Хомяки приветствуют вас друзья!
Сегодняшний пост будет посвящен вибровакуумной установке с помощью которой, можно дегазировать различные смеси, жидкости, стабилизировать древесину, консервировать старинные находки и даже получать плазму. В ходе поста узнаем, какую глубину вакуума способен достичь двухступенчатый пластинчато-роторный насос, почему в процессе работы у него мутнеет масло и какую резину следует использовать в подобных устройствах. Пост обещает быть полезным, как сотня лечебных банок, помогающих от всех болезней. Но это не точно!
Изначально, сегодняшняя установка собиралась с целью повышения качества художественных отливок из различных благородных металлов. Для уменьшения поверхностных дефектов в виде корольков и наплывов применяется технология дегазации формовочной смеси путём вибровакуумирования.
Процесс проходит в два этапа. В первом - смесь дегазируется перед заливкой в опоку, а во втором - смесь дегазируется после заливки. Внешние вибрационное воздействие как бы разжижает гипс и способствует ускоренному выходу пузырей. Основным условием тут является время. Формовочная смесь имеет время жизни около 8-10 минут, после она начнет застывать. Потому, тут нужно уложиться в крайне короткие сроки и как можно меньше жевать сопли.
Прежде чем перейти к экспериментам и начать кипятить водичку внутри вакуумного колпака, давайте посмотрим, как устроены отдельные гравицапы в этом пепелаце.
Сердцем любой вакуумной системы является вакуумный насос. В данном случае применяется двухступенчатый пластинчато-роторный с масляным уплотнением, фирмы Value. Производительность 113 л/м. Максимальная глубина вакуума 15 микрон. На борту имеется отсечной клапан, предотвращающий попадание воздуха и паров масла в систему после остановки насоса. Вакуумметр, который здесь, больше отображает среднюю температуру по больнице, чем остаточное давление. После этого фильма сдам его на металлолом...
Альтернативным решением было приобрести цифровой вакуумный манометр VALUE NAVTEK. Таким же пользовался Ruslan Geek при получении рентгена из скотча. Единицы измерения остаточного давления здесь можно выбирать в соответствии с религиозным вероисповеданием: микроны, паскали, миллибары или миллиметры ртутного столба.
В течение этого фильма измерения у нас будут отображаться в микронах. Комплектация устройства содержит в себе все необходимые переходники! Прикручиваем устройство в соответствии движением стрелок и проверяем какие насосутся цифры. Спустя пять минут остаточное давление системы в режиме работы составило 13 микрон. Это примерно 1,7 Па.
Примечание: показания приборной доски правдивы только при условии свежего масла в насосе, а заговнять его, как оказалось проще простого, но пока не будем торопить события и переходим к следующему конструктивному элементу сегодняшней системы.
Вибровакуумный стол. Первое, что здесь бросается в глаза, это огромный вакуумный колпак: диаметром 25 см, высотой 27 см и внутренним объемом 12 литров. Толщина стенок 8 мм. Нижний торец имеет следы шлифовки довольно крупным алмазным зерном. Время рождения и сфера применения данного артефакта мне не известны, возможно это "эхо" большой Советской Промышленности.
Плита, на которой будет размещаться стеклянный горшок, вырезана из стеклотекстолита толщиной 20 мм и внешними габаритами 30*30 см.
Изначально в качестве верхнего покрытия планировалось использовать силиконовую термостойкую пластину толщиной 3 мм, но в процессе выяснилось, что это полная шляпа. Она достаточно твердая, кривая и имеет слабые показатели остаточной деформации. Проведя ряд опытов и сравнив "силикон" с "вакуумной резиной" стало понятно, что любое внешнее воздействие будет оставлять лунные кратеры на ее поверхности.
В то время как вакуумной резине на такие издевательства абсолютно плевать, она мягкая, упругая, обладает высоким сопротивлением к сжатию, отличной стойкостью к высокому давлению, повышенным температурам, а также низким газовыделением в вакууме. Она как идеальная жена, только в резиновом мире...
При первом испытании вакуумного колпака в связке с вазелином выяснилась одна неприятная особенность в конструкции стола. Толстая основа в виде плиты из стеклотекстолита оказалась кривой. В некоторых местах отклонения от плоскости были с полмиллиметра. Чтобы скомпенсировать разницу, поверхность была залита слоем жидких гвоздей. Операция длилась два дня до полного высыхания герметика и оказалась малоэффективной, так как колпак при работе все равно умудрялся подсасывать воздух из всех возможных щелей. Остаточное давление обычной майонезной банки не хотело опускаться ниже 11 тис. микрон. Попытки исправить ситуацию привели к тому, что верхний слой стеклотекстолита начал отслаивается.
Пришлось сорвать старый паркет и взглянуть что находится в нижних слоях. Так как текстура поверхности теперь стала пористая, нанесем на нее слой омолаживающей маски в виде целого тюбика вазелина. Чтоб он лучше впитывался, нагреем поверхность с помощью бутановой горелки, а затем, сверху покладём лист вакуумной резины.
При проверке, остаточное давление майонезной банки показало 1000 микрон против старых 11000. Вакуумный колпак показал 1900 микрон. Это примерно 150 паскалей, 2.5 мбар и 1.8 мм рт.столба. Забегая наперед скажу, что это лучшие результаты, которые получилось добиться.
Модернизация вакуумного колпака. Так как нижний торец здесь абсолютно лысый и имеет малую площадь прилегания к столу, первым делом обезжирим его с помощью ацетона. Дальше разметочным циркулем определяем окружности и обычными ножницами вырезаем резиновую прокладку. Самым хорошим клей-герметиком для этих дел оказался силикон для аквариумов, у него довольно хорошая адгезия к стеклу и резине. Самым неудачным решением было применить жидкие гвозди. Либо они оказались старые, либо не подошли характером. Но хватило их не на долго и все ранние труды распались как карточный домик.
При проектировании подобных дегазационных систем, не обязательно использовать стеклянные вакуумные колпаки. Можно применить оранжевые канализационные ПВХ муфты. Пластик тут достаточно толстый. Подобное решение вакуумной камеры использует один мой знакомый для дегазации литейного двухкомпонентного силикона. Это конечно не вакуумный колокол, а кусок сартирной трубы, но работает как нужно. Для простых домашних экспериментов вполне подъемный и доступный вариант.
Теперь рассмотрим из чего состоит система вибровакуумных подземных коммуникаций. Для ее сооружения достаточно было заглянуть в ближайший сантехнический магазин и прикупить несколько водопроводных фитингов диаметром 3/8, а также краник и медную оцинкованную трубу диаметром 10 мм.
Система обязательно должна иметь в себе фильтр-осушитель, от него правда в дальнейшем будет больше вреда, чем пользы, но польза таки доминирует. Покупался он в специализированном магазине кондиционерного оборудования вместе с вакуумным насосом.
Внутри этой штуковины находится кусок мочалки, защищающий насос от попадания в него мелких частиц пыли и влагопоглощающий материал в виде молекулярного сита. Для сопряжения фильтра с водопроводными фитингами на нем необходимо спилить резьбу и промазать ее герметиком. Он должен присутствовать на всех соединительных узлах, в противном случае эти слабые места будут давать течь.
Конструировать переходник под резьбу насоса пришлось путем жертвоприношения вакуумного шланга. Отпиливаем гайку с одного из концов и привариваем ее к водопроводной цанге с помощью горелки и серебросодержащего припоя. Вот теперь совсем другое дело!
Дальше прикидываем каким образом вакуумные коммуникации расположатся под массивной плитой. Воздух будет откачиваться через отверстие, в которое запихнем 10 мм медную трубу. Примеряем и смотрим все ли подходит друг к другу, в идеале чтобы детали заходили друг в друга с усилием.
К одному из концов трубы приварим латунную муфту, она нам понадобится для дополнительной защиты насоса от влаги. После окончания огненных работ, случайно прислонил раскаленный кончик горелки к своей любимой флиске. Блин, теперь мамка меня убьет...
На глянцевой, чересчур скользкой и блестящей трубе делаем насечки с помощью наждачной бумаги. Параллельно разводим эпоксидную смолу в пропорциях 1:2, тут главное не торопится и хорошо перемешать смесь до получения однородной массы. Обмазываем получившимся соусом отверстие и устанавливаем в него трубу. Важно надежно герметизировать стык стола, трубы и дать время для полимеризации состава. Через пару дней продолжаем работу и прикручиваем оставшиеся детали с применением силикона.
На этапе бурильно-сверлильных работ делаем отверстия с 4-х сторон плиты. В них будут устанавливаться жесткие пружины от 3D принтера, которые должны предотвратить гашение полезных вибраций передаваемых виброматором к платформе. Отверстия здесь не глубокие и залиты эпоксидным клеем для прочного соединения.
Электродвигатель для вибростола выбирался из того, что было в хозяйстве. Конкретный экземпляр был извлечен с катушечного магнитофона Маяк 203, если память не подводит. Модель двигателя КД-6-4-УХЛ-4, мощность 6 Вт, частота вращения вала 1400 об. Эксцентрик сделан из говна и палок, тут особо рассказывать нечего, главное, чтоб его ось находилась по центру стола. Регулировка скорости вращения данного асинхронного двигателя реализовано через обыкновенный диммер, которым регулируют яркость свечения ламп накаливания и прочую примитивную силовую электронику.
Это в корень не правильно. Потому что диапазон регулировки частоты вращения двигателя лежит в очень узком диапазоне, но он работает! Как сказал один великий сказочник: И так сойдет.
Данная плата некоторое время назад разводилась для самогонного аппарата. Схема тут довольно простая, состоит из симистора ВТА41-600, пары резисторов и конденсаторов. В связке с электромотором это безобразие выглядит так. Тут еще нужно добавить фазосдвигающий конденсатор на 4 мкФ параллельно одной из обмоток и 10 Вт резистор номиналом 130 Ом, иначе работать ничего не будет.
Заказать плату к данному проекту можно на все мирно известном сервисе PCBWey. Для этого на сайте в разделе "быстрое прототипирование" указываем все необходимые параметры. Длинна в нашем случае 38 мм, ширина 61мм. Плата двухсторонняя.
Как только платы приехали, распаиваю компоненты согласно рисункам и надписям на плате, а затем проверяю как всё работает.
После включения вроде ничего не взорвалось, это хороший знак. Регулируя в небольшом диапазоне напряжение на обмотках электромотора, можно добиться механического резонанса стола, при котором все содержимое на его поверхности будет стремится уползти в неизвестном направлении. Полагаю, формовочная смесь для литья будет чувствовать себя уютно на таком сеансе вибротерапии.
Работа по сборке стола подходит к концу. Осталось прикрутить резиновые ножки к куску 10 мм фанеры и установить спицы на которых будет размещено пружинное основание машины смерти. Как только был закручен последний шуруп, тут же набежала толпа хомяков и начала изучать слабые места конструкции, попутно оставляя следы в виде рисовых зерен.
Пришло время для основных испытаний вибровакуумного стола. Подсоединяем вакуумный шланг к вакуумному насосу и смотрим какую глубину способна набрать система из обычных водопроводных труб и фитингов. Закрываем отверстие с помощью куска вакуумной резины и ждем пока перестанут меняться цифры на вакуумметре. Спустя примерно 5 минут, давление опустилось до 650 микрон, что являлось лучшим результатом пока не засрался влагой фильтр-осушитель. Под конец всех экспериментов, давление в системе не получалось опустить ниже отметки в 1000 микрон, так как молекулярное сито в нем начало зверски газить. Но тут ничего не поделать. Напомню, что работа насоса "на себя" за 5 минут дает 12.8 микрон или в пересчете 1.7 паскаля с новым маслом на борту. По показаниям таблиц из википедии мы достигли среднего вакуума.
Первые десять откачиваний системы проводились с пустым колпаком. При каждом новом запуске установки на нержавеющей сетке глушителя появлялся слой инея, который объясняется одновременно несколькими физическими явлениями. С этого момента давай поподробней. При включении установки внутри колпака происходит адиабатическое расширении газа и следовательно он охлаждается. При этом если температура воздуха упадет ниже точки росы, то появится жидкая фаза в виде микроскопических капелек. Выглядит это как образование тумана, поток которого направлен к выпускному патрубку.
Пневмоглушитель, который дополнительно был установлен во избежание попаданий мелких частиц пыли в тело насоса, создает пневматическое сопротивление потоку воздуха. В этом месте появляется сильное разрежения газа с высокой скоростью и давлением, что приводит к резкому охлаждению металла и образованию слоя инея на нем. Та как воздух проходит через сужение канала трубопровода где происходит понижение давление возле пористой перегородки, такой эффект можно назвать дросселированием. Достаточно убрать глушитель и этого эффекта не будет. Точней будет, но его сложно будет определить невооруженным взглядом.
Дросселирование применяется в компрессионных холодильниках в качестве средства обеспечения перепада давления хладагента, которое при изотермическом расширении отнимает теплоту от охлаждаемого объекта, а затем после сжатия отдает ее охлаждающей среде через радиатор холодильника. Максимальная температура, которую удалось зафиксировать на сетке при старте насоса минус 10 градусов. После десятка минут работы, температура в камере становится равна комнатной.
После серии увлекательных экспериментов я заметил что вакуумное масло внутри насоса слегка помутнело и превратилось в какую-то эмульсию.
Причиной этому стала атмосферная влага, которая раз за разом проходя через масло оставляла в нем свой след. Естественно такой неожиданный поворот привел к тому, что насос больше не мог набрать глубину вакуума ниже 48 микрон.
Посидев пару часов в паутине всемирного мусора, на одном из форумов нашел методику очистки масла с помощью простого кипячения. Грех было не проверить способ. Я тут же бросился сливать жижу с двигателя и бежать на кухню отдавая содержимое огню. После двадцати минутного сеанса масло перестало пузырится и стало немного дымить. Его оптические свойства явно улучшились. Даем некоторое время на остывания и заливаем его обратно в насос. В процессе работы компрессора "на себя", давление в системе показало 11.7 микрон, что есть просто космическим результатом.
Чтоб избежать дальнейших проблем, было принято решение соорудить осушитель с применением силикагеля. В начале, начал скрести по сусекам в поиске пакетиков из коробок с под обуви. Вроде дело хорошее, но насобиралось всего пару грамм такого материала. Потом случайно залез в шкаф и нашел бентонит, наполнитель для котэ, неплохая альтернатива в качестве воздушного осушителя, только перед применением его нужно просушить в духовке.
В качестве емкости тут использована банка из под огурцов с пару проделанных в ней отверстий. Засыпаем глину в банку. Обязательно нужно использовать тряпочный мешочек, так как в воздух поднимается куча мелкодисперсной пали. В общем пару минут работы и примитивный осушитель готов.
Если его поместить в зип-пакет вместе с китайским гигрометром, то влажность упадет с 41 до 17% за 12 часов. Датчик влажности тут резистивный.
Банка вышла немаленькая и занимает примерно четверть полезного объема под колпаком. Ну то ладно. Первое что захотелось проверить при запуске вакуумной установки, это при каком давлении будет закипать вода, какая будет её температура, температура воздуха под куполом и её влажность.
Если ускорить этот процесс в 100 раз, то можно заметить что вода начинает активно закипать после остаточного давления в 15000 микрон, температура воды при этом падает на 5-6 градусов. Температура воздуха внутри камеры остается практически неизменной, влажность в начале упала к отметке 36% а затем резко поднялась до 70% в процессе кипения. Под конец дегазации и удаления растворенных газов из воды, она уже не кипит, а слегка испускает дух. Весь процесс занял не больше 3 минут. Давление стабилизировалось на 3.7 кило микронах. Выключаем насос и запускаем воздух в камеру.
Особенности. Если запустить пустую установку , то влажность упадет с 50 до 18%. При этом показалось, что это нижняя граница в показаниях гигрометра и меньше он показать не способен. Банка после каждой вакуумации слегка нагревается, похоже в бентоните происходят экзотермические реакции при поглощении влаги. Масло естественно после нескольких кипячений снова испортилось и стало мутным.
Где-то прочитал, чтобы избежать таких неприятностей в начале рекомендуют устанавливать мембранный насос для удаления влаги с откачиваемого объема, а затем уже пластинчато-роторный. Но покупать второй насос меня жаба давит.
Удивительно, но много кто грешил на масло, которое идет в комплекте, типа вот у меня дома насос уже 10 лет качает и проблем никаких нет. Послушав предположения и рекомендации взял другое, самое дешевое марки ВМ-1. В общем чтоб не томить длинными историями, его ждала такая же мутная участь что и с предшественником. Потому в процессе съемок это болото пришлось кипятить раз пять. Либо у меня насос какой-то волшебный, либо всему виной высокая влажность в хате. Возможно виноваты кривые руки, магнитные бури или любые другие причины, о которых мне мало неизвестно.
Переходим к практической стороне, а то смотрю вы уже утомились от пустой болтовни. Как говорилось в самом начале, основная задача вибровакуумного стола - это обеспечить надлежащее качество отливок из серебра, золота или любых других металлов, которые можно расплавить газовой горелкой в домашних условиях.
Перед каждым литейным процессом я зачастую черпаю вдохновение с канала литейной мастерской ARIMF, даже по рекомендации сделал набор для резьбы по воску. В последнее время Тимофей куда то пропал, хочется верить что у него просто много работы и он не "забил" на канал. Аримф - давай возвращайся уже!)
В основе этого повествования лежит попытка вернуть первоначальный вид подвеске Киевской Руси, которая была найдена в округе тридевятого царства. Восковка эта создавалась из двух половинок, так как находка была разломана на две части. Если найти вторую половину на том поле, то можно подобно Джедаю воссоединится с силой!
Вставляем восковку в пластилин и параллельно размешиваем формомассу с водой в пропорциях которые указаны в инструкции. Дальше эту смесь подвергаем вакуумации в совокупности с полезными вибрациями. Сильный вакуум это вред, как по мне, так как если не контролировать процесс, после определенного давления формовочную смесь подобно извержению вулкана начнет разбрызгивать по внутренним стенкам стеклянного сосуда.
После нескольких минут активного кипения заливаем формовочный состав в опоки где установлены восковки и еще раз кипятим этот натюрморт. Тут важно не забыть облепить трубы скотчем с запасом, а то гипс увеличивается в объемах в процессе.
Вся выше описанная операция не должна превышать десять минут, так как гипс потом начнет схватываться. После этого даем отдохнуть опокам в течении суток, вынимаем из нее лишние гвозди и ставим это безобразие на шести часовую прокалку. Дальше все по накатаной. Разогреваем необходимую порцию металла и начинаем крутить его в кружке посреди комнаты в надежде, что она не улетит в окно. В результате у нас должна получится качественная отливка.
А перед следующими экспериментами обязательно одеваем очки. Осколочно-фугасные банки не рассчитаны под задачи, которые будут показаны дальше.
Если у нас есть вакуумная установка, то грех не попробовать получить на ней плазму. Примитивную конечно, но с кем бог не шутит. Для этого достаточно просверлить в банке отверстие с помощью алмазной коронки и ввинтить в нее болт в качестве электрода. Откачиваем воздух и подключаем высокое напряжение. Шуруп в банке будет служить - анодом, а выходной патрубок - катодом. Блок высокого напряжение способен выдавать от 6 до 9 кВ с током 1.5 мА. Выходные характеристики тут зависят от подаваемого на вход напряжения.
По сути, все что светится внутри банки это ионизированные частицы воздуха, которые не способен удалить вакуумный насос. Плазменная дуга как видно довольно толстая, а значит мусора тут осталось много. В процессе этого эксперимента был сделал ряд фотографий и выложен в инстаргамм, где сразу начали писать человеки с просьбой провести измерение радиационного фона. Да не вопрос. Делать это будем с помощью сцинтилляционного дозиметра Радиокод 101, если какая-то частица и вылетит из банки, она тут же будет зарегистрирована.
Для создания маломайской рабочей лампы, требуется более серьезное вакуумное оборудование с применением диффузионного насоса, азотными ловушками и прочими экзотическими штуками, о которых нормальные люди мало что слышали. Мы с Саней химиком начали собирать простенькую установку для ионного плазменного напыления металлов. Но изучая тему глубокого вакуума приходит понимание того, что одним напылением дело не закончится. Тут можно получать простенькие плазменные шары с применением разных газов, построить реактор который показывал Побединский в одном из своих роликов, в общем поле для творчества огромное.
Естественно собрать такую установку как у нашего коллеги necro_electro мы не в состоянии, но зато это хороший пример того, к чему нужно стремится.
В его системе последовательно с пластинчато-роторным насосом подключён высоковакуумный диффузионный насос, что позволяет достичь глубины вакуума порядка 10^-6 мм. рт. ст. Это необходимо при работе с чистыми газами, поскольку остаточный воздух и любые загрязнения в колбах сведут на нет всю красочность разряда. Напуск газов в колбы из баллонов производится через краны с тонкой регулировкой, процесс контролируется с помощью точных вакуумметров. Этот процесс лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.
Теперь рассмотрим самое практичное применение для вакуумной камеры. Слышали что-нибудь про стабилизацию древесины? Так вот, сейчас сделаем полезное дело. Правда это будет скорей пропитка, так как стабилизация осуществляется с определенными дорогими полимерами, которые в дальнейшем нужно нагревать до скажем 80 градусов, чтобы он застыл. А у нас это тунговое масло с добавлением воска.
В процессе вакуумирования, воздух в порах ручки ножа замещается маслом, что в дальнейшем защитит ее от агрессивных внешних факторов и продлит срок службы. Клинок этого самурайского меча сделан из нержавеющей стали N690, а ручку под заказ делал японский мастер. И тут хорошо видно разницу до пропитки и после. Дерево заиграло новыми цветами и стало выглядеть благородно. Стакан, который служил подопытным кроликом на утро покрылся слоем белого налета, это и есть тот самый воск который присутствовал в масле.
Постоянные читатели знают, что я время от времени увлекаюсь археологическими раскопками и часто найденные предметы из черного металла лежащие на полке, ржавеют и рассыпаются. Чтоб хоть как то сохранить наследие наших далеких предков, попробуем пропитать металл льняным маслом. Уверен в древности за металлом ухаживали такими же методами, натирая или вываривая предмет в растительных маслах, которые получалось добыть теми или иными способами. После пропитки железные предметы выглядят намного красивей и теперь можно не боятся что историческое наследие превратится в труху.
Накладки на этом средневековом ноже, похоже сделаны из кости какого-то животного. А рядом лежит пинцет времен Древней Руси. Возможно кто-то, когда-то этой штукой выщипывал свои брови. В общем как вы поняли, вакуумной установкой можно найти много интересных применений и в дальнейших постах мы ее будем часто применять в литейном ремесле.
Для справки. Съемка этого выпуска заняла порядка двух месяцев. При том, что большая часть времени было потрачено на поиски и устранения утечек в вакуумной системе. К счастью вазелин и герметик решают все. Ну не все конечно, но многое, в прочем как и синяя изолента. Стоимость сегодняшней установки с учетом вакуумного компрессора, вакууметра, фитингов и прочих мелочей обошлась примерно в 500 баксов. Кто то может сказать а чего так дорого? На самом деле собственноручно собранное устройство не имеет цены, тем более что оно неоднократно будет использоваться в различных экспериментах, которые помогут узнать наш мир лучше.
