Что такое вакуумные станции и системы?
Любая техническая сборка, способная создавать и поддерживать давление ниже атмосферного, называется вакуумной станцией. На научном языке комплекс устройств, обеспечивающий такой станции возможность изменять давление, обозначается как вакуумная система.
Подобные устройства используют силу атмосферного давления для проталкивания материала воздухом в приемник. Либо атмосферное давление возвращает выдвинутый поршень, под которым образовалось безвоздушное пространство. Вакуумные системы широко используются в промышленном оборудовании, медицине, конструкции автотранспорта, в авиакосмической отрасли и в бытовой технике. На текущий момент сложно найти сферу человеческой деятельности, где бы не был задействован вакуумный эффект.
Три технологических способа создания вакуума в установке
Современные технологии породили три способа разряжения воздуха в замкнутой системе. Первый способ — это искусственное снижение давления с помощью насоса. Второй способ использует термодинамические свойства материалов и получает нужное давление за счет нагрева или охлаждения содержимого в системе. Третий применяет химические реакции материалов (жидкостей, газов) для изменения давления. В большинстве случаев в вакуумных станциях применяется первый способ, использующий силу вакуумного насоса. Последние же два часто задействованы в конструкциях высокотехнологичного оборудования и в лабораторных установках НИИ.
Основная схема вакуумной системы. Из чего она состоит?
Любой тип вакуумной станции предполагает создание внутри установки области пониженного давления, куда должен устремиться материал.
Исходя из этого, насосная система таких агрегатов обязана содержать следующие элементы:
- Вакуумный насос;
- Вакуумный клапан;
- Герметичную емкость-ловушку;
- Трубы, шланги и фитинги;
- Приемные шлюзы (принимают или удаляют материал из системы).
Как ни странно, но наиважнейшим элементом подобной конструкции является вакуумный клапан, а не насос или ёмкости. Небольшое падение мощности насоса или микроскопическая пробоина в шланге не критична для станции. Устройство может продолжать выкачивать материал, но с меньшей эффективностью. А вот деформация клапана способна парализовать работу всего вакуумного аппарата.
Принцип работы вакуумной системы
Изначально в вакуумных установках клапан отсутствовал. КПД таких неполноценных агрегатов был очень низким. Поступление сжатого воздуха происходило неконтролируемо, перекачиваемый материал смешивался с рабочими газами, а насос оставался беззащитным перед летучими материалами. К тому же, отсутствие клапана делало невозможным регулирование герметизации рабочих отсеков, что порождало многочисленные утечки материала. А при ремонте или техобслуживании приходилось полностью освобождать систему от содержимого. Это приводило к безвозвратным потерям полезного материала, и сам процесс ремонта отнимал много времени.
Конструкция современных клапанов и регулирующих вентилей имеет усложненную структуру и состоит из следующих элементов:
- Стержень с датчиками давления.
- Герметизирующие прокладки (как правило, резиновые).
- Входное и выходное отверстие.
- Прочный защитный корпус.
- Крышка клапана для быстрого доступа при ремонте.
Наличие клапана в вакуумной станции является обязательным условием для безопасной и надежной работы системы. Экономия производителей на клапанах и вентилях является нарушением технического стандарта и часто вынуждает покупателей самостоятельно монтировать недостающие элементы.
Медицинские вакуумные станции и системы
Свойства вакуума применяются в медицине в основном для перекачивания биологических жидкостей. Медицинские устройства напрямую взаимодействуют с телом пациента, поэтому к стандартным техническим нормам добавляется ещё одно требование — стерильность. Это значительно усложняет классическую конструкцию вакуумной станции. В установках присутствуют антибактериальные фильтры, спецприемники для биологических отходов и защитные механизмы, препятствующие резкому перепаду давления. Эти дополнительные элементы призваны уберечь здоровье пациентов во время процедур.
По правилам технической эксплуатации медицинских вакуумных систем, их размещение имеет ряд особенностей. Изменяющий давление компрессор не должен находиться в одном помещении с подсоединенной к нему вакуумной станцией. В большинстве случаев компрессорные установки располагают в специальных технических помещениях. Приемники биологических отходов по международным нормам также устанавливаются в отдельном помещении.
Медицинские аппараты и технические приспособления на основе вакуумных систем широко используются при хирургических операциях, для постоперационной реабилитации, в медицинских лабораториях и в процедурных кабинетах.
Главные правила работы с вакуумными системами
Работа вакуумной системы должна быть не только эффективной, но и полностью безопасной для людей. Особенно это требование ярко выражено в медицине, где пренебрежение к техническим требованиям может серьёзно навредить здоровью пациента.
Согласно нормам безопасности, работа с вакуумными системами требует соблюдения следующих правил:
- Первый запуск оборудования приводится в состояние максимальной разреженности. Тем самым проверяется устойчивость фланцев и соединений к атмосферному давлению в условиях внутреннего вакуума.
- Для изменения температурного режима станции сначала необходимо разрядить давление до определенных показателей и только после этого постепенно менять рабочую температуру. Показатели соответствия температуры и давления зафиксированы в специальных таблицах.
- Поверхность стеклянных емкостей должна иметь защитный экран из проволочной сетки или органического стекла. Взрывное давление может повлечь разрушение емкости и разлет острых осколков. При отсутствии защиты внешнюю поверхность можно экранировать защитным кожухом. В медоборудовании проникновению осколков в тело пациента препятствуют внутренние фильтры.
- Стеклянные плоскодонные колбы применяются только для работы с низким давлением. Они плохо выдерживают повышенную плотность воздуха.
- Перед каждым запуском вакуумной станции оператор обязан проверить на надежность все соединения и тройники.
- Для обработки кранов и шлифов применяют специальную вакуумную смазку.
- Кустарное (не заводское) создание цельнопаянных стеклянных компонентов допускается только при снятии внутреннего напряжения детали. Стеклянные части вакуумной станции могут вручную создавать только мастера с соответствующим опытом.
- Работники или другие лица должны находиться рядом с вакуумной установкой в защитных очках и масках.
- Количество и качество важных компонентов (клапанов, фильтров) должно соответствовать норме, определенной для безопасной работы установки.
Сбалансированную работу вакуумного оборудования поддерживают многочисленные датчики и автоматизированные системы, подающие команды блокирующим узлам. До эры высоких технологий оператор вынужден был неотлучно контролировать процессы разрежения и нагнетания в аппарате.
В современных же устройствах автоматизированная система сама реагирует на критические неполадки, после чего блокирует работу агрегата и оповещает оператора о неисправности. Неотлучный режим живого присмотра практикуется в основном в медицине при подключении к пациенту жизненно важного медоборудования. Связанно это с тем, что техническая неполадка в вакуумном аппарате с одновременным сбоем систем контроля может привести к печальным последствиям.
Типичные поломки вакуумных систем
Чаще всего операторы в своей работе сталкиваются с нарушением герметизации в вакуумном оборудовании, прекращением подачи тепловой энергии в систему, а также с деформацией или смещением клапанов.
При незначительных неполадках автоматический контроль может не остановить работу аппарата, но при этом начнет издавать соответствующий звуковой сигнал или отправит цифровое оповещение на компьютер. В этих случаях оператор вызывает технического мастера и непосредственно перед ремонтом останавливает работу установки. Если работа оборудования связанна с непрерывностью поддерживаемых процессов (например, аппарат искусственного дыхания), то ремонт действующего агрегата производится с его одновременной заменой.