ES2206958T3 - Bomba helicoidal de vacio y procedimiento para el funcionamiento de la misma. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una bomba de vacío de vástago roscado con al menos tres cámaras selladas situadas cada una detrás de cada rotor. La invención también se refiere a un procedimiento para operar este compresor. Al poco tiempo de abrirse el lado de salida de la bomba, la última cámara del lado de salida queda casi en la presión de compresión final por preadmisión. Esto se logra suministrando una corriente de preadmisión al menos cinco veces mayor que la tasa del flujo másico de succión. Para ello, la relación mínima entre la compresión exterior y la compresión interior debe ser cinco.

Description

Bomba helicoidal de vacío y procedimiento para el funcionamiento de la misma.

La temperatura del gas que impele un compresor aumenta según la relación de compresión. En caso de compresores helicoidales que dependen de un juego lo más reducido posible tanto entre los dos rotores, como también entre los rotores y la carcasa, la dilatación térmica causada en las piezas del compresor puede ocasionar problemas. Por el documento DE - A 195 22 559 ya se conoce la posibilidad de disminuir la temperatura del gas contenido en las celdas de compresión de la máquina mediante preadmisión. Por preadmisión se entiende la entrada del medio de bombeado más frío en las celdas de compresión desde un punto de mayor presión. En este caso, la cantidad de preadmisión suministrada respectivamente a las cámaras es reducida con respecto al rendimiento de la máquina. Por lo tanto, en el funcionamiento de una máquina de husillo roscado como compresor (documento US-A 4,812,110; documento US-A 5,082,427), por ejemplo, basta con reconducir solamente una parte del gas bombeado a la preadmisión. En el funcionamiento de una máquina de husillo roscado como bomba de vacío también es preciso tener en cuenta otras condiciones diferentes a las del servicio de compresor. En primer lugar, la relación de compresión en el servicio de vacío es desigualmente más alta que en el servicio de compresor, en concreto normalmente muy por encima de 100. En segundo lugar, la temperatura alcanzada en el gas bombeado (de acuerdo con esta relación de compresión) es considerablemente más alta. Finalmente, hay que prestar atención al hecho de que el vacío que se puede alcanzar no se ve afectado por la cantidad de reflujo de la preadmisión.

La invención se basa en el objetivo de proporcionar una bomba helicoidal de vacío y un procedimiento para el funcionamiento de la misma, que permitan mediante preadmisión un enfriamiento efectivo con una escasa reducción del rendimiento y del vacío alcanzado.

La solución según la invención se basa en las características de las reivindicaciones 1 a 3. Por consiguiente, se presupone una bomba helicoidal de vacío que posee a lo largo de cada rotor, al menos, tres cámaras de compresión situadas una detrás de otra. Éstas están respectivamente cerradas si se prescinde del inevitable juego en el bombeado en seco. En caso de una máquina como ésta, se prevé, según la invención, que justo antes de que la última cámara por el lado de presión se abra hacia el lado de presión, se genere en la misma, a través de la preadmisión, casi toda o toda la presión final de compresión, permitiendo la entrada de una corriente de preadmisión de gas frío que es, como mínimo, cinco veces mayor que el caudal másico de aspiración. En este caso, se presupone un punto de servicio en el que la relación entre la compresión exterior y la interior sea, como mínimo, de cinco. De esta forma se consigue, por una parte, un enfriamiento efectivo en la zona crítica de los rotores con respecto al control de temperatura. Por otra parte, este enfriamiento también actúa sobre la penúltima cámara, ya que una parte del gas más frío a una presión considerablemente más alta, refluye desde la última cámara a la penúltima. Finalmente, esta disposición tiene la ventaja de que se reduce notablemente el desarrollo de ruido porque, a continuación, cuando la última cámara se abre hacia la cara de presión, la compensación de presión ya ha concluido en su mayor parte. Esto quiere decir que se alcanza, al menos, un 75% de la presión final a través de la preadmisión antes de la apertura de la última cámara por el lado de presión, preferiblemente un 90%.

En las máquinas conocidas, cuyo número de cámaras es menor, no es posible una preadmisión tan fuerte, porque, como consecuencia de las mayores pérdidas de fuga, la presión en la cámara ya ha aumentado con más intensidad al abrir la salida y, por lo tanto, se dispone de una menor diferencia de presión para la preadmisión.

En este sentido, la gran diferencia en la relación de presión entre compresores y bombas de vacío, también vuelve a desempeñar un papel importante; a causa de la menor relación de presión, en la cámara que se abre hacia la salida de los compresores, reina una presión relativamente más alta que en las bombas de vacío.

Por compresión interior se ha de entender la relación de los volúmenes de la cámara siguiente a la cara de aspiración al cerrar esta cámara y de la cámara siguiente a la cara de presión al abrir esta cámara. Si la forma de sección transversal de los husillos roscados es constante a lo largo de la longitud, la compresión interior es igual a 1.

En la reivindicación 2 se incluye otra posibilidad para la definición de la preadmisión según la invención. Según ésta, antes de que la última cámara se abra hacia el lado de presión, se debe aportar a la misma un caudal de preadmisión que es mayor que el 75% de la capacidad de aspiración teórica de esta cámara en el momento de la preadmisión, dividido entre la relación de compresión interior. Si la preadmisión se extiende durante un intervalo de tiempo prolongado, se tomará como base el momento en el que finaliza la preadmisión. En su lugar, también se puede tomar como base el momento medio entre la apertura y el cerrado de la preadmisión. El caudal se referirá a la presión de salida y la temperatura del gas a admitir. La capacidad de aspiración teórica es el volumen de la cámara en el momento decisivo multiplicado por el número de revoluciones.

Los pequeños orificios de preadmisión hasta ahora habituales que conllevan un efecto de estrangulación considerable, no son suficientes. De acuerdo con una fórmula empírica, la sección transversal del orificio de preadmisión en mm^{2} debe ser, como mínimo, tan grande como la capacidad de aspiración teórica de la cámara asignada en m^{3}/h, no obstante, preferiblemente el doble, con mayor preferencia, el triple de grande. Esto requiere lógicamente que en el orificio de preadmisión, es decir, en el orificio de pared que introduce el gas en la cámara, no existan secciones transversales anteriores más estrechas que influyan nuevamente en el efecto de la amplitud del orificio. En este sentido, la capacidad de aspiración teórica de la cámara es el producto a partir del volumen de esta cámara de compresión, del número de pasos de rosca y del número de revoluciones, tomándose como base el número de revoluciones máximo con el que se ha de contar en el servicio continuo.

A diferencia de la definición arriba indicada en relación con la reivindicación 2, esta definición de la capacidad de aspiración teórica incluye el número de pasos de rosca como factor. Esto se explica porque aquí se refiere a la totalidad de los orificios de admisión que, en caso de husillos roscados de varios pasos, se pueden asignar al mismo tiempo a varias cámaras, mientras que en la reivindicación 2 sólo se considera una única cámara.

La fuerte preadmisión según la invención resulta especialmente eficaz en la última fase si el aumento de pasos de rosca de los rotores es constante, es decir, la compresión tiene lugar, en teoría, de forma isocora. Pero también en caso de un aumento decreciente, la invención proporciona buenos resultados, ya que, por regla general, el aumento nunca se reduce de una forma tan notable que también se alcance la presión final incluso sin preadmisión en la última fase en el punto de servicio normal de la bomba. Por lo demás, la invención no excluye que además de la fuerte preadmisión en la última fase ser prevea también una preadmisión menor en fases anteriores, a pesar de que en la mayoría de los casos de aplicación esto resulte innecesario e incluso indeseable.

Dado que la preadmisión según la invención no se produce hasta la última fase y se prevén, al menos, tres cámaras de compresión sucesivas, el empeoramiento de la capacidad de aspiración de la bomba de vacío se puede despreciar, siempre que el número de revoluciones no sea demasiado reducido.

En una forma de realización ventajosa de la bomba de vacío según la invención, el orificio de preadmisión se configura como una ranura en la que, al menos, el canto de limitación del lado de presión se configura paralelamente al respectivo paso de rosca de desplazamiento. Esto tiene la ventaja de que la ranura está abierta hasta el último momento posible con la mayor sección transversal posible. La longitud de ranura debe ser convenientemente mayor que 1/10 del diámetro del rotor, preferiblemente también mayor que 1/5. La longitud se encuentra convenientemente en un orden de magnitud de un tercio del diámetro del rotor. La anchura del orificio de preadmisión en sentido axial se encuentra convenientemente entre la mitad y la totalidad de la anchura de cabeza (medido en el mismo sentido) del paso de rosca de desplazamiento. Incluso puede rebasar la anchura de cabeza un poco, siempre que no ponga en peligro el llenado de preadmisión de la última cámara por el lado de presión mediante la unión ya establecida entre el orificio de preadmisión y la siguiente cámara.

El canto de limitación del lado de aspiración del orificio de preadmisión también puede extenderse paralelamente al paso de rosca de desplazamiento correspondiente. Sin embargo, puede resultar oportuno configurar el canto de limitación del lado de aspiración parcialmente inclinado en relación con el respectivo paso de rosca de desplazamiento, a fin de evitar una apertura brusca del orificio de preadmisión, que podría estar unida a una generación de sonido no deseada, a favor de una apertura paulatina. En general se pretende que el orificio de preadmisión se cierre antes de que la cámara se abra por el lado de presión. Con otras palabras, el orificio de preadmisión en la posición de rotor en la que la cámara se abre precisamente por el lado de presión, está tapado en línea recta por el paso de rosca correspondiente. Por consiguiente, se evita, por ejemplo, que un impulso de presión que penetra en la cámara al abrir desde la cara de presión, avance hasta el orificio de preadmisión y haga retroceder el gas calentado a la misma, con lo que se reduciría el efecto de enfriamiento en el siguiente proceso de preadmisión. Por lo tanto, también es posible evitar los inconvenientes técnicos acústicos. No obstante, en muchos casos no es necesario que el orificio de preadmisión ya esté cerrado al abrir la cámara por el lado de presión, siempre que se procure que el orificio de preadmisión se cierre en el intervalo de tiempo que necesitaría el impulso de presión que parte del orificio de la cámara por el lado de presión a la velocidad del sonido hasta alcanzar el orificio de preadmisión. Dicho de otra forma, el saliente libre axial del orificio de preadmisión sobre el canto de cubierta del paso de rosca correspondiente debe ser menor que su distancia del extremo del paso de rosca que forma el orificio por el lado de presión de la cámara, multiplicado por el número de revoluciones y dividido entre la velocidad del sonido. En general es suficiente si se cumplen estas condiciones que están previstas para evitar una acción combinada no deseada entre el orificio de preadmisión y el orificio de cámara por el lado de presión, a una velocidad de servicio alta (por ejemplo, por encima de 6.000 min^{-1}), porque en caso de velocidades más reducidas, estos inconvenientes tienen menos importancia.

En las realizaciones de arriba se presupone que la preadmisión se controla mediante la acción combinada del orificio de preadmisión con la superficie superior de un paso de rosca. A pesar de que ésta es la realización preferible, no se debe excluir la conexión de válvulas delante del orificio de preadmisión que son responsables del control temporal de la preadmisión o que comparten la responsabilidad junto con la superficie superior del paso de rosca.

Hay que indicar que el concepto de orificio de preadmisión o ranura no exige que el orificio sea de una sola pieza. Por motivos económicos de fabricación, un orificio de este tipo se puede componer, por ejemplo, de una serie de distintas perforaciones que están separadas entre sí a través de almas. Esto tiene la ventaja de que la preadmisión se puede llevar a cabo mediante la extensión correspondiente del orificio de preadmisión a lo largo de una mayor parte de la longitud de cámara. Es preferible una realización en la que el orificio de preadmisión, compuesto de varios orificios parciales separados, se extienda a lo largo de, al menos, la mitad de la longitud de cámara. Puede ascender hasta 270º.

Claims (13)

1. Procedimiento para el funcionamiento de una bomba helicoidal de vacío con, al menos, tres cámaras de compresión cerradas situadas una detrás de otra a lo largo de cada rotor y con una preadmisión para el suministro de gas frío, caracterizado porque justo antes de que la última cámara por el lado de presión se abra hacia el lado de presión se genera en la misma, a través de la preadmisión, prácticamente la presión final de compresión y porque en caso de una relación de la compresión exterior con respecto a la interior de, al menos, 5, el caudal másico de preadmisión es, como mínimo, 5 veces más grande que el caudal másico de aspiración.

2. Procedimiento para el funcionamiento de una bomba helicoidal de vacío con, al menos, tres cámaras de compresión cerradas situadas una detrás de otra a lo largo de cada rotor y con una preadmisión para el suministro de gas frío, caracterizado porque a la última cámara por el lado de presión, antes de que ésta se abra por el lado de presión, se le suministra un caudal de preadmisión que (referido a la presión de salida) es mayor que el 75% de la capacidad de aspiración teórica de esta cámara asignada dividido entre la relación de compresión interior.

3. Bomba helicoidal de vacío con una pareja de rotores de desplazamiento que giran dentro de una cámara de compresión, cuyos pasos de rosca engranan formando, al menos, tres cámaras dispuestas una detrás de otra y cerradas unas frente a otras y con, al menos, un orificio de preadmisión asignado a la última cámara del lado de presión, caracterizada porque la sección transversal del orificio de preadmisión en mm^{2} es, como mínimo, tan grande como la capacidad de aspiración teórica de la cámara asignada en m^{3}/h.

4. Bomba helicoidal de vacío según la reivindicación 3, caracterizada porque el orificio de preadmisión está configurado como ranura y, al menos, su canto de limitación por el lado de presión está configurado de forma paralela al respectivo paso de rosca de desplazamiento.

5. Bomba helicoidal de vacío según la reivindicación 4, caracterizada porque la longitud de ranura es mayor que 1/10 del diámetro de rotor.

6. Bomba helicoidal de vacío según las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque la anchura del orificio de preadmisión en sentido axial está entre la mitad y la totalidad de la anchura de cabeza del paso de rosca de desplazamiento.

7. Bomba helicoidal de vacío según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque la anchura del orificio de preadmisión en sentido axial es mayor que la anchura de cabeza del paso de rosca de desplazamiento.

8. Bomba helicoidal de vacío según una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizada porque el canto de limitación por el lado de aspiración también se extiende paralelamente al respectivo paso de rosca de desplazamiento.

9. Bomba helicoidal de vacío según una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizada porque el canto de limitación por el lado de aspiración se extiende, al menos parcialmente, de forma inclinada con respecto al respectivo paso de rosca de desplazamiento.

10. Bomba helicoidal de vacío según una de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizada porque el orificio de preadmisión está justamente tapado por el respectivo paso de rosca precisamente en la posición de rotor en la que la cámara también está abierta por el lado de presión.

11. Bomba helicoidal de vacío según una de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizada porque el orificio de preadmisión aún no está tapado totalmente por el respectivo paso de rosca en la posición de rotor en la que la cámara está precisamente abierta por el lado de presión, siendo sin embargo su saliente libre axial por encima del canto de cubierta de este paso de rosca, inferior a su distancia desde el final del extremo del paso de rosca asignado al orificio de cámara del lado de presión multiplicado por el número de revoluciones y dividido entre la velocidad del sonido.

12. Bomba helicoidal de vacío según una de las reivindicaciones 3 a 11, caracterizada porque el orificio de preadmisión se compone de múltiples perforaciones.

13. Bomba helicoidal de vacío según una de las reivindicaciones 3 a 12, caracterizada porque el orificio de preadmisión que, en su caso, se compone de varios orificios parciales, se extiende a lo largo de, al menos, la mitad de la longitud de cámara.