别开生面的高压技术

作者: 奥秘精灵;小好问;小粗心;小灵通

“小好问,帮我拿个小锤子过来,我想在这里钉个钉子挂东西。”小粗心拿着个钉子在墙边比划。

“如果是挂东西的话,我建议你使用挂钩。”小灵通听到后,向小粗心建议道,“钉子容易伤着人,而且会破坏墙壁。使用挂钩就可以避免出现这些问题。”

小好问找到了一个吸盘式挂钩:“为什么挂钩不用胶水就能稳稳地粘在墙上呢?”

“这是因为我们把挂钩按压在墙壁上时,挂钩吸盘里的空气会被挤出来,使得吸盘内部的气压远远小于外界气压,这样吸盘外部的压力就会将吸盘紧紧地压在墙上。”奥秘精灵向大家解释说,“其实,像这种利用了高压技术来为人类服务的产物还有很多,今天就让我带你们去见识见识吧。”

第一关

高压水能的魔力

奥秘精灵带着小先锋们来到第一个房间,这里看起来像一家石料加工厂,工人们操作机器在大理石上来回移动,并在石头上留下长短不一的线条。

“这是在做什么呢?”小粗心忍不住问。

“这台机器是在大理石上进行雕刻哦。”奥秘精灵解答完小粗心的疑问后,抛出了第一个问题,“你们猜猜看,这台机器为什么可以在石头上画线、雕刻呢?”

小粗心:“这台机器应该是拥有转速很快的砂轮切割刀,这样就能在石头上画出线条了。”

小好问:“可是砂轮切割机会冒火花,这个没有啊。所以我觉得它是拥有金刚石的切割刀。”

水切割机

小灵通:“大理石上有水,我觉得这些水和机器能够画出线条有关系。”

[关主释答]

小灵通观察到了最关键的事物,小粗心和小好问要观察得更仔细一些哦。

自然界的水滴,即使速度缓慢,能量极小,也能把坚硬的岩石凿个窝甚至直接穿孔,这就是“水滴石穿”的故事。如果加大压力,让水流从微孔喷嘴里喷出,那又会发生什么呢?实验证明,当水流被数百甚至上千个标准大气压压迫喷出时,其动能可以在瞬间粉碎坚固的花岗岩,甚至能闪电般击穿几十毫米厚的钢板。

由此,高压水能技术在金属与非金属加工领域得到广泛利用。人们利用这个技术,使用高压水流,不仅能在工业中广泛应用的铝合金、铜合金甚至合金钢材料上进行钻孔和切割,还能轻松完成对复合材料、轻金属,以及石材等非金属材料的加工工作。水压较小的水能切割机适用于切割纸张、塑料、皮革等非金属;更高水压的水能切割机甚至可以切割钢板或装甲。

高压水能切割不会产生有毒气体和粉尘,环保无污染;切缝精密,切口光滑,无需二次加工;自动化程度高,可以一次性完成钻孔、切割和成型工作……这些优点,让高压水能切割逐渐成为工业切割技术方面的主流切割方式。

除了用于切割,高压水能射流技术还经常用于除垢和除锈,尤其对弯管和微孔径管道的除垢、除锈拥有其他技术难以企及的优势。在汽车制造业领域,人们还把高压水管以螺旋形缠绕在机器人手臂上,使高压水射流沿直线或弧线运行,达到三维加工汽车内饰部件的目的。

第二关

高压氧舱的功用

奥秘精灵带大家来到第二个房间,这里只有一个整体颜色以白色为主的大“车厢”,“车厢”顶端,还有一扇关着的门。

就在小粗心准备去开门的时候,奥秘精灵提出了第二个问题:“在进这扇门之前,你们来说说,这个看起来像车厢的东西,是用来干什么的呢?”

小粗心:“哈哈,它不会真的是新的交通工具吧?”

小好问:“我觉得这就是一间给大家休息用的小房子。”

小灵通:“旁边还有一个操作台,上面写着‘氧源压力’‘供气压力’这些文字,如果我没有猜错,这应该是一个高压氧舱。”

[关主释答]

小灵通的回答非常正确,小好问的回答也沾了点边。现在让我来给你们详细介绍一下这个高压氧舱吧。

人在正常情况下是靠氧气生存的,人体在吸入氧气后,氧气会立刻溶解到血液中,并随血液中的血红蛋白运输到身体各处。大脑是最需要氧气的,有害气体中毒(如煤气中毒),出现的症状就是头晕、头疼、恶心、呕吐、无力,严重时昏迷,这些都与大脑缺氧有关系。一氧化碳与红血球的结合能力比氧气强,将煤气中毒的病人放到有新鲜空气的环境中,由于氧气大约只占空气体积的五分之一,所以煤气中毒患者症状缓解需要10~20小时;而在高压氧舱中,煤气中毒患者吸入的氧气量远远高于空气中的氧气量,40~50分钟以后,中毒症状就能够得到缓解。

此外,人在高压氧舱中,溶解在血液里的氧还会随着氧舱压力的增高而增加。在2个大气压的氧舱里吸纯氧后溶解在血里的氧气增加了14倍,而在3个大气压下就增加了21倍。

由于高压氧舱中氧气含量高,因此进入时必须注意以下事项:首先,每次吸氧的时间不宜过长,一般控制在60~90分钟;其次,不得将火柴、打火机,及易燃、易爆物品带入舱内,不能穿化纤衣物进舱,以免产生静电引发火灾;再次,进舱前不吃产气多的食物,如豆制品、薯类等,进舱前还应排空大小便;最后,如果在治疗中发现异常,可通过舱内电话与医护人员联系。

第三关

崭露头角的“人造太阳”

当奥秘精灵把大家带到第三个房间的时候,映入大家眼帘的是一排排散发着白色光芒的电灯。

“前面我们参观了高压水能切割机和高压氧舱,我可以提示你们,这些电灯也都和高压有关系,现在让我来听听你们的看法吧。”奥秘精灵笑眯眯地看着大家。

小粗心:“和高压有关系?难道这些灯是用高压水能切割机制造的?”

小好问:“我觉得这些灯是在高压环境中制造的。”

小灵通:“我猜测‘高压’的奥秘隐藏在灯管里。”

[关主释答]

这个问题又是小灵通答对了。

1879年美国发明家托马斯·爱迪生点亮了世界上第一盏白炽电灯,蜚声世界。但白炽灯的使用寿命短,于是人们开始对灯具进行探索研究。不久,第二代照明光源卤素灯问世,其发出的光强度远远高出白炽灯,而能耗却降低了约三分之一。

高压疝气灯

随后,研究人员发现某些气体与金属蒸气混合后可以将电能转化为光,这就是气体放电灯。气体放电灯的种类很多,荧光灯、高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯是目前应用最多的照明用气体放电灯。其中,高压汞灯适用于要求照度中等的地方,如工厂高大车间照明及近郊道路路灯;高压钠灯具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不锈蚀等优点,广泛应用于道路、机场、码头、车站、广场等地。

20世纪40年代,德国科学家研究了稀有气体短弧光源的特性,经多年研制和改进,于1951年正式向市场推出超高压短弧氙灯。这是一种在椭球形石英泡壳内充满0.019~0.0266兆帕高压氙气、极间距离小于10毫米的氙灯,它的色温约为6000开尔文(5726.85摄氏度),光色接近太阳光,因此超高压短弧氙灯也被称为“人造小太阳”。

(插画绘制/涂图图)