ВАКУУМ

ВАКУУМ-ФИЛЬТРЫ

Елико давление воздуха на все, находящееся на дне воздушного океана. На каждый квадратный сантиметр поверхности любого тела давит сила, равная примерно 1 кг. С тех пор как была определена величина давления воздуха, сделано немало попыток использовать его для нужд чело­века. О том, как человек заставил работать воздух, можно прочесть в специальной брошюре «Научно-популярной биб­лиотеки» Гостехиздата [5]). При помощи вакуума можно за­ставить работать воздух, имеющий обычное атмосферное давление.

Создадим внутри какого-либо закрытого металлического резервуара вакуум — тогда его стенки будут испытывать давление наружного воздуха. Если этот резервуар соеди­нить с другим открытым резервуаром, заполненным водой, то вода под действием давления воздуха перетечет туда, где давление воздуха меньше. Это явление широко использует­ся при фильтровании жидкостей, т. е. при отделении жидко­сти от осадка твердых частиц.

В химической промышленности, чтобы отделить жидкость от твердого осадка, пользуются фильтрами. Вода под дейст­вием силы тяжести профильтровывается через слой осадка и через пористый материал, который пропускает молекулы

Воды, но задерживает более крупные частицы твердого ма­териала.

Если осадок мелкий, отделение воды — фильтрация — идет очень медленно. Ускорение было достигнуто, когда удалось использовать давление атмосферного воздуха. Этим целям служит вакуум-фильтр (рис. 31).

Современный вакуум-фильтр состоит из медленно вра­щающегося большого сетчатого барабана, обтянутого спе­циальным сукном. С торцов барабан закрыт крышками, в ко­торых имеется сложная система отверстий. Из полости внут­ри барабана выведена труба через пустотелый вал и присое­динена к всасывающей линии вакуум-насоса.

На одну треть высоты барабан погружен в ванну с рас­солом, который надо разделить на твердый осадок и жидкость. Внутри барабана вакуум. В разреженное про­странство сквозь фильтрующую ткань и сетку устремляется жидкость. На поверхности барабана остается слой влаж­ного осадка. При дальнейшем повороте барабана осадок все более и более обезвоживается, а затем снимается специаль­ным ножом и сгружается на транспортер.

В производстве соды и других химикатов, на цемент­ном заводе и при производстве сахара — везде находят применение вакуум-фильтры.

А строительной площадке нового завода-гиганта также находит применение вакуумная техника. Строительство ведется при помощи современных машин. Широко приме­няется на стройке эффективный конструктивный материал— сборный железобетон. И здесь мы обнаруживаем аппарат, в котором используется вакуум. На подъемном кране установ­лен небольшой вакуум-насос, от которого, как щупальцы гигантского осьминога, тянутся шланги к плоским камерам - присоскам. Их края оклеены мягкой резиной. На огромную плоскую и тонкую железобетонную плиту накладываются камеры, включается вакуум-насос. При разрежении порядка 0,7—0,8 атмосферы каждый квадратный метр площади ва­куум-камеры может удержать 7—8 тонн. Опыт с магдебург - скими полушариями только удивлял зрителей, тот же прин­цип через 300 лет используется с практическими целями. Огромная плита поднимается и переносится на место сборки. Равномерно распределяя усилие при подъеме тонких кон­струкций, такое приспособление позволяет уменьшить на­пряжения в них при подъеме и монтаже. Не требуется специальных приспособлений для захвата краном. Все это упрощает конструкцию плиты и уменьшает расход металла.

Вакуум используется и для улучшения свойств бетона. Сложные современные конструкции требуют применения подвижной жидкой бетонной смеси, для того чтобы она мог­ла хорошо распределиться в форме. — опалубке, плотно заполнив все углы и промежутки. Но, чем больше воды в бетонной смеси, тем ниже прочность бетона, который из нее получается.

Вакуум и здесь приходит на помощь. На поверхность конструкции, изготовленной из жидкого бетона, содержав­шего избыток воды, накладываются плоские металлические щиты, обтянутые сеткой и тонкой материей. По контуру щи­тов прикрепляются резиновые уплотняющие листы. От каж­дого щита идет резиновый шланг, который входит в специ­альный бак-водоотделитель. К баку присоединен вакуум - насос. При включении насоса в баке и под щитом создается вакуум, и вода под действием атмосферного давления устрем­ляется из бетона через ткань и сетку по шлангу в бак-водо­отделитель. Под действием внешнего давления щит прижи­мается к поверхности бетона и дополнительно опрессовывает его. Так вакуум помогает улучшить качество бетона.

Ироко используется вакуум в различных областях на­уки и техники. Вакуум позволяет осуществлять самые сложные физические процессы. Вакуумная техника— неотъ­емлемая часть современного технического прогресса. Но вакуум не только полезен. Есть много случаев, когда возникновение вакуума сопровождается опасными послед­ствиями.

В Англии шли испытания новейшего миноносца, который должен был развивать невиданную до того скорость. Но странно, как только увеличили обороты судового винта сверх определенного предела, раздались удары по винту. Причины ударов были тщательно изучены. Выяснилось, что при большой скорости вращения винта происходит отрыв воды от поверхности его лопастей, у них на какое-то мгнове­ние образуется разреженное пространство, которое затем быстро заполняется водой. Это сопровождается ударом воды о винт.

При внезапном заполнении пустот водой давление может достигнуть 40 атмосфер, что может привести к поломке ло­пастей винта. Это явление получило название — «кавитация».

Такое же явление наблюдалось и на скоростном транс­океанском судне «Мавритания». На полной скорости кавита­ционные явления были настолько сильны, что кормовые каюты этого океанского гиганта пришлось оставить пусты­ми. Находиться в них было нельзя из-за сильного шума и вибрации корпуса.

Кавитация опасна еще и тем, что ей сопутствует усилен­ная коррозия. Воздух, остающийся на какое-то время в со­прикосновении с влажным металлом, создает благоприят­ные условия для развития коррозии.

С разрушением в результате образования вакуума инже­неры столкнулись и в гидротехнике при строительстве тон­нелей для пропуска воды под большим напором.

На одной из американских плотин при пуске воды по напорному тоннелю из его стенок были вырваны глыбы бетона.

Произошло это потому, что при движении огромных масс воды с большой скоростью происходит отрыв струи воды от стенок. Образуются кавитационные пустоты, в которых воздух разрежен. Это разрежение и приводит к разрушению стенок трубы.

Ведь облицовка тоннеля рассчитывается на то, чтобы про­тивостоять внутреннему давлению, а не обратному направ­лению действия отрывающей силы, которая становится весь­ма значительной, достигая нескольких тонн ка квадрат­ный метр.

Внезапное образование разрежения бывает весьма опас­но и в других случаях, например при газовых взрывах. А вот пример из совсем другой области.

По многокилометровому бетонированному шоссе с мяг­ким шорохом проносятся тысячи автомобилей. Быстро вра­щается колесо автомобиля, одетое в ребристую резиновую покрышку — шину, и кажется, что колесо только пригла­живает поверхность бетона. Что может сделать мягкая ре­зина твердому камню «бетону»? Проходят годы, и на по­верхности дороги обнаруживается износ. Вместо несколь­ких десятков лет службы уже после двадцати-двадцати пяти лет дорога требует капитального ремонта. В этом разруше­нии дороги также играет роль и вакуум, который образует­ся, когда пневматическая шина, вначале сжатая, отрывается от поверхности покрытия. Образующийся вакуум способ­ствует отрыву мельчайших частиц бетона и увеличивает износ дороги.

Вакуум разрушительно действует не только на сооруже­ния. Пониженное давление — вакуум — весьма опасно для человека. Уже при давлении в половину атмосферы человек чувствует себя плохо, а при меньшем давлении даже крат­ковременное пребывание опасно для жизни. Если, спуска­ясь под воду, человек страдает от избыточного давления, то, поднимаясь в горы или на самолете в верхние слои атмосфе­ры, он испытывает еще большие страдания. Для жизнедея­тельности человеческого организма необходим кислород воздуха. Если кислорода мало и давление его понижено, на­рушается нормальный ход процессов окисления в легких, появляется так называемое «кислородное голодание». От недостатка воздуха и от необычного малого давления че­ловек может погибнуть.