Где применяют вакуум: Применение вакуума в технике

Применение вакуума в технике

Вакуум является идеально чистой технологической средой, в которой можно осуществить электрохимические и электрофизические процессы при изготовлении изделий, используемых в различных отраслях промышленности. Отсутствие атмосферы радикальным образом изменяет течение многих процессов. Резко меняется характер тепло- и массо-обмена, возрастает испаряемость материалов.

Новые типы полупроводниковых структур, особо чистые материалы, сплавы, специальные покрытия изготавливаются в вакууме. Развитие нанотехнологий, разработка новых технологических процессов, обеспечивающих техническую модернизацию основных отраслей производства, тесно связаны с вакуумной техникой.

В ряде случаев вакуумное напыление является единственным методом получения тонких пленок. Этот метод значительно экономичнее других известных методов массового производства металлизированных изделий. При его использовании механическая обработка поверхностей покрытия минимальна.

Способ металлизации в высоком вакууме обеспечивает покрытие пластмасс, фольги, бумаги, тканей тонким металлическим слоем и прочное сцепление его с основным материалом.

Вакуум в нефтехимии

В нефтехимической промышленности для образования вакуума в процессах получения дистиллятов масел из парафинов, синтеза сложных эфиров, регенерации растворителей, перегонки нефти и синтезе жирных кислот часто используются жидкостно-кольцевые вакуумные насосы и агрегаты.

Вакуум в машиностроении

Большинство технических процессов в машиностроении основаны на применении вакуумной техники. Вакуум применяется при исследованиях процессов схватывания материалов и cyxoгo трения, для нанесения упрочняющих покрытий на режущий инструмент и износостойких покрытий на детали машин, захвата и транспортирования деталей в автоматах и автоматических линиях, напыления под вакуумом (высокопрочные износостойкие покрытия), вакуумной фильтрации.

Вакуум в металлургии

Качество металла, полученного в условиях вакуума, значительно превышает качество обычного металла, так как удаление из расплавленного металла большого количества растворенных в нем газов дает возможность получать пластичный материал с высокими механическими свойствами.

Вакуум в пищевой промышленности

В пищевой промышленности пальму первенства держит вакуумная упаковка. Для ее производства используются самые различные вакуумные насосы, от небольших и до высокопроизводительных установок и агрегатов. Широко распространены в пищевой промышленности водокольцевые насосы, особенно в исполнении из нержавеющей стали. Они используются для создания вакуума в барабанных, ленточных и дисковых вакуумных фильтрах.

Это лишь малая часть областей применения вакуумной техники. Стоит отметить, что вакуумная техника постоянно развивается, и от дальнейшего ее развития во многом зависят успех изучения новых явлений, разработка новых приборов, создание материалов с новыми свойствами.

Применение вакуума в науке и технике

Экспериментальные исследования испарения и конденсации, поверхностных явлений, некоторых тепловых процессов, низких температур, ядерных и термоядерных реакций осуществляются в вакуумных установках. Основной инструмент современной ядер­ной физики — ускоритель заряженных частиц — немыслим без ва­куума. Вакуумные системы применяются в химии для изучения свойств чистых веществ, изучения состава и разделения компонен­тов смесей, скоростей химических реакций.

 

Техническое применение вакуума непрерывно расширяется, но с конца прошлого века и до сих пор наиболее важным его при­менением остается электронная техника. В электровакуумных приборах вакуум является конструктивным элементом и обяза­тельным условием их функционирования в течение всего срока службы. Низкий и средний вакуум используется в осветительных приборах и газоразрядных устройствах. Высокий вакуум — в приемно-усилительных и генераторых лампах. Наиболее высокие требования к вакууму предъявляются при производстве электрон­но-лучевых трубок и сверхвысокочастотных приборов.

 

 

Для рабо­ты полупроводникового прибора вакуум не требуется, но в про­цессе его изготовления широко используется вакуумная техноло­гия. Особенно широко вакуумная техника применяется в произ­водстве микросхем, где процессы нанесения тонких пленок, ион­ного травления, электронолитографии обеспечивают получение элементов электронных схем субмикронных размеров.

В металлургии плавка и переплав металлов в вакууме осво­бождает их от растворенных газов, благодаря чему они приобре­тают высокую механическую прочность, пластичность и вязкость. Плавкой в вакууме получают безуглеродистые сорта железа для электродвигателей, высокоэлектропроводную медь, магний, каль­ций, тантал, платину, титан, цирконий, бериллии, редкие металлы и их сплавы. В производстве высококачественных сталей широко применяется вакуумирование.

 

Спекание в вакууме порошков туго­плавких металлов, таких, как вольфрам и молибден, является од­ним из основных технологических процессов порошковой метал­лургии. Сверхчистые вещества, полупроводники, диэлектрики из­готавливаются в вакуумных кристаллизационных установках. Сплавы с любым соотношением компонентов могут быть получе­ны методами вакуумной молекулярной эпитаксии. Искусственные кристаллы алмаза, рубина, сапфира получают в вакуумных уста­новках.

 

Диффузионная сварка в вакууме позволяет получать не­разъемные герметичные соединения материалов с сильно разли­чающимися температурами плавления. Таким способом соединяют керамику с металлом, сталь с алюминием и т. д. Высококачест­венное соединение материалов с однородными свойствами обес­печивает электронно-лучевая сварка в вакууме.

 

 

 

 

В машиностроении вакуум применяется при исследованиях процессов схватывания материалов и сухого трения, для нанесе­ния упрочняющих покрытий на режущий инструмент и износо­стойких покрытий на детали машин, захвата и транспортирова­ния деталей в автоматах и автоматических линиях.

Химическая промышленность применяет вакуумные сушильные аппараты при выпуске синтетических волокон, полиамидов, ами-нопластов, полиэтилена, органических растворителей. Вакуум-фильтры используются при производстве целлюлозы, бумаги, сма­зочных масел. В производстве красителей и удобрений применя­ются кристаллизационные вакуумные аппараты.

В электротехнической промышленности вакуумная пропитка как самый экономичный метод широко распространена в произ­водстве трансформаторов, электродвигателей, конденсаторов и ка­белей. Повышаются срок службы и надежность при работе в ва­кууме переключающих электрических аппаратов.

Оптическая промышленность при производстве оптических и бытовых зеркал перешла с химического серебрения на вакуумное алюминирование. Просветленная оптика, защитные слои и интер­ференционные фильтры получают напылением тонких слоев в ва­кууме.

В пищевой промышленности для длительного хранения и кон­сервирования пищевых продуктов используют вакуумную сушку вымораживанием. Расфасовка скоропортящихся продуктов, осу­ществляемая в вакууме, удлиняет сроки хранения фруктов и ово­щей. Вакуумное выпаривание применяется при производстве са­хара, опреснении морской воды, солеварении. В сельском хозяй­стве широко распространены вакуумные доильные аппараты. В быту пылесос стал нашим незаменимым помощником.

На транспорте вакуум используется для подачи топлива в кар­бюраторах, в вакуумных усилителях тормозных систем автомоби­лей. Имитация космического пространства в условиях земной ат­мосферы необходима для испытания искусственных спутников и ракет.

В медицине вакуум применяется для сохранения гормонов, ле­чебных сывороток, витаминов, при получении антибиотиков, ана­томических и бактериологических препаратов.

 

Пять основных применений вакуума

В этой статье мы собираемся сделать шаг в сторону от вакуумных насосов и написать об общих приложениях, которые используют вакуум. Всякий раз, когда вакуум используется в процессе, он обычно попадает в одну из пяти основных причин использования вакуума. В некоторых случаях процесс может использовать вакуум по двум из пяти причин. В этом месяце я буду обсуждать первую из этих причин в произвольном порядке.

Обеспечение рабочей силы

Если в вашей вакуумной системе любой уровень вакуума, то существует разница давлений между внутренней и наружной стороной системы. Эта разница давления может использоваться для совершения работы.

Перепад давления, полученный путем создания вакуума, может поднимать довольно большие веса. Вакуумные подъемники используются в автомобильной промышленности для перемещения стекл, в полиграфической промышленности для перемещения листов бумаги, в пищевой промышленности для перемещения мешков или упаковок товара и многих других промышленных погрузо-разгрузочной работах. Также применяется, где вакуум используются для перемещения очень легких элементов, таких как интегральные схемы (небольшие электронные компоненты).

Удаление активных и реактивных компонентов

В данном случае главная задача проведения вакуумной откачки — «удаление» воздуха.

Основной молекулой воздуха, которую требуется удалить из вакуумной камеры, является кислород. Кислород – очень «активная» молекула, он вступает в реакции с другими молекулами, также он поддерживает горение при нагреве.

Вакуумные насосы используются для уменьшения количества кислорода до такого уровня, при котором он не причинит никаких проблем. Я уверен, что многие операторы видели окисленные детали выходят из печи, когда что-то пошло не так с насосом.

Водяной пар в атмосфере тоже может создавать проблемы в вашем вакуумном процессе. Водяной пар имеет более сильную атомную связь, чем сухие газы, и это приводит к тому, что молекулы водяного пара “прилипают” к внутренним поверхностям системы и их очень сложно откачать из камеры.

Если в вакуумной системе используется нагрев как часть процесса, то камеру необходимо подогреть для того, чтобы дать водяному пару больше энергии и выпустить его с поверхностей.

В некоторых вакуумных системах используются холодные ловушки для того, чтобы связать эти молекулы пара прежде, чем он достигнет вакуумных насосов.

При производстве полупроводниковых изделий внутренняя часть технологических камер, вакуумные линии, вакуумные насосы и даже выхлопные линии заполнены газами, которые могут убить вас, если вырвутся наружу, могут конденсироваться в твердые вещества и блокировать трубопроводы.

Опасные газы, используемые для создания химических реакций: силан, арсин, фосфин, трифторид азота и фторид вольфрама.

Вакуумные насосы должны откачать эти смеси реактивных газов и отправить к выхлопу. Во многих случаях этот выхлоп настолько опасен, что необходимо провести химические реакции с этими газами, прежде чем отправить их в атмосферу.

Удаление растворенных в жидкостях газов

Вакуумная дегазация

Жидкости используются в промышленности для самых различных применений, они должны быть дегазированы, а иначе возможен брак в технологическом процессе. Некоторые пузырьки газа могут быть видны, а другие могут растворяться в жидкости и быть невидимыми невооруженным глазом.

Пластинчато – роторные вакуумные насосы часто используются для дегазации вязких жидкостей перед заливкой их в форму. Количество вытесняемой жидкости, может варьироваться от нескольких граммов до многих литров в зависимости от продукта.

Для предотвращения образования дуг специальное масло, используемое в электрических трансформаторах, дегазируется для удаления захваченного воздуха и поглощенной влаги перед заполнением корпуса трансформатора.

Вакуум, используемый для того, чтобы уменьшить термические потери

Вакуум является отличным термоизолятором, поэтому его использует в таких областях как перевозка нефтепродуктов. Сосуды Дюара используется для хранения жидкого азота. Вакуум позволяет долго сохранять температуру, не затрачивая энергии на это.

Вакуумное напыление

Вакуумные покрытия или вакуумное напыление-это способ получения покрытия на подложке. Подложка может быть бумажной, металлической, пластиковой, стеклянной для изготовления интегральных микросхем (компьютерных чипов). Фактический процесс напыления будет выбран в зависимости от материала, толщины и поверхности покрытия.

Типичные процессы осаждения:

• Испарение горячей нити
  

В этом процессе металл испаряется с горячей намотанной нити или нити накала. Пары металла испаряются по прямым линиям и конденсируются на первой соприкасающейся поверхности.

• Испарения с помощью электронно-лучевой пушки
  

Эта система также использована для напыления металла, но материал плавится под воздействием лучей электронов.

• Напыление покрытия с помощью плазмы
  

Покрытие более трудный процесс для того чтобы понять. В этом процессе распыляемый материал и подложка представляют собой катод и анод. В камеру напускается аргон и ионизируется, чтобы зажечь плазму между двумя электродами. Ускоренные ионы аргона выбивают молекулы материал мишени. Выбитые молекулы после этого летят к аноду, тем самым создавая на нём покрытие.

Другие применения:

Электронные микроскопы

Масс-спектрометры

Применение вакуумных технологий

К тому времени, когда Эдисон выпустил лампы накаливания, вакуумная технология занимала нишу чистой лабораторной технологии. Пятьсот автоматических насосов Sprengel были использованы на первой производственной площадке Эдисона. С тех пор многие другие важные отрасли промышленности, например, микроэлектроника, разработали технологию вакуумной обработки. С экономической точки зрения эти промышленные применения гораздо важнее для вакуумной промышленности, чем ее приложения в физике. Согласно опросу инженерных федераций в Европе, США и Японии, около 40% продаж вакуумного оборудования компаний в этих регионах идет в полупроводниковой промышленности. Это, безусловно, самый большой сегмент рынка вакуумных технологий. Значимость вакуумной техники для физических исследований, однако, не снизилась вовсе.

В таблице 1 представлены промышленные применения вакуумной техники в различных вакуумных режимах; На таблице 2 показаны приложения в физических исследованиях. Оба списка показывают разнообразие в области применения вакуумных технологий. Даже для изделий повседневного использования важную роль играет вакуумная технология, например, лиофильная сушка или вакуумная упаковка пищевых продуктов, покрытие бутылок из лимонада ПЭТ для уменьшения потерь углекислого газа, покрытие архитектурного стекла для уменьшения потерь тепловой энергии, Или рециркуляции ртути из батарей или электронных отходов.

Применения вакуумной технологии охватывает диапазона давлений в 15 степеней, от 10^-10 Па в экстремальном вакууме до 10⁵ Па при атмосферном давлении. Это огромная проблема для техники вакуумного измерения, а также применяемых вакуумных насосов и материалов. 

Некоторые важные новые области исследований, такие как анализ полимеров и каталитические исследования, требуют вакуума для аналитических инструментов. При электронно-лучевой сварке мишень находится под давлением окружающей среды, тогда как электроны ускоряются в условиях высокого вакуума. Новая ветвь терапии рака с использованием ионных пучков представляет собой еще один пример, когда мишень (пациент) находится под атмосферным давлением, но пучки ускоряются в условиях сверхвысокого и высокого вакуума.

В промышленности микроэлектроники вакуум необходим главным образом для получения тонких слоев оксидов, плазменного травления, химического и физического осаждения паров и ионной имплантации. Большая часть инвестиций для новых фабрик расходуется на вакуумную технологию. По мере того как плотность интеграции на кристаллах возрастала, важность степени чистоты вакуума, а также технологических газов возрастала. Кроме того, важным вопросом является управление выхлопными газами для охраны здоровья персонала и охраны окружающей среды. Периодичность обслуживания насосов в полупроводниковой промышленности значительно расширилась за счет использования сухих (безмасляных) насосов.

Повышенная коррозионная стойкость сухих насосов также имеет большое значение для фторирования пластмасс. Поверхности синтетических материалов требуют активации фтором в качестве предварительной обработки для нанесения покрытия и склеивания.

Вакуумная металлургия
Отжиг, плавка, литье Сварка электронным лучом Дегазация металла	10-3 – 103 Па
Выращивание кристаллов
Резка кремния	10-4 – 10-1 Па
Физическое осаждение из паровой фазы	1 — 103  Па
Химическое осаждение из паровой фазы	10-7 — 104 Па
Медицинское оборудование
Рентгеновские лучи Стерилизация оборудования	10-7 – 104 Па
Сушка и дегазация
Дегазация жидкости Литьё резины и лака Литьё пластика Сушка изолирующих материалов	10-2 – 104 Па
Переработка	10 — 104 Па
Химическая индустрия
Лабораторная техника Лабораторные процессы	102 – 103 Па
Сублимационная сушка
Фармацевтическая индустрия Продукты	1 — 104 Па
Упаковка продуктов	102 – 104 Па
Разработка электроники
ЭЛТ, Мониторы, Вакуумные выключатели	10-7 – 10-1 Па
Полупроводниковая промышленность
Литография и т.д.	10-5 – 102 Па

Вакуумные технологии в исследовательских областях

Биотехнологии	10-8 – 105 Па
Физика элементарных частиц	10-9 – 10-6 Па
Детекторы гравитационных волн	10-8 – 10-6 Па
Создание тонких пленок	10-6 – 10 Па
Молекулярно-пучковая эпитаксия	10-10 – 10-8 Па
Термоядерная реакция	10-4 – 10-1 Па
Метрология	10-8 – 10-1 Па
Нанотехнологии	10-8 – 105 Па
Анализ поверхностей	10-9 – 10-1 Па
Исследование плазмы	10-7 – 103 Па
Синхротронное излучение	10-8 – 10-5 Па
Низкотемпературные исследования	10-6 – 10-1 Па
Космическое моделирование	10-5 – 10-3 Па

С 2000 года энергетические установки стали мощным рынком вакуумной техники. Для производства солнечных элементов необходим вакуум для производства кристаллов кремния, тонкого покрытия пленки (также для тонких фотолюминесцентных фотоэлементов) и окончательного ламинирования. Солнечные тепловые электростанции нуждаются в стеклянных трубах, покрытых в вакууме. Роторы в ветряных турбинах производятся из армированных волокном материалов, изготовленных путем вакуумной инфузии. Они устанавливаются на своих постах вакуумными подъемниками, способными перевозить грузы весом 32 т. Во внутренней части ветровой турбины, вакуумные контакторы ограничивают и выключают электрические токи более 2000 A.

Менее известным применением вакуумной технологии является водоподготовка, используемой главным образом для снижения содержания кислорода, а также для очистки сточных вод. Проблемные сточные воды выпаривают и дистиллят можно восстановить.

В автомобильной промышленности системы грубой и тонкой вакуумной откачки используются для заполнения тормозных систем, сервоуправляемых систем и систем кондиционирования воздуха. Вакуумные методы используются для проверки герметичности таких систем и двигателей.

Вакуум имеет большое значение для целей теплоизоляции, будь то в криотехнологии, холодильниках или даже зданиях. Откачаные нанопористые пены дают в 10 раз большую теплопроводность, чем обычные пены. 

Чтобы отметить больше любопытства, акустические характеристики древесины для музыкальных инструментов могут быть улучшены путем применения вакуумной термообработки.

Поверхностный анализ, безусловно, является основной областью применения в исследованиях. В этой области переход между промышленными и другими приложениями является плавным. Например, вакуумная металлизация криминалистических следов по источникам загрязнения испарителей становится заметной и идентифицируется путем металлизации цинком или золотом.

Самая длинная вакуумная система в мире — это 27-километровая вакуумная трубка ускорителя ЛЭП (Большой электронный позитронный коллайдер) ЦЕРНа, размещенная в подземном тоннеле под Женевой. Эта вакуумная система обеспечивант основу для исследования элементарных частиц всей материи и процессов, которые произошли вскоре после того, как Большой Взрыв породил нашу Вселенную.

Еще большими по объему являются вакуумные системы детекторов гравитационных волн, построенных в нескольких местах по всему миру. Детекторы LIGO (Лазерный интерферометр Gravitational Wave Observatory) в Вашингтоне и Луизиане имеют две вакуумные трубки длиной 4 км и диаметром 1,2 м.

Камеры для моделирования космического пространства требуют еще больших объемов. Самая большая вакуумная космическая камера, используемая НАСА, расположена в Сандаски, штат Огайо, США.

В 2006 году в Исследовательском центре Карлсруэ (ныне Технологический институт в Карлсруэ) была установлена самая большая в мире единая компактная камера сверхвысокого вакуума (1400 м³). Огромная камера содержит электронный энергетический спектрометр, с помощью которого определяется масса нейтрино.

Для подключения различных компонентов (насосов, клапанов, вакуумных манометров, труб, камер, конденсатоотводчиков и других принадлежностей) предлагается широкий диапазон стандартизованных фланцев до больших диаметров (DN 1000), а также тщательно разработанные и тщательно проверенные сварные соединения. Для проверки герметичности гелиевый течеискатель стал стандартным испытательным прибором. Его чувствительность достаточна для обнаружения и локализации даже самых маленьких утечек, которые могут повлиять на работу устройства или установки.

Значительные достижения в области вакуумных технологий в последние десятилетия были вызваны главным образом увеличением технологических требований, возникающих в химической и технологической областях. Самые последние события касались, в частности, следующих проблем:

• Улучшенная чистота вакуума с помощью сухих насосов.
• Разработка одноступенчатых насосов.
• Комплексная система калибровки вакуумных датчиков.
• Снижение дегазации для выпекаемых и невосстанавливаемых вакуумных систем.

Ряд проблем, связанных с чистым вакуумом, связан, в частности, с созданием вакуума без углеводородов. В прошлом он был создан предпочтительно с сорбционными и конденсационными насосами. Исследование их поведения использовало методы физики поверхностного и пограничного слоев, которые фокусируются на взаимодействии газов и твердых поверхностей. Таким образом, сложилась тесная связь между этой дисциплиной и физикой вакуума и технологией. Из многочисленных методов и методик исследований были найдены широкомасштабные применения методов электронной спектроскопии и масс-спектрометрии вторичных ионов. Эти процессы, выполняемые в условиях сверхвысокого вакуума, регулярно применяются в аналитике.

В настоящее время имеется большое количество механических насосов, таких как механические насосы, поршневые насосы, винтовые насосы, для получения сухого, то есть свободной от углерода, вакуума. Они служат форвакуумными насосами для высоковакуумных насосов, а также для создания грубого и чистого вакуума. В дополнение эти типы насосов являются надежными против агрессивных сред и пыли и имеют более высокую устойчивость к парам. Из-за их длительных интервалов обслуживания и их улучшенной экологической совместимости по сравнению с маслонаполненными насосами их стоимость владения низкая.

Создание вакуума и поддержание его в различных рабочих условиях стало обычной задачей. С 1970-х годов число физиков, занимающихся вакуумной наукой, неуклонно снижается. Сегодня достижения в области вакуумной техники связаны, прежде всего, с техническими разработками.

Использование вакуума в медицине

Применение вакуумной техники для аспирации и стерилизации

На сегодняшний день вакуумная техника широко используется в учреждениях здравоохранения. Ею оборудуются манипуляционные кабинеты, реанимационные, операционные залы и палаты интенсивной терапии.

Медицинские вакуумные станции MIL’S.

Вакуум требуется, в первую очередь, для аспирации жидкостей, например, из полостей во время операций, из бронхиального дерева в реанимации, из трахеостомы в паллиативной медицине, из полости рта в стоматологии или откачки крови, секрета, дренирования плевральной, брюшной и других полостей пациентов.

Помимо аспирации вакуум применяется для консервации гормонов, лечебных сывороток, витаминов, для получения антибиотиков, анатомических и бактериологических препаратов, а также для обеззараживания инструментов. При стерилизации вакуумный насос откачивает воздух из стерилизатора или автоклава, создавая разрежение, осушающее обеззараженные предметы.  

Вакуумные станции — источник медицинского вакуума

Специалисты отрасли все больше отдают предпочтение вакуумным установкам MIL’S HOSPIVAC, являющимися источниками вакуума в централизованной системе медицинского газоснабжения. Вакуумные станции MIL’S HOSPIVAC 2 и HOSPIVAC 3, оснащенные несколькими вакуумными насосами на горизонтальном ресивере и системой фильтрации, работают по роторному принципу с принудительной смазкой лопастей. Автоматическая система контроля и управления обеспечивает последовательное и параллельное включение вакуумных насосов, в зависимости от объема потребления вакуума.

Использование медицинских консолей для подключения вакуумного оборудования

Настенные медицинские консоли Кадуцей с разъемами быстрого соединения медгазов.

В качестве устройства распределения вакуума рекомендуется использовать потолочные и настенные медицинские консоли CADUCEUS  с разъемами быстрого соединения медгазов стандартов DIN и BS. Разъемы быстрого соединения медицинских газов — это быстро подключаемые муфты, имеющие обозначение типа газа и специфическую геометрическую форму для исключения ошибочного подключения.

Выбор медицинского оборудования CADUCEUS обусловлен надежностью, многофункциональностью систем жизнеобеспечения, простотой использования и безопасностью для здоровья.

Вакуум-экстрация плода — Медицинский центр «Парацельс»

ПОКАЗАНИЯВакуумэкстракцию осуществляют в случаях, когда время для КС упущено, а для наложения щипцов ещё не наступило:

• · упорная вторичная слабость родовой деятельности, не поддающаяся медикаментозной коррекции;
• · острая гипоксия плода.

ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ К ВАКУУМ-АСПИРАЦИИ

• · все состояния, требующие выключения потуг: экстрагенитальные заболевания и гестоз тяжёлого течения;
• · несоответствие между размерами таза матери и размерами головки плода;
• · разгибательные предлежания;
• · преждевременные роды.

УСЛОВИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЕРАЦИИ

• · живой плод;
• · полное открытие маточного зева;
• · возможность активного участия роженицы в процессе родов;
• · положение головки плода в полости малого таза;
• · полное соответствие размеров таза матери и размеров головки плода.

ПОДГОТОВКА

Перед операцией роженица должна опорожнить мочевой пузырь, положение роженицы — на спине с ногами, согнутыми в коленных и тазобедренных суставах. Непосредственно перед операцией проводят повторное влагалищное исследование с целью оценки высоты стояния и вставления головки в полости малого таза, соразмерности головки плода и таза матери, уточнения полноты открытия маточного зева

МЕТОДИКА

В связи с необходимостью активного участия роженицы в процессе родов обезболивание обычно не проводят, за исключением ситуаций, когда ранее в родах уже была произведена эпидуральная анестезия.

Операция вакуумэкстракции плода состоит из ряда последовательных действий:

• · введение чашечки вакуумэкстрактора и размещение её на головке плода;
• · создание отрицательного давления между головкой плода и внутренней поверхностью чашечки вакуумэкстрактора;
• · тракция по извлечению плода;
• · снятие чашечки вакуумэкстрактора с головки плода путём постепенного уменьшения отрицательного давления.

Каждый этап операции имеет свои особенности. Так, например, чашечку вакуумэкстрактора можно вводить под ручным контролем или при обнажении головки плода в зеркалах. После введения чашечки во влагалище её размещают на головке плода как можно ближе к малому родничку, минуя большой родничок, и тщательно прижимают.

Положение чашечки должно соответствовать «срединной точке сгибания», т.е. её боковые края должны располагаться симметрично по обе стороны саггитального шва, а задний край — на 1–3 см кпереди от малого родничка.

Затем к чашечке присоединяют вакуумаппарат и постепенно, в течение 2–3 мин, создают в системе отрицательное давление, ориентируясь на показания манометра. Начальное давление составляет примерно 100 мм рт.ст., необходимо убедиться в том, что ткани мягких родовых путей не попали между чашечкой и головкой плода, после чего давление доводят до 500–600 мм рт.ст. и начинают тракции.

Направление тракций зависит от положения головки плода в малом тазу и должно имитировать её естественное продвижение по родовому каналу. Обычно их осуществляют в направлении вниз, на себя и вверх (стопы акушера — плоскость широкой части полости малого таза, грудь — узкая часть полости малого таза, лицо — плоскость выхода таза). Тракции проводят синхронно с родовой деятельностью, останавливаясь в перерывах между схватками.

Эпизиотомии рекомендуют избегать, так как сопротивление мягких тканей промежности обеспечивает дополнительную фиксацию чашечки вакуумэкстрактора и способствует более естественному процессу прохождения головки плода через родовые пути за счет её сгибания и вращения.

Чашечку вакуумэкстрактора снимают после прорезывания теменных бугров, постепенно снижая разрежение в аппарате, а головку выводят с помощью обычного ручного пособия по приёму родов.

Хотя повышение риска возникновения внутричерепных кровоизлияний у новорождённых в ходе проведения вакуумэкстракции плода не доказано, необходимо тщательное наблюдение за состоянием ребёнка в раннем неонатальном периоде, по показаниям проводится нейросонография.

ОСЛОЖНЕНИЯ ВАКУУМ-АСПИРАЦИИ

Могут возникнуть следующие осложнения:

· соскальзывание чашечки вакуумэкстрактора;

· отсутствие продвижения головки плода;

· травматизация плода: кефалогематомы, повреждения ЦНС различной степени тяжести;

· повреждения тканей мягких родовых путей матери.

При повторном соскальзывании чашечки вакуумэкстрактора с головки плода или отсутствии

продвижения головки операцию прекращают и переходят к другим способам

родоразрешения.

Травматизация матери и плода при проведении операции вакуумэкстракции, как правило,

происходят из-за технических погрешностей в проведении операции или несвоевременного

её выполнения.

 

 

Вакуумные системы для медицины — применение и типы

Один из важных аспектов в современной медицине это необходимость в качественном всасывающем оборудовании, особенно в медицинской вакуумной системе.

Применение отсасывающих устройств является важной частью ухода за пациентом и, в некоторых случаях, потенциально спасительной процедурой. В то время как вакуум, который вы создаете в насосном отделении, делает операцию быстрее, безопаснее, чище, помогает пациентам легче дышать и управляет оборудованием. Вакуумные системы, такие как системы сжатого медицинского газа, требуют регулярного ухода. Их работа регламентируется ГОСТ ISO 10079-3-2012 «Изделия медицинские для отсасывания. Часть 3. Отсасывающие устройства, приводимые в действие источником вакуума или давления. Общие технические требования и методы испытаний»

Прежде чем мы поговорим о различных видах вакуумных насосов и их требованиях к контролю, мы должны рассмотреть самую большую проблему, с которой сталкиваются большинство больниц при работе с вакуумными системами, а именно: что они всасывают. Вся трубопроводная система спроектирована так, чтобы вытягивать из нее только воздух, но и жидкости, твердые частицы, аэрозоли, которые все хотят осаждаться на трубопроводе, деталях и внутренних частях насосов.
Что составляет медицинскую вакуумную систему?

Медицинская вакуумная система должна полностью соответствовать стандартным требованиям и включать в себя несколько вакуумных насосов, ресивер и панель управления.

Трубопроводы медицинского газа и вакуумные системы должны проектироваться в соответствии с конкретными требованиями каждой больницы. При проектировании главной целью является обеспечение безопасной системы достаточного расхода газа или вакуума и обеспечение необходимого давления.
Вакуум можно получить через пневморозетки (трубопровод), расположенные медицинском учреждении. Вакуум создается при работе механического насоса, подобно компрессору, но вместо создания высокого давления в насосе и подачи сжатого газа в ресиверный бак, этот насос всасывает газы из ресивера и вытесняет сжатый воздух наружу, создавая вакуум в ресивере, который подключен к локальному трубопроводу. Основным устройством, создающим вакуум, является насос, обычно расположенный в подвале здания.
Вакуумные системы являются неотъемлемой частью медицинских газов в лечебных учреждениях. Насосы должны обеспечивать «высокий расход и постоянное, непрерывное отрицательное давление». Существуют различные типы насосов на выбор для обеспечения безопасности пациентов. Они разработаны специально для того, чтобы соответствовать медицинским требованиям и нормативам врачебного учреждения. 

Типы вакуумных насосов для медицинского и стационарного применения

Медицинская вакуумная насосная система должна соответствовать проектным стандартам. «Минимальный размер дуплексной системы, где один вакуумный насос может нести всю нагрузку больницы, а второй насос (запасной) обеспечивает 100% резервирование».

 Технология сухих кулачковых насосов
— высокая эффективность;
— сухое сжатие;
— чрезвычайно низкие эксплуатационные расходы;
— отсутствие затрат на воду и канализацию.

Как это работает:
«Внутри корпуса насоса два кулачкообразных ротора захватывают воздух, вращаясь в противоположных направлениях. Воздух сжимается роторами, а затем выбрасывается через глушитель в атмосферу. Камера насоса сухая. Отсутствует контакт между роторами или внутренними стенками насоса, что исключает внутренний износ и необходимость замены деталей. Роторы синхронизируются с помощью редукторов, для которых требуется небольшое количество масла в корпусе редуктора».

Сухие пластинчато-роторные технологии
— нет масла;
— длительная жизнь лопаток;
— низкая вибрация, высокая эффективность, низкое энергопотребление;
— отсутствие затрат на воду и канализацию.

Как это работает:
«Ротор монтируется эксцентрично в цилиндре насоса и содержит несколько раздвижных лопаток. По мере вращения ротора центробежная сила заставляет лопасти выдвигаться наружу, создавая уплотнение на стенке цилиндра».

Пластинчато-роторная технология с масляным уплотнением
— конструкция с воздушным охлаждением;
— наименьшая начальная стоимость;
— длительный срок службы лопаток;
— отсутствие затрат на воду и канализацию.

Как это работает:
«Ротор монтируется эксцентрично в цилиндре насоса и содержит несколько раздвижных лопаток. Когда ротор вращается, центробежная сила заставляет лопасти скользить наружу к стенке цилиндра, при этом лопасти смазываются маслом».
Они также разработаны для простоты установки — единственные соединения на насосе – входное и выхлопное отверстия, а также подключение питания.
Однако трубы системы могут засориться и начать разрушаться. При этом в операционных снижается скорость всасывание воздуха. Всасывание непосредственно зависит от отрицательного давления, которое, в свою очередь, создает движение твердых тел, воздуха и жидкостей.

Ваше оборудование, работающее на полную мощность, увеличит производительность ИЛИ, повысит эффективность процедур, что приведет к увеличению прибыли и снизит вероятность перекрестного инфицирования пациентов из-за обратного потока из засоренных вакуумных трубопроводов. 
Хорошее всасывание зависит от чистоты оборудования.

Что требуется для сервиса насосов?

Кулачковые насосы
В этих системах используется бесфрикционная, сухая, многокулачковая технология. Кулачки синхронизируются с помощью прецизионных зубчатых колес и вращаются в противоположных направлениях, создавая высокоэффективную вакуумную систему. При работе кулачки не соприкасаются друг с другом, устраняя причины для трения, которое в противном случае потребовало бы жидкости уплотнения или смазки внутри насосной камеры. 

Пластинчато-роторные насосы с масляным уплотнением:
-Замена лопаток – необходима, потому что изношенные лопатки усложнят вашу работу. Требуется регулярный осмотр и техническое обслуживание.
— Замена масла — пластинчато-роторный медицинский вакуумный насос требует регулярной замены масла приблизительно раз в полгода.

Медицинские вакуумные насосы предназначены для удаления нежелательных газов и жидкостей. Регулярное профилактическое обслуживание источников медицинского газа не только обеспечивает эффективную работу больницы, но и дает возможность профессиональным работникам быть уверенными в себе, так как они не должны обеспечивать бесперебойную работу оборудования.
Оптимизация вакуумной системы в операционной повышает производительность хирургического персонала. Это также приводит к лучшей заботе о пациенте и скорости проведения операции.
Надежные вакуумные системы имеют решающее значение для ухода за пациентами, обеспечивают сохранение и поддержку жизни пациентов в вашем медицинском учреждении. 
Регулярный сервис вашей медицинской вакуумной системы — это лучший способ обеспечить ваших пациентов здоровьем.

Вакуумная экстракция — Клиника Мэйо

Обзор

Вакуумная экстракция, также называемая вакуум-вспомогательными родами, — это процедура, которую иногда проводят во время родов через естественные родовые пути.

Во время вагинальных родов с использованием вакуума медицинский работник применяет вакуум — мягкую или жесткую чашку с ручкой и вакуумным насосом — к голове ребенка, чтобы помочь вывести ребенка из родовых путей. Обычно это делается во время схватки, когда мать толкает ее.

Ваш лечащий врач может порекомендовать вакуумную экстракцию во время второго периода родов — когда вы толкаетесь — если роды не прогрессируют или если здоровье ребенка зависит от немедленных родов.

Хотя ваш лечащий врач может порекомендовать вакуумную экстракцию для ускорения родов, существуют потенциальные риски, в том числе риск травмы как для матери, так и для ребенка. Если вакуум-экстракция не удалась, может потребоваться кесарево сечение (кесарево сечение).

Продукты и услуги

Показать больше продуктов от Mayo Clinic

Зачем это делается

Вакуумная экстракция может быть рассмотрена, если ваши роды соответствуют определенным критериям — ваша шейка матки полностью расширена, ваши мембраны разорваны, и ваш ребенок спустился в родовые пути головой вперед, но вы не можете протолкнуть ребенок вне.Вакуумная экстракция уместна только в родильных домах или больницах, где при необходимости можно сделать кесарево сечение.

Ваш лечащий врач может порекомендовать вакуумную экстракцию, если:

• Вы толкаете, но работа не продвигается. Роды считаются продленными, если вы не достигли прогресса в течение определенного периода времени.
• Сердцебиение вашего ребенка указывает на проблему. Если ваш лечащий врач обеспокоен изменениями сердцебиения вашего ребенка и необходимы немедленные роды, он может порекомендовать вагинальные роды с использованием вакуума.
• У вас есть проблемы со здоровьем. Если у вас есть определенные заболевания — например, сужение аортального клапана сердца (стеноз аортального клапана) — ваш лечащий врач может ограничить время, в течение которого вы толкаетесь.

Ваш лечащий врач может предостеречь вас от вакуумной экстракции, если:

• Ваша беременность меньше 34 недель
• Ваш ребенок страдает заболеванием, которое влияет на прочность его или ее костей, например несовершенным остеогенезом, или нарушением свертываемости крови, например гемофилией
• Голова вашего ребенка еще не переместилась за середину родового канала
• Положение головы вашего ребенка неизвестно
• Плечи, ручки, ягодицы или ступни вашего ребенка идут по родовым путям
• Ваш ребенок может не пройти через ваш таз из-за его или ее размера или размера вашего таза

Риски

Вакуумная экстракция представляет опасность для матери и ребенка.

Возможные риски для вас включают:

• Боль в промежности — ткани между влагалищем и анусом — после родов
• Разрыв нижних половых путей
• Кратковременное затруднение мочеиспускания или опорожнения мочевого пузыря
• Кратковременное или длительное недержание мочи или кала (непроизвольное мочеиспускание или дефекация)

Обратите внимание, что большинство этих рисков также связано с естественными родами без посторонней помощи.

Ваш лечащий врач может также провести эпизиотомию — разрез ткани между влагалищем и анусом — перед установкой вакуума.

Возможные риски для вашего ребенка включают:

• Раны кожи головы
• Повышенный риск застревания плеча у ребенка после родов (дистоция плеча)
• Перелом черепа
• Кровотечение в черепе

Серьезные травмы младенцев после вакуум-экстракции случаются редко.

Как вы готовитесь

Прежде чем ваш лечащий врач подумает о вакуумной экстракции, он или она могут попробовать другие способы стимулировать прогресс родов.Например, он или она может скорректировать вашу анестезию, чтобы подтолкнуть вас к более эффективному нажатию. Чтобы стимулировать более сильные сокращения, другим вариантом может быть внутривенное введение лекарства — обычно синтетической версии гормона окситоцина (питоцина). Ваш лечащий врач также может сделать разрез в ткани между влагалищем и анусом (эпизиотомия), чтобы облегчить роды.

Если вакуумная экстракция кажется лучшим вариантом, ваш лечащий врач объяснит риски и преимущества процедуры и попросит вашего согласия.Вы также можете спросить об альтернативах, обычно о кесаревом сечении.

Что вас может ожидать

Во время процедуры

Во время вакуум-экстракции вы лягте на спину, расставив ноги. Вас могут попросить взяться за ручки по бокам родильного стола, чтобы удержаться во время толчка.

Ваш лечащий врач вставит вакуумную чашку во влагалище, приложит чашку к голове ребенка и проверит, не застряли ли влагалищные ткани между чашкой и головой ребенка.Затем ваш лечащий врач будет использовать вакуумный насос для отсасывания.

Во время следующей схватки ваш лечащий врач быстро увеличит давление вакуумного всасывания, возьмется за ручку чашки и попытается провести ребенка по родовым путям, пока вы толкаетесь. Между схватками ваш лечащий врач может поддерживать или уменьшать давление всасывания.

После того, как голова вашего ребенка будет доставлена, ваш лечащий врач ослабит присоску и снимет чашку.

Вакуумная экстракция не всегда бывает успешной. Если ваш лечащий врач не может безопасно родить ребенка с помощью вакуума, рекомендуется кесарево сечение.

После процедуры

После родов ваш лечащий врач осмотрит вас на предмет повреждений, которые могли быть вызваны вакуумом. Любые слезы будут устранены. Если была произведена эпизиотомия, ее тоже отремонтируют.

Ваш ребенок также будет находиться под наблюдением на предмет признаков осложнений, которые могут быть вызваны вакуумной экстракцией.

Когда вы пойдете домой

Если во время родов у вас была эпизиотомия или разрыв влагалища, рана может болеть в течение нескольких недель. Сильные слезы заживают дольше.

Ожидайте, что во время выздоровления дискомфорт будет постепенно уменьшаться. Обратитесь к своему врачу, если боль усиливается, у вас поднимается температура или вы заметили признаки инфекции.

Если вы не можете контролировать дефекацию (недержание кала), проконсультируйтесь со своим врачом.

18 августа 2020 г.

Вагинальные роды с использованием вакуума — Американский семейный врач

1. Bailey PE. Исчезающее искусство инструментального исполнения: пора переломить тенденцию. Int J Gynaecol Obstet . 2005; 91 (1): 89–96 ….

2. Мартин Дж. А., Гамильтон BE, Саттон П.Д., Вентура SJ, Менакер Ф, Кирмейер С.Рождения: окончательные данные за 2004 год. Natl Vital Stat Rep . 2006; 55 (1): 1–101.

3. Пауэлл Дж., Гило Н, Фут М, Гил К, Lavin JP. Обучение работе с пылесосом и пинцетом в ординатуре: опыт и самооценка. Дж Перинатол . 2007. 27 (6): 343–346.

4. Американский колледж акушеров и гинекологов. Оперативные роды через естественные родовые пути. Руководство по клиническому ведению акушеров-гинекологов. Int J Gynaecol Obstet . 2001. 74 (1): 69–76.

5. Ченг Ю.В., Хопкинс Л.М., Caughey AB. Как долго это слишком долго: влияет ли продолжительный второй период родов у первородящих женщин на исходы матери и новорожденного? Am J Obstet Gynecol . 2004; 191 (3): 933–938.

6. Майлс Т.Д., Сантолая Дж. Материнские и неонатальные исходы у пациенток с затяжным вторым периодом родов. Акушерский гинеколь . 2003. 102 (1): 52–58.

7. Вакка А. Справочник по вакуумной экстракции в акушерской практике. 1-е изд. Лондон, Великобритания: Э. Арнольд; 1992: 32.

8. Дамрон Д.П., Без накидки EL. Оперативные вагинальные роды: сравнение щипцов и вакуума на предмет успешности и риска повреждения сфинктера прямой кишки. Am J Obstet Gynecol . 2004. 191 (3): 907–910.

9. Дофин-Маккензи Н, Селестин MJ, Браун D, González-Quintero VH. Курс расширенного жизнеобеспечения в акушерстве в качестве ориентира для врачей-акушеров и гинекологов. Am J Obstet Gynecol . 2007; 196 (5): e27 – e28.

10. Дамос Дж. Р., Бассет Р. Глава H: вспомогательные вагинальные роды. В: Программа расширенного жизнеобеспечения в акушерстве (ТАКЖЕ). 4-е изд. Ливуд, Кан .: Американская академия семейных врачей; 2003: 3–8.

11. Йохансон РБ, Menon BK. Вакуумная экстракция по сравнению с щипцами для вспомогательных вагинальных родов. Кокрановская база данных Syst Rev . 2000; (2): CD000224.

12. Ангиоли Р., Гомес-Марин О, Кантуария G, О’Салливан MJ.Тяжелые разрывы промежности во время родов через естественные родовые пути: опыт Университета Майами. Am J Obstet Gynecol . 2000. 182 (5): 1083–1085.

13. Вен Ю, Лю С, Крамер М.С., и другие. Сравнение исходов для матери и ребенка после вакуумной экстракции и родоразрешения с помощью щипцов. Am J Epidemiol . 2001. 153 (2): 103–107.

14. Caughey AB, Сандберг ПЛ, Златник М.Г., Тиет депутат, Парер Дж. Т., Ларос РК мл.Щипцы по сравнению с вакуумом: показатели неонатальной и материнской заболеваемости. Акушерский гинеколь . 2005; 106 (5 pt 1): 908–912.

15. Йохансон РБ, Хейкок Э, Картер Дж, Султан АХ, Walklate K, Джонс П.В. Здоровье матери и ребенка после родов через естественные родовые пути: пятилетнее наблюдение в ходе рандомизированного контролируемого исследования, сравнивающего щипцы и вентхаус. Br J Obstet Gynaecol . 1999. 106 (6): 544–549.

16.Демисси К, Роадс GG, Смулян ЮК, и другие. Оперативные роды через естественные родовые пути и неблагоприятные исходы для новорожденных и младенцев: ретроспективный анализ на популяционной основе [опубликованные поправки представлены в BMJ. 2004, 329 (7465): 547]. BMJ . 2004. 329 (7456): 24–29.

17. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, Центр устройств и радиологического здоровья. Рекомендации FDA для общественного здравоохранения: необходимо соблюдать ОСТОРОЖНО при использовании вакуумных устройств для родовспоможения. Роквилл, штат Мэриленд.: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США; 1998. http://www.fda.gov/cdrh/fetal598.html. По состоянию на 26 ноября 2007 г.

18. Towner D, Кастро М.А., Эби-Вилкенс Э, Гилберт WM. Влияние способа родоразрешения у нерожавших женщин на внутричерепную травму новорожденных. N Engl J Med . 1999. 341 (23): 1709–1714.

19. Йохансон Р., Менон В. Сравнение мягких и жестких чашек вакуумной экстрактора для вспомогательных вагинальных родов. Кокрановская база данных Syst Rev .2000; (2): CD000446.

20. Жених К.М., Джонс Б.А., Миллер Н, Патерсон-Браун С. Проспективное рандомизированное контролируемое испытание Kiwi Omnicup по сравнению с обычными чашками Вентус при вагинальных родах с использованием вакуума. БЖОГ . 2006. 113 (2): 183–189.

21. Аттилакос Г, Сибанда Т, Зима C, Джонсон Н, Дрейкотт Т. Рандомизированное контролируемое испытание нового портативного устройства для вакуумной экстракции. БЖОГ .2005. 112 (11): 1510–1515.

22. Джонсон Дж. Х., Фигероа R, Гарри Д, Элимиан А, Маулик Д. Непосредственные эффекты щипцов и родоразрешения при родах у матери и новорожденного. Акушерский гинеколь . 2004. 103 (3): 513–518.

23. Бу Нью-Йорк, Foong KW, Махди З.А., Йонг СК, Джаафар Р. Факторы риска, связанные с субапоневротическим кровотечением у доношенных новорожденных, подвергшихся вакуум-экстракции. БЖОГ .2005. 112 (11): 1516–1521.

24. Сау А, Сау М, Ахмед Х, Браун Р. Вакуумная экстракция: есть ли необходимость в улучшении текущего обучения в Великобритании? Acta Obstet Gynecol Scand . 2004. 83 (5): 466–470.

25. Маккуиви Р.У. Вакуумные роды: обзор. J Matern Fetal Neonatal Med . 2004. 16 (3): 171–180.

26. Bofill JA, Ржавчина О.А., Шорр С.Дж., Коричневый RC, Робертс МЫ, Моррисон JC.Рандомизированное испытание двух методов вакуумной экстракции. Акушерский гинеколь . 1997. 89 (5 pt 1): 758–762.

27. Bofill JA, Ржавчина О.А., Девидас М, Робертс МЫ, Моррисон JC, Мартин Дж. Н. Мл. Кефалогематома новорожденных после вакуумной экстракции. Дж Репрод Мед . 1997. 42 (9): 565–569.

28. Моллберг М, Хагберг H, Багер Б, Лиля Х, Ладфорс Л. Факторы риска акушерского паралича плечевого сплетения у новорожденных, родившихся с помощью вакуум-экстракции. Акушерский гинеколь . 2005; 106 (5 pt 1): 913–918.

29. Кудиш Б, Блэквелл С, Макнили С.Г., и другие. Оперативные роды через естественные родовые пути и эпизиотомия по средней линии: плохая комбинация для промежности. Am J Obstet Gynecol . 2006; 195 (3): 749–754.

30. Gardella C, Тейлор М, Бенедетти Т, Хитти Дж. Кричлоу К. Влияние последовательного использования вакуума и щипцов для вспомогательных вагинальных родов на исходы для новорожденных и матери. Am J Obstet Gynecol . 2001. 185 (4): 896–902.

31. Эндрюс В., Султан АХ, Такар Р, Джонс П.В. Оккультные травмы анального сфинктера — миф или реальность? БЖОГ . 2006. 113 (2): 195–200.

32. Исон Э, Лабрек М, Марку С, Мондор М. Недержание мочи после родов. CMAJ . 2002. 166 (3): 326–330.

33. Общество акушеров и гинекологов Канады. Руководство по оперативным вагинальным родам.Номер 148, май 2004 г. Int J Gynaecol Obstet . 2005. 88 (2): 229–236.

Вакуумная экстракция — StatPearls — Книжная полка NCBI

Непрерывное обучение

Оперативные вагинальные роды используются для ускорения вагинальных родов по показаниям матери или плода. Варианты оперативного родоразрешения включают доставку как с помощью вакуума, так и с помощью щипцов. Показания к оперативным родам включают истощение матери, неутешительное отслеживание сердечного ритма плода, продолжительный второй период родов или необходимость укорочить второй период родов из-за определенных состояний матери, таких как сердечно-сосудистые или неврологические заболевания.Вакуумные родоразрешения не приветствуются при рождении плода младше 34 недель. В этом упражнении описываются показания, противопоказания и методология вакуум-экстракции и подчеркивается роль межпрофессиональной группы в ведении родов и родов.

Цели:

• Укажите показания для вакуумной экстракции.

• Опишите методику проведения вакуумной экстракции.

• Ознакомьтесь с сложностями вакуумной экстракции.

• Объясните стратегии межпрофессиональной группы по улучшению координации ухода и коммуникации для продвижения безопасного и правильного использования вакуум-экстракции.

Получите бесплатный доступ к вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.

Введение

Оперативные вагинальные роды используются для ускорения вагинальных родов по показаниям матери или плода. Варианты оперативного родоразрешения включают доставку как с помощью вакуума, так и с помощью щипцов, и варианты могут быть выбраны в зависимости от комфорта врача и индивидуальной базы для пациента.Показания к оперативным родам включают истощение матери, неутешительное отслеживание ЧСС плода, длительный второй период родов или укорочение второго периода родов при определенных состояниях матери, таких как сердечно-сосудистые или неврологические заболевания. Вакуумные родоразрешения не приветствуются при рождении плода младше 34 недель. [1] [2] [3]

Анатомия и физиология

Для правильного использования шейка матки матери должна быть полностью раскрыта, головка должна входить в родовой канал, а положение головы должно быть известно.Ребенок не должен быть недоношенным, ранее не подвергался забору образцов с кожи головы или не удавалось доставить щипцами. Если попытка не удалась, может потребоваться родоразрешение посредством кесарева сечения или щипцов. Мочевой пузырь должен быть пустым, а в учреждении должно быть предусмотрено статическое кесарево сечение, если оперативные попытки родоразрешения окажутся безуспешными.

Показания

Предпосылки для оперативных вагинальных родов

• Шейка матки полностью раскрыта

• Мембраны разорваны ранее

• Задержка головки плода

• Врач определил положение головки плода

• Оценка веса плода 900

Таз считается подходящим для вагинальных родов

• Адекватная анестезия (часто эпидуральная)

• Материнский мочевой пузырь опорожнен

• Пациент соглашается на процедуру после информированного согласия

• Резервный план в в случае неудачи на месте (обычно кесарево сечение).

Классификация оперативных вагинальных родов

Экстракция классифицируется по состоянию головки плода во время применения вакуума и степени необходимого вращения.

Выпускной выпуск

• Кожа волосистой части головы видна во входе в отверстие без разделения половых губ.

• Череп плода достиг тазового дна.

• Головка плода находится на промежности или на ней.

• Сагиттальный шов находится в положении AP, ROA / LOA или OP.

• Поворот не превышает 45 градусов.

Низкая подача

• Ведущая точка черепа плода находится на станции +2 или более, а не на тазовом дне.

• Без вращения: угол поворота не более 45 градусов

• С поворотом: угол поворота превышает 45 градусов

Средняя доставка

Противопоказания

Определенные состояния плода, такие как нарушения свертываемости крови (например,например, гемофилия, аллоиммунная тромбоцитопения новорожденных, болезнь фон Виллебранда), деминерализующие заболевания плода (например, несовершенный остеогенез) не позволяют использовать вакуум для ускорения родов. Его использование не рекомендуется при предполагаемом гестационном возрасте менее 34 недель. Перед его использованием акушер должен убедиться, что все вышеперечисленные условия соблюдены, и пациент согласен с планом лечения.

Оборудование

Вакуумные экстракторы часто заменяют щипцы, когда требуется помощь во время родов через естественные родовые пути.По сравнению с вакуумными экстракторами с металлическими чашками, устройства с мягкими чашками вызывают меньше повреждений кожи головы у новорожденных и их легче использовать; однако они чаще отделяются.

Вакуумные экстракторы могут привести к травмам новорожденных. Эти устройства следует использовать только по показаниям, например, для неутешительного исследования сердца плода или остановки родов на втором этапе. Осложнения можно свести к минимуму, если учесть противопоказания. Клиницисты должны иметь соответствующую подготовку и опыт, прежде чем пытаться проводить вагинальные роды с помощью вакуума.[4] [5] [6] [7]

Персонал

Оператор и по крайней мере один ассистент должны присутствовать во время вагинальных родов с использованием вакуума. Кроме того, при необходимости должен быть доступен персонал для оказания помощи в реанимации младенцев.

Методика

Убедившись, что выполнены все условия для оперативных родов через естественные родовые пути, вакуумный колпачок прикладывается к коже черепа плода. Чашечка размещается симметрично по верхнему краю сагиттального шва в точке поворота плода. Точка поворота плода расположена примерно в двух сантиметрах кпереди от заднего родничка или на шесть сантиметров кзади от переднего родничка.Его не следует размещать непосредственно над родничком. Правильное размещение будет способствовать сгибанию, опусканию и вращению вершины при тракции, сводя к минимуму риск повреждения как плода, так и мягких тканей матери. Перед применением отсасывания важно провести пальцем по чашке, чтобы убедиться, что ткани влагалища или шейки матки не попадают между чашкой и кожей головы плода. После подтверждения подходящего размещения можно применить отсос. Затем давление вакуума повышается до желаемого значения, которое на многих устройствах часто обозначается зеленой зоной.Затем применяется тяга вниз по изгибу таза, используя доминирующую руку. Другая рука контролирует процесс опускания и предотвращает отслоение чашки, оказывая противодействующее давление на чашку. Тяга применяется во время схваток и выталкивающих усилий матери. Отсос удаляется, и чаша снимается, как только головка плода становится короной. Остальная часть доставки затем осуществляется обычным образом.

Если устройство отключается во время попытки доставки, могут быть инициированы дополнительные попытки.Производители не рекомендуют проводить более двух-трех попыток (или повторных попыток), и врачи должны продолжить кесарево сечение. [8] [9]

Осложнения

Осложнения со стороны матери включают расширение разрывов влагалища, включая боли в сфинктере и влагалище.

Осложнения новорожденных включают разрывы кожи головы, кефалогематому, внутричерепное кровоизлияние, кровоизлияние в сетчатку, гипербилирубинемию и неврологические повреждения. Абсолютная частота осложнений низкая; по оценкам, частота внутричерепных кровоизлияний после оперативных родов через естественные родовые пути составляет от одного на 650 до 850 живорожденных.

Клиническая значимость

Решение о продолжении оперативных родов через естественные родовые пути должно постоянно пересматриваться во время родов. Если опускания нет, дальнейшие попытки следует прекратить и рассмотреть вопрос о кесаревом сечении.

Следует избегать раскачивания и приложения крутящего момента для достижения вращения.

Максимальное время безопасного завершения вакуум-экстракции и допустимое количество отслоений неизвестны. Рекомендуется, чтобы родоразрешение с помощью вакуума осуществлялось не более чем с тремя наборами вытягиваний и максимум двумя-тремя отсоединениями или выталкиванием чашки.Общее время применения вакуума должно быть ограничено 20–30 минутами.

Последовательное применение вакуума и щипцов или наоборот не рекомендуется из-за более высокого риска травм плода и матери.

Преимущества вакуумной экстракции и щипцов

Вакуумные экстракторы

Пинцет

• Меньше неонатальных травм (кефалогематома, кровоизлияние в сетчатку и транзиторный боковой паралич прямой мышцы живота)

• Более высокий уровень успешных родов через естественные родовые пути

Улучшение результатов бригады здравоохранения Результаты

Вакуумные роды обычно проводятся только акушером с опытом.Однако уход за новорожденным обычно осуществляется медсестрой. Вакуумные родоразрешения могут иногда приводить к осложнениям для матери, включая расширение разрывов влагалища, включая сфинктер, и вагинальную боль. В родильном отделении медсестра должна следить за младенцем на предмет разрывов кожи головы, кефалогематомы, внутричерепного кровоизлияния, кровоизлияния в сетчатку, гипербилирубинемии и неврологических повреждений. Абсолютная частота осложнений низкая; по оценкам, частота внутричерепных кровоизлияний после оперативных родов через естественные родовые пути составляет от одного на 650 до 850 живорожденных.[Уровень 5]

Ссылки

1.

Bergendahl S, Lindberg P, Brismar Wendel S. Опыт оператора влияет на риск акушерского повреждения анального сфинктера при родах с вакуумной экстракцией. Acta Obstet Gynecol Scand. 2019 июн; 98 (6): 787-794. [PubMed: 30659578]

2.

van den Akker T. Вакуумная экстракция при естественных родах без ротации и ротации. Лучшая практика Res Clin Obstet Gynaecol. 2019 Апрель; 56: 47-54. [PubMed: 30606689]

3.

Оберг К., Норман М., Петтерссон К., Ярнберт-Петтерссон Х., Экеус К. Затяжная вакуум-экстракция и внутричерепное кровоизлияние у новорожденных у доношенных детей: общенациональное исследование методом случай-контроль. Acta Obstet Gynecol Scand. 2019 Апрель; 98 (4): 523-532. [PubMed: 30578529]

4.

Vannevel V, Swanepoel C, Pattinson RC. Глобальные перспективы оперативных вагинальных родов. Лучшая практика Res Clin Obstet Gynaecol. 2019 Апрель; 56: 107-113. [PubMed: 30392949]

5.

Сайнс Х.А., Гарсиа-Меджидо Х.А., Акисе А, Борреро С., Бономи М.Дж., Фернандес-Паласин А.Простая модель для прогнозирования сложных оперативных вагинальных родов с помощью вакуума или щипцов. Am J Obstet Gynecol. 2019 Февраль; 220 (2): 193.e1-193.e12. [PubMed: 303

]

6.

Muraca GM, Sabr Y, Lisonkova S, Skoll A, Brant R, Cundiff GW, Joseph KS. Заболеваемость и смертность, связанные с применением щипцов и вакуумной доставки на выходе, нижней и средней тазовой станции. J Obstet Gynaecol Can. 2019 Март; 41 (3): 327-337. [PubMed: 30366887]

7.

Sel G, Sucu S, Harma M, Harma Mİ.Успешное ведение беременности после кесарева сечения с помощью вакуум-экстракции под контролем УЗИ. Acute Med Surg. 2018 Октябрь; 5 (4): 358-361. [Бесплатная статья PMC: PMC6167402] [PubMed: 30338082]

8.

Коррекция: Извлечение инфицированного сгустка правого предсердия с помощью вакуума из-за стойкой бактериемии: чрескожный подход к лечению правостороннего эндокардита . BMJ Case Rep. 17 октября 2018 г. [Бесплатная статья PMC: PMC6254382] [PubMed: 30337288]

9.

Baskett TF.Оперативные роды через естественные родовые пути — историческая перспектива. Лучшая практика Res Clin Obstet Gynaecol. 2019 Апрель; 56: 3-10. [PubMed: 30253921]

Пять основных причин использования пылесоса

Рис. 1 Подъем с помощью присосок.

В этой статье мы сделаем шаг в сторону от вакуумных насосов и систем и напишем об общих приложениях, которые используют вакуум в процессе.Возможно, вы слышали о некоторых приложениях, а некоторые, надеюсь, вам в новинку. Всякий раз, когда в технологическом процессе используется вакуум (давление ниже окружающего атмосферного давления), он обычно попадает под одну из пяти основных причин для использования вакуума. В некоторых случаях в процессе может использоваться вакуум по двум из пяти причин. В этом месяце я буду обсуждать первую из этих причин в произвольном порядке.

1. Обеспечить рабочую силу

Во-первых, краткое описание двух единиц измерения вакуума, используемых в этой статье.

Мы знаем, что стандартное атмосферное давление составляет 14,7 фунта. в ^–2 и что ваше реальное атмосферное давление колеблется на несколько процентных пунктов от стандартного в зависимости от а) погодных условий в вашем районе и б) вашей высоты над уровнем моря.

Помните, что «низкое» давление — это то же самое, что «высокий» вакуум, и, наоборот, «низкий» вакуум — это то же самое, что «высокое» давление, но все же ниже атмосферного давления в вакуумной промышленности. Я написал небольшое количество и прочитал много технических статей о вакууме, и очень сложно обеспечить единообразие этих терминов во всем.

В приведенном ниже примере мы также должны понимать, что блоки измерения вакуума читают в противоположных направлениях, и мы должны изменить одно из них. Это сбивает с толку? Да, это так.

Рис.2 Атмосферное давление

Атмосферное давление — это давление, создаваемое молекулами воздуха, сталкивающимися друг с другом в квадратном столбе воздуха размером один дюйм, достигающем высоты от уровня моря до неба.Другой способ взглянуть на это — это вес молекул воздуха, 14,7 фунта, в том же квадратном столбце диаметром один дюйм, что дает 14,7 фунта-силы. в ² . (Рис. 2) При атмосферном давлении показания вакуумметра будут около 14,7 фунтов на квадратный дюйм (абсолютные фунты на квадратный дюйм — это еще один способ указать фунты-сила в ² , и иногда легче записывать), а также по мере того, как уровень вакуума улучшается или повышается. , давление падает до 0 фунтов на кв. дюйм. Ни одна вакуумная система никогда не была способна создать точно 0 фунтов на квадратный дюйм — идеальный вакуум, — но некоторые научные вакуумные системы создавали давление ниже, чем давление на поверхности Луны.

Дюймы ртутного столба, используемые Торричелли в его ртутном барометре (рис. 3), имеют 30 дюймов ртутного столба, поддерживаемого атмосферным давлением, давящим на поверхность ртути в основном сосуде. Эта шкала начинается с 0 дюймов ртутного столба при атмосферном давлении и повышается примерно до 30 дюймов ртутного столба при том, что в некоторых отраслях промышленности, например, в холодильной промышленности, часто называют полным или жестким вакуумом. Хотя стандартное атмосферное давление эквивалентно 14,7 фунтов на квадратный дюйм и 29,92 дюйма ртутного столба, вакуумметры будут показывать шкалы от 15 до 0 и от 0 до 30 соответственно.Это неточные весы, и числа округлены. Чтобы мы могли сравнить две шкалы, мы повернем показания в дюймах ртутного столба.

Давайте вернемся к реальному примеру использования вакуума для работы.

Если ваша вакуумная система находится под каким-либо уровнем вакуума, существует перепад давления между внутренней и внешней стороной откачиваемого объема. Этот перепад давления можно использовать для работы. (Рис.1)

Фиг.3 Ртутный барометр Торричелли.

В этом приложении подъемная рама имеет шесть присосок, и кажется, что лист толстой стали поднимается и перемещается. Давайте «посчитаем» и посмотрим, какой вес могут поднять присоски. В диапазоне «грубого вакуума» показания вакуума часто выражаются по шкале от 0 до 30 дюймов ртутного столба. Для этого типа применений используется грубый вакуумный насос, то есть вакуумный насос, который может создавать разрежение от примерно 5 до примерно 29 дюймов ртутного столба.

Это широкий диапазон, эквивалентный от 635 Торр до 25 Торр на вакуумметрах, обычно используемых в индустрии вакуумной термообработки, и существует ряд вакуумных насосов, которые могут создавать вакуум в этом диапазоне. Однако, если выбранный вакуумный насос должен создавать разрежение не менее 26 дюймов ртутного столба, а также иметь требуемую скорость откачки 10 кубических футов в минуту, выбранный вакуумный насос может быть поршневым насосом промышленного типа, аналогичным воздушному компрессору. Этот тип вакуумного насоса имеет ту же конструкцию, что и поршневой воздушный компрессор, но клапаны перевернуты.Скорость откачки будет выбираться на основе количества используемых присосок, количества подъемных рам, используемых в любой момент времени, и с учетом утечки, если, например, под кромкой присоски есть мусор.

Если эффективный размер, внутренний диаметр в месте соприкосновения с подъемной поверхностью присоски составляет 6 дюймов, мы можем рассчитать эффективную площадь поверхности, доступную для подъема продукта. В этом примере мы можем округлить числа, которые используются в качестве коэффициента безопасности, который будет применяться при наших расчетах.

Круг имеет площадь pi r ² . Для присоски диаметром шесть дюймов это становится 3,142 x 3 x 3 = 28,278 квадратных дюймов. Давайте возьмем 28 квадратных дюймов, умноженные на 6, что даст общую площадь подъема 168 квадратных дюймов.

Рис. 4 Вакуумный «рычаг» для подъема мелких предметов.

Теперь нам нужно рассчитать перепад давления между атмосферным давлением и уровнем вакуума внутри присоски.Чтобы рассчитать это, нам нужно преобразовать указанные выше дюймы ртутного вакуума в фунты на квадратный дюйм, и между ними существует простое соотношение. Один — от 15 до 0, а другой — от 0 до 30. Это соотношение 2: 1.

Если вакуумный насос может откачать резервуар (ресивер) до примерно 26 дюймов рт. Ст., Мы должны предположить некоторую потерю в трубопроводах и вакуумных шлангах, соединяющих ресивер с присосками. Допустим, потеря составляет 2 дюйма рт. Ст. Таким образом, наша эффективная вакуумная присоска составляет 24 дюйма рт. Ст. Теперь нам нужно перевернуть показание и преобразовать его в psia.

30-24 = 6, а затем 6, разделенное на 2 = 3 фунта / кв.

Атмосферное давление составляет 15 фунтов на квадратный дюйм, поэтому перепад давления, который можно использовать для подъема, в этом примере составляет 15–3 = 12 фунтов на квадратный дюйм.

Теперь вернемся к общей площади подъема, обеспечиваемой шестью присосками, и умножим ее на перепад давления. Это дает следующее:

168 x 12 = 2016 фунтов. подъемной силы, чуть более 1 тонны.

Наконец, нам нужно применить коэффициент безопасности к этому числу, так как мы не хотим, чтобы стальная пластина упала на пальцы ног оператора, даже если у его обуви есть стальные подноски! Возможно, для этого типа продукта будет использован коэффициент безопасности 60%, что даст раме присоски максимальную грузоподъемность около 1200 фунтов.Применяемые коэффициенты безопасности будут варьироваться в зависимости от веса, размера, формы и качества поверхности поднимаемой детали.

Этот пример показывает, где вакуум или, точнее, перепад давления, создаваемый с помощью вакуума, может поднять тяжелый груз. Вакуумные подъемники используются в автомобильной промышленности для перемещения ветровых стекол в нужное положение, в полиграфической промышленности для перемещения листов бумаги, в пищевой промышленности для перемещения пакетов или пакетов с продуктом и во многих других промышленных и научных приложениях, связанных с перемещением материалов.Есть также приложения, в которых вакуумные «отмычки» (рис. 4) используются для захвата и перемещения очень легких продуктов, таких как интегральные схемы (компьютерные микросхемы) и небольшие электронные компоненты.

2. Удаление активных и реактивных компонентов

Циклические вакуумные процессы

Рис. 5. Устройство для нанесения покрытий на небольшие кристаллы.

Для многих вакуумных приложений процесс является циклическим.В камеру помещается рабочая нагрузка, из камеры откачивается воздух, и процесс происходит. Затем в камере восстанавливается атмосферное давление, и рабочая нагрузка снимается. Эти циклы могут составлять всего несколько секунд в случае покрытия небольшого коммуникационного кристалла (рис. 5), чтобы придать ему определенную частоту, или могут занять несколько часов в случае цикла термообработки, который может включать вакуумирование, нагревание, замачивание, охлаждение и, в конечном итоге, возврат к атмосферному давлению. В этом типе цикла основной удаляемой «составляющей» является «воздух».

Однако «воздух» немного сложнее, чем кажется. Давайте посмотрим, какие основные газы присутствуют в сухом воздухе, см. Рис. 6. Два или три инертных газа не включены, и их общее количество не может составлять точно 100%. В обычном воздухе, которым мы дышим, также присутствует небольшое количество водяного пара. Он варьируется в зависимости от влажности в любом конкретном месте и может составлять от менее 0,01% до более 5%. В среднем при комнатной температуре она может составлять около 1,57%.

Водяной пар легче, чем большинство молекул воздуха (азота и кислорода), и воздух может содержать определенный процент влаги до тех пор, пока не достигнет давления насыщенного пара, что также зависит от температуры.Если содержание водяного пара превышает давление насыщенного пара, избыточная влага уходит наружу в виде дождя или снега. Внутри дома вы можете увидеть избыток водяного пара (влажности) в виде конденсата на холодном оконном стекле.

В промышленном или научном мире подобные явления существуют внутри вакуумной системы. Когда у нас есть циклический процесс вакуумирования и камера открыта для атмосферного давления, воздух, включая сухие газы и водяной пар, входит в камеру. Эти очень маленькие невидимые молекулы движутся с очень высокой скоростью и настолько плотно упакованы вместе, что сталкиваются друг с другом и с поверхностями внутри вакуумной камеры много раз каждую секунду.Именно эти столкновения и возникающие в результате силы создают атмосферное давление, близкое к 14,7 фунтов на квадратный дюйм (абсолютных фунтов на квадратный дюйм).

Когда молекулы «сухого» воздуха сталкиваются с поверхностью, они имеют тенденцию оставаться на поверхности в течение очень короткого времени, а затем высвобождаются с поверхности в совершенно произвольном направлении. Атомная связь между молекулой и поверхностью очень слабая, и молекула легко удаляется от поверхности. При давлениях, близких к атмосферному (760 Торр), молекула очень быстро столкнется с другими молекулами из-за плотности воздуха.Это будет меньше одной десятитысячной дюйма. В этом состоянии говорят, что молекулы находятся в условиях вязкого течения.

При давлении около 0,01 торр (10 микрон) молекула может переместиться примерно на треть дюйма, прежде чем столкнется с другой молекулой. По мере того, как давление (и, следовательно, плотность) в вакуумной системе уменьшается, молекулы будут перемещаться на все большие расстояния, прежде чем столкнуться с другими молекулами или другой поверхностью. При дальнейшем понижении давления становится более вероятным, что молекула газа столкнется с другой поверхностью внутри вакуумной камеры, а не с другой молекулой.Говорят, что в этот момент и при еще более низком давлении молекулы газа находятся в условиях молекулярного потока.

Итак, исходя из вышесказанного, большинство молекул сухого газа не представляют большой проблемы, когда мы пытаемся откачать вакуум из вакуумной системы для запуска процесса. Легкие молекулы, такие как водород и гелий, могут быть удалены медленнее, чем более тяжелые молекулы, но они редко встречаются в воздухе и обычно не создают особых проблем. Основная молекула сухого газа, которую необходимо удалить из вакуумной камеры, — это кислород.Кислород является реактивным, может соединяться с другими молекулами и, что наиболее важно, будет способствовать горению, если процесс включает тепло.

Рис. 6. Газы в сухом воздухе (%).

В индустрии термической обработки продукты могут окисляться, если в них присутствует слишком много молекул кислорода, когда продукт нагревается для обработки. Вакуумные насосы используются для снижения процентного содержания молекул кислорода до низкого уровня, при котором они не вызывают никаких проблем.Я уверен, что многие операторы видели, как окисленные детали выходили из печи, когда что-то пошло не так с откачкой. Окисление может происходить по всему продукту в случае большой потери вакуума или может быть ограничено определенными областями камеры, если небольшая утечка возникла во время технологического процесса.

Водяной пар является вторым компонентом атмосферы, который может создать проблемы в процессе вакуумирования. Водяной пар имеет более прочную атомную связь, чем сухой газ, и это заставляет молекулы водяного пара «прилипать» к внутренним поверхностям системы задолго до того, как они высвободятся, и их можно будет удалить.Если мы кипячем воду в чайнике на плите дома, мы должны передать ему энергию, нагретую до 212 градусов по Фаренгейту, прежде чем молекулы воды получат достаточно энергии, чтобы высвободиться из жидкости и покинуть носик чайника в виде пара. Это происходит из-за атмосферного давления 14,7 фунтов на квадратный дюйм, оказываемого на поверхность воды.

В вакуумной системе, как только давление понижается с помощью вакуумных насосов примерно до 18 Торр, молекулы воды на поверхности внутренней части камеры высвобождаются или испаряются с поверхности при температуре примерно 68 градусов по Фаренгейту (при комнатной температуре) и откачиваются.Вот почему во многих больших вакуумных системах в этой области давления используются бустеры Рутса или воздуходувки Рутса. За довольно короткий период времени, когда давление снижается в диапазоне от 50 до 5 Торр, из камеры и поверхностей продукта внутри камеры выделяется большой объем водяного пара, который необходимо быстро откачать (откачать). Подкачивающий насос Рутса разработан для работы в этой зоне давления и имеет высокую скорость откачки. Он может откачивать большой объем водяного пара и передавать его насосу грубой очистки для отвода обратно в атмосферу.

Если вакуумная система использует тепло как часть процесса, камеру можно предварительно нагреть, чтобы дать водяному пару больше энергии и побудить его уйти с поверхностей. Внутри вакуумной камеры предпочтительны чистые и гладкие поверхности, но это не всегда возможно. Следует избегать материалов внутри камеры, которые являются пористыми, этот тип материала может иметь чрезвычайно большую площадь поверхности из-за небольших отверстий в нем, будет адсорбировать водяной пар, когда камера открыта, и медленно выделять водяной пар.Некоторые изоляционные материалы могут иметь такую ​​текстуру.

Во влажную погоду большие системы вакуумного нанесения покрытий особенно склонны к улавливанию влаги, если камера не поддерживается в очень чистом виде. Это особенно верно для систем, испаряющих алюминий на металлы из пластмасс, которые могут выполнять полный цикл примерно каждый час. Слой за слоем покрывающий материал имеет тенденцию адсорбировать влагу и заставляет вакуумироваться дольше, чтобы достичь технологического вакуума. Использование лайнеров внутри стенок камеры — способ уменьшить эту проблему, они будут принимать на себя основную часть загрязнения и могут быть заменены на чистые, когда время простоя насоса увеличится.Чистые футеровки позволят ускорить откачку, в то время как загрязненные футеровки можно будет очистить для подготовки к следующей замене.

В некоторых вакуумных системах используются холодные ловушки для улавливания этого водяного пара до того, как он достигнет масляного вакуумного насоса, поскольку самое низкое давление, достигаемое вакуумным насосом, будет нарушено, если водяной пар конденсируется в масле. Холодные ловушки работают хорошо, но требуют некоторого обслуживания / обслуживания для удаления любой захваченной влаги в каждом цикле или, возможно, в конце смены.Другим вариантом уменьшения количества водяного пара, конденсирующегося в масле вакуумного насоса, является использование газобалластного клапана во время перекачивания водяного пара и, возможно, дополнительная балластировка газа между циклами, чтобы помочь защитить масло от загрязнения водяным паром.

В вакуумных системах, в которых используются камеры стеклянного колпака, нет ничего необычного в том, чтобы увидеть облако водяного пара в течение нескольких миллисекунд в точке, где водяной пар выделяется с внутренних поверхностей.

В заключение этого раздела, циклические системы, главные «враги» процесса — кислород и водяной пар.

Непрерывные вакуумные процессы.

Рис. 7. Встроенная вакуумная система.

У этого типа системы есть разные проблемы, когда дело доходит до удаления активных и реактивных компонентов. Некоторые системы могут быть встроенными системами блокировки загрузки, и центральная камера или камеры остаются под вакуумом после запуска всей системы. Другие могут иметь несколько загрузочных замков и технологических камер с центральной автоматической роботизированной рукой для перемещения продукта из одной камеры в другую.Этот тип «кластерного инструмента» обычно используется для обработки кремниевых пластин, на которых в конечном итоге будет построено множество интегральных схем (компьютерных микросхем).

Поточные вакуумные технологические системы

Поточные системы, рис. 7, имеют камеры блокировки загрузки, которые используются для перемещения обрабатываемого продукта в технологические камеры и из них. Они действуют аналогично циклическим системам, указанным выше, но имеют гораздо больше циклов воздух-вакуум. Фактически, насосы, необходимые для работы с блокировкой нагрузки, следует выбирать с осторожностью, поскольку они часто испытывают нагрузки высокого давления (атмосферное давление), что приводит к более высокой температуре насосов, чем при работе в основном при низком давлении.В этих системах может потребоваться откачка от атмосферного давления до вакуума каждые две или три минуты, что затрудняет работу вакуумных насосов и часто требует дополнительного обслуживания из-за сложного применения. Каждый загрузочный затвор и каждая технологическая камера будут иметь свой собственный набор вакуумных насосов. На рис. 7 рабочие стойки или рабочие держатели могут быть на петлеобразной дорожке, так что после разгрузки они возвращаются к входному концу для повторной загрузки для следующего цикла.

Сами технологические камеры, однако, не видят атмосферы после того, как их откачивают до рабочего давления и запускают процесс.В этих системах газы часто сбрасываются в технологическую камеру как часть процесса. Эти газы вызывают химическую реакцию на подложке, и затем прореагировавшие газы должны быть быстро откачаны вакуумными насосами для подготовки следующей технологической загрузки, поступающей через загрузочный затвор. В других процессах могут образовываться твердые сточные воды в виде мелкой пыли, которая откачивается к вакуумным насосам. В насосных агрегатах с масляным уплотнением могут использоваться входные ловушки для улавливания этого загрязнителя до того, как он достигнет насоса, или могут использоваться сухие насосы, и загрязнители улавливаются после прохождения через механизм насоса.

Инструменты для обработки полупроводников

Как указано выше, кластерные инструменты состоят из ряда рабочих камер, установленных вокруг центральной вакуумной камеры, называемой передаточной камерой. Каждая камера будет иметь свои собственные вакуумные насосы и может работать при разных уровнях вакуума в зависимости от конкретного процесса. Блокираторы нагрузки оснащены вакуумным запорным клапаном на входе снаружи и другим, позволяющим подавать нагрузку на манипулятор робота в передаточной камере. Загрузка может состоять из специального держателя пластин, называемого кассетой, вмещающего двадцать пять кремниевых пластин.Кассета может оставаться в фиксаторе загрузки, но внутренний запорный клапан открыт, чтобы рука робота могла выбрать пластину и переместить ее в первую технологическую камеру. Каждая технологическая камера будет оснащена вентилируемым входом, чтобы рука робота могла поместить внутрь пластину для обработки, а затем удалить ее и по очереди доставить в следующую технологическую камеру.

Рис. 8. Полупроводниковый «кластерный инструмент».

На рис.8 — это большие насосы для сухого насоса / насосов Рутса, которые расположены в подвале под инструментом. Для этих инструментов требуется так много насосов, что их часто ставят по две для экономии места. В последние несколько лет производители начали использовать частотно-регулируемые приводы, чтобы насосы работали быстрее, когда это необходимо. Это позволило уменьшить площадь, занимаемую насосами, а также снизить энергопотребление. Этот тип инструмента имеет очень умные элементы управления, чтобы гарантировать, что каждый этап процесса в каждой камере выполняется правильно.Слава богу, за управление компьютером!

Внутри чистых помещений цех по производству полупроводников «фабрика» выглядит очень нетронутым. Все операторы одеты в кроличьи костюмы, накидки для волос и пинетки. Но поскольку на пластинах происходят процессы — ряд этапов нанесения покрытия и травления — вакуумные насосы выпускают много опасной газовой смеси. Внутренние части технологических камер, вакуумные линии, вакуумные насосы и даже выхлопные линии заполнены газами, которые могут убить вас, если вы дышите ими, могут взорваться самовозгоранием, если увидят кислород, могут конденсироваться в твердые частицы и заблокировать трубопроводы и, возможно, несколько других неприятных результатов, о которых не упоминается.

Опасные газы, используемые для создания химических реакций, включают силан, арсин, фосфин, трифторид азота и фторид вольфрама.

Вакуумные насосы должны забирать опасные смеси химически активных газов и сжимать их с помощью насосного механизма, а затем откачивать их в оборудование для удаления выхлопных газов. Во многих случаях эти сточные воды настолько опасны, что их приходится химически реагировать на безопасные газы и / или сжигать, прежде чем их можно будет выбросить обратно в атмосферу.

В случае конденсируемых паров иногда необходимо запустить вакуумный насос при определенной температуре и нагреть вакуумные линии, чтобы предотвратить затвердевание конденсируемых паров.Многие полупроводниковые процессы, в которых используются химические реакции для нанесения покрытия на пластины и последующего травления материалов в другой камере, используют продувку инертным азотом. Азот не вступает в реакцию с опасными химическими смесями, но защищает внутренние поверхности насоса от коррозии, помогает продувать твердые загрязнения через механизм и разбавляет газы до менее опасных смесей.

В заключение, для непрерывных процессов вакуумные насосы удаляют технологические газы из камеры, готовые к следующему этапу процесса, а также настраиваются в соответствии с конкретной газовой смесью, которая вступает в реакцию.

Рис. 9. Вакуумная упаковка (для композитов)

3. Удаление захваченных и растворенных газов

Уловленные газы

В типичной промышленной вакуумной системе возможно улавливание карманов атмосферного воздуха при производстве системы и каждый раз, когда циклическая система разгружается и перезагружается. Одним из примеров являются приспособления, которые привинчиваются к кронштейнам на стене камеры.Если крепежные болты вставлены в глухие резьбовые отверстия, на дне отверстия может скапливаться газ. При использовании обычного болта в глухом резьбовом отверстии единственный выход молекул газа происходит вдоль формы резьбы, где есть пространство в области впадины и вершины резьбы. Если глухое отверстие неизбежно, болты с сквозным отверстием позволят воздуху легко выходить во время откачки воздуха. В США есть компания, которая специализируется на этих типах болтов и винтов. Использование сквозных отверстий устраняет эту проблему.

Рис. 10. Небольшая система дегазации уретана

Если приспособление удерживается на месте болтом и гайкой или гайкой с шайбой, воздух может попасть в пространство вокруг болта в отверстии с зазором. Опять же, во время откачки воздух будет медленно уноситься, что приведет к увеличению времени простоя насоса. Даже сопрягаемые поверхности могут задерживать воздух под собой, что приведет к более медленной эвакуации, поскольку захваченный воздух будет выходить только медленно.

Другой пример захваченных газов в сфере термической обработки — использование пористых изоляционных материалов. Воздух будет адсорбироваться в пористый материал, который имеет очень большую внутреннюю поверхность, при атмосферном давлении и затем будет медленно выделяться во время вакуумирования из-за низкой проводимости газа из очень крошечных пространств в материале.

В индустрии охлаждения и кондиционирования воздуха трубки с малым диаметром отверстия будут иметь адсорбцию водяного пара на внутренней стороне трубок во время производства или когда такие узлы, как охлаждающие змеевики, хранятся в магазине.Этот водяной пар необходимо удалить после сборки и до заправки хладагента в систему. Неудаленного водяного пара может быть достаточно, чтобы он замерз на расширительном клапане и остановил работу системы. В процессе расширения хладагента используется тепло, которое вызывает охлаждение холодильника или кондиционера для охлаждения воздуха, обдуваемого его змеевиками. Любая вода в хладагенте замерзнет в точке расширения и заблокирует поток. Каждый раз при обслуживании холодильного устройства его необходимо обезвоживать перед добавлением нового хладагента.

Рис. 11. Система дегазации с крыльчаткой с моторным приводом

Этот водяной пар считается улавливаемым, потому что его трудно удалить легко и быстро. При откачке труб водяной пар медленно выходит с внутренних поверхностей и откачивается. Вода имеет давление пара около 18 Торр при комнатной температуре. Этот процесс может занять несколько часов из-за условий низкого расхода (низкой проводимости) внутри трубки малого диаметра при низком давлении.

Процесс, называемый вакуумным мешком, используется для удаления паров и кондиционирования формованных изделий из стекловолокна и других многослойных композитных материалов. Слои материала могут задерживать пузырьки воздуха, а при отверждении влажные материалы выделяются паром. Из него делают композитные изделия для лодок, самолетов, автомобилей, велосипедов и многих других изделий, где необходимы прочность и легкие детали. «Укладка» материалов, предназначенных для вакуумной упаковки, покрывается пористым материалом, а затем резиновым или пластиковым покрытием, закрывающимся по краям.Пористый материал позволяет захваченному воздуху и парам проходить через него, достигая одного или нескольких вакуумных соединений в гибком мешке и откачивая их. Этот процесс может занять несколько дней, в зависимости от размера укладки и используемых материалов. На рис. 1 показано поперечное сечение типичной компоновки с вакуумным мешком.

Рис. 12. Упрощенная система дегазации уретана

Обратите внимание, что вакуум также используется для сушки таких продуктов, как стерилизованные медицинские изделия, некоторые продукты питания и промышленные детали после влажной обработки.Другой процесс сушки, называемый сублимационной сушкой, используется для сушки чувствительных к температуре продуктов, таких как вакцины, цветы и другие продукты. В этом процессе продукт предварительно замораживают, а затем помещают под вакуум. В вакууме лед «сублимируется» до водяного пара, не проходя через жидкую фазу. Водяной пар собирается на холодном конденсаторе, расположенном между основной камерой и вакуумным насосом. Эти процессы также можно классифицировать как «Причина 2, удаление активных и реактивных газов».

Растворенные газы в жидкостях

Вакуумная дегазация

Ряд жидкостей используется в промышленности для различных целей, и они обычно должны быть чистыми, иначе это может повлиять на процесс.Во время операций смешивания и заливки газ может задерживаться в жидкости в виде мелких пузырьков. Некоторые пузырьки газа могут быть видимыми, а другие могут растворяться в жидкости и быть невидимыми невооруженным глазом.

Рис. 13. Осушитель и дегазатор трансформаторного масла

Уретаны часто используются для изготовления небольших формованных изделий, таких как заглушки, колпачки / крышки, втулки, бамперы и даже шины для вилочных погрузчиков. Пузырьки газа в первых четырех предметах сделают их некачественными.Пузырьки в шинах вилочного погрузчика могут вызвать ускоренный износ и сократить срок службы.

Смолы

используются для литья деталей и декоративных фигур, а также для заливки небольших электронных компонентов. Однажды я посетил компанию, которая лепила фигурки Dungeon и Dragon.

Одноступенчатые пластинчато-роторные вакуумные насосы часто используются для дегазации уретана и других несколько вязких жидкостей перед их заливкой в ​​форму. Продукт будет дегазирован, когда вакуум опустится ниже примерно половины атмосферы (380 Торр) в зависимости от вязкости жидкости.Количество жидкости, дегазируемой за один раз, может варьироваться от нескольких унций до нескольких галлонов в зависимости от продукта, но процесс очень похож.

Рис. 14. Большой вакуум / давление. Пропитка. Система

Небольшая формовочная система показана на рис. 10. В этой системе контейнер с уретаном будет помещен в вакуумную камеру, а акриловая крышка будет заменена сверху. Прозрачная крышка позволяет оператору наблюдать за процессом и контролировать скорость его дегазации.Дегазация смолы, лака и уретана может привести к сильному вспениванию. Когда пузырьки газа в жидкости движутся к верху жидкости, расширяются и лопаются, они выпускают захваченный газ в камеру, откуда он откачивается вакуумным насосом. Чтобы уменьшить вспенивание, скорость падения давления регулируется с помощью клапана, такого как шаровой клапан в вакуумной линии за пределами камеры. Из-за вспенивания емкость, в которой находится жидкость, часто имеет большое отношение глубины к диаметру, так что пена не выливается из нее.После уменьшения первой высокой скорости вспенивания оператор может визуально увидеть, когда из продукта больше не выходит газ.

В более крупных системах с галлонами жидкости для дегазации в камеру часто добавляют перемешивающий механизм для медленного перемещения жидкости от дна камеры к вершине. Пузырьки газа будут легче выходить из жидкости, когда они находятся рядом с верхней частью жидкости с меньшим весом жидкости, давящей на них. Камера, показанная на рис. 11, имеет загруженный в нее барабан емкостью 55 галлонов и мешалку с приводом от двигателя, установленную через крышку.На рис. 12 показано линейное сечение типичной системы дегазации уретана.

Рис. 15. Упрощенная система вакуумной пропитки

Для предотвращения образования дуги специальное масло, используемое в электрических трансформаторах, дегазируется для удаления увлеченного воздуха и абсорбированной влаги, прежде чем оно будет использовано для заполнения корпуса трансформатора. (Рис. 13) Система равномерно нагревает масло, чтобы влага испарилась, а затем распыляет его на серию тонких металлических пластин в камере для дегазации.Масло стекает по пластинам тонкой пленкой, что повышает эффективность дегазации.

Пропитка под вакуумом и давлением (VPI)

Лаки и смолы используются для заливки, а также для изоляции таких предметов, как электродвигатели и обмотки трансформаторов. Жидкость дегазируется, а затем используется в двухкамерной установке, называемой системой пропитки (рис. 14). Обмотки помещаются в вакуумную камеру и помещаются под вакуум. Молекулы воздуха застревают между слоями медной проволоки, и требуется некоторое время, чтобы этот воздух вышел из небольших пространств и был откачан.После удаления воздуха жидкость подается в вакуумную камеру из резервуара для хранения. После удаления молекул воздуха жидкость может проникать в каждое небольшое пространство между обмотками и создавать слой изоляции. К верхней части жидкости прикладывается положительное давление, чтобы помочь ей проникнуть в крошечные пустоты. На рис. 7 показана типичная система VPI.

Многие металлические отливки часто имеют пустоты при затвердевании. Эти отливки часто пропитываются жидкой смолой для герметизации пористости и дефектов.После пропитки отливка нагревается для отверждения смолы. Этот процесс аналогичен описанному выше VPI и особенно важен в автомобилестроении для герметизации алюминиевого литья.

4. Вакуум для уменьшения теплопередачи

Рис. 16 Молекулярная плотность при различных давлениях.

Если вы добираетесь до работы на машине, а поездка занимает около часа, вы можете выпить кофе или другой горячий или холодный напиток в собственном контейнере, чтобы выпить по дороге.Часто этот тип контейнера представляет собой вакуумный стакан с крышкой. Шагом выше, если вы, например, работаете на стройплощадке, будет сосуд, вмещающий несколько чашек жидкости на весь день. Вы можете знать их как «термосы» или «колбы Аладдина», которые являются двумя торговыми наименованиями контейнеров с вакуумной изоляцией.

Давайте обсудим термодинамику сосудов с вакуумной изоляцией, а затем рассмотрим другие варианты их использования.

Молекулы газа

Воздух при атмосферном давлении, 760 Торр или 1013 мбар, содержит около 25 миллионов, миллионов, миллионов молекул в каждом кубическом сантиметре объема (рис.16). Этот объем можно представить себе как кубик сахара или кубик. Эти молекулы обычно движутся по прямым линиям, пока не столкнутся друг с другом или с поверхностью. Они движутся со скоростью около 1000 миль в час. При более высоком давлении, таком как атмосферное, они с большей вероятностью столкнутся с другой молекулой и будут двигаться в другом направлении до следующего столкновения. Каждая молекула преодолевает расстояние между столкновениями при атмосферном давлении лишь на 2,5 миллионных дюйма.(Рис.17)

Если молекулы находятся внутри камеры при атмосферном давлении, некоторые молекулы будут сталкиваться с внутренней поверхностью камеры и любыми рабочими держателями или приспособлениями. Когда это происходит, молекула обычно остается на поверхности в течение доли секунды, а затем высвобождается и удаляется от поверхности в совершенно случайном направлении.

При нагревании или охлаждении стенки камеры будут разные результаты. Если молекула ударяется о более холодную поверхность, она теряет часть своего тепла на эту поверхность, и у нее может быть меньше энергии, доступной для высвобождения с поверхности.В некоторых случаях он может адсорбироваться на поверхности, если теряет большую часть своей энергии. С другой стороны, если поверхность более теплая, она будет набирать энергию и выделять ее вместе с увеличенной энергией.

Рис. 17. МФУ при разных давлениях.

Итак, поскольку эти молекулы газа беспорядочно перемещаются вокруг вакуумной камеры, они могут постоянно набирать или терять энергию, в зависимости от того, сталкиваются ли они с более горячей или более холодной молекулой на поверхности.Исходя из этого, мы можем утверждать, что «тепло передается за счет столкновений молекул».

Молекулярная плотность

Если мы подумаем о последнем утверждении, мы можем сделать вывод, что чем меньше молекул в закрытом сосуде, тем меньше тепла будет передаваться из-за меньшего количества столкновений молекул.

Это подводит нас к рассмотрению молекулярной плотности. Сколько молекул содержится в единице объема при более низком давлении, чем атмосферные условия? Несколько примеров показаны на рис.16, начиная с 2,48 x 10 ¹⁹ молекул на куб. См (то есть 25 миллионов, миллионов, миллионов) при атмосферном давлении 760 Торр. Эти парни очень маленькие.

При типичном давлении вакуумной печи от 10 ^-5 до 10 ^-6 Торр в каждом кубическом кубе все еще содержится от 33 до 330 миллиардов молекул газа. Только когда давление снизится примерно до 10 ^-10 Торр, сверхвысокого вакуума, количество молекул снизится до 3 миллионов на кубический куб.

Давление на поверхности Луны составляет около 10 ^-12 торр, и при таком давлении все равно будет около 33 000 молекул на кубический куб. Даже в космическом пространстве (10 ^-22 торр), а мы знаем из научных доказательств, что там есть газовые облака, физики подсчитали, что в каждом кубическом метре объема содержится около 4 молекул газа.

Поскольку плотность молекул уменьшается по мере падения давления, расстояние между отдельными молекулами увеличивается.В объеме меньше молекул, поэтому они должны переместиться на большее расстояние, прежде чем столкнуться с другой. Это расстояние может меняться, поэтому у физиков есть другой термин, длина свободного пробега, для усреднения расстояний для сравнения.

Средняя длина свободного пробега

Рис. 18. Термосы для горячих или холодных жидкостей.

Средний свободный пробег — это среднее расстояние, на которое молекула газа будет перемещаться, прежде чем столкнется с другой молекулой при определенном давлении.Я не знаю, как это делается с крошечными молекулами, которые нельзя увидеть. (Это еще одна часть чудес науки, которые медленно открывались в течение последних двух сотен лет или около того.) См. Рис. 17.

При более высоком давлении длина свободного пробега очень короткая, и молекулы часто сталкиваются. МФУ составляет 2,5 миллионных дюйма при 760 торр. Когда давление снижается до 1 торр, МФУ увеличивается примерно до 2 тысячных дюйма, движение, которое мы можем отнести к инженерному делу.Когда давление снижается до уровня, достигаемого комбинацией роторно-поршневого вакуумного насоса с масляным уплотнением и бустера Рутса (0,001 торр или 1 микрон), MFP увеличивается примерно до 2 дюймов.

Если эти молекулы находятся в части системы диаметром более 6 дюймов, они все еще движутся в вязком потоке. Это означает, что они с большей вероятностью столкнутся с другой молекулой, чем со стенкой сосуда. Однако если молекулы находятся в трубопроводе удерживающего насоса (обычно на линии 25 мм), они будут перемещаться в молекулярном потоке; это означает, что они с большей вероятностью столкнутся с внутренней стенкой трубопровода, чем с другой молекулой.

Когда давление падает примерно до 10 ^-5 Торр, MFP удлиняется примерно до 16 футов. Для большинства вакуумных печей среднего размера это означает, что молекулы газа внутри вакуумной камеры с гораздо большей вероятностью столкнутся с внутренней поверхностью камеры, чем с другой молекулой газа.

Теперь объяснение физики, давайте поговорим о применении вакуума как изолятора.

Сосуды с вакуумной изоляцией.

Сосуды этого типа могут варьироваться от небольших «низкотехнологичных» термоизолированных фляжек для кофе до больших резервуаров для хранения жидкого азота и трейлеров, доставляющих к ним объемную жидкость.Между ними находится множество различных форм и размеров контейнеров с вакуумной изоляцией, некоторые из которых называются Дьюарами, а также установленные системы, в которых соединительные трубопроводы также должны быть изолированы вакуумом.

Типичные изолированные колбы для горячих и холодных жидкостей выглядят так, как показано на рис. 18. Хотя сэр Джеймс Дьюар изобрел так называемый сосуд Дьюара, он никогда не запатентовал его. Два немца обнаружили его использование в коммерческих целях и зарегистрировали название Thermos в 1904 году. Компания Thermos существует до сих пор, хотя у них много конкурентов.

Рис. 19. Дьюарс лабораторных и больничных размеров.

Вакуумная изоляция используется, потому что она хорошо работает, и до тех пор, пока нет утечек, изделие прослужит много лет. Он в основном используется там, где разница температур между внешней и внутренней частью сосуда велика, и во многих научных и промышленных приложениях используются криогенные жидкости.

Одной из самых популярных криогенных жидкостей, сжиженных газов, является жидкий азот.Обычно пишется как LN ₂ . Жидкий азот имеет температуру кипения -196 ° C (77 ° Кельвина) или -321 ° F. При работе с криогенными жидкостями необходимо соблюдать меры безопасности. Они сожгут кожу и повредят глаза. Перчатки и маска для лица необходимы при переносе криогенной жидкости в открытую колбу Дьюара или другие подходящие сосуды или из них.

Первый контейнер Дьюара был сделан из металла, но два стеклянных контейнера, соединенные вместе и запечатанные под вакуумом, оказались очень эффективным усовершенствованием.Очевидно, что стеклянные контейнеры хрупкие, а используемое стекло довольно тонкое, поэтому следует соблюдать осторожность, чтобы не уронить и не ударить их, что может разбить стекло. Вакуум между двумя стеклянными сосудами снижает теплопроводность и конвекцию, а стекло «посеребренное» для уменьшения теплового излучения. Посеребренная поверхность отражает тепло и часто представляет собой покрытие из испаренного алюминия. (Еще один вакуумный процесс!)

Лабораторные Дьюары, рис. 19, обычно изготавливаются из более толстого стекла и слоев дополнительной изоляции внутри металлического или пластикового контейнера.Их можно носить в руке или на небольшой тележке. Показанные маленькие сосуды Дьюара обычно приобретаются конечным пользователем и заполняются на месте из более крупного контейнера, такого как показанный цилиндр большего размера. Баллон большего размера может обслуживаться только квалифицированным специалистом из-за его веса и стоимости. Эти сосуды откачиваются в область 10 ^-5 Торр с помощью турбо- или диффузионных насосных систем, а затем оставляются для откачки еще на 48 часов (ссылка 3). Поток газа через изоляционные слои медленный, и требуется время, чтобы достичь необходимого уровня вакуума во всем промежуточном пространстве.

Хотя крупные газовые компании, такие как Air Products, Linde и Air Liquide, производят эти криогенные жидкости, они в большинстве случаев позволили распределить эти небольшие объемы таким компаниям, как AirGas и другим более мелким местным дистрибьюторам. У них есть регулярный график поставок, поэтому лаборатории и больницы никогда не остаются без продукта.

Рис. 20. Большая цистерна и дорожный прицеп.

Крупные газовые компании заботятся о резервуарах для хранения большого объема, которые необходимо пополнять с помощью трейлеров с продуктом, рис.20. Эти сосуды очень тяжелые, и для внутреннего сосуда требуются существенные опоры между ним и внешним сосудом, чтобы обеспечить прочность, поддержку и правильное расстояние. Кольцевой вакуумный объем заполнен слоями алюминизированного материала, а также перлита. Перлит — материал, похожий на натуральное стекло. При нагревании он расширяется в 4-20 раз по сравнению с первоначальным объемом с большим количеством пустот в своей структуре. Это хороший изолятор и сопротивляется раздавливанию. Литература предполагает, что перлит может оседать, особенно на таком судне, как автоцистерна, который подвергается вибрации в течение длительного периода времени.Эта проблема может обеспечить лучшую теплопередачу к верхней части прицепа и может привести к более высокой скорости «выкипания» LN ₂ или другой криогенной жидкости в цистерне. Если слишком много продукта теряется при кипячении, это дополнительные расходы для газовой компании, и прицеп, возможно, придется обслуживать.

На рис. 20 вы можете видеть, что автоцистерна имеет закрытую зону в задней части прицепа. Это то место, где клапаны и трубопроводы должны обеспечивать соединение с резервуаром-хранилищем клиента, который пополняется.В этой области также должна быть головка вакуумметра на соединении головки датчика, чтобы можно было при необходимости проверять межпространственное давление. Вакуумметр, обычно используемый для этого, представляет собой термопарный датчик с батарейным питанием. Этот манометр фактически считывает температуру горячей нити накала в датчике манометра, но вместо того, чтобы считывать ее в градусах тепла, он считывает ее как эквивалентное показание вакуума.

Горячая нить накала изменяет температуру при изменении уровня вакуума. Когда давление в датчике падает, остается меньше молекул газа, которые отводят тепло от нити, поэтому она становится горячее.Это изменение можно откалибровать, чтобы указать давление. Когда вы видите эти большие цистерны на шоссе, дайте им достаточно места. Они везут драгоценный и ценный груз. Газовые компании разрешают доставлять криогенные жидкости только своим лучшим водителям / операторам.

Рис. 21. МФУ при разном давлении

5. Увеличить длину свободного пробега до полезного размера

Состояние газа

В статье, напечатанной еще в январе этого года, говорилось о твердом, жидком и газообразном состояниях материи.Ниже приводится краткая выдержка из этой статьи.

Рис. 2 2. Поток молекул

«В газе атомы и молекулы обычно намного дальше друг от друга, чем в твердых телах и жидкостях. В воздухе при атмосферном давлении и комнатной температуре фактическое пространство, занятое атомами и молекулами, составляет около 0,01 процента или одну десятитысячную объема. Эквивалент твердой меди составляет около 74 процентов или около трех четвертей.(Вот и все, что тебя называют «твердым»).

В воздухе молекулы находятся в постоянном беспорядочном движении, обычно по прямой линии, и межатомные силы имеют незначительное влияние из-за пространства между молекулами. Движущиеся молекулы будут постоянно сталкиваться с другими молекулами, а затем удаляться в другом направлении. Эти столкновения происходят примерно 10 000 000 000 раз в секунду при атмосферном давлении ».

Атмосферное давление всегда является отправной точкой любого процесса вакуумирования, и мы знаем, что можем снизить это давление в закрытой вакуумной камере, используя один или несколько вакуумных насосов, чтобы достичь любого более низкого давления (вакуума), необходимого для процесса.

Рис. 2 3. Электропроводность в трубах

В приведенном выше отрывке говорится, что молекулы в камере постоянно сталкиваются с другими молекулами и меняют направление. Молекулы газа, которые сталкиваются с внутренней стенкой камеры или поверхностью любого приспособления, рабочего держателя или продукта в этой камере, будут находиться на этой поверхности в течение доли секунды, а затем высвободиться с поверхности в совершенно произвольном направлении.

Средняя длина свободного пробега

Термин «средний свободный пробег» — это среднее расстояние, которое молекула будет перемещать до столкновения с другой молекулой, оно измеряется в дюймах или метрах и связано с давлением и плотностью молекул газа в камере. Обычно мы показываем длину свободного пробега при определенном давлении, потому что именно так мы измеряем уровень вакуума с помощью какого-либо типа вакуумметра (рис. 21). Плотность связана с давлением, но редко используется в качестве индикатора для вакуумных процессов.

Из Рис. 21 мы можем «увидеть», что по мере падения давления в вакуумной системе длина свободного пробега увеличивается. Молекулы газа откачиваются насосами, плотность газа уменьшается, и молекулы должны двигаться дальше, прежде чем они столкнутся с другой молекулой. Я использовал слово «видеть» выше, но это одна из самых сложных вещей в понимании того, что происходит в вакуумной камере, вы на самом деле не можете «увидеть» молекулы.

Быстрая проверка проводимости

Фиг.2 4. Покрытие вакуумным напылением

Увеличение длины свободного пробега молекул газа начинает становиться полезным, когда оно достигает нескольких дюймов, но незадолго до этого происходит еще один интересный случай. Это переход потока молекул в трубопроводе вакуумной системы от вязкого или непрерывного потока к молекулярному потоку (рис. 22). Этот рисунок пытается показать изменения в потоке молекул, движущихся по трубопроводу, когда давление снижается.Он упрощен и не показывает изменения потока на стенке трубы, однако читатель увидит эти основные отличия.

Когда я проводил уроки вакуумной техники для Эдвардса, я сравнил эти изменения с толпой, покидающей стадион в конце футбольного матча. (Предполагается, что игра удерживала толпу на своих местах до конца!)

Вязкий поток, турбулентный: Когда звучит финальный свисток, большая часть толпы пытается двинуться к выходам, и происходит много случайных движений, поскольку толпа толкается вокруг, пытаясь перейти в любое открытое пространство, что может привести к более быстрому выходу.

Вязкий поток, ламинарный: через несколько минут большой поток ушел, и у остальной толпы появилось больше места для упорядоченного движения к выходам.

Рис. 2 5. Электронно-лучевая пушка

Молекулярный поток: Чуть позже большая часть толпы ушла, а оставшиеся немногие могут бродить по дорожкам в разных направлениях, не сталкиваясь с кем-либо еще.

Возвращаясь к молекулам, большое изменение всего этого происходит между ламинарным потоком и молекулярным потоком, когда длина свободного пробега становится больше, чем внутренний диаметр трубы. В этот момент и после этого молекулы газа с большей вероятностью столкнутся со стенками трубопровода (или камеры), чем с другой молекулой.

Это изменение также влияет на проводимость трубопровода. Электропроводность — это мера массы газа, протекающего при среднем давлении на метр длины трубы.Он измеряется в литрах в секунду на метр (рис. 23). Этот график показывает, как изменяется проводимость труб различного диаметра при изменении давления. Интересно отметить, что при падении давления проводимость также падает до тех пор, пока поток газа не превратится в молекулярный. Когда молекулы находятся в молекулярном потоке, проводимость становится постоянной.

Например, посмотрите на кривую на рис. 23 для трубопровода диаметром 100 мм. При давлении около 1 торр проводимость составляет 10 000 л / сек и постепенно падает с падением давления.Однако примерно при 0,002 Торр (2 x 10 ^-3 Торр) проводимость становится постоянной на уровне примерно 100 л / сек и не изменяется, когда давление падает ниже этого значения.

Применение вакуума благодаря длинному МФУ

Рис. 2 6. Процесс нанесения покрытия распылением

Возвращаясь к обсуждению «средней длины свободного пробега», есть ряд процессов, которые становятся жизнеспособными, когда MFP становится длиннее нескольких дюймов.Причина в том, что если MFP становится относительно длинным, другие небольшие объекты могут перемещаться по вакуумной системе с хорошей вероятностью не столкнуться с молекулой газа. Если, например, вакуумная камера находится под давлением около 0,00001 торр (1 x 10 ^-5 торр), размер MFP будет около 190 дюймов или 16 футов. Если вакуумная камера имеет диаметр всего 5 футов, маловероятно, что одна молекула газа столкнется с другой, когда она движется через камеру.

Это позволяет успешно работать таким системам, как вакуумные устройства для нанесения покрытий, электронные микроскопы, масс-спектрометры, приборы для исследования поверхности и ускорители частиц.Давайте посмотрим, как каждый из них работает в условиях низкого давления.

Вакуумное покрытие

Вакуумное покрытие или вакуумное напыление — это метод нанесения финишного покрытия на подложку. Подложка может быть бумагой, металлом, пластиком, стеклом или некоторыми из необычных материалов, используемых при производстве интегральных схем (компьютерных микросхем). Фактический процесс нанесения выбирается в зависимости от материала подложки, наносимого материала, толщины и качества поверхности покрытия, а также от того, является ли подложка жесткой или гибкой.Это успешные процессы только потому, что осаждаемый материал может перемещаться в пространстве, не сталкиваясь с молекулой газа.

Типичные процессы осаждения:

Рис. 27. Электронно-лучевой микроскоп

Испарение горячей нитью (рис.24)

В этом процессе металл испаряется из намотанной горячей нити или с нити накала лодочки. Намотанная нить накала используется для твердых металлов, когда небольшие отрезки проволоки помещаются на петли накала.Лодки используются, когда металл находится в виде порошка. В обоих случаях пары металла испаряются прямолинейно и конденсируются на первой поверхности, которой он соприкасается. Изделие, на которое наносится покрытие (подложка), размещается на подходящем расстоянии от нити, чтобы покрытие было ровным, насколько это необходимо. Если покрытие наносится на несколько деталей, они будут помещены в держатель для заготовок. Этот процесс имеет тенденцию к загрязнению испаряющимся материалом всех внутренних поверхностей камеры по линии участка. Часто используются экраны, чтобы их можно было заменить или очистить, когда загрязнение накапливается и удлиняет цикл откачки.

Испарение с помощью электронно-лучевой пушки (рис.25)

Эта система также используется для покрытия металлов, но материал плавится мощным пучком электронов, испускаемым нитью накала. Часто это более длительный процесс, и нить накаливания защищают от загрязнения, помещая ее под тигель с водяным охлаждением, в котором находится испаряемый материал. Магнитное поле изгибает пучок электронов на 270 градусов на материал. Луч можно сфокусировать, а также перемещать по металлу в тигле, чтобы расплавить его равномерно.

Рис. 28. Изображение с электронно-лучевого микроскопа

Плазменное напыление (рис.26)

Нанесение покрытий методом распыления — более сложный для понимания процесс. В этом процессе распыляемый материал и подложка расположены как катод и анод. Газообразный аргон выпускается в вакуумную камеру и ионизируется для образования плазмы между двумя электродами.Ионы аргона ускоряются в материале катода, называемом мишенью, и вытесняют частицы материала мишени. Вытесненный материал затем притягивается к аноду, к которому прикреплена подложка, и создает покрытие на подложке.

Электронно-лучевые микроскопы (рис.27)

Эти инструменты используются для просмотра предметов и поверхностей при очень большом увеличении. Электроны выстреливаются из электронной пушки и либо сканируются по поверхности объекта, либо передаются через поверхность.Пожалуйста, проконсультируйтесь с экспертом, чтобы узнать о различиях, я знаю только эти инструменты, так как меня беспокоят вакуумные насосы. На рис. 27 показан электронный микроскоп, и вы можете увидеть белый вертикальный столбец в центре, который представляет собой сборку электронного луча. Электронная пушка находится вверху, а предмет для просмотра находится в кубической камере под ней. Белый столбец необходимо откачать до достаточно низкого давления, чтобы длина свободного пробега оставшихся молекул газа была существенно больше, чем высота столбца.Обычно это комбинация турбомолекулярного насоса и механического насоса. На рисунке 8 очень подробно изображена голова мухи.

Рис. 29. Масс-спектрометр

Масс-спектрометры (рис.29)

Трудно было найти простую картину того, как работает масс-спектрометр. Это устройство для определения (анализа) того, из чего состоит газ или твердое вещество, путем ионизации небольшого образца.Есть два основных типа масс-спектрометров; в одном используется газовая хроматография, ГХ-МС, а в другом — жидкостная хроматография, ЖХ-МС. Опять же, это не моя область знаний; проконсультируйтесь со специалистом для получения дополнительной информации. Оба типа масс-спектрометрии ионизируют образец и разделяют ионы за счет магнетизма, так что детектор может определить составные части. Различные составляющие отображаются на экране в виде массового числа. Вся система обнаружения находится под вакуумом и работает только потому, что ионы не сталкиваются с молекулами газа в камере под вакуумом.

Другие приложения

Существуют и другие приложения, использующие условия низкого давления, позволяющие ионам, электронам и другим мелким частицам перемещаться через систему, не сталкиваясь с молекулами газа. Системы науки о поверхности являются одной из них, и сюда входят физически большие системы, такие как ускорители частиц. Ускоритель CERN в Европе имеет круглую вакуумную камеру, поперечное сечение которой составляет около одного метра в подземном кольцевом туннеле. Диаметр самого круга составляет около 9 километров.

Каждое из этих приложений представляет собой гораздо более сложную науку, чем я пытался объяснить в этой короткой статье. Надеюсь, он вас заинтересовал.

Ссылки

1. Диаграмма на рисунке 5 взята из «Современной вакуумной практики», написанной и опубликованной в Великобритании Найджелом Харрисом.
2. Трехмерное представление кластерного инструмента на рисунке 8 было изменено со слайда в презентации BOC Edwards. (BOC Edwards теперь называется Edwards Vacuum, подразделением Atlas Copco.
3. Брайан Оливер, Cryotec, Inc., Индианаполис, Индиана.

Copyright Howard Tring, Tring Enterprises LLC Консультации по вопросам вакуума и низкого давления.

Закрытие раны с помощью вакуума

Что такое закрытие раны с помощью вакуума?

Закрытие раны с помощью вакуума — это метод лечения, который помогает заживлению ран. Он также известен как VAC на ране. Во время лечения устройство снижает давление воздуха на рану. Это поможет ускорить заживление ран.

Газы в воздухе вокруг нас оказывают давление на поверхность наших тел. Устройство для вакуумирования раны снимает это давление с области раны. Это может помочь заживлению раны несколькими способами. Со временем он может мягко вытягивать жидкость из раны. Это поможет уменьшить отек, очистить рану и удалить бактерии. VAC раны также помогает сблизить края раны. И это может стимулировать рост новой ткани, которая помогает закрыть рану.

Система вакуумирования раны состоит из нескольких частей.Непосредственно на рану накладывается поролоновая или марлевая повязка. Клейкая пленка покрывает и закрывает повязку и рану. Дренажная трубка выходит из-под липкой пленки и подключается к портативному вакуумному насосу. Этот насос снижает давление воздуха на рану. Он может делать это постоянно. Или он может делать это циклически.

Повязку меняют каждые 24–72 часа. Во время терапии вам нужно будет носить с собой портативную помпу, куда бы вы ни пошли.

Зачем может понадобиться закрытие раны с помощью вакуума?

Этот курс лечения может потребоваться при недавно полученной травме.Или может понадобиться при хронической ране. Это рана, которая со временем не заживает должным образом. Это может произойти с ранами, связанными с диабетом. Вам может понадобиться VAC на рану, если вы недавно перенесли кожный трансплантат. А при большой ране вам может понадобиться VAC для ран. Для заживления больших ран может потребоваться больше времени.

Система вакуумирования ран может ускорить заживление ран:

• Удаление лишней жидкости из раны
• Снижение отеков
• Уменьшение количества бактерий в ране
• Сохраняйте рану влажной и теплой
• Помогает сблизить края раны
• Увеличение притока крови к ране
• Уменьшение покраснения и отека (воспаления)

Wound VAC предлагает некоторые другие преимущества по сравнению с другими видами лечения ран.Это может уменьшить общий дискомфорт. Обычно повязки нужно менять реже. И их, возможно, будет легче удерживать на месте.

Каковы риски закрытия раны с помощью вакуума?

Рана VAC имеет некоторые редкие риски, такие как:

• Кровотечение (может быть сильным)
• Инфекция раны
• Нарушение связи между кишечным трактом и кожей (кишечная фистула)

Правильное обучение смене повязок может помочь снизить риск этих проблем.Кроме того, ваш лечащий врач внимательно оценит вас, чтобы убедиться, что вы подходите для лечения. Определенные проблемы могут увеличить риск осложнений, например:

• Открытые органы или кровеносные сосуды
• Высокий риск кровотечения из-за другой проблемы со здоровьем
• Инфекция раны
• Инфекция близлежащей кости
• Ткань мертвой раны
• Раковая ткань
• Хрупкая кожа, вызванная старением или длительным применением местных стероидов
• Аллергия на клей
• Очень плохой приток крови к ране
• Раны около суставов, которые могут снова открыться из-за движения

Ваш поставщик услуг обсудит возможные риски.Обязательно поговорите с ним обо всех своих вопросах и проблемах.

Как подготовиться к закрытию раны с помощью вакуума?

Скорее всего, вам не нужно будет много делать, чтобы подготовиться к ране VAC. В некоторых случаях вам может потребоваться немного подождать, прежде чем проходить эту терапию. Например, вашему врачу может потребоваться сначала вылечить инфекцию в вашей ране. Также может потребоваться удаление мертвой или поврежденной ткани из раны.

Вам или опекуну может потребоваться обучение использованию устройства VAC для ран.Это можно сделать, если вы сможете пройти вакуумную терапию раны дома. В других случаях вам может потребоваться вакуумная терапия раны в медицинском учреждении. Если вы или ваш родственник будете проходить терапию, вас научат пользоваться устройством.

Ваш лечащий врач сообщит вам, нужно ли вам делать что-либо еще для подготовки к VAC ране.

Что происходит при закрытии раны с помощью вакуума?

Медицинский работник закроет вашу рану поролоновой или марлевой повязкой.Повязку и рану накроют липкой пленкой. Это закрывает рану. Пена соединяется с дренажной трубкой, которая ведет к вакуумному насосу. Этот насос портативный. Когда насос включен, он всасывает жидкость через пену и выводит из дренажной трубки. Насос может работать все время или он может циклически включаться и выключаться. Ваша точная настройка будет зависеть от конкретного типа вакуумной системы для ран, которую вы используете.

Вам может понадобиться менять повязку примерно раз в день. Возможно, вам придется менять его чаще или реже, в зависимости от вашей раны.Вы или ваш опекун можете научиться делать это дома. Или это может сделать лечащий врач. В некоторых случаях это может сделать поставщик медицинских услуг в больнице или другом учреждении. Возможно, вам придется остаться в лечебном учреждении, если у вас большая или тяжелая рана.

Ваш лечащий врач может назначить обезболивающее. Это необходимо для предотвращения или уменьшения боли во время смены повязки.

Немедленно сообщите своему врачу, если у вас повысилась температура, увеличился отек или появилась боль в ране.Также сообщите ему или ей, есть ли кровь или сгустки крови в трубке или сборной камере устройства.

Вероятно, вам понадобится использовать систему VAC для ран в течение нескольких недель или месяцев. Во время терапии вам нужно будет носить с собой портативную помпу, куда бы вы ни пошли. Ваш врач будет внимательно следить за вашим исцелением.

В это время убедитесь, что вы хорошо питаетесь и достаточно отдыхаете. Это необходимо для правильного заживления ран и предотвращения инфекции. Ваш врач может рассказать вам больше о том, как обеспечить себе питание в это время.

Если вы курите, попросите о помощи, чтобы вы могли бросить курить. Токсичные вещества, содержащиеся в сигаретном дыме (особенно никотин, окись углерода и цианистый водород), сильно ухудшают способность вашего организма заживлять рану.

Что происходит после закрытия раны с помощью вакуума?

Проконсультируйтесь с лечащим врачом, если у вас есть заболевание, которое привело к вашей ране, например диабет. Он или она может помочь вам предотвратить будущие раны.

Следующие шаги

Перед тем, как согласиться на тест или процедуру, убедитесь, что вы знаете:

• Название теста или процедуры
• Причина, по которой вы проходите тест или процедуру
• Какие результаты ожидать и что они означают
• Риски и преимущества теста или процедуры
• Каковы возможные побочные эффекты или осложнения?
• Когда и где вы должны пройти тест или процедуру
• Кто будет проводить тест или процедуру и какова квалификация этого человека
• Что было бы, если бы у вас не было теста или процедуры
• Любые альтернативные тесты или процедуры, о которых следует подумать
• Когда и как вы получите результаты
• Кому позвонить после теста или процедуры, если у вас возникнут вопросы или проблемы
• Сколько вам придется заплатить за тест или процедуру

Фазы периодической вакуумной сушки твердых частиц

Вакуумная сушка твердых частиц дает несколько преимуществ, включая снижение температуры испарения, защиту продукта от избыточного тепла, повышенный термический КПД и рекуперацию паров.Посредством создания вакуума в сосуде можно снизить температуру, при которой вода или растворитель испарится. Это испарение жидкости отводит тепло от твердых частиц и, таким образом, обеспечивает испарительное охлаждение, защищая термочувствительные продукты.

Пониженная температура испарения также улучшит разницу температур между продуктом и нагретой рубашкой. Это увеличивает движущую силу и сокращает время высыхания. Например, при атмосферном давлении вода испаряется при температуре 212 ° F.При 27 дюймах ртутного столба вода будет испаряться при температуре 113 ° F. Независимо от температуры рубашки, это снижение температуры испарения увеличит перепад температур еще на 99 ° F. Пока есть несвязанная влага, которая может свободно испаряться, температура твердых веществ не превышает 113 ° F. На приведенном ниже графике показана разница температур в рубашке при 250 ° F и испарении воды при 212 °. Это всего лишь разница в 38 ° F. При увеличении вакуума до 27 дюймов рт. Ст. Вода испаряется при температуре 113 °, а перепад температур теперь составляет 137 ° F.Это в 3,6 раза больше движущей силы для передачи тепла и отталкивания воды.

Периодическая вакуумная сушка твердых частиц проходит в три этапа. Во время этих трех фаз тепловые характеристики, характеристики пара и сушки изменяются предсказуемым образом.

Первая фаза вакуумной сушки — это фаза разогрева , на которой происходит начальный нагрев емкости и продукта, подлежащего сушке, включая твердые вещества и жидкости.Во время этой фазы разогрева температура системы постоянно и предсказуемо повышается. Подвод тепла называется явным теплом, потому что подводимое тепло можно ощутить и измерить как повышение температуры.

Во второй фазе вакуумной сушки большая часть тепловой энергии идет на испарение жидкости. Выходящая здесь влага известна как несвязанная влага или свободная влага. Поскольку эта влага уходит так же быстро, как подводимая тепловая энергия, тепло отводится за счет испарения влаги и обеспечивает эффект охлаждения испарением.Эта фаза известна как фаза сушки с постоянной скоростью , потому что несвязанная влага будет отрываться с постоянной скоростью. Как видно на графике ниже, температура системы и уровень вакуума остаются постоянными, и вся дополнительная энергия, поступающая в систему (за исключением некоторых потерь тепла в окружающий воздух), будет уходить на испарение жидкости. Эта тепловая энергия известна как скрытое тепло (латент на латыни означает «скрытый»), потому что дальнейшего повышения температуры не происходит.На этом этапе нагрузка на конденсатор будет максимальной и постоянной.

Третья фаза вакуумной сушки известна как фаза сушки с пониженной скоростью , потому что скорость удаления влаги будет продолжать падать или уменьшаться со временем. Фаза падения скорости наступает после удаления несвязанной влаги, в результате чего в продукте остается только связанная влага. Эта влага связана в продукте и должна пройти к поверхности твердых частиц за счет капиллярного действия или диффузии, прежде чем она сможет испариться и быть удалена.Эта влага со временем будет удалена, но с некоторыми дополнительными усилиями и временем. В некоторых процессах, таких как сушка полимера, связывание влаги может занять много часов или даже день или два. Распространение влаги просто невозможно продвинуть дальше определенной точки. С другой стороны, твердые вещества, такие как минералы, могут иметь в основном поверхностную влажность при небольшой или нулевой связанной влажности. Когда мы достигаем уровня связанной влаги, свободной влаги, отводящей тепло от продукта, не остается, поэтому температура продукта начинает повышаться и приближаться к температуре рубашки.Это повышение температуры продукта, возможно, придется компенсировать снижением температуры рубашки в случае термочувствительных продуктов. Во время фазы спада будет удалено относительно небольшое количество влаги, поэтому нагрузка на конденсатор будет минимальной. Точно так же тепловая нагрузка будет довольно низкой, поскольку в единицу времени испаряется мало влаги.

Точка в процессе между удалением несвязанной влаги и оставшейся только связанной влажностью известна как критический уровень влажности .Критический уровень влажности представляет собой разрыв между фазой с постоянной скоростью и фазой с пониженной скоростью процесса сушки. Это очень ценно в лабораторных и производственных операциях и легко распознается по выраженному повышению температуры продукта и повышению уровня вакуума (при условии, что уровень вакуума еще не был максимальным из-за конструкции).

Что это такое и как его измерить?

Термин «вакуум» часто понимают неправильно.Следовательно, его часто неправильно применяют при обсуждении измерений давления и выборе датчиков давления. Давление — это приложение силы к объекту. Однако давление можно измерить разными способами в зависимости от области применения.

Давление вакуума

По определению, вакуум — это пространство, которое частично (в максимально возможной степени) исчерпывается искусственными средствами (такими как воздушный насос). Это определение относится к высокому или жесткому вакууму. На рисунке 1 показано соотношение абсолютного и манометрического давления при 0 фунтов на квадратный дюйм, равном высокому или жесткому вакууму.

Рисунок 1:

Манометрическое давление

Манометрическое давление — это давление, измеренное относительно атмосферного давления окружающей среды (приблизительно 14,7 фунтов на квадратный дюйм). Он обозначается как фунты на квадратный дюйм (манометр) или PSIG. Электрический выход датчика манометрического давления составляет 0 В постоянного тока при 0 фунтах на квадратный дюйм (14,7 фунта на кв.

Абсолютное давление

Абсолютное давление измеряется относительно высокого вакуума (0 PSIA).Он обозначается как фунты на квадратный дюйм (абсолютный) или PSIA. Электрический выходной сигнал датчика абсолютного давления составляет 0 В постоянного тока при 0 фунтах на квадратный дюйм и на выходе полной шкалы (обычно 5 В постоянного тока) при полном давлении (в фунтах на квадратный дюйм).

Вакуум может относиться к любому давлению от 0 до 14,7 фунтов на квадратный дюйм и, следовательно, требует дальнейшего определения. Для приложений, связанных с измерением давления вакуума во всем этом диапазоне, часто используются два разных подхода.

Рисунок 2:

Давление вакуума измеряется относительно атмосферного давления окружающей среды.Его называют фунтами на квадратный дюйм (вакуум) или PSIV. Электрический выходной сигнал датчика вакуумного давления составляет 0 В постоянного тока при 0 PSIV (14,7 фунтов на квадратный дюйм) и выходной сигнал полной шкалы (обычно 5 В постоянного тока) при полном вакууме 14,7 (0 фунтов на квадратный дюйм).

Преобразователь давления вакуума дает увеличенное выходное положительное напряжение, пропорциональное уменьшению давления (увеличению вакуума). Датчик абсолютного давления дает увеличенное выходное положительное напряжение, пропорциональное увеличению давления (уменьшению вакуума).

Пример

Преобразователь вакуума
Диапазон: от 0 до 14,7 PSIV
Выход: от 0 до 5 В постоянного тока

Абсолютный преобразователь
Диапазон: от 0 до 14,7 фунтов на квадратный дюйм
Выход: от 0 до 5 В постоянного тока

Дифференциальное давление

Вакуум также часто называют отрицательным давлением (или мягким вакуумом). Это происходит, когда приложение требует мониторинга как снижения давления ниже атмосферного, так и повышения давления выше атмосферного двунаправленного перепада давления.

Рисунок 3:

Здесь дифференциальное давление — это давление, измеренное относительно опорного давления. Он называется фунтами на квадратный дюйм (дифференциал) или PSID. Если эталонное давление составляет одну атмосферу, диапазон перепада давления равен диапазону манометрического давления. Электрический выходной сигнал двунаправленного датчика перепада давления обычно составляет 0 В постоянного тока при одной атмосфере с увеличенным выходным положительным напряжением, пропорциональным увеличению положительного давления, и увеличенным выходным отрицательным напряжением, пропорциональным увеличению отрицательного давления.

Пример

Двунаправленный датчик перепада давления
Диапазон: от 0 до ± 5 PSID
Выход: от 0 до ± 2,4 В постоянного тока

Двунаправленные преобразователи дифференциального давления используются для измерений мягкого или низкого вакуума (обычно более 5 фунтов на квадратный дюйм), в то время как преобразователи низкого абсолютного давления используются для измерений жесткого или высокого вакуума (обычно менее 5 фунтов на квадратный дюйм).