chuyển đến a-nốt. Nếu là đèn điện tử hai cực: Dòng điện tử đơn thuần di chuyển từ ca-tốt đến anốt với cường độ phụ thuộc vào điện trường tạo ra (cùng các thông số khác của đèn ảnh hưởng đến)

Nếu là đèn điện tử ba cực, dòng điện này phụ thuộc vào cực điều khiển (như hình), điện trường cực điều khiển sẽ quyết định đến cường độ dòng điện đi đến a-nốt. Do điện tử có khối lượng rất nhỏ, chuyển động hầu như không có quán tính nên sự không chế luồng điện tử này có thể tạo nên những luồng điện tức thời. Điện tử lại có diện tích rất nhỏ cho nên khống chế luồng điện tử về mặt số lượng có thể tạo được những dòng điện rất nhỏ cho những dụng cụ cần độ nhạy cao, những biến thiên rất nhỏ cũng được cảm nhận, có thể tập trung để tạo được dòng điện rất lớn cho những dụng cụ cần có công suất mạnh. Đây chính là ưu điểm của đèn điện tử chân không so với các transistor điện tử bán dẫn khiến cho chúng còn được sử dụng trong các bộ ampli công suất để khuyếch đại tín hiệu tương tự. (Ở transitor có thể không “mở” khi mức độ tín hiệu (tương tự) thấp hơn một giá trị nhất định nào đó, dẫn đến sự khuếch đại bị thất thoát, làm ảnh hưởng đến âm thanh được khuếch đại). Như vậy về mặt tần số, có những dụng cụ điện tử làm việc tới 10 mũ 12 Hz, về mặt công suất có những đèn phát tới vài trăm kw. Năng lượng điện là loại năng lượng dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác nên dụng cụ điện tử rất tiện dụng cho những quá trình vật lý phức tạp như những biến đổi quang – điện, nhiệt – điện, bức xạ…

Ứng dụng

Với những ưu điểm đó, dụng cụ điện tử có thể thực hiện được nhiều chức năng kỹ thuật từ đơn giản đến phức tạp như:

• Đèn điện tử hai cực (tương đương điốt): nắn điện, tách sóng.
• Đèn điện tử chân không ba cực (tương tự các transistor bán dẫn): khuyếch đại, tạo sóng, biến tần, hiện sóng, chỉ thị báo hiệu, truyền hình, đo lường, tự động…

Phân loại

Đèn điện tử có rất nhiều loại, nhiều công dụng khác nhau nên có rất nhiều cách phân loại.
Về mặt công dụng có thể chia làm đèn khuyếch đại, đèn nắn điện, đèn tách sóng, đền đổi tần, đèn phát, đèn tạo sóng, đèn chỉ thị…
Về mặt chế độ công tác có thể chia làm đèn làm việc theo chế độ liên tục, đèn làm việc theo chế độ xung.
Về mặt tần số có thể chia làm đèn âm tần, đèn cao tần, đèn siêu cao tần.
Về mặt kết cấu nội bộ đèn có thể chia làm đèn 2 cực, đèn 3 cực, 4 cực, năm cực, nhiều cực, đèn ghép, đèn kép, đèn nung trực tiếp, đèn nung gián tiếp đèn ca tốt lạnh. Về mặt kết cấu ngoại hình có thể làm làm đèn vỏ thủy tinh, đèn vỏ kim loại, gốm. Về mặt làm nguội có thể chia làm đèn làm nguội tự nhiên, làm nguội bằng gió, làm nguội bằng nước chảy đối lưu, làm nguội bằng cách bay hơi.
Về cách bố trí các chân đèn để sử dụng đế đèn có thể chia làm loại 8 chân (octal), 9 chân tăm (noval), Rimlock, chân chìa…Người ta còn chia làm loại đèn chân không và đèn có khí, trong đó có đèn gazotron,
thyratron, đèn ổn áp (Stabilitron). Về nguyên lý công tác, đèn điện tử còn có các loại manhêtron, klystron, đèn sóng chạy dùng cho lĩnh vực siêu cao. Về hiệu ứng sử dụng còn có các loại đèn tia âm cực dùng cho máy hiện sóng, máy thu hình áp dụng tính năng điện – quang để xem sóng, xem hình có các loại đèn quang điện (tế bào quang điện) đèn nhãn quang điện để thể hiện sự biến đổi ánh sáng thành sự biến đổi của dòng điện dùng cho âm thanh chiếu bóng hoặc trong thiết bị kiểm tra tự động. Tóm lại, có rất nhiều cách phân loại đèn điện tử và có rất nhiều loại đèn điện tử thực hiện được nhiều yêu cầu kỹ thuật phức tạp và ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau của kỹ thuật.

Ngoài ra, chân không được có nhiều ứng dụng thực tế trên các lĩnh vực khác nhau. Ứng dụng của máy bơm chân không Orion

Download tài liệu chuyên sâu ngành chân không

download