Центрифуга

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Лабораторная центрифуга
Центрифуга для отжима белья после стирки

Центрифу́га — устройство, использующее центробежную силу. Представляет собой механизм, обеспечивающий вращение объекта приложения центробежной силы. Применяются для разделения газообразных, жидких или сыпучих тел разной плотности, а также в других случаях, требующих имитации повышенной силы тяжести.

Центрифуги применяются в лабораторной практике, в сельском хозяйстве для очистки зерна, выдавливания мёда из сот, выделения жира из молока (см. сепаратор), в промышленности для обогащения руд, в крахмало-паточном производстве, в текстильном производстве, в прачечных для отжима воды из белья и т. п. Высокоскоростные газовые центрифуги применяются для разделения изотопов, в первую очередь изотопов урана в газообразном соединении (гексафториде урана UF6).

Применение[править | править код]

Сепарирование веществ[править | править код]

Медицина и биология[править | править код]

Пищевая промышленность[править | править код]

Сепараторы применяются в молочной промышленности для очистки молока от механических примесей и бактерий (см. бактофуга), разделения молока на сливки и обезжиренное молоко.[1]

Разделение изотопов[править | править код]

Центрифужная технология разделения изотопов получила широкое распространение в ядерных технологиях как самая эффективная. Основана на сепарации газообразных соединений обрабатываемого вещества в специальных газовых центрифугах.

Имитация силы тяжести[править | править код]

Физическая нагрузка[править | править код]

Ценрифуги используются для физической подготовки людей, которым предстоит столкнуться с необходимостью испытывать значительные перегрузки в процессе выполнения работы. Например, при подготовке боевых летчиков и космонавтов. В России подготовку космонавтов на центрифуге осуществляют в Центре подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина.

Существуют проекты компенсации негативного влияния длительного влияния невесомости на космонавтов путем создания искусственной силы тяжести на центрифугах.

Литейное дело[править | править код]

Центрифуги применяются при литье в формы небольших объемов металла или других литейных материалов. Является разновидностью литья под давлением. Центрифуга позволяет увеличить давление литьевого материала в форме при заливке и вытесняет газовые пузырьки, чем снижает количество литьевых дефектов.

Эффект самобалансировки[править | править код]

Эффект самобалансировки можно наблюдать у центрифуг, предназначенных для отжимания белья. При наборе оборотов центрифугу сначала начинает трясти, потом проходит пик тряски, тряска уменьшается, и центрифуга выходит на рабочие обороты.

В случае, если бельё расположено слишком неравномерно, эффект самобалансировки может не наступить. В этом случае выход на рабочие обороты становится невозможным — центрифуга идёт в «разнос» (начинает задевать барабаном за корпус, издавая стуки).

Эффект самобалансировки основан на том, что тело, не имеющее жёстко заданной оси вращения, вращается относительно своего центра масс (это наглядно видно, если раскрутить лежащую на столе шариковую ручку, или мобильный телефон).

Технически это реализуется эластичным подвесом барабана центрифуги (часто вместе с приводным электродвигателем) к основному корпусу устройства. Эластичный подвес (как правило, резиновые демпферы) даёт возможность барабану центрифуги смещаться в радиальном направлении (в любую сторону) до нескольких сантиметров. Наклон и осевые смещения при этом фиксируются относительно жёстко.

При вращении барабан стремится вращаться относительно своего центра масс, смещая ось привода на некоторый радиус (равный расстоянию от оси до центра масс). Если это расстояние укладывается в ход эластичного подвеса, барабан центрифуги вращается относительно своего центра масс, а ось привода (и подвес) движется по окружности, которую при этом описывает центр барабана. (Ввиду малого диаметра окружности и большой частоты вращения зрительно это движение воспринимается как вибрация). При изменении положения центра масс (неравномерный отжим воды) барабан начинает вращаться относительно этого нового центра, а ось привода и подвес — «сопровождать» изменённые круговые движения центра барабана.

Самобалансировку, как правило, применяют в центрифугах с вертикальным барабаном (проще устройство подвеса и возможно предварительное равномерное расположение материала), однако этот же эффект (в некоторой степени) применяется и в стиральных машинах-автоматах с горизонтальным барабаном — в них эластично подвешивается барабан со всем окружающим его герметичным баком для воды, что возможно благодаря относительно небольшой частоте вращения барабана. При отжиме ось барабана (вместе с баком и приводом) совершает круговые движения относительно текущего центра масс барабана (видимые как вибрирование), а эластичная подвеска отделяет (и допускает) эти перемещения от основного корпуса, в котором для увеличения инерционности закрепляют утяжелители в виде сплошных металлических или бетонных блоков, которые составляют значительную часть общего веса машины-автомата.

Также в центрифугах (в частности, на некоторых стиральных машинах-автоматах) иногда применяется автоматическая балансировка (в процессе работы) — смещение предварительно закреплённых противовесов (под управлением электроники), для приведения центра масс барабана на геометрическую ось вращения.

Центрифуги для лабораторных целей[править | править код]

Центрифуги для лабораторных целей классифицируются по скорости вращения ротора или по суммарному объёму загруженных образцов.

По объёму:

  • Микроцентрифуги (обработка пробирок типа eppendorf, 1,5-2,0 мл каждая),
  • общелабораторные центрифуги (суммарный объём образца около 0,5 л),
  • специализированные центрифуги повышенного объема (обычно до 6 л). Примером специализированных центрифуг служат центрифуги для обработки крови. Устройство такой центрифуги узко специализировано под одну задачу — вращение полиэтиленовых контейнеров с кровью. У такой центрифуги мотор повышенной мощности, однако скорость вращения ротора значительно ниже чем у аналогичной по энергопотреблению центрифуги.

Следует иметь в виду, что объём образца для центрифуги рассчитывается при допущении что его плотность равна 1 г/см², если плотность образца выше 1,2 г/см² требуется уменьшить объём обрабатываемого материала, иначе центрифуга может сломаться.

По скорости:

  • Микроцентрифуги (обработка пробирок eppendorf, обычно не требует высоких скоростей) — скорость до 13 400 об/мин,
  • общелабораторные центрифуги — обладают значительной универсальностью могут работать и с пробирками типа eppendorf и другими емкостями скорость вращения ротора от 200 об/мин до 15 000 об/мин,
  • центрифуги с высокой производительностью они же скоростные — решают все возможные лабораторные задачи (кроме ультрацентрифугирования); скорость вращения ротора от 1000 об/мин до 30 000 об/мин.
  • Последняя скоростная категория — ультрацентрифуги скорость вращения ротора от 2000 об/мин до 150 000 об/мин.

Центрифуги бывают настольными и напольными (с ножками).

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

Ссылки[править | править код]

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «центрифуга»