Воздушный шлюз [а] — это помещение или отсек, который обеспечивает проход между средами с различным атмосферным давлением или составом, сводя к минимуму изменение давления или состава между различными средами.
Воздушный шлюз состоит из камеры с двумя герметичными дверями или отверстиями, обычно расположенными последовательно, которые не открываются одновременно. Воздушные шлюзы могут быть небольшими механизмами, такими как те, которые используются при ферментации , или более крупными механизмами, которые часто принимают форму предкамеры .
Воздушный шлюз может также использоваться под водой для обеспечения прохода между воздушной средой в сосуде под давлением , таком как подводная лодка , и водной средой снаружи. В таких случаях воздушный шлюз может содержать воздух или воду . Это называется затопляемым воздушным шлюзом или подводным воздушным шлюзом и используется для предотвращения попадания воды в подводное судно или подводную среду обитания .
Процедура входа в шлюз из внешней или окружающей среды под давлением, его герметизация, выравнивание давления и проход через внутреннюю дверь известна как блокировка . Наоборот, блокировка включает выравнивание давления, распечатывание внешней двери, а затем выход из отсека шлюза для входа в окружающую среду. Блокировка и выключение относятся к передаче под давлением , когда две камеры физически соединены или разъединены до выравнивания давления и блокировки или выключения.
Перед открытием любой из дверей давление воздуха в шлюзовой камере выравнивается с давлением окружающей среды за следующей дверью. Постепенный переход давления минимизирует колебания температуры воздуха, что помогает уменьшить запотевание и конденсацию , снижает нагрузку на воздушные уплотнения и позволяет безопасно проверять критическое оборудование.
Когда человек, не находящийся в скафандре, перемещается между средами с сильно различающимся давлением, воздушный шлюз медленно изменяет давление, чтобы помочь с выравниванием внутренней воздушной полости и предотвратить декомпрессионную болезнь . Это имеет решающее значение при подводном погружении , и водолазу или работнику сжатого воздуха, возможно, придется ждать в воздушном шлюзе несколько часов в соответствии с графиком декомпрессии . Аналогичное расположение может использоваться для доступа к герметичным чистым пространствам, загрязненным пространствам или непригодным для дыхания атмосферам, которые не обязательно могут включать какие-либо различия в давлении; в этих случаях вместо процедур изменения давления используются процедура дезактивации и промывка.
Первый патент на шлюз был выдан в 1830 году Томасу Кочрейну , который придумал идею облегчить строительство подземных туннелей. Он был введен в эксплуатацию в 1879 году во время попытки прорыть туннель под рекой Гудзон . [1] [2]
Программа «Аполлон» включала разработку технологии шлюзовых камер, поскольку шлюзовые камеры имеют решающее значение для того, чтобы люди могли входить и выходить из космического корабля на Луне, не теряя слишком много воздуха из-за ее разреженной атмосферы .
Во время миссии Аполлон-11 1969 года не было помещения, которое изначально было бы предназначено для использования в качестве шлюза; вместо этого в качестве шлюза использовалась кабина. Перед открытием двери ее приходилось эвакуировать и сбрасывать давление , а после закрытия двери ее приходилось снова нагнетать давление, прежде чем кто-либо мог безопасно войти в кабину без скафандра . [ 3]
Когда в ноябре 2000 года Международная космическая станция (МКС) впервые начала принимать людей, [4] на ней не было шлюза, и все внекорабельные мероприятия приходилось осуществлять через шлюз на космическом челноке [5] , пока в июле 2001 года не был установлен модуль шлюза Quest Joint . [6]
Первым в истории коммерческим космическим шлюзом был шлюз Nanoracks Bishop , установленный на МКС в декабре 2020 года. Он имеет форму «колокола» и предназначен для перемещения полезных грузов из внутренних помещений МКС в космос. По состоянию на июль 2023 года [обновлять]это самый большой шлюз такого рода на станции, способный вместить «полезные грузы размером с холодильник». [7]
Воздушные шлюзы используются в средах с воздушным потоком по разным причинам, большинство из которых направлены либо на предотвращение попадания в зону или выхода из нее загрязняющих веществ, либо на поддержание давления воздуха во внутренней камере.
Одно из распространенных применений технологии шлюза можно найти в некоторых чистых помещениях , где вредные или иным образом нежелательные частицы могут быть исключены путем поддержания в помещении более высокого давления, чем окружающая среда, наряду с другими мерами. И наоборот, частицы не могут покинуть опасные среды, такие как ядерные реакторы , лаборатории биохимии и медицинские центры, путем поддержания отрицательного давления в помещении — поддержания в помещении более низкого давления, чем окружающая среда, так что воздух (и любые частицы, которые он несет) не могут легко выходить .
Менее известное применение шлюза — архитектура: надувные здания и воздухоподдерживаемые конструкции, такие как герметичные купола, требуют поддержания внутреннего давления воздуха в определенном диапазоне, чтобы конструкция не обрушилась. Воздушные шлюзы, как правило, являются наиболее экономически эффективным способом, позволяющим людям входить и выходить из этих конструкций.
Воздушные шлюзы используются для поддержания внутренних частей электронного микроскопа в состоянии, близком к вакууму, чтобы воздух не влиял на траекторию электронов. Ферментационные шлюзы , такие как те, что используются в производстве спирта, представляют собой тип воздушных шлюзов, которые позволяют газам выходить из ферментационного сосуда, не допуская при этом попадания воздуха. Парашютные воздушные шлюзы необходимы, поскольку схлопывание аэродинамического профиля из-за разгерметизации может привести к опасной потере высоты.
С 1980-х годов технология шлюзования использовалась для исследования недавно обнаруженных камер в египетских пирамидах , чтобы предотвратить разложение содержимого из -за загрязнения воздуха. [8]
Проекты гражданского строительства , в которых для защиты рабочего места от воды и грязи используется давление воздуха, используют воздушный шлюз для перемещения персонала, оборудования и материалов между внешней нормобарической средой и рабочим местом под давлением в кессоне или герметичном туннеле . Воздушный шлюз может быть достаточно большим, чтобы вместить целую рабочую смену одновременно.
Блокировка обычно является быстрой процедурой, занимающей всего несколько минут, в то время как декомпрессия, необходимая для блокировки, может занять несколько часов.
_2.jpg/1280px-SEAL_Delivery_Vehicle_Team_(SDV)_2.jpg)
Подводные применения включают в себя:
При погружениях с насыщением воздушные шлюзы являются важнейшими элементами безопасности; они служат герметичными шлюзами для безопасного перемещения водолазов и вспомогательного персонала между системой насыщения (жилыми помещениями) и водолазным колоколом , который доставляет водолазов к месту их подводных работ.
Воздушные шлюзы при погружениях с насыщением оснащены средствами безопасности, такими как манометры , ручное управление и блокировки .
Системы насыщения обычно включают в себя различные воздушные шлюзы, включая шлюз для хранения для передачи припасов и медицинский шлюз для безопасного прохода медицинских принадлежностей или экстренной эвакуации. Сложные «двухуровневые» системы, в которых водолазы размещаются на разных уровнях давления для различных глубин работы, могут потребовать дополнительных воздушных шлюзов.
Декомпрессия после погружения — это постепенный процесс, часто занимающий целую неделю. В это время воздушные шлюзы позволяют водолазам переходить в декомпрессионную камеру, где давление постепенно снижается до уровня поверхности. В чрезвычайных ситуациях воздушные шлюзы могут облегчить переход в гипербарическую спасательную камеру или спасательную шлюпку без существенных изменений давления.
В любой гипербарической камере, способной вместить более одного человека, и там, где может возникнуть необходимость внести или вывести человека или оборудование из камеры, пока она находится под давлением, используется воздушный шлюз. Обычно на входе в камеру имеется большой воздушный шлюз, способный вместить одного или нескольких человек, и меньший медицинский шлюз для запирания медицинских принадлежностей и продуктов питания, а также для запирания отходов.
Воздушные шлюзы используются в открытом космосе, особенно во время пилотируемых космических полетов , для поддержания внутренней обитаемой среды на космических кораблях и космических станциях , когда люди выходят или входят в космический корабль. Без воздушного шлюза (или аналогичной технологии, такой как порт для костюма ) воздух внутри быстро терялся бы при открытии двери из-за расширяющихся свойств газов, которые составляют пригодный для дыхания воздух , как описано в законе Бойля . Шлюзовое помещение необходимо для декомпрессии астронавтов после того, как они наденут специальные скафандры в рамках подготовки к выходу в открытый космос , а затем для их повторной компрессии по возвращении. [5] Воздушные шлюзы, такие как воздушный шлюз Nanoracks Bishop, также позволяют выводить полезные грузы в космос с минимальной потерей воздуха.
Другие примеры шлюзов, используемых в космосе, включают шлюз Quest Joint и шлюз на станции Kibō (модуль МКС) .
Определения из Викисловаря
Медиа из Commons
Новости из Викиновостей
Учебники из Wikibooks
Ресурсы из Викиверситета