اصل کار و کاربردهای پمپ‌های دنده‌ای داخلی

اصل هم‌گیرش: نحوهٔ کارکرد پمپ دنده‌ای داخلی

پمپ دنده‌ای داخلی از یک دندهٔ محرک (دندهٔ بیرونی، درونی قرار گرفته) و یک دندهٔ متحرک (دندهٔ درونی، بیرونی قرار گرفته) تشکیل شده است. این دو دنده در جهت یکسان می‌چرخند و نوک دنده‌ها در یک نقطهٔ تماس به هم فشار می‌آورند تا طرف مکش را از طرف تحویل جدا سازند.

دو معماری اصلی برای پمپ‌های دنده‌ای داخلی وجود دارد. نوع هلالی از یک صفحهٔ جداکنندهٔ هلال‌شکل بین نوک دنده‌ها استفاده می‌کند تا نشتی بین نوک دنده‌های محرک و متحرک را جلوگیری کند. نوع بدون هلال به جای آن، بر تماس مستقیم نوک دنده‌های هر دو دنده در یک نقطه متکی است تا بخش‌های مکش و تحویل را از هم جدا سازد؛ در عمل، شکاف بسیار کوچکی برای جلوگیری از قفل‌شدن تعبیه می‌شود. .

طراحی بدون هلال مزیت کلیدی از نظر بازده را ارائه می‌دهد: چون حجم بین دندانه‌های چرخ‌دندهٔ محرک و چرخ‌دندهٔ متحرک بزرگ‌تر است، این پمپ می‌تواند جابه‌جایی نظری بزرگ‌تری را در صورت یکسان بودن عرض دندانه، قطر خارجی نوک چرخ‌دندهٔ محرک و قطر خارجی چرخ‌دندهٔ متحرک با پمپ نوع هلالی به دست آورد. جایگزین دیگر این است که با جابه‌جایی یکسان، قطر خارجی چرخ‌دندهٔ متحرک می‌تواند کوچک‌تر باشد؛ این امر گشتاور اصطکاک ناشی از برش روغن ویسکوز در قسمت‌های لغزشی چرخ‌دنده‌ها را کاهش داده و بازده مکانیکی را بهبود می‌بخشد — دلیل اصلی رایج‌بودن این نوع در ترانسمیشن‌های اتوماتیک خودرو، از جمله CVTها. .

محاسبهٔ جابه‌جایی برای مبتدیان

دو روش اساسی برای محاسبه جابجایی پمپ دنده‌ای داخلی وجود دارد. روش هندسی، حجم فضای محصور بین دندانه‌های چرخ‌دندهٔ محرک و چرخ‌دندهٔ متحرک را محاسبه می‌کند. روش گشتاور نظری ابتدا گشتاور نظری پمپ را محاسبه می‌کند و سپس جابجایی را از اصل برابری انرژی هیدرولیک اعمال‌شده به روغن با توان مورد نیاز برای چرخاندن شفت پمپ (بدون در نظر گرفتن تلفات انرژی) استنتاج می‌کند. .

برای مبتدیان، محاسبهٔ عملی دبی عبارت است از:

Q = Vd × N

که در آن Q دبی حجمی، Vd حجم جابجایی در هر دور، و N سرعت چرخشی است. .

روش نظری جابجایی از نظر تاریخی کاربرد دقیق آن دشوار بوده است، زیرا نیازمند انتگرال‌گیری از حجم بین دندانه‌ها در هر تغییر جزئی زاویهٔ چرخش است — که این امر نیازمند طرح‌های دندانه‌ها برای هر موقعیت چرخشی می‌باشد. ابزارهای طراحی به کمک رایانه (CAD) این روش را عملی‌تر کرده‌اند، اما محاسبهٔ نظری دقیق گشتاور همچنان ارزشمند است، چرا که از پیچیدگی انتگرال‌گیری حجمی لحظه‌به‌لحظه جلوگیری می‌کند. .

در عمل، جابجایی پمپ دنده‌ای با مربع ماژول دنده رابطه دارد. در شرایط ثابت بودن قطر دایرهٔ پیچ، ماژول بزرگ‌تر، جابجایی بیشتری برای پمپ ایجاد می‌کند. .

محدودیت‌های فشار مکش

عملکرد مکش به‌طور مستقیم بر این مسئله تأثیر می‌گذارد که آیا پمپ می‌تواند بدون وقوع کاویتاسیون به‌صورت قابل اعتماد کار کند یا خیر. برای پمپ‌های دنده‌ای داخلی، محدودیت‌های زیر اعمال می‌شوند:

محدودیت عمومی پمپ‌های دنده‌ای: ارتفاع واقعی مکش نباید از ۰٫۵ متر بیشتر باشد.

محدودیت ویژهٔ سری NBL: ارتفاع خود‌جذب نباید از ۵۰۰ میلی‌متر بیشتر شود که معادل خلأ ورودی حداکثر ۰٫۰۳ مگاپاسکال (۰٫۳ بار) است. در صورت استفاده از روش تغذیهٔ اجباری، فشار تغذیه نباید از ۰٫۵ مگاپاسکال فراتر رود؛ در غیر این صورت باید از آب‌بند روغنی مقاوم در برابر فشار استفاده کرد .

مرجع سری PGH شرکت رکسروت: حداقل فشار مکش (بدون بار) ۰٫۸ بار و حداکثر فشار مکش (بدون بار) ۲ بار است .

عبور از این محدودیت‌ها خطر کاویتیشن را به همراه دارد که منجر به آزاد شدن گاز، تبخیر روغن، ایجاد صدا و سایش تسریع‌شدهٔ سطوح داخلی می‌شود .

تشخیص عیوب رایج

مکش ناکافی یا عدم مکش

علل رایج شامل موارد زیر است: چرخش نکردن روتور داخلی (بررسی گیربکس حلزونی سیستم محرک، چرخ دنده حلزونی یا دنده‌ها، پیچ‌ها یا پین‌های ثابت‌کننده روتور داخلی از نظر شل بودن)، جهت چرخش نامتناسب با محرک اولیه که منجر به معکوس شدن دریچه‌های ورودی و خروجی می‌شود، انسداد خط تخلیه، گرفتگی صافی ورودی، سایش شدید روتورهای داخلی و خارجی که مانع تشکیل حفره‌های بسته می‌شود، تماس سطح انتهایی لوله ورودی با کف مخزن روغن، ورود هوا از نقطه مکش پمپ، یا سطح روغن بسیار پایین. .

نوسانات بزرگ فشار

این مسئله اغلب ناشی از موارد زیر است: خطای بیش از حد در غیرمرکزیت یا شکاف بیش از حد بین روتور خارجی و بدنه پمپ (خطای غیرمرکزیت باید در محدوده ±۰٫۰۲ میلی‌متر و شکاف بین روتور خارجی و بدنه پمپ باید در محدوده ۰٫۰۴ تا ۰٫۰۶ میلی‌متر باشد)، دقت ناکافی در پروفیل دندانه‌های روتورهای داخلی و خارجی (که در روتورهای تولیدشده با فرآیند فلزپودر رایج‌تر است)، نوسان شعاعی و محوری بیش از حد، شکاف جانبی دندانه‌ها بیش از حد (که باید در محدوده ۰٫۰۷ میلی‌متر باشد)، یا ورود هوا به داخل پمپ. .

افزایش فشار امکان‌پذیر نیست

برای عیب‌یابی: ورود هوا از سوی مکش پمپ؛ سرعت چرخش روتور داخلی بسیار کم (بررسی اتصال انتقال توان از شفت اصلی به روتور داخلی از نظر شل‌شدگی یا لغزش)، مسدود شدن جزئی دریچه مکش؛ یا نامناسب بودن تماس دنده حلزونی/چرخ دنده حلزونی یا دنده‌ها که منجر به نوسان سرعت روتور داخلی می‌شود. .

صداهای بیش از حد

علت‌ها شامل: کمبود سطح روغن که باعث ورود هوا می‌شود، یا مسدود شدن جزئی صافی توری که منجر به کاهش مکش می‌گردد؛ سایش شدید قطعات؛ یا تغییر موقعیت نقطه تماس در انتقال توان پمپ می‌باشد. .

نشت روغن از بیرون

برای عیب‌یابی: شل بودن پیچ‌ها یا اتصالات محکم‌کننده بدنه پمپ؛ آسیب دیدن واشرها؛ نامناسب بودن درزگیری فلنج خروجی؛ یا تغییر شکل یا آسیب دیدن بدنه یا درپوش پمپ. .

یادداشت‌های انتخاب سری NBL

سری NBL نوعی پمپ دنده داخلی مزوج با دندانه مستقیم است که برای عملکرد قابل اطمینان در حالت خودمکش طراحی شده است. موارد کلیدی که کاربران تازه‌کار باید در انتخاب آن در نظر بگیرند:

جابجایی و سرعت: جابجایی پمپ را با نیازهای دبی سیستم در سرعت کاری مورد نظر تطبیق دهید. پمپ‌های دنده داخلی عموماً جریانی هموار با نوسان کم تولید می‌کنند و بنابراین برای کاربردهایی که خروجی پایدار می‌طلبد، مناسب هستند.

پیکربندی مکش: سری NBL نیازمند ارتفاع خودمکشی ≤۵۰۰ میلی‌متر (خلأ ورودی ≤۰٫۰۳ مگاپاسکال) است. در صورت استفاده از تغذیه اجباری، فشار باید بدون ارتقاء به آب‌بند مقاوم در برابر فشار، از ۰٫۵ مگاپاسکال فراتر نرود. .

نصب و شفت: نوع فلنج (استاندارد SAE یا ISO) و مشخصات شفت (دارای شیار مستطیلی یا شیار مارپیچ) را با سیستم خود تطبیق دهید. رابط‌های نصب استاندارد SAE و ISO در پمپ‌های دنده داخلی سری QT و مشابه آن موجود است. .

مناسب‌بودن برای کاربرد: پمپ‌های دنده داخلی در عملکرد با سرعت بالا، سر و صدای کم و نوسان کم دبی مزیت دارند، اما نسبت به پمپ‌های دنده خارجی، پروفیل دندانه‌های پیچیده‌تری داشته و هزینه ساخت بالاتری دارند. در مواردی که عملکرد هموار و کارکرد بی‌صدا مورد نیاز است، ترجیح داده می‌شوند.

نکات کلیدی برای مبتدیان

پمپ‌های دنده‌ای داخلی جریانی هموار و کم‌نوسان تأمین می‌کنند، زیرا سوخت‌گیری و تخلیه را در نقطه تماس نوک دنده‌های محور محرک و محور متحرک آب‌بند می‌سازند. حجم تخلیه را به‌ترین دقت می‌توان با استفاده از اصول گشتاور نظری محاسبه کرد؛ جریان عملیاتی نیز از رابطهٔ Q = Vd × N به‌دست می‌آید. محدودیت‌های سوخت‌گیری بسیار سخت‌گیرانه‌اند — معمولاً ارتفاع خود‌جذبی حداکثر ۰٫۵ متر و خلأ ورودی حداکثر ۰٫۰۳ مگاپاسکال برای پمپ‌های سری NBL است. بیشتر شکست‌های میدانی ناشی از ورود هوا، جهت چرخش نادرست، آلودگی صافی‌های ورودی یا سایش بیش‌ازحد در شکاف‌های روتور است. هنگام انتخاب پمپ‌های سری QT یا NBL، حجم تخلیه، رده فشاری، محدوده سرعت، پیکربندی سوخت‌گیری و رابط نصب را با نیازهای سیستم خود مقایسه و تأیید کنید.