ES2832676T3 - Bomba de vacío - Google Patents

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Ana Maisterra
Jorge Trobajo
María Villanueva
Javier Sanz
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Abstract

Bomba de vacío (1) para bajar la presión en un dispositivo (120), comprendiendo la bomba de vacío (1) una cámara de vacío (2) con una pared de cámara (21); en donde la pared de cámara (21) comprende un punto menor (22), que es el punto de la pared de cámara (21) en donde la distancia entre la pared de cámara (21) y el rotor (3) es mínima, y un punto máximo, que es un punto en el que está situada una primera paleta de tamaño virtual (501) de modo que el volumen encerrado por la primera paleta de tamaño virtual (501) y una segunda paleta de tamaño virtual (502), que precede a la primera paleta de tamaño virtual (501), es máximo; un rotor (3) alojado en la cámara de vacío (2), comprendiendo este rotor (3) al menos una ranura (31); al menos una paleta (4, 41, 42), estando cada paleta (4, 41, 42) introducida al menos parcialmente en una ranura (31) del rotor (3); al menos una entrada de fluido (5) que está ubicada entre un primer punto de entrada (51) de la pared de cámara (21) y un segundo punto de entrada (52) de la pared de cámara (21), siendo la primera entrada de fluido (5) adecuada para estar en comunicación fluida con el dispositivo (120) en el que se pretende reducir la presión; y una salida de fluido primaria (61) que está ubicada entre un primer punto de salida primario (611) de la pared de cámara (2) y un segundo punto de salida primario (612) de la pared de cámara (2), estando la salida de fluido primaria (61) en comunicación fluida con una primera zona de fluido exterior (100) de la bomba de vacío (1); una salida de fluido secundaria (62) que está ubicada entre un primer punto de salida secundario (621) de la pared de cámara (2) y un segundo punto de salida secundario (622) de la pared de cámara (2), estando la salida de fluido secundaria (62) en comunicación fluida con una segunda zona de fluido exterior (100') de la bomba de vacío (1), siendo la distancia entre el primer punto de salida secundario (621) y el punto menor (22) inferior a la distancia entre el primer punto de salida primario (611) y el punto menor (22); en la que un volumen de la pared de cámara definido por una primera paleta de salida virtual (601) en contacto con el primer punto de salida secundario (621) y una segunda paleta de salida virtual (602) que es posterior a la primera paleta de salida virtual (601) es superior a un volumen de la pared de cámara definido por una tercera paleta de salida virtual (603) en contacto con el segundo punto de salida primario (612) y una cuarta paleta de salida virtual (604) que precede a la tercera paleta de salida virtual (603); en la que la salida de fluido primaria (61) comprende un medio de bloqueo primario (71) adaptado para sellar la comunicación fluida entre la salida de fluido primaria (61) y la primera zona de fluido exterior (100) si la presión en la salida de fluido primaria (61) es menor que un primer valor predeterminado; y en la que una zona de compresión (11) está definida en la cámara de vacío (2), estando la zona de compresión (11) limitada por una primera paleta de compresión virtual (401) ubicada en contacto con un punto mayor (23); siendo el punto mayor el segundo punto de entrada (52) o el punto máximo; una segunda paleta de compresión virtual (402) ubicada en contacto con el punto menor (22); una porción del rotor (3) comprendida entre estas dos primera (401) y segunda (402) paletas de compresión virtuales, considerada en la dirección desde la primera paleta de compresión virtual (401) hasta la segunda paleta de compresión virtual (402); y una porción de la pared de cámara entre el punto mayor (23) y el punto menor (22), considerada en la dirección desde la primera paleta de compresión virtual (401) hasta la segunda paleta de compresión virtual (402) y en donde la cuarta paleta de salida virtual (604) está comprendida dentro de la zona de compresión (11).

Description

DESCRIPCIÓN
Bomba de vacío
Campo técnico
La presente invención pertenece al campo de las bombas de vacío que comprenden un rotor con una o más paletas insertadas en su interior, estando el rotor a su vez contenido en una cámara de vacío, en la que se crean subespacios entre la paleta o las paletas y la pared de cámara cuando se mueve el rotor.
Estado de la técnica
Las bombas de vacío comprenden por lo general una cámara de bomba y un rotor alojado dentro de la cámara de bomba. Este rotor comprende una o más ranuras, de forma que una paleta se introduce al menos parcialmente en cada una de dichas ranuras. La cámara de bomba aloja este rotor, pero el volumen interior de la cámara de bomba es superior al volumen ocupado por el rotor y las paletas. Por tanto, cuando el rotor gira, la paleta o las paletas tienen algo de espacio para salir del rotor debido a la fuerza centrífuga o cualquier otra fuerza proporcionada en la bomba. Pero este volumen interno de la cámara de vacío está diseñado de tal manera que las paletas entran y salen del rotor alternativamente, de tal manera que las cámaras que se crean entre dos paletas consecutivas y la porción correspondiente de la pared de cámara tengan un volumen variable, dependiendo de la posición del rotor. En el caso de una única paleta con una sola ranura, la ranura permite que la única paleta salga del rotor en dos ubicaciones diametralmente opuestas, de modo que la paleta divide la cámara de vacío en cámaras diferentes. Una entrada de fluido ubicada en la pared de cámara está en conexión de fluido con un dispositivo en el que la presión está destinada a reducirse y alimenta la cámara de vacío en un punto de entrada con un fluido compresible, como aire o cualquier otro gas. Como este punto de entrada es fijo, pero las paletas se mueven con el rotor, este punto de entrada alimenta diferentes cámaras mientras gira el rotor. Una salida de fluido está a su vez ubicada en un punto de salida de la pared de cámara y está en conexión de fluido con una zona de fluido exterior, como la atmósfera o un dispositivo diferente. Cuando la presión en este punto de salida es superior a la presión en la zona de fluido exterior, el fluido sale de la cámara.
Estas bombas funcionan relativamente bien cuando la presión en el dispositivo en el que se pretende reducir la presión está lejos del vacío, pero cuando baja la presión en el dispositivo, la presión en el punto de salida de fluido puede ser inferior a la presión en la zona de fluido exterior de la cámara. Por tanto, existe el riesgo de que el fluido de la zona de fluido exterior entre en la cámara por el punto de salida del fluido, aumentando la presión en la cámara que está en conexión fluida con el punto de salida, y penalizando así la eficacia de esta bomba. El documento WO2015/104930A1 desvela un compresor de gas de tipo giratorio de paletas que comprende una salida primaria y una secundaria.
Descripción de la invención
La invención proporciona una solución a este problema mediante una bomba de vacío de acuerdo con la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.
En un primer aspecto inventivo, la invención proporciona una bomba de vacío para reducir la presión en un dispositivo, comprendiendo la bomba de vacío
una cámara de vacío con una pared de cámara; en la que la pared de cámara comprende un punto menor, que es el punto de la pared de cámara en el que la distancia entre la pared de cámara y el rotor es mínima y un punto máximo, que es un punto en el que se coloca una primera paleta de tamaño virtual de modo que el volumen encerrado por la primera paleta de tamaño virtual y, una segunda paleta de tamaño virtual que precede a la primera paleta de tamaño virtual es máximo;
un rotor alojado en la cámara de vacío, comprendiendo este rotor al menos una ranura;
al menos una paleta, introduciéndose cada paleta al menos parcialmente en una ranura del rotor;
al menos una entrada de fluido que está ubicada entre un primer punto de entrada de la pared de cámara y un segundo punto de entrada de la pared de cámara, siendo la primera entrada de fluido adecuada para estar en comunicación fluida con el dispositivo en el que se pretende reducir la presión; y
una salida de fluido primaria que está ubicada entre un primer punto de salida primario de la pared de cámara y un segundo punto de salida primario de la pared de cámara, estando la salida de fluido primaria en comunicación fluida con una primera zona de fluido exterior de la bomba de vacío;
una salida de fluido secundaria que está ubicada entre un primer punto de salida secundario de la pared de cámara y un segundo punto de salida secundario de la pared de cámara, estando la salida de fluido secundario en comunicación fluida con una segunda zona de fluido exterior de la bomba de vacío, siendo la distancia entre el primer punto de salida secundario y el punto menor inferior a la distancia entre el primer punto de salida primario y el punto menor;
en la que un volumen de la pared de cámara definido por una primera paleta de salida virtual en contacto con el primer punto de salida secundario y una segunda paleta de salida virtual que es posterior a la primera paleta de salida virtual es superior al volumen de la pared de cámara definido por una tercera paleta de salida virtual en contacto con el segundo punto de salida primario y una cuarta paleta de salida virtual que precede a la tercera paleta de salida virtual; en la que la pared de cámara comprende un punto menor, que es el punto de la pared de cámara en el que la distancia entre la pared de cámara y el rotor es mínima;
en la que la salida de fluido primaria comprende medios de bloqueo primario adaptados para sellar la comunicación fluida entre la salida de fluido primaria y la primera zona de fluido exterior si la presión en la salida de fluido primaria es inferior a un primer valor predeterminado.
A título de definición y sin carácter limitativo, se define una zona de compresión en la cámara de vacío, estando la zona de compresión limitada por
una primera paleta de compresión virtual ubicada en contacto con un punto mayor; siendo el punto mayor el segundo punto de entrada o un punto máximo, en el que una primera paleta de tamaño virtual colocada en el punto máximo hace que el volumen encerrado por la primera paleta de tamaño virtual, una segunda paleta de tamaño virtual que precede a la primera paleta de tamaño virtual y las porciones de la pared de cámara y el rotor entre estas paletas de tamaño virtual sea máximo;
una segunda paleta de compresión virtual ubicada en contacto con el punto menor;
una porción del rotor comprendida entre estas dos primera y segunda paletas de compresión virtual, considerada en la dirección desde la primera paleta de compresión virtual hasta la segunda paleta de compresión virtual; y
una porción de la pared de cámara entre el punto mayor y el punto menor, considerada en la dirección desde la primera paleta de compresión virtual hasta la segunda paleta de compresión virtual.
De acuerdo con la invención, la cuarta paleta de salida virtual está comprendida dentro de la zona de compresión. En todo el documento, la expresión "pared de cámara" incluye todas las superficies que limitan la cámara de vacío, no solo sus paredes laterales, sino que también incluye la cubierta o la base de la cámara de vacío.
Los conceptos de "precedente" y "posterior" deben entenderse en la dirección de avance del rotor. En este sentido, la paleta precedente de una primera paleta es la paleta que está más avanzada en la dirección de avance con respecto a dicha primera paleta, la paleta que "ve" los puntos antes que esta primera paleta. La paleta posterior de una primera paleta es, por tanto, la paleta que está más retardada en la dirección de avance con respecto a dicha primera paleta, la paleta que "ve" los puntos más tarde que esta primera paleta.
En las bombas de vacío que tienen una sola paleta que cruza el rotor y sale del rotor en dos puntos diferentes, los conceptos de "precedente" y "posterior" se refieren a las mitades de dicha paleta: una mitad de la paleta sería la anterior y la paleta posterior con respecto a la otra mitad de la paleta.
En esta bomba, las salidas de fluido primaria y secundaria están lo suficientemente cerca para que un primer volumen comprendido entre dos paletas consecutivas esté en comunicación fluida con las salidas de fluido primaria y secundaria al mismo tiempo.
Esta bomba de vacío tiene una eficacia mejorada con respecto a las del estado de la técnica, puesto que la presencia de salidas de fluido permite la salida de fluido durante la primera fase de operación de la bomba, evitando una compresión innecesaria del fluido antes de su salida por la salida de fluido. Durante la segunda fase de operación de la bomba, los primeros medios de bloqueo en la salida del fluido primario evitan la entrada de aire en la cámara de vacío y solo la salida del fluido secundario permite la salida del fluido sin alcanzar una sobrepresión. Además, la distancia entre las salidas de fluido primaria y secundaria hace que, aunque si estos medios de bloqueo están cerrados, no se alcance una alta presión hasta que el volumen de fluido alcance la salida de fluido secundaria.
En algunas realizaciones particulares, la salida de fluido primaria y la salida de fluido secundaria están ubicadas dentro de la zona de compresión.
Esto contribuye a una operación eficaz de la bomba de vacío.
En algunas realizaciones particulares, la bomba de vacío comprende además una salida de fluido final, que está ubicada entre un primer punto de salida final de la pared de cámara y un segundo punto de salida final de la pared de cámara, en la que
la distancia entre el primer punto de salida primario y el punto menor es superior a la distancia entre el primer punto de salida final y el punto menor;
la distancia entre el primer punto de salida final y el punto menor es inferior a la longitud de la porción de la pared de cámara entre la primera paleta de salida virtual y la segunda paleta de salida virtual; y
el primer y segundo puntos de salida final están ubicados en la zona de compresión de la cámara de vacío.
Esta salida de fluido final proporciona una vía de escape para el fluido que está cerca del punto menor.
En algunas realizaciones particulares, la salida de fluido final comprende un medio de bloqueo final, adaptado para sellar la comunicación fluida entre la salida de fluido final y una tercera zona de fluido exterior si la presión en la salida de fluido final es inferior a un tercer valor predeterminado.
Este medio de bloqueo final proporciona una mejora en la eficacia de la bomba de vacío.
En algunas realizaciones particulares, la salida de fluido secundaria comprende un medio de bloqueo secundario adaptado para sellar la comunicación fluida entre la salida de fluido secundaria y la segunda zona de fluido exterior si la presión en la salida de fluido secundaria es inferior a un segundo valor predeterminado.
Este medio de bloqueo secundario proporciona una mejora en la eficacia de la bomba de vacío.
El primer y/o el segundo y/o el tercer valor predeterminado pueden ser un valor de presión que puede depender de la presión en la zona de fluido exterior correspondiente o un valor constante.
En estas realizaciones, la primera salida está lo suficientemente lejos del punto mínimo, asegurando aún la característica principal de permitir que un primer volumen comprendido entre dos paletas consecutivas esté en comunicación fluida con las salidas de fluido primaria y secundaria al mismo tiempo. Esto ayuda a controlar la presión en una porción mayor de la cámara de vacío en comparación con el caso en que están más cerca del punto mínimo.
En algunas realizaciones, los medios de bloqueo primario y/o secundario y/o final comprenden una válvula unidireccional.
En algunas realizaciones, la bomba de vacío comprende más de una paleta y en la que el ángulo formado entre dos paletas consecutivas está comprendido entre 55° y 95°.
En algunas realizaciones, la bomba de vacío comprende 4 o 5 o 6 paletas.
Aunque en algunas realizaciones, la primera, la segunda y la tercera zona de fluido de salida corresponden a diferentes zonas (atmósfera abierta, otro dispositivo, un canal que interconecta algunas otras partes del vehículo), en otras realizaciones, al menos algunas de las zonas de fluido de salida son la misma zona.
Breve descripción de los dibujos
Para completar la descripción y con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman una parte integral de la descripción e ilustran una realización de la invención, lo que no debería interpretarse como una restricción del alcance de la invención, sino solo como un ejemplo de cómo puede realizarse la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras:
La Figura 1 muestra una bomba de vacío de acuerdo con el estado de la técnica, en una primera posición operativa. La Figura 2 muestra una bomba de vacío de acuerdo con el estado de la técnica, en una segunda posición operativa.
La Figura 3 muestra una representación esquemática de la bomba de vacío de acuerdo con la presente invención. La Figura 4 muestra una zona de compresión en una bomba de vacío de acuerdo con la presente invención. La Figura 5 muestra una bomba de vacío de acuerdo con la presente invención en una primera posición durante la operación.
La Figura 6 muestra una bomba de vacío de acuerdo con la presente invención en una segunda posición durante la operación.
La Figura 7 muestra una bomba de vacío de acuerdo con la presente invención en una tercera posición de operación.
La Figura 8 es un gráfico comparativo que muestra el par necesario para operar la bomba de vacío de la presente invención y las bombas de vacío del estado de la técnica.
Descripción detallada de la invención
A través de toda la descripción, se considera que la bomba de vacío opera con un gas ideal, sin tener en cuenta los fenómenos térmicos o fluidodinámicos o cambios de estado en este gas, en aras de la claridad en la explicación de la invención. Se han realizado algunas simplificaciones en este sentido, sin perder el alcance principal de la invención.
Las Figuras 1 y 2 muestran una bomba de vacío 101 de acuerdo con el estado de la técnica. Esta bomba de vacío 101 está destinada a reducir la presión del dispositivo 120 y comprende
una cámara de bomba 102 con una pared de cámara 121;
un rotor 103 alojado en la cámara de bomba 102, comprendiendo este rotor 103 una pluralidad de ranuras 131; una pluralidad de paletas 104, estando cada paleta 104 introducida al menos parcialmente en una ranura 131 del rotor 103;
una entrada de fluido 105 que está ubicada en un punto de entrada de la pared de cámara 121; y una salida de fluido primaria 161 que está ubicada en un punto de salida primario de la pared de cámara 121;
en la que el punto de salida primario está destinado a estar en comunicación fluida con una zona de fluido exterior 100.
La Figura 1 muestra la bomba de vacío 101 en una primera posición durante la operación. En esta posición, un fluido entra en la cámara de bomba 102 a través de la entrada de fluido 105 y se mantiene en un primer volumen 110 definido por dos paletas 104 consecutivas, la pared de cámara 121 y una porción del rotor 103. Mientras el rotor gira, el primer volumen 110 se hace más pequeño (y la presión del fluido aumenta), mientras que la porción de la pared de cámara 121 que está comprendida entre las dos paletas consecutivas 104 que limitan el primer volumen 110 está más cerca del rotor 103 cuando el rotor 103 gira.
La Figura 2 muestra la bomba de vacío 101 en una segunda posición durante la operación. En esta posición, la presión del fluido que se mantiene en el primer volumen 110 ha aumentado, mientras que el primer volumen 110 se ha reducido por el giro del rotor 103. En esta segunda posición, el primer volumen 110 llega al punto de salida primario, en el que la cámara de bomba 102 comprende la salida de fluido primaria 161. Esta salida de fluido primaria 161 está en comunicación fluida con una zona de fluido exterior 100. Si la presión del fluido contenido en el primer volumen 110 es superior a la presión en la zona de fluido exterior 100, el fluido saldrá del primer volumen 110 cuando el primer volumen 110 se ponga en comunicación fluida con la zona de fluido exterior 100, lo que se consigue mediante el giro del rotor 103, como se muestra en esta segunda posición.
Pero puede suceder que el fluido entre en la cámara de bomba 102 con una presión baja, y la presión del fluido al alcanzar esta segunda posición sea todavía inferior a la presión en la zona de fluido exterior 100. En este caso, cuando el primer volumen 110 se pone en comunicación fluida con la zona de fluido exterior 100, el fluido de la zona de fluido exterior 100, con mayor presión, entrará en el primer volumen 110. Esto empeorará la eficacia de la bomba de vacío 101.
La Figura 3 muestra una bomba de vacío 1 de acuerdo con la invención. Esta bomba de vacío 1 comprende
una cámara de bomba 2 con una pared de cámara 21;
un rotor 3 alojado en la cámara de bomba 2, este rotor 3 comprende una pluralidad de ranuras 31;
una pluralidad de paletas 4, estando cada paleta 4 introducida al menos parcialmente en una ranura 31 del rotor 3;
una entrada de fluido 5 que está ubicada entre un primer punto de entrada 51 de la pared de cámara 21 y un segundo punto de entrada 52 de la pared de cámara 21, estando la entrada de fluido 5 en comunicación fluida con un dispositivo 120, en el que se pretende reducir la presión; y
una salida de fluido primaria 61 que está ubicada entre un primer punto de salida primario 611 de la pared de cámara 21 y un segundo punto de salida primario 612 de la pared de cámara 21; estando la salida de fluido primaria 61 destinada a estar en comunicación fluida con una primera zona de fluido exterior 100;
una salida de fluido secundaria 62 que está ubicada entre un primer punto de salida secundario 621 de la pared de cámara 21 y un segundo punto de salida primario 622 de la pared de cámara 21; estando la salida de fluido secundaria 62 destinada a estar en comunicación fluida con una segunda zona exterior de fluido 100';
en la que la salida de fluido primaria 61 comprende medios de bloqueo primarios 71 que solo permiten la comunicación fluida entre la salida de fluido primaria 61 y la primera zona de fluido exterior 100 si la presión en la salida de fluido primaria 61 es igual o superior a un primer valor predeterminado que depende de la presión en la primera zona de fluido exterior 100.
La distancia entre el primer punto de salida secundario 621 y el punto menor 22 es inferior a la distancia entre el primer punto de salida primario 611 y el punto menor 22.
Un volumen de la pared de cámara definido por una primera paleta de salida virtual 601 en contacto con el primer punto de salida secundario 621 y una segunda paleta de salida virtual 602 que es posterior a la primera paleta de salida virtual 601 es superior al volumen de la pared de cámara definida por una tercera paleta de salida virtual 603 en contacto con el segundo punto de salida primario 612 y una cuarta paleta de salida virtual 604 que precede a la tercera paleta de salida virtual 603. Esto significa que, cuando se mueve desde un primer punto en el que la comunicación fluida cesa con la salida de fluido primaria hasta un segundo punto en el que la comunicación fluida comienza con la salida de fluido secundaria, el volumen en el segundo punto es superior al volumen en el primer punto. En las realizaciones mostradas en las Figuras 4 a 7, el volumen se pone en comunicación fluida con la salida de fluido secundaria incluso antes de que cese la comunicación fluida con la salida de fluido primaria.
En algunas realizaciones particulares, cualquiera del primer, segundo o tercer valor predeterminado es el resultado de la suma de dos términos: una presión de apertura y la presión en la zona de fluido exterior correspondiente. La presión de apertura es un valor que puede ser positivo o negativo, pero, en valor absoluto, suele ser mucho menor que la presión en la zona de fluido exterior correspondiente. El resultado final es que los medios de bloqueo correspondientes permanecen sellados hasta que la presión en la salida de fluido correspondiente sea superior a esta suma: la presión de apertura (positiva o negativa) más la presión en la zona de fluido exterior correspondiente. En consecuencia, si la presión de apertura es negativa, se permite la comunicación fluida incluso si la presión en la salida de fluido correspondiente es un poco más baja que la presión en la zona de fluido exterior correspondiente. Los medios de bloqueo correspondientes permanecen abiertos hasta que la presión en la salida de fluido correspondiente desciende y es inferior a este valor predeterminado.
Una zona de compresión 11, como se muestra en la figura 4, se define en la cámara de vacío 2. Esta zona de compresión 11 está limitada por
una primera paleta de compresión virtual 401 ubicada en contacto con un punto mayor 23, que se explica a continuación;
una segunda paleta de compresión virtual 402 ubicada en contacto con el punto menor 22;
una porción del rotor 3 comprendida entre estas dos primera y segunda paletas de compresión virtuales 401 y 402, considerada en la dirección desde la primera paleta de compresión virtual 401 hasta la segunda paleta de compresión virtual 402; y
una porción de la pared de cámara entre el punto mayor 23 y el punto menor 22, considerada en la dirección desde la primera paleta de compresión virtual 401 hasta la segunda paleta de compresión virtual 402.
En cuanto al punto mayor 23, dependiendo de la disposición de la bomba, el punto mayor puede ser el segundo punto de entrada 52 o un punto máximo. El punto máximo de la bomba se define como el punto en el que cuando se coloca una primera paleta de tamaño virtual 501 en el punto máximo, el volumen encerrado por la primera paleta de tamaño virtual 501, una segunda paleta de tamaño virtual 502 que precede a la primera paleta de tamaño virtual 501 y las porciones de la pared de cámara y el rotor entre estas paletas de tamaño virtual 501, 502, es máximo. En el caso de la Figura 4, el punto máximo coincide con el segundo punto de entrada 52, por lo que el punto mayor coincide también con el segundo punto de entrada 52.
El punto menor 22 es el punto de la pared de cámara 21 con la distancia mínima al rotor 3. La dirección de avance de las paletas es la dirección en la que se mueve el rotor cuando la bomba de vacío está en operación, por lo que es la dirección en la que avanzan las paletas cuando la bomba de vacío está en operación.
Las paletas de la bomba de vacío tienen una posición en la que el volumen entre dos paletas consecutivas particulares es máximo. Este volumen máximo se consigue cuando una paleta se ubica en un primer punto máximo de la pared de cámara y la paleta precedente se ubica en un segundo punto máximo de la pared de cámara.
Si el segundo punto de entrada 52 está ubicado más cerca del primer punto de salida primario 611 en la dirección de avance de las paletas que este primer punto máximo, el punto mayor 23 es el segundo punto de entrada 52. Pero si el segundo punto de entrada 52 está ubicado más lejos del primer punto de salida primario 611 en la dirección de avance de las paletas que este primer punto máximo, el punto mayor 23 es el primer punto máximo. Esto depende solo de la configuración de la bomba de vacío y de la posición de la entrada de fluido con respecto a las paletas, por lo que este punto es siempre el mismo para cada bomba de vacío dada, sin depender de la operación.
En algunas realizaciones, la pared de cámara 21 puede comprender más de un punto menor 22 y más de un punto mayor 23, porque el rotor puede estar tangente a la pared de cámara en más de un punto (por ejemplo, en el caso de una cámara de vacío elíptica). En estos casos, la bomba de vacío comprende más de una zona de compresión.
La salida de fluido primaria 61 está ubicada en la zona de compresión 11.
Esta bomba de vacío comprende también una salida de fluido secundaria 62 y una salida de fluido final 63, todas ellas ubicadas en la zona de compresión 11 de la bomba de vacío 1.
La Figura 5 muestra la bomba de vacío 1 en una primera posición durante la operación. En esta posición, un fluido entra en la cámara de vacío 2 a través de la entrada de fluido 5, y se mantiene en un primer volumen 10 definido por una paleta delantera 41, una paleta trasera 42 y una porción de la pared de cámara 21 así como una porción del rotor 3 comprendida entre estas paletas 41,42. Mientras gira el rotor 3, después de que la paleta trasera 42 haya alcanzado el primer punto máximo, el primer volumen 10 se hace más pequeño, mientras que la porción de la pared de cámara 21 que está comprendida entre las dos paletas 41, 42, que limita el primer volumen 10 está más cerca del rotor 3 cuando el rotor 3 gira.
La salida de fluido secundaria 62 está ubicada entre un primer punto de salida secundario 621 de la pared de cámara 21 y un segundo punto de salida secundario 622 de la pared de cámara, y la salida de fluido final 63 está ubicada entre un primer punto de salida final 631 de la pared de cámara 21 y un segundo punto de salida final 632 de la pared de cámara 21. La distancia entre el primer punto de salida secundario 621 y el punto menor 22 es superior a la distancia entre el primer punto de salida final 631 y el punto menor 22 pero inferior a la distancia entre el primer punto de salida primario 611 y el punto menor 22. Como consecuencia, durante la operación normal, el fluido que entra en la cámara de vacío 2 encuentra primero la salida de fluido primaria 61, después la salida de fluido secundaria 62 y finalmente la salida de fluido final 63. La distancia entre el primer punto de salida final 631 y el punto menor 22 es inferior a la porción de la pared de cámara entre la primera paleta de salida virtual 601 y la segunda paleta de salida virtual 602.
La salida de fluido secundaria 62 comprende un medio de bloqueo secundario 72 que solo permite la comunicación fluida entre la salida de fluido secundaria 62 y una segunda zona de fluido exterior 100' si la presión en la salida de fluido secundaria 62 es igual o superior a un segundo valor predeterminado que depende de la presión en la segunda zona de fluido exterior 100'.
La salida de fluido final 63 comprende un medio de bloqueo secundario 73 que solo permite la comunicación fluida entre la salida de fluido final 63 y una tercera zona de fluido exterior 100'' si la presión en la salida de fluido final 63 es igual o superior a un tercer valor predeterminado que depende de la presión en la tercera zona de fluido exterior 100''.
En realizaciones particulares, los medios de bloqueo son válvulas de retención, que están diseñadas para evitar que el fluido fluya a través de las mismas en una dirección si el valor de la presión del fluido no alcanza un valor predeterminado.
La Figura 6 muestra la bomba de vacío 1 en una segunda posición durante la operación. En esta posición, la presión del fluido que se mantiene en el primer volumen 10 ha aumentado, mientras que las dimensiones del primer volumen 10 se han reducido por el giro del rotor 3. En esta segunda posición, el primer volumen 10 alcanza el primer punto de salida primario 611, entrando por tanto en comunicación fluida con la salida de fluido primaria 61. Esta salida de fluido primaria 61 está en comunicación fluida con la primera zona de fluido exterior 100 por la interposición del medio de bloqueo primario 71, que solo permite la comunicación fluida entre la salida de fluido primaria 61 y la primera zona de fluido exterior 100 si la presión en la salida de fluido primaria 61 es igual o superior a un primer valor predeterminado que depende de la presión en la primera zona de fluido exterior 100. Puesto que el primer volumen 10 está en comunicación fluida con la salida de fluido primaria 61, la presión en el primer volumen 10 y la presión en la salida de fluido primaria 61 es la misma.
Si la presión del fluido contenido en el primer volumen 10 es superior a el primer valor predeterminado, el medio de bloqueo primario 71 permite la comunicación fluida entre la salida de fluido primaria 61 y la primera zona de fluido exterior 100. Si la presión del fluido contenido en el primer volumen 10 es además superior a la presión en la primera zona exterior de fluido 100, el fluido sale del primer volumen 10 hacia la primera zona de fluido exterior 100. Puesto que el avance del rotor conduce a una disminución en las dimensiones del primer volumen 10, la presión en este primer volumen 10 sigue aumentando y el fluido sigue saliendo. Pero al mismo tiempo, el fluido sale del primer volumen 10 por la salida de fluido primaria 61, por tanto, la presión en este primer volumen 10 disminuye hasta la presión de la primera zona de fluido exterior 100 o hasta que el medio de bloqueo primario 71 se activa. En algún momento, el giro del rotor 3 hace que el primer volumen 10 deje de estar en comunicación fluida con la salida de fluido primaria 61, cuando la paleta trasera 42 del primer volumen 10 alcanza el segundo punto de salida primario 612.
Cuando la bomba de vacío 1 comienza su operación y la presión en la entrada de fluido 5 sigue siendo relativamente alta, es fácil que la presión en el primer volumen 10 sea lo suficientemente alta como para abrir los primeros medios de bloqueo 71. Pero a medida que disminuye la presión en la entrada de fluido 5, debido a la operación de la bomba, es más difícil que la presión en el primer volumen 10 alcance el primer valor predeterminado requerido para abrir el medio de bloqueo 71, y hay un punto en la operación en el que el primer volumen 10 entra en contacto de fluido con la primera salida de fluido 61 y el fluido en el primer volumen no ha alcanzado la presión suficiente para abrir el primer medio de bloqueo 71. En este caso, cuando el primer volumen 10 se pone en comunicación fluida con la salida de fluido primaria 61, el fluido no sale de la cámara de vacío 2, pero tampoco entra fluido en la cámara de vacío 2, debido al medio de bloqueo primario 71, lo que evita la comunicación de fluido entre la salida de fluido primaria 61 y la primera zona de fluido exterior 100 si la presión en la salida de fluido primaria 61 es inferior a un primer valor predeterminado. A medida que el rotor 3 continúa girando, la presión en el primer volumen 10 sigue aumentando, sin disminuir debido a la salida de fluido, puesto que el medio de bloqueo primario 71 permanece sellado hasta que la presión en el primer volumen 10 alcance el primer valor predeterminado. De hecho, si este aumento de presión hace que la presión en el primer volumen 10 sea igual o superior al primer valor predeterminado mientras el primer volumen 10 está todavía en contacto de fluido con la primera salida de fluido 61, el medio de bloqueo 71 se abrirá y el fluido comenzará a salir. Si no, el medio de bloqueo primario 71 permanecerá sellado.
En algunas realizaciones, como las que se muestra en estas Figuras 5 y 6, la distancia entre las puntas de dos paletas consecutivas es superior a la distancia entre un segundo punto de salida y el primer punto de salida de la siguiente salida de fluido. Como consecuencia, es posible para el primer volumen 10 que la posición de la paleta delantera 41 haga que el primer volumen entre en comunicación fluida con una salida de fluido mientras que la posición de la paleta trasera 42 mantenga el primer volumen en comunicación fluida con la salida de fluido anterior, como se muestra en la Figura 7. En esta posición, la paleta delantera 41 del primer volumen 10 ha superado el primer punto de salida secundario 621, mientras que la paleta trasera 42 del primer volumen 10 no ha alcanzado el segundo punto de salida primario 612. Por tanto, el primer volumen 10 está en comunicación fluida tanto con la primera salida de fluido 61 como con la segunda salida de fluido 62.
En estas realizaciones, cuando la presión en el primer volumen 10 no es suficientemente alta para abrir el primer medio de bloqueo 71 antes de que la paleta delantera 41 alcance el primer punto de salida secundario 621, el primer volumen 10 entrará en comunicación fluida con la segunda salida 62 de fluido con una presión que no es suficiente para abrir el primer medio de bloqueo 71. Si el segundo valor predeterminado es el mismo que el primer valor predeterminado, el medio de bloqueo secundario 72 se cerrará también, porque la presión en el primer volumen 10 no es suficiente para abrir el medio de bloqueo secundario 72. Pero si la compresión del primer volumen 10 hace que la presión dentro de este primer volumen 10 sea igual o superior al primer y segundo valores predeterminados mientras el primer volumen 10 está todavía en comunicación fluida con la primera salida de fluido 61, se abrirán los medios de bloqueo tanto primario como secundario. Si esto no sucede, tanto el primer 71 como el segundo 72 medios de bloqueo estarán cerrados durante todo el tiempo que ambos estén, al mismo tiempo, en comunicación fluida con el primer volumen. Pero a medida que la aleta trasera 42 avanza y supera el segundo punto de salida primario 612, el primer volumen 10 se comprime más, y es posible que el medio de bloqueo secundario 72 pueda abrirse, debido a la mayor presión en el primer volumen 10.
La operación continuará, reduciendo progresivamente la presión en la entrada 5 y, consecuentemente, en el primer volumen 10, hasta que se alcance un flujo de estado estable en la bomba de vacío.
Como consecuencia, una bomba de vacío de este tipo podrá operar de forma más eficaz, sin desperdiciar energía innecesariamente en la compresión del fluido y, colateralmente, no verá empeorada su operación por la entrada de fluido en la bomba de vacío a través de los puntos de salida.
En la Figura 8 se ilustra un gráfico para mostrar la diferencia entre el par promedio necesario para operar el rotor de tres bombas de vacío diferentes en toda su curva de rendimiento. La línea discontinua muestra el par necesario para mover la bomba de vacío como se conoce en el estado de la técnica que tiene una única salida pequeña. La línea de puntos muestra el par necesario para mover la bomba de vacío como se conoce en el estado de la técnica que tiene una única salida grande. La línea continua muestra el par necesario para mover la bomba de vacío de la invención. La salida "pequeña" y la salida "grande" se refieren al tamaño de la salida única, cuyo segundo punto se sitúa cerca del punto menor de la bomba de vacío (el segundo punto y el punto menor deben entenderse de acuerdo con la terminología utilizada en la descripción de la bomba de vacío de la invención). En el ejemplo particular de salida pequeña, la salida se extiende a lo largo de aproximadamente 18 grados en la cámara de vacío y en el ejemplo particular de salida grande, la salida se extiende a lo largo de aproximadamente 73 grados en la cámara de vacío.
Las bombas de vacío con salidas cortas requieren más par al iniciar una operación completa, porque la presión alcanza valores más altos y se logra una mayor tasa de compresión. Cuando, con la operación progresivo de la bomba, el nivel de presión disminuye, la diferencia de presión entre dos cámaras consecutivas es menor y, por lo tanto, esta bomba se vuelve más eficaz en términos de par.
Las bombas de vacío con una gran salida requieren, inicialmente, menos par, puesto que la gran salida no permite que el fluido alcance una alta presión. Sin embargo, esta falta de precompresión inicial en la cámara antes de comunicarse con la salida conduce a un aumento de la diferencia de presión entre la cámara abierta a las zonas de fluido de salida y la anterior, lo que genera un mayor par resistente a lo largo de la operación de la bomba.
Con la bomba de vacío de acuerdo con la invención, se necesita un par bajo al iniciar la operación y se necesita un par bajo en la segunda fase de rendimiento, así como en el estado estable.
En el presente texto, el término "comprende" y sus derivados (tales como "comprendiendo", etc.) no deben entenderse en sentido excluyente, es decir, no deben interpretarse estos términos como que excluyen la posibilidad de que lo descrito y definido pueda incluir elementos adicionales, etapas adicionales, etc.
La presente invención, obviamente, no se limita a las realizaciones específicas descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación a considerar por cualquier experto en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención como se define en las reivindicaciones.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Bomba de vacío (1) para bajar la presión en un dispositivo (120), comprendiendo la bomba de vacío (1)
una cámara de vacío (2) con una pared de cámara (21);
en donde la pared de cámara (21) comprende un punto menor (22), que es el punto de la pared de cámara (21) en donde la distancia entre la pared de cámara (21) y el rotor (3) es mínima, y un punto máximo, que es un punto en el que está situada una primera paleta de tamaño virtual (501) de modo que el volumen encerrado por la primera paleta de tamaño virtual (501) y una segunda paleta de tamaño virtual (502), que precede a la primera paleta de tamaño virtual (501), es máximo;
un rotor (3) alojado en la cámara de vacío (2), comprendiendo este rotor (3) al menos una ranura (31); al menos una paleta (4, 41,42), estando cada paleta (4, 41, 42) introducida al menos parcialmente en una ranura (31) del rotor (3);
al menos una entrada de fluido (5) que está ubicada entre un primer punto de entrada (51) de la pared de cámara (21) y un segundo punto de entrada (52) de la pared de cámara (21), siendo la primera entrada de fluido (5) adecuada para estar en comunicación fluida con el dispositivo (120) en el que se pretende reducir la presión; y una salida de fluido primaria (61) que está ubicada entre un primer punto de salida primario (611) de la pared de cámara (2) y un segundo punto de salida primario (612) de la pared de cámara (2), estando la salida de fluido primaria (61) en comunicación fluida con una primera zona de fluido exterior (100) de la bomba de vacío (1); una salida de fluido secundaria (62) que está ubicada entre un primer punto de salida secundario (621) de la pared de cámara (2) y un segundo punto de salida secundario (622) de la pared de cámara (2), estando la salida de fluido secundaria (62 ) en comunicación fluida con una segunda zona de fluido exterior (100') de la bomba de vacío (1), siendo la distancia entre el primer punto de salida secundario (621) y el punto menor (22) inferior a la distancia entre el primer punto de salida primario (611) y el punto menor (22);
en la que un volumen de la pared de cámara definido por una primera paleta de salida virtual (601) en contacto con el primer punto de salida secundario (621) y una segunda paleta de salida virtual (602) que es posterior a la primera paleta de salida virtual (601) es superior a un volumen de la pared de cámara definido por una tercera paleta de salida virtual (603) en contacto con el segundo punto de salida primario (612) y una cuarta paleta de salida virtual (604) que precede a la tercera paleta de salida virtual (603);
en la que la salida de fluido primaria (61) comprende un medio de bloqueo primario (71) adaptado para sellar la comunicación fluida entre la salida de fluido primaria (61) y la primera zona de fluido exterior (100) si la presión en la salida de fluido primaria (61) es menor que un primer valor predeterminado; y
en la que una zona de compresión (11) está definida en la cámara de vacío (2), estando la zona de compresión (11) limitada por
una primera paleta de compresión virtual (401) ubicada en contacto con un punto mayor (23); siendo el punto mayor el segundo punto de entrada (52) o el punto máximo;
una segunda paleta de compresión virtual (402) ubicada en contacto con el punto menor (22);
una porción del rotor (3) comprendida entre estas dos primera (401) y segunda (402) paletas de compresión virtuales, considerada en la dirección desde la primera paleta de compresión virtual (401) hasta la segunda paleta de compresión virtual (402); y
una porción de la pared de cámara entre el punto mayor (23) y el punto menor (22), considerada en la dirección desde la primera paleta de compresión virtual (401) hasta la segunda paleta de compresión virtual (402) y en donde la cuarta paleta de salida virtual (604) está comprendida dentro de la zona de compresión (11).
2. Bomba de vacío (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la salida de fluido primaria (61) y la salida de fluido secundaria (62) están ubicadas dentro de la zona de compresión (11).
3. Bomba de vacío (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende además una salida de fluido final (63), que está ubicada entre un primer punto de salida final (631) de la pared de cámara (21) y un segundo punto de salida final (632) de la pared de cámara (21), en donde
la distancia entre el primer punto de salida primario (611) y el punto menor (22) es superior a la distancia entre el primer punto de salida final (631) y el punto menor (22);
la distancia entre el primer punto de salida final (631) y el punto menor (22) es menor que la longitud de la parte de la pared de cámara (21) entre la primera paleta de salida virtual (601) y la segunda paleta de salida virtual (602); y
el primer (631) y el segundo (632) puntos de salida final están ubicados en la zona de compresión (11) de la cámara de vacío (2).
4. Bomba de vacío (1) de acuerdo con la reivindicación 3, en la que la salida de fluido final (63) comprende un medio de bloqueo final (73), adaptado para sellar la comunicación fluida entre la salida de fluido final (63) y una tercera zona de fluido exterior (100'') si la presión en la salida de fluido final (63) es inferior a un tercer valor predeterminado.
5. Bomba de vacío (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la salida de fluido secundario (62) comprende un medio de bloqueo secundario (72) adaptado para sellar la comunicación fluida entre la salida de fluido secundario (62) y la segunda zona de fluido exterior (100') si la presión en la salida de fluido secundario (62) es menor que un segundo valor predeterminado.
6. Bomba de vacío (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios de bloqueo primario y/o secundario y/o final comprenden una válvula unidireccional.
7. Bomba de vacío (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende más de una paleta y en la que el ángulo formado entre dos paletas consecutivas está comprendido entre 55° y 95°.
8. Bomba de vacío (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende 4 o 5 o 6 paletas.
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