шлюз

Отсек для перемещения между средами с различной атмосферой

Шлюзовая камера на борту космического корабля "Шаттл" .

Воздушный шлюз — это отсек, который обеспечивает проход между средами с различным атмосферным давлением или составом, сводя при этом к минимуму смешивание сред или изменение давления в прилегающих помещениях. «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 механизмы небольшого размера, 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, блокировка 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. Постепенный переход давления сводит к минимуму колебания температуры воздуха, что помогает уменьшить запотевание и конденсацию , снижает нагрузки на воздушные уплотнения и позволяет безопасно проверять давление и работу скафандра .

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 в воздухонепроницаемые чистые помещения, загрязненные помещения или в непригодную для дыхания атмосферу, что не обязательно связано с какой-либо разницей в давлении; в этих случаях вместо процедур изменения давления используется процедура обеззараживания и промывки.

История

• 20 октября 1830 года первый патент на шлюзовой шлюз был выдан Томасу Кокрейну , которому пришла в голову идея помочь в строительстве подземного туннеля. Его использовали в 1879 году при попытке прорыть туннель под рекой Гудзон. ^{[1] [2]}
• На космическом корабле, использовавшемся во время миссии «Аполлон-11» в 1969 году , не было помещения, специально предназначенного для шлюзовой камеры ; вместо этого кабина служила шлюзовой камерой, и поэтому ее нужно было эвакуировать и сбросить давление , прежде чем дверь была открыта, а затем, как только дверь закрылась, в ней нужно было снова создать давление, прежде чем кто-либо мог безопасно использовать ее без скафандра . ^[3]
• Когда в ноябре 2000 года на Международной космической станции (МКС) впервые начали размещаться люди, ^[4] на ней не было шлюзовой камеры, и все выходы в открытый космос должны были обеспечиваться шлюзовой камерой космического корабля «Шаттл» ^[5] до тех пор, пока не был установлен шлюзовой шлюз Quest Joint. модуль был установлен в июле 2001 года. ^[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 года это самый большой шлюз такого типа на станции, вмещающий «полезную нагрузку размером с холодильник». ^[7]

Использование на суше

Воздушные шлюзы используются в средах воздух-воздух по разным причинам, большинство из которых сосредоточены либо на предотвращении попадания переносимых по воздуху загрязняющих веществ 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 и некоторые биохимические лаборатории , предотвращается за счет поддержания в помещении более низкого давления, чем в окружающей среде, так что воздух (и любые частицы, которые он переносит) не могут легко выйти наружу.

Менее известное применение шлюза - в архитектуре: герметичные купола, такие как USF Sun Dome , требуют поддержания внутреннего давления воздуха в определенном диапазоне, чтобы конструкция не рухнула.

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.

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

Подземное использование

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.

Подводное использование

Блокировка погружения подводной лодки ВМС США , 2007 г.

• 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.
• Торпедные аппараты и аварийные 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 функциями 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.

Использование в космосе

СТС-103 закрывает шлюзовую камеру

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 воздух внутри быстро терялся бы при открытии двери из-за расширяющихся свойств газов, входящих в состав пригодного для дыхания воздуха , 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 воздушный шлюз Nanoracks Bishop , также позволяют выбрасывать полезные нагрузки в космос с минимальной потерей воздуха.

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

Смотрите также

• Космический портал

• Дисбаризм  – заболевания, возникающие в результате изменения давления окружающей среды.
• Механизмы со схожими функциями:
  • Блокировка (водная навигация) — вместо воздуха используются уровни воды.
  • Вращающаяся дверь – регулирует давление и температуру воздуха в здании.
  • Салли-Порт – ориентирована на безопасность, а не на давление воздуха.
  • Вестибюль – регулирует температуру в здании.
  • «Световые замки» в планетариях и темных комнатах

Рекомендации

1. «Календарь патентных записей». Природа . 124 (1234): 637. 1 октября 1929 г. Бибкод : 1929Natur.124R.637.. doi : 10.1038/124637b0 . ISSN  1476-4687. S2CID  4067958.
2. Коппертуэйт, Уильям Чарльз (1906). Туннельные щиты и использование сжатого воздуха при подводных работах . Лондон: А. Констебль и компания . Проверено 8 августа 2023 г.
3. Паппалардо, Джо. «Как астронавты Аполлона выбросили за борт свои скафандры?». Смитсоновский журнал . Проверено 18 июля 2023 г.
4. «История и хронология МКС» . Проверено 7 августа 2023 г.
5. «Даже домам в космосе нужна дверь | Управление научной миссии» . science.nasa.gov . 6 июля 2001 года . Проверено 18 июля 2023 г.
6. "CNN.com - Воздушный шлюз установлен на космической станции - 16 июля 2001 г." edition.cnn.com . Проверено 7 августа 2023 г.
7. Эми Томпсон (23 декабря 2020 г.). «На Международной космической станции теперь находится первый в мире коммерческий шлюз». Space.com . Проверено 18 июля 2023 г.
8. 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