مبدأ العمل وتطبيقات مضخات التروس الداخلية

مبدأ التشابك: كيفية عمل مضخة التروس الداخلية

تتكوّن مضخة التروس الداخلية من ترس محرك (ترس ذو أسنان خارجية، موضوع في الداخل) وترس مُحرَّك (ترس ذو أسنان داخلية، موضوع في الخارج) يدور الترسان في نفس الاتجاه، وتتلامس أطراف أسنانهما عند نقطة تلامس لفصل جانب السحب عن جانب التوصيل.

توجد نوعان رئيسيان من هندسة مضخات التروس الداخلية. النوع الهلالي يستخدم صفيحة حاجز على شكل هلال بين أطراف الأسنان لمنع التسرب بين أطراف الترس المحرك والمُحرَّك. أما النوع غير الهلالي فيعتمد بدلًا من ذلك على التلامس المباشر بين أجزاء أطراف الأسنان لكلا الترسين عند نقطة واحدة لفصل قسمي السحب والتوصيل، مع ترك فراغ ضيق جدًّا عمليًّا لتفادي الإقفال. .

يوفّر التصميم الخالي من الهلال ميزة كفاءة رئيسية: فبما أن الحجم الموجود بين أسنان الترس المحرك والترس المُحرَّك أكبر، يمكن لهذه المضخة تحقيق إزاحة نظرية أكبر عندما تكون عرض الأسنان وقطر رأس الترس المحرك وقطر الترس المُحرَّك الخارجي مماثلة لتلك الخاصة بمضخة ذات نوع هلال. أو بعبارة أخرى، وبذات الإزاحة، يمكن أن يكون القطر الخارجي للترس المُحرَّك أصغر، ما يقلّل عزم الاحتكاك الناتج عن قص زيت لزج على أجزاء انزلاق التروس ويحسّن الكفاءة الميكانيكية — وهذه إحدى الأسباب الرئيسية التي تجعل هذا النوع شائع الاستخدام في نواقل الحركة الآلية للسيارات، بما في ذلك نواقل الحركة المتغيرة باستمرار (CVTs). .

حساب الإزاحة للمبتدئين

يوجد نهجان أساسيان لحساب سعة مضخة التروس الداخلية. يحسب الأسلوب الهندسي حجم الفراغ المحصور بين أسنان الترس القيادي والترس المُدار. أما أسلوب العزم النظري فيحسب أولاً العزم النظري للمضخة، ثم يستنتج السعة من مبدأ أن الطاقة الهيدروليكية المُعطاة للزيت تساوي القدرة المطلوبة لتدوير عمود المضخة (مع إهمال فقدان الطاقة) .

بالنسبة للمبتدئين، فإن حساب التدفق العملي هو:

ق = فد × ن

حيث ق هي معدل التدفق الحجمي، وفد هي سعة التصريف لكل دورة، ون هي السرعة الدورانية .

كانت طريقة الإزاحة النظرية صعبة التطبيق بدقةٍ تاريخيًّا لأنها تتطلب تكامل الحجم بين أسنان التروس عند كل تغيُّر بسيط في زاوية الدوران — ما يستلزم رسمًا تفصيليًّا للتروس عند كل موضع دوراني. وجعلت أدوات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) هذه الطريقة أكثر عملية، لكن حساب العزم النظري الدقيق يظل ذا قيمةٍ كبيرةٍ لأنه يجنّب التعقيد الناتج عن التكامل اللحظي للحجم. .

في الواقع، ترتبط إزاحة مضخة التروس بمربع وحدة الترس (module). وبافتراض ثبات قطر الدائرة المحيطية (pitch circle diameter)، فإن زيادة الوحدة تؤدي إلى زيادة إزاحة المضخة. .

حدود ضغط السحب

تؤثر أداء السحب تأثيرًا مباشرًا على قدرة المضخة على التشغيل الموثوق دون حدوث ظاهرة التآكل الهيدروليكي (cavitation). وللمضخات ذات التروس الداخلية، تنطبق الحدود التالية:

الحد العام لمضخات التروس: لا يجب أن يتجاوز ارتفاع السحب الفعلي ٠٫٥ متر.

الحد المحدد لسلسلة NBL: ارتفاع الامتصاص الذاتي يجب ألا يتجاوز ٥٠٠ مم، ما يعادل فراغًا عند المدخل لا يزيد عن ٠٫٠٣ ميجا باسكال (٠٫٣ بار). وفي حالة استخدام طريقة التغذية الإجبارية، يجب ألا تتجاوز ضغط التغذية ٠٫٥ ميجا باسكال؛ وإلا وجب استخدام ختم زيت مقاوم للضغط. .

مرجع سلسلة Rexroth PGH: أقل ضغط شفط (بدون حمل) هو ٠٫٨ بار؛ وأعلى ضغط شفط (بدون حمل) هو ٢ بار. .

تعدّي هذه الحدود يعرّض النظام لظاهرة التآكل الناتج عن الفقاعة (Cavitation)، مما يؤدي إلى انطلاق الغازات، وتبخّر الزيت، والضوضاء، وتسارع التآكل على الأسطح الداخلية. .

تشخيص الأعطال النموذجية

شفط غير كافٍ أو غياب الشفط تمامًا

من الأسباب الشائعة: عدم دوران الدوار الداخلي (تحقق من ترس الدودة أو عجلة الدودة أو الترس في نظام القيادة، أو براغي تثبيت الدوار الداخلي أو دبابيس تحديد موضعه للتأكد من فراغها)؛ عدم تطابق اتجاه الدوران مع المحرك الرئيسي، ما يؤدي إلى عكس منفذَي الدخول والخروج؛ انسداد خط التفريغ؛ انسداد شاشة مرشح المدخل؛ التآكل الشديد في الدوارين الداخلي والخارجي الذي يمنع تشكُّل التجويف المغلق؛ اتصال الطرف الطرفي لأنبوب المدخل بقاعدة خزان الزيت؛ دخول الهواء عند مدخل المضخة الساحب؛ أو انخفاض مستوى الزيت بشكلٍ كبير. .

تقلبات ضغط كبيرة

غالبًا ما ينتج هذا عن: خطأ كبير في اللامركزية أو فراغ زائد بين الدوار الخارجي وجسم المضخة (ويجب أن يكون خطأ اللامركزية ضمن ±٠٫٠٢ مم، والفراغ بين الدوار الخارجي وجسم المضخة ضمن ٠٫٠٤–٠٫٠٦ مم)؛ دقة منخفضة في شكل أسنان الدوارين الداخلي والخارجي (وهو شائع في الدوارات المصنوعة بتقنية صهر المساحيق)؛ اهتزاز جذري أو محوري مفرط؛ فراغ جانبي زائد بين الأسنان (ويجب ألا يتجاوز ٠٫٠٧ مم)؛ أو اختلاط الهواء داخل المضخة. .

عدم ارتفاع الضغط

افحص ما يلي: دخول الهواء عند مدخل المضخة؛ سرعة الدوار الداخلي منخفضة جدًّا (افحص اتصال نقل الطاقة من العمود الرئيسي إلى الدوار الداخلي للتأكد من وجود فراغ أو انزلاق)؛ انسداد جزئي في منفذ السحب؛ أو تداخل غير جيد بين الترس الحلزوني والعجلة الحلزونية أو التروس مما يؤدي إلى تذبذب سرعة الدوار الداخلي .

ضوضاء مفرطة

تشمل الأسباب: انخفاض مستوى الزيت ما يؤدي إلى امتصاص الهواء، أو انسداد جزئي في شاشة الفلتر ما يؤدي إلى ضعف السحب؛ أو اهتراء شديد في المكونات؛ أو تغيُّر في موقع نقطة تداخل انتقال الطاقة الخاصة بالمضخة .

تسرب زيت خارجي

افحص ما يلي: براغي تثبيت جسم المضخة أو الموصلات فضفاضة؛ أو أختام تالفة؛ أو إغلاق غير محكم لفلانش منفذ التفريغ؛ أو تشوه أو تلف في جسم المضخة أو غطائها .

ملاحظات اختيار سلسلة NBL

سلسلة NBL هي مضخة تروس داخلية مترابطة ذات أسنان مستقيمة، صُمِّمت لتوفير أداء موثوق في عملية السحب الذاتي. وأهم اعتبارات الاختيار للمبتدئين:

الازاحة والسرعة: يجب مطابقة ازاحة المضخة مع متطلبات تدفق النظام عند السرعة التشغيلية المقصودة. وتُنتج مضخات التروس الداخلية عمومًا تدفقًا سلسًا مع اهتزاز منخفض، ما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب إخراجًا مستقرًا.

تكوين المدخل: تتطلب سلسلة NBL ارتفاعًا ذاتيًا للشفط لا يتجاوز ٥٠٠ مم (فراغ المدخل لا يتجاوز ٠٫٠٣ ميجا باسكال). وإذا استُخدم تغذية إجبارية، فلا يجوز أن تتجاوز الضغط ٠٫٥ ميجا باسكال دون ترقية الختم الزيتي ليكون مقاومًا للضغط. .

التثبيت والمحور: تأكَّد من أن نوع الشفاه (معيار SAE أو ISO) ومواصفات المحور (ذو المفتاح أو ذو الأسنان المسننة) تتوافق مع نظامك. وتتوفر واجهات التثبيت القياسية لـ SAE وISO على مضخات التروس الداخلية من السلسلة QT والموديلات المشابهة. .

ملاءمة الاستخدام: تتميز مضخات التروس الداخلية بأداء ممتاز في السرعات العالية، وانخفاض مستوى الضوضاء، واهتزاز تدفقي صغير، لكنها تمتلك أشكال أسنان معقدة وتكلفة تصنيع أعلى من مضخات التروس الخارجية. وتُفضَّل حيثما يُشترط التشغيل السلس والهدوء.

أبرز النقاط للمبتدئين

تُوفِّر مضخَّات التروس الداخلية تدفُّقًا سلسًا ومنخفض الاهتزاز من خلال إغلاق جانبي السحب والطرد عند نقطة تلامس بين أطراف أسنان الترس المُحرِّك والمُحرَّك. ويُفضَّل حساب السعة التصريفية وفق مبادئ العزم النظري لتحقيق الدقة، بينما يُعطى التدفُّق العملي بالعلاقة: Q = Vd × N. وتكون حدود السحب صارمةً — فعادةً ما تكون ارتفاعية السحب الذاتي ٠٫٥ مترٍ، وفراغ المدخل ٠٫٠٣ ميجا باسكال لمضخَّات السلسلة NBL. ويعود معظم حالات الفشل الميداني إلى دخول الهواء، أو عكس اتجاه الدوران، أو انسداد شاشات المدخل بالشوائب، أو التآكل المفرط في فراغات الدوارات. وعند اختيار مضخَّات السلسلتين QT أو NBL، يجب التأكُّد من أن السعة التصريفية، وتصنيف الضغط، ومدى السرعة، وتكوين مدخل السحب، وواجهة التثبيت تتطابق تمامًا مع متطلبات نظامك.