Cómo funciona una bomba de vacío de paletas rotativas?

Principio de funcionamiento de la bomba de vacío de paletas rotativas sellada con aceite

Una bomba de vacío de paletas rotativas (denominada bomba de paletas rotativas) es una bomba de vacío mecánica sellada con aceite. Su rango de presión de trabajo es 101325~1,33×10-2 (Pa), que pertenece a la bomba de bajo vacío. Se puede utilizar sola o como bomba de respaldo para otras bombas de alto vacío o bombas de vacío ultraalto. Ha sido ampliamente utilizado en departamentos de producción e investigación científica como metalurgia, maquinaria, industria militar, electrónica, industria química, industria ligera, petróleo y medicina.

La bomba rotativa de paletas puede bombear el gas seco en el recipiente sellado y, si está equipada con un dispositivo de lastre de gas, también puede bombear una cierta cantidad de gas condensable. Sin embargo, no es adecuado para bombear gas con alto contenido de oxígeno, corrosivo para el metal y reacciones químicas para bombear aceite y partículas de polvo.

La bomba rotativa de paletas es uno de los equipos de obtención de vacío más básicos en la tecnología de vacío. Las bombas rotativas de paletas son en su mayoría bombas de tamaño pequeño y mediano. Hay dos tipos de bombas de paletas rotativas: de una etapa y de dos etapas. La llamada bomba de dos etapas consiste en conectar dos bombas de una sola etapa en una estructura en serie. Generalmente se realiza en dos etapas para obtener un mayor grado de vacío. La relación entre la velocidad de bombeo y la presión de entrada de la bomba rotativa de paletas se estipula de la siguiente manera: cuando la presión de entrada es 1333Pa, 1,33Pa y 1,33×10-1 (Pa), el valor de la velocidad de bombeo no será inferior a 95 %, 50% y 20% de la velocidad nominal de bombeo de la bomba.

La bomba de paletas rotativas comprende principalmente el cuerpo de la bomba, el rotor, las paletas rotativas, la cubierta del extremo, el resorte, etc. Se instala un rotor excéntricamente en la cavidad de la bomba de paletas giratorias, el círculo exterior del rotor es tangente a la superficie interior de la cavidad de la bomba (hay un pequeño espacio entre los dos) y se instalan dos paletas giratorias con resortes en la ranura del rotor. Al girar, confiando en la fuerza centrífuga y la tensión del resorte para mantener la parte superior de la paleta giratoria en contacto con la pared interior de la cámara de la bomba, la rotación del rotor hace que la paleta giratoria se deslice a lo largo de la pared interior de la cámara de la bomba.

Las dos paletas giratorias dividen el espacio en forma de media luna rodeado por el rotor, la cámara de la bomba y las dos cubiertas de los extremos en tres partes A, B y C, como se muestra en la figura. Cuando el rotor gira en la dirección de la flecha, el volumen del espacio A que se comunica con el puerto de succión aumenta gradualmente y está en proceso de succión. El volumen de espacio C que comunica con el puerto de escape se reduce gradualmente, justo en el proceso de escape. El volumen del espacio B en el medio también está disminuyendo gradualmente, que está en proceso de compresión. Dado que el volumen del espacio A aumenta gradualmente (es decir, se expande), la presión del gas disminuye y la presión del gas externo en la entrada de la bomba es mayor que la presión en el espacio A, por lo que se inhala el gas.

Cuando el espacio A se aísla del puerto de succión, gira a la posición del espacio B, el gas comienza a comprimirse, el volumen disminuye gradualmente y finalmente se comunica con el puerto de escape. Cuando el gas comprimido excede la presión de escape, el gas comprimido empuja la válvula de escape para abrirla y el gas pasa a través de la capa de aceite en el tanque y se descarga a la atmósfera. El propósito del bombeo continuo se logra mediante el funcionamiento continuo de la bomba.

Principio de funcionamiento de la bomba de vacío de paletas rotativas de una etapa 

La bomba de paletas rotativas de una etapa tiene solo una cámara de trabajo y la bomba se compone principalmente de un estator, una paleta rotativa y un rotor. El rotor está instalado excéntricamente en la cámara de la bomba y dos paletas giratorias están instaladas en la ranura del rotor, que está cerca de la pared del cilindro debido a la fuerza elástica del resorte (también hay una fuerza centrífuga de las paletas giratorias después de la rotación). . El rotor y las paletas dividen la cavidad del estator en succión y descarga.

Cuando el rotor gira en la cavidad del estator, el volumen en el lado de la entrada de aire se expande gradualmente periódicamente para inhalar el gas, mientras que el volumen en el lado del puerto de escape se reduce gradualmente para comprimir el gas inhalado y descargarlo del válvula de escape.

La válvula de ventilación está sumergida en aceite para evitar que entre aire atmosférico en la bomba. El aceite de la bomba de vacío ingresa a la cámara de la bomba a través del orificio de aceite y la válvula de escape de modo que todas las superficies móviles en la cámara de la bomba quedan cubiertas con aceite, formando un sello entre la cámara de succión y la cámara de escape.

Principio de funcionamiento de la bomba de vacío de paletas rotativas de dos etapas 

Para mejorar el vacío final de la bomba, además de mejorar la precisión del mecanizado del cuerpo de la bomba, el rotor y las paletas giratorias, y minimizar el espacio de ensamblaje y el espacio dañino, la forma más efectiva es conectar dos bombas de una sola etapa en serie. para formar una bomba de dos etapas.

La bomba de vacío de paletas rotativas de dos etapas consta de dos cámaras de trabajo. Las dos cámaras están conectadas en serie y giran en la misma dirección a la misma velocidad. La cámara A es la etapa frontal de la cámara B. A es la etapa de bajo vacío y B es la etapa de alto vacío. El gas bombeado ingresa a la etapa frontal a través de la etapa de alto vacío (B) y se descarga de la bomba a través de la válvula de escape. La etapa frontal (A) es igual que la bomba de una sola etapa, el aceite ingresa a la cámara de la bomba en cualquier momento, mientras que la etapa de alto vacío (B) solo tiene una pequeña cantidad de aceite cuando comienza a funcionar y no ingresa aceite. la cámara de la bomba después de trabajar por un tiempo. Cuando la bomba comienza a funcionar y la presión del gas inhalado es relativamente alta (como comenzar a bombear aire desde la presión atmosférica), el gas se comprime a través de la cámara B y la presión aumenta bruscamente, y una parte del gas comprimido Se descarga directamente desde la válvula de escape auxiliar (1) y la otra parte se descarga a través de la etapa delantera.

Cuando la bomba funciona durante algún tiempo, cuando la presión del gas inhalado por la cámara B es baja, aunque esté comprimido por la cámara B, la presión no puede superar la presión atmosférica. La válvula de escape auxiliar 1 no se puede descargar y todo el gas inhalado entrará. La sala A de la etapa frontal se descarga a través de la válvula de escape 3 mediante la compresión continua de la sala A.

Después de que la bomba funciona durante algún tiempo, dado que la presión de la entrada de aire de la etapa de alto vacío se reduce considerablemente, la presión de salida también es muy pequeña, por lo que la diferencia de presión entre la entrada y la salida de la cámara B también es pequeña, y la cantidad de gas comprimido devuelto se reduce correspondientemente; al mismo tiempo, la última etapa Las moléculas de aceite que son fáciles de evaporar en la bomba son succionadas continuamente por la cámara A de la etapa frontal y se reduce la presión parcial del vapor de aceite. Por lo tanto, la contaminación por aceite de la bomba de dos etapas es menor que la de la bomba de una sola etapa y el grado de vacío final mejorará enormemente.

Bomba de vacío de paletas rotativas de 1 etapa versus 2 etapas

La bomba de paletas rotativas de 1 etapa consta de un solo rotor con múltiples paletas que giran dentro de una cámara cilíndrica. A medida que el rotor gira, la fuerza centrífuga empuja las paletas contra la pared de la cámara, creando un sello y formando cámaras de volumen variable. La acción de bombeo se produce mediante la expansión y compresión del gas en estas cámaras, lo que da como resultado la generación de vacío.

Simplicidad: las bombas de 1 etapa tienen un diseño sencillo con menos piezas móviles, lo que las hace compactas, livianas y fáciles de operar y mantener.

Rentable: estas bombas suelen ser más asequibles en comparación con las bombas de 2 etapas, lo que las convierte en una opción rentable para aplicaciones que no requieren niveles de vacío extremadamente bajos.

Adecuadas para vacío bajo a medio: las bombas de 1 etapa son ideales para aplicaciones que requieren niveles de vacío dentro del rango de aproximadamente 100 a 1000 mbar (milibar).

Eficientes para cargas bajas de gas: funcionan bien cuando se manejan cargas bajas de gas, lo que los hace adecuados para aplicaciones donde los caudales de gas no son excesivos.

En una bomba de vacío de paletas rotativas de 2 etapas, el proceso de bombeo se divide en dos etapas secuenciales, cada una con sus paletas. La primera etapa, conocida como etapa de alto vacío, funciona de manera similar a una bomba de 1 etapa, creando un nivel inicial de vacío. El gas descargado de la primera etapa luego fluye hacia la segunda etapa, donde se produce una mayor compresión, lo que resulta en niveles de vacío aún más bajos.

Niveles de vacío más altos: las bombas de 2 etapas son capaces de alcanzar niveles de vacío significativamente más altos en comparación con las bombas de 1 etapa. Pueden alcanzar niveles de vacío tan bajos como 0,1 mbar o incluso menos.

Manejo de gas mejorado: estas bombas son efectivas para manejar cargas de gas más altas y pueden evacuar de manera eficiente grandes volúmenes de gas.

Resistencia mejorada a la contracorriente: la configuración de dos etapas proporciona una mejor resistencia a la contracorriente, evitando que el aceite o los contaminantes lleguen a la cámara o al sistema de vacío.

Adecuadas para aplicaciones de alto vacío: las bombas de 2 etapas son adecuadas para aplicaciones que requieren altos niveles de vacío, como instrumentos analíticos, recubrimientos al vacío y fabricación de semiconductores.