Существуют принципиальные правила обращения с опасными жидкостями и газами - горячими, ядовитыми, химически агрессивными, взрывоопасными, радиоактивными или биологически патогенными:
Они должны всегда храниться в защитной оболочке. Вопрос о долговечности защитной оболочки не всегда учитывается должным образом, особенно в исключительных ситуациях, таких как техническое обслуживание или ремонт.
Для этого может потребоваться демонтаж плохо закрепленных манипуляторов и воздействие опасной плоскостной жидкости. Хотя и сравнительно редко, рано или поздно требуется ремонт с помощью классических механических насосов и устройств управления, которые работают либо от движения механических компонентов, либо от деформации компонентов (например, разделительных мембран).
Причин отказов много: они возникают из-за усталости материала, износа уплотнений или подшипников, заеданий, ослабления болтов, винтов и других компонентов.
Флюидные устройства
Решение предлагается бесступенчатыми жидкостными устройствами, которые генерируют и контролируют потоки жидкости гидродинамическими или аэродинамическими явлениями, происходящими внутри полостей с твердыми, несъемными стенками.
Нет ничего, что могло бы сломаться. В результате этого жидкостные насосы и клапаны чрезвычайно надежны и не требуют технического обслуживания.
Преимущества, которые они предлагают, к сожалению, малоизвестны или неизвестны вовсе. Одна из причин может заключаться в том, что эти устройства часто разрабатывались для использования в атомной энергетике, а их связь с ядерным оружием заставляла хранить их под прикрытием секретности.
Другая негативная причина - коннотация их названия: большинство инженеров, если они вообще слышали о флюидике, знают, что это довольно устаревшая технология, которая безуспешно пыталась конкурировать с электроникой около 50 лет назад.
Само название "флюидика" было придумано по аналогии с "электроникой", разница между ними заключается в обработке сигналов, передаваемых либо флюидами, либо электронами.
Отсутствие движущихся компонентов позволило флюидике достигать рабочих частот выше, чем у классической гидравлики или пневматики (там, где были подвижные компоненты). Тем не менее, предел скорости передачи сигнала, которым во флюидике является скорость звука, сделал его несравнимо медленнее, чем в электронике (где аналогичным пределом является скорость света).
Кроме того, размеры плоских приборов, которые не могут быть просто миниатюризированы из-за ограничений, накладываемых числом Рейнольдса, сделали их неконкурентоспособными. Совсем недавно одна из отраслей, описанная как микровлюидика, достигла небольшого размера, переняв методы микропроизводства из электроники и применив специальные методы контроля.
Рассматриваемые здесь устройства отличаются. Они в основном довольно больших размеров, так как работают с большими крюками.
Часто, хотя и не всегда, их характерной чертой, ставшей возможной благодаря отсутствию движущихся компонентов, является их изготовление без дорогостоящих операций механической обработки или сборки.
Это делает их довольно недорогими. Благодаря отсутствию необходимости в доступе для технического обслуживания, компоненты и устройства можно сваривать вместе, образуя единый, герметичный прочный корпус. Они могут быть изготовлены из устойчивых, огнеупорных материалов, так что их срок службы может быть практически неограниченным.
Современные материалы, устойчивые к высоким температурам, позволяют работать с такими необычными жидкостями, как расплавленные металлы. Флюидные устройства были первоначально разработаны для работы с чрезвычайно опасными радиоактивными жидкостями, встречающимися при переработке ядерного топлива.
Однако уникальные свойства присущей безопасности делают их ответом на многие проблемы транспортировки и переработки опасных жидкостей в других отраслях техники.
Если обрабатываемое вещество действительно опасно, может потребоваться несколько защитных конвертов, один внутри другого.
Существуют два основных требования:
- Отсутствие каких-либо механических движущихся устройств внутри барьера, так как механические движения являются причиной износа и других проблем. В идеале, доступ персонала за пределы заграждения не допускается и, по сути, невозможен.
- Нельзя смешивать с переработанной жидкостью, чтобы минимизировать количество дезактивируемой или хранящейся по окончании переработки жидкости.
Жидкостные устройства разбиты по трем классам:
- A - Полностью пассивный
- B - Снаружи только небольшая регулируемая линия
- C - Управляется внешним потоком
Способность жидкостей полностью отделить их от окружающей среды является уникальной. Можно предположить, что передача энергии через защитный барьер может осуществляться с помощью электрических проводников.
Однако воздействие на внутреннюю жидкость (разумеется, в больших масштабах) с помощью электричества не представляется возможным, так как перенос электроэнергии нарушит требование (а). Конфигурация насоса, может иметь в виду другое, казалось бы, возможное решение: управление потоком жидкости струйным насосом.
Данное устройство не имеет механических движущихся частей. Однако струйный насос работает за счет всасывающего эффекта, создаваемого движущейся жидкостью, обязательно поступающей извне, и, таким образом, нарушает требование (b).
При отсутствии движущихся компонентов, которые используются в стандартных клапанах для блокировки нежелательного потока, управление потоком жидкости, направляющим его на желаемый выпуск, достигается с помощью инерциальных сил.
Для того чтобы инерционное действие было эффективным, жидкость должна ускоряться - обычно в форсунке. Разумеется, высокая скорость потока неизбежно приводит к большим гидравлическим потерям. Чтобы избежать их, в разумно спроектированном жидкостном устройстве жидкость замедляется, как только нет необходимости в инерциальных эффектах, предпочтительно непосредственно после рабочей полости.
Это делается в диффузорах. Такие диффузоры, как правило, являются характерной особенностью большинства жидкостных устройств. Они настолько заметны, потому что хорошие диффузоры с небольшим углом расхождения являются длинными, часто в неудобной степени. Однако их эффективность преобразования, как правило, не так высока, как хотелось бы, поэтому совершенствование диффузоров является постоянной проблемой для разработчиков жидкостных устройств.
В заключение можно сказать, что неподвижные двигатели открывают пока малоизвестные возможности для транспортировки и переработки опасных жидкостей в безопасном по своей природе режиме. Три описанных класса устройств могут генерировать и/или контролировать поток внутри недоступной защитной оболочки.
Секретность, изначально требуемая для использования в атомной промышленности, теперь снята. Долговременная надежность, прочность и отсутствие технического обслуживания делают устройства, описанные в данной статье, идеальным решением многих проблем, связанных с перемещением опасных материалов.