шлюз

Воздушный шлюз — это помещение или отсек, который обеспечивает проход между средами с различным атмосферным давлением или составом, сводя при этом к минимуму изменение давления или состава между различными средами. «Воздушный шлюз» иногда пишется как воздушный шлюз или воздушный шлюз , или сокращенно просто «замок » .

Шлюз представляет собой камеру с двумя герметичными дверями или отверстиями, обычно расположенными последовательно, которые не открываются одновременно. Воздушные шлюзы могут представлять собой небольшие механизмы, например те, которые используются при ферментации , или более крупные механизмы, которые часто имеют форму прихожей .

Воздушный шлюз также может использоваться под водой, чтобы обеспечить проход между воздушной средой в сосуде под давлением , например подводной лодке , и водной средой снаружи. В таких случаях шлюзовая камера может содержать воздух или воду . Это называется затопленным шлюзом или подводным шлюзом и используется для предотвращения попадания воды в подводное судно или подводную среду обитания .

Операция

Процедура входа в шлюз из внешней или окружающей среды, его герметизации, выравнивания давления и прохождения через внутреннюю дверь называется запиранием . И наоборот, запирание включает в себя выравнивание давления, открытие внешней двери, а затем выход из отсека замка для входа в окружающую среду. Включение и выключение блокировки относится к передаче под давлением , когда две камеры физически соединяются или разъединяются перед выравниванием давления и блокировкой включения или выключения.

Перед открытием любой двери давление воздуха в шлюзовой камере уравнивается с давлением окружающей среды за следующей дверью. Постепенное изменение давления сводит к минимуму колебания температуры воздуха, что помогает уменьшить запотевание и конденсацию , снижает нагрузку на воздушные уплотнения и позволяет безопасно проверять критически важное оборудование.

Когда человек, не находящийся в скафандре, перемещается между средами с сильно разным давлением, воздушный шлюз медленно меняет давление, чтобы помочь выравнивать внутреннюю воздушную полость и предотвратить декомпрессионную болезнь . Это очень важно при подводном плавании , и дайверу или работнику, работающему со сжатым воздухом, возможно, придется ждать в шлюзовой камере несколько часов в соответствии с графиком декомпрессии . Аналогичное устройство может использоваться для доступа к воздухонепроницаемым чистым помещениям, загрязненным помещениям или атмосфере, в которой невозможно дышать, что не обязательно связано с какой-либо разницей в давлении; в этих случаях обеззараживания вместо процедур изменения давления используется процедура и промывки.

История

19 век

Первый патент на шлюзовой шлюз был выдан в 1830 году. ^[а] Томасу Кокрейну , которому пришла в голову идея помочь в строительстве подземных туннелей. Он был введен в эксплуатацию в 1879 году во время попытки прорыть тоннель под рекой Гудзон . ^[1]^[2]

20 век

Программа «Аполлон» включала в себя разработки в области технологии воздушных шлюзов, поскольку воздушные шлюзы имеют решающее значение для того, чтобы люди могли входить и выходить из космического корабля, находясь на Луне, не теряя при этом слишком много воздуха из-за скудной атмосферы .

Во время миссии «Аполлон-11» 1969 года не было помещения, которое изначально предназначалось бы для использования в качестве шлюза; вместо этого они использовали кабину как шлюзовую камеру. Прежде чем дверь была открыта , ее пришлось эвакуировать и разгерметизировать , а затем, как только дверь закрылась, в ней нужно было снова создать давление, прежде чем кто-либо смог безопасно вернуться в кабину без скафандра . ^[3]

21 век

Когда в ноябре 2000 года Международная космическая станция (МКС) впервые начала принимать людей, ^[4] в нем не было шлюзового шлюза, и все выходы в открытый космос должны были обеспечиваться шлюзовым шлюзом на космическом шаттле. ^[5] до тех пор, пока в июле 2001 года не был установлен модуль Quest Joint Airlock . ^[6]

Первым коммерческим космическим шлюзом стал шлюзовой шлюз Nanoracks Bishop , установленный на МКС в декабре 2020 года. Он имеет колоколообразную форму и предназначен для передачи полезной нагрузки из внутренних помещений МКС в космос. По состоянию на июль 2023 г. ^[update] это самый большой шлюз такого типа на станции, способный вместить «полезную нагрузку размером с холодильник». ^[7]

Воздушная среда

Воздушные шлюзы используются в средах воздух-воздух по разным причинам, большинство из которых сосредоточены либо на предотвращении попадания переносимых по воздуху загрязнителей в зону или выходе из нее, либо на поддержании давления воздуха во внутренней камере.

Одно из распространенных применений технологии воздушных шлюзов можно найти в некоторых чистых помещениях , где вредные или иным образом нежелательные частицы можно исключить, поддерживая в помещении более высокое давление, чем в окружающей среде, наряду с другими мерами. И наоборот, выброс частиц из опасных сред, таких как ядерные реакторы , лаборатории биохимические – поддержания в помещении более низкого давления, чем в окружающей среде, так что воздух (и любые частицы , и медицинские центры, предотвращается за счет поддержания отрицательного давления в помещении которые он переносит) ) не может легко уйти.

Менее известное применение шлюза - в архитектуре: надувные здания и конструкции на воздушной опоре, такие как герметичные купола, требуют поддержания внутреннего давления воздуха в определенном диапазоне, чтобы конструкция не рухнула. Шлюзы, как правило, являются наиболее экономичным способом, позволяющим людям входить и выходить из этих сооружений.

Воздушные шлюзы используются для поддержания внутри электронного микроскопа почти вакуума, чтобы воздух не влиял на путь электронов. Затворы для брожения , например те, которые используются при производстве спирта, представляют собой тип воздушного шлюза, который позволяет газам выходить из бродильного сосуда, не пропуская при этом воздух. Парашютные шлюзы необходимы, поскольку обрушение профиля крыла из-за разгерметизации может привести к опасной потере высоты.

С 1980-х годов технология воздушных шлюзов использовалась для исследования недавно обнаруженных камер в египетских пирамидах содержимого , чтобы предотвратить начало разложения из-за загрязнения воздуха. ^[8]

Метро

В проектах гражданского строительства , в которых используется давление воздуха для предотвращения попадания воды и грязи на рабочее место, используется воздушный шлюз для перемещения персонала, оборудования и материалов между внешней нормабарической средой и рабочим местом под давлением в кессоне или герметичном туннеле . Возможно, шлюзовая камера должна быть достаточно большой, чтобы вместить одновременно всю рабочую смену.

Блокировка обычно представляет собой быструю процедуру, занимающую всего несколько минут, тогда как декомпрессия, необходимая для блокировки, может занять несколько часов.

Подводный

Подводные применения включают в себя:

Гипербарические камеры , обеспечивающие вход и выход при сохранении разницы давлений между камерой и окружающей средой;
Подводные лодки , закрытые водолазные колокола и подводные среды обитания , не находящиеся под давлением окружающей среды, позволяющие дайверам входить и выходить. На подводных лодках и в подводных средах обитания их также можно назвать отсеками блокировки водолазов; и
Торпедные аппараты и спасательные стволы подводных лодок.

Дайвинг с насыщением

При погружениях с насыщением воздушные шлюзы являются важнейшими элементами безопасности; они служат герметичными шлюзами для безопасного перемещения дайверов и вспомогательного персонала между системой насыщения (жилыми помещениями) и водолазным колоколом , который доставляет дайверов к месту их подводной работы.

Воздушные шлюзы при погружениях с насыщением оснащены средствами безопасности, такими как манометры , ручное управление и блокировки .

Системы насыщения обычно включают в себя различные шлюзы, в том числе шлюз для хранения припасов и медицинский шлюз для безопасного прохода предметов медицинского назначения или экстренной эвакуации. Сложные «двухуровневые» системы, в которых дайверы находятся на разных уровнях давления и на различной глубине работы, могут потребовать дополнительных шлюзов.

Декомпрессия после погружения — это постепенный процесс, часто занимающий целую неделю. В это время шлюзы позволяют дайверам перейти в декомпрессионную камеру, где давление постепенно снижается до уровня поверхности. В чрезвычайных ситуациях шлюзы могут облегчить переход в гипербарическую спасательную камеру или спасательную шлюпку без значительных изменений давления.

Гипербарические палаты

В любой камере гипербарической терапии, способной вместить более одного человека, и там, где может возникнуть необходимость вводить человека или оборудование в камеру или из нее, пока она находится под давлением, используется шлюзовая камера. Обычно у входа в камеру имеется большой шлюз, способный вместить одного или нескольких человек, и медицинский шлюз меньшего размера для хранения медикаментов и продуктов питания, а также для блокировки отходов.

Космическое пространство

Шлюзы используются в космическом пространстве, особенно во время полета человека в космос , для поддержания внутренней обитаемой среды на космических кораблях и космических станциях при выходе или входе людей в космический корабль. Без шлюза (или аналогичной технологии, такой как порт костюма ) воздух внутри будет быстро потерян при открытии двери из-за расширяющихся свойств газов, составляющих пригодный для дыхания воздух , как описано законом Бойля . Шлюзовая камера необходима для декомпрессии астронавтов после того, как они наденут специальные скафандры при подготовке к выходу в открытый космос , а затем для их повторной компрессии по возвращении. ^[5] Воздушные шлюзы, такие как Nanoracks Bishop Airlock, также позволяют выбрасывать полезную нагрузку в космос с минимальной потерей воздуха.

Другие примеры шлюзов, используемых в космосе, включают шлюз Quest Joint и шлюз на Кибо (модуль МКС) .

См. также

Наддув кабины
Дисбаризм – заболевания, возникающие в результате изменения давления окружающей среды.
Механизмы со схожими функциями:
- Блокировка (водная навигация) — вместо воздуха используются уровни воды.
- Мантрап (контроль доступа)
- Вращающаяся дверь – регулирует давление и температуру воздуха в здании.
- Салли-Порт – ориентирована на безопасность, а не на давление воздуха.
- Suitport – альтернативная технология для выхода в открытый космос.
- Вестибюль – регулирует температуру в здании.
- «Световые замки» в планетариях и фотолабораториях
Модуль шлюза для экипажа и науки

Примечания

↑ Конкретная дата — 30 октября 1929 года.

Ссылки

^ «Календарь патентных записей» . Природа . 124 (1234): 637. 1 октября 1929 г. Бибкод : 1929Natur.124R.637. . дои : 10.1038/124637b0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4067958 . Архивировано из оригинала 17 июля 2023 года.
^ Коппертуэйт, Уильям Чарльз (1906). Туннельные щиты и использование сжатого воздуха при подводных работах . Лондон: А. Констебль и компания . Проверено 8 августа 2023 г.
^ Паппалардо, Джо. «Как астронавты Аполлона выбросили свои скафандры за борт?» . Смитсоновский журнал . Архивировано из оригинала 5 марта 2024 года . Проверено 18 июля 2023 г.
^ «История и хронология МКС» . Архивировано из оригинала 5 июля 2024 года . Проверено 7 августа 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Даже домам в космосе нужна дверь | Управление научной миссии» . science.nasa.gov . 6 июля 2001 г. Архивировано из оригинала 15 августа 2022 г. Проверено 18 июля 2023 г.
^ «CNN.com — Воздушный шлюз установлен на космической станции — 16 июля 2001 г.» . edition.cnn.com . Архивировано из оригинала 7 августа 2023 года . Проверено 7 августа 2023 г.
^ Эми Томпсон (23 декабря 2020 г.). «На Международной космической станции теперь находится первый в мире коммерческий шлюзовой шлюз» . Space.com . Архивировано из оригинала 25 июня 2024 года . Проверено 18 июля 2023 г.
^ Эль-Баз, Фарук (август 1997 г.) [1988-01-01]. «Археология космической эры» . Научный американец . 277 (2): 102–103. Бибкод : 1997SciAm.277b..60E . doi : 10.1038/scientificamerican0897-60 . Архивировано из оригинала 22 сентября 2016 года . Получено 26 сентября 2023 г. - через сервер технических отчетов НАСА (NTRS).

Внешние ссылки

[1] Конкретная дата — 30 октября 1929 года.

[2] «Календарь патентных записей» . Природа . 124 (1234): 637. 1 октября 1929 г. Бибкод : 1929Natur.124R.637. . дои : 10.1038/124637b0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4067958 . Архивировано из оригинала 17 июля 2023 года.

[3] Коппертуэйт, Уильям Чарльз (1906). Туннельные щиты и использование сжатого воздуха при подводных работах . Лондон: А. Констебль и компания . Проверено 8 августа 2023 г.

[4] Паппалардо, Джо. «Как астронавты Аполлона выбросили свои скафандры за борт?» . Смитсоновский журнал . Архивировано из оригинала 5 марта 2024 года . Проверено 18 июля 2023 г.

[5] «История и хронология МКС» . Архивировано из оригинала 5 июля 2024 года . Проверено 7 августа 2023 г.

[:0-6] Jump up to: ^а ^б «Даже домам в космосе нужна дверь | Управление научной миссии» . science.nasa.gov . 6 июля 2001 г. Архивировано из оригинала 15 августа 2022 г. Проверено 18 июля 2023 г.

[7] «CNN.com — Воздушный шлюз установлен на космической станции — 16 июля 2001 г.» . edition.cnn.com . Архивировано из оригинала 7 августа 2023 года . Проверено 7 августа 2023 г.

[8] Эми Томпсон (23 декабря 2020 г.). «На Международной космической станции теперь находится первый в мире коммерческий шлюзовой шлюз» . Space.com . Архивировано из оригинала 25 июня 2024 года . Проверено 18 июля 2023 г.

[9] Эль-Баз, Фарук (август 1997 г.) [1988-01-01]. «Археология космической эры» . Научный американец . 277 (2): 102–103. Бибкод : 1997SciAm.277b..60E . doi : 10.1038/scientificamerican0897-60 . Архивировано из оригинала 22 сентября 2016 года . Получено 26 сентября 2023 г. - через сервер технических отчетов НАСА (NTRS).

[а]

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]