Princíp fungovania a aplikácie vnútorných ozubených čerpadiel

Princíp záberu: Ako funguje vnútorný ozubený čerpadlový stroj

Vnútorný ozubený čerpadlový stroj pozostáva z pohánňanej ozubenej kolesa (vonkajšie ozubené koleso, umiestnené vo vnútri) a poháňanej ozubenej kolesa (vnútorné ozubené koleso, umiestnené vonku) obe ozubené kolesá sa otáčajú v rovnakom smere, pričom ich vrcholy zubov sa navzájom tesnia v bode kontaktu, čím sa oddelí sacia strana od tlakového výstupu.

Existujú dve hlavné architektúry vnútorných ozubených čerpadiel. Typ s polmesiacom používa polmesiacovitú deliacu dosku medzi vrcholmi zubov na zabránenie úniku medzi vrcholmi pohánňanej a poháňanej ozubenej kolesa. Typ bez polmesiaca namiesto toho spolieha na priamy kontakt medzi časťami vrcholov zubov oboch ozubených kolies v jednom bode na oddelenie sacích a tlakových častí, pričom v praxi je poskytnutá veľmi malá medzera, aby sa zabránilo zaseknutiu .

Návrh bez polmesiaca ponúka kľúčovú výhodu z hľadiska účinnosti: keďže objem medzi zubmi poháňejúceho a poháňaného ozubenia je väčší, čerpadlo môže dosiahnuť väčší teoretický výtlak pri rovnakej šírke zubov, rovnakom priemere vrcholov poháňajúceho ozubenia a rovnakom vonkajšom priemere poháňaného ozubenia ako u čerpadla s polmesiacom. Alternatívne pri rovnakom výtlaku môže byť vonkajší priemer poháňaného ozubenia menší, čo zníži trecí krútiaci moment spôsobený strihaním viskózneho oleja na posúvajúcich sa častiach ozubených kolies a zlepší mechanickú účinnosť – to je hlavný dôvod, prečo sa tento typ čerpadla široko používa v automobilových automatických prevodovkách, vrátane CVT .

Výpočet výtlaku pre začiatočníkov

Existujú dva základné prístupy k výpočtu výtlaku vnútorného ozubeného čerpadla. Geometrická metóda vypočíta objem priestoru ohraničeného zubmi poháňaného a poháňaného ozubeného kolesa. Teoretická metóda krútiaceho momentu najprv vypočíta teoretický krútiaci moment čerpadla a potom odvodí výtlak z princípu, že hydraulická energia dodaná oleju sa rovná výkonu potrebnému na pohon hriadeľa čerpadla (bez ohľadu na straty energie) .

Pre začiatočníkov je praktický výpočet prietoku nasledovný:

Q = Vd × N

kde Q je objemový prietok, Vd je výtlak objemu za jednu otáčku a N je otáčková rýchlosť .

Teoretická metóda výpočtu zdvihového objemu sa históriou ukázala ako ťažko presne aplikovateľná, pretože vyžaduje integrovanie objemu medzi zubmi ozubených kolies pri každej malej zmene uhla otáčania – čo vyžaduje kreslenie ozubených kolies pre každú polohu otáčania. CAD nástroje túto metódu urobili praktickejšou, avšak presný teoretický výpočet krútiaceho momentu stále zostáva hodnotný, pretože sa vyhýba zložitosti integrácie objemu krok za krokom. .

V praxi sa zdvihový objem ozubeného čerpadla viaže so štvorcom modulu ozubeného kolesa. Za predpokladu konštantného priemeru rozchodu je väčší modul zdrojom väčšieho zdvihového objemu čerpadla. .

Obmedzenia sacieho tlaku

Sacia výkonnosť má priamy vplyv na spoľahlivosť prevádzky čerpadla bez kavitácie. Pre vnútorné ozubené čerpadlá platia nasledujúce obmedzenia:

Všeobecné obmedzenie pre ozubené čerpadlá: skutočná sacia výška by nemala presiahnuť 0,5 m.

Špecifický limit pre sériu NBL: Výška samočinného nasávania nesmie presiahnuť 500 mm, čo zodpovedá vstupnému podtlaku najviac 0.03 MPa (0.3 bar). Ak sa používa nútené prívodné napájanie, tlak prívodu nesmie presiahnuť 0.5 MPa; v opačnom prípade je potrebné použiť tesnenie odolné voči tlaku. .

Referencia na sériu Rexroth PGH: Minimálny sací tlak (bez zaťaženia) je 0.8 bar; maximálny sací tlak (bez zaťaženia) je 2 bar. .

Prekročenie týchto limít hrozí kavitácia, ktorá spôsobuje vylúčenie plynu, vyparovanie oleja, hluk a zrýchlené opotrebovanie vnútorných povrchov. .

Typická diagnostika porúch.

Nedostatočné alebo žiadne nasávanie.

Bežné príčiny zahŕňajú: neotáčanie vnútorného rotora (skontrolujte červený prevod, červené koleso alebo ozubené koleso pohonného systému, skrutky na upevnenie vnútorného rotora alebo polohovacie kolíky na uvoľnenie); nesprávny smer otáčania vzhľadom na pohonný stroj, čo spôsobuje výmenu vstupného a výstupného prípoja; upchatie výtlakovej potrubnej siete; upchatie vstupného filtra; vážne opotrebenie vnútorného a vonkajšieho rotora, ktoré bráni tvorbe uzavretých dutín; dotyk koncového rezu vstupného potrubia so spodnou časťou olejovej nádrže; vniknutie vzduchu do sacieho ústia čerpadla; alebo príliš nízka hladina oleja .

Veľké kolísanie tlaku

Často to vyplýva z: nadmerného chybového excentricity alebo nadmerného medzeru medzi vonkajším rotorom a telesom čerpadla (chyba excentricity by mala byť v rozmedzí ±0,02 mm; medzera medzi vonkajším rotorom a telesom čerpadla v rozmedzí 0,04–0,06 mm); níkakej presnosti profilu zubov vnútorného a vonkajšieho rotora (časté pri rotorochných súčiastkach vytvorených práškovou metalurgiou); nadmerného radiálneho a čelového biehu; nadmerného bočného zubového priestoru (mal by byť v rozmedzí 0,07 mm); alebo prítomnosti vzduchu v čerpadle .

Tlak sa nezvyšuje

Skontrolujte: vnikanie vzduchu do sacieho ústia čerpadla; príliš nízku otáčkovú rýchlosť vnútorného rotora (skontrolujte spojenie prenášania výkonu od hlavnej hriadeľa ku vnútornému rotoru na uvoľnenie alebo prešmyk), čiastočné zablokovanie sacieho otvoru; alebo zlé zapadnutie ozubeného kolesa a červenej skrutky, resp. ozubených kolies, spôsobujúce kolísanie otáčkovej rýchlosti vnútorného rotora .

Prílišné hluky

Príčiny zahŕňajú: nízku hladinu oleja spôsobujúcu vnikanie vzduchu, alebo čiastočné zablokovanie filtračnej mriežky spôsobujúce nedostatočné sacie účinky; vážne opotrebovanie komponentov; alebo zmenu polohy bodu zapadnutia pri prenášaní výkonu čerpadla .

Vonkajšie úniky oleja

Skontrolujte: uvoľnené skrutky na upevnenie telesa čerpadla alebo spojky; poškodené tesnenia; zlé tesnenie príruby výtokového otvoru; alebo deformované/poškodené teleso čerpadla alebo jeho kryt .

Poznámky k výberu série NBL

Séria NBL je čerpadlo s vnútorným ozubením a priamymi zubmi, navrhnuté na spoľahlivý samonasávací výkon. Základné aspekty výberu pre začínajúcich:

Zdvih a rýchlosť: Prispôsobte zdvih čerpadla požiadavkám na prietok v systéme pri plánovanej prevádzkovej rýchlosti. Čerpadlá s vnútornými ozubenými kolesami zvyčajne poskytujú hladký prietok s nízkou pulzáciou, čo ich robí vhodnými pre aplikácie vyžadujúce stabilný výstup.

Sání: Séria NBL vyžaduje samonasávajúcu výšku ≤ 500 mm (výkonový podtlak na vstupe ≤ 0,03 MPa). Ak sa používa nútené prívodné zásobenie, tlak nesmie presiahnuť 0,5 MPa bez výmeny za tlakovú tesniacu manžetu .

Montáž a hriadeľ: Overte typ príruby (štandard SAE alebo ISO) a špecifikáciu hriadeľa (s drážkou alebo s ozubom), aby zodpovedali vašemu systému. Štandardné montážne rozhrania SAE a ISO sú dostupné u čerpadiel série QT a podobných čerpadlí s vnútornými ozubenými kolesami .

Vhodnosť pre danú aplikáciu: Čerpadlá s vnútornými ozubenými kolesami ponúkajú výhody v oblasti výkonu pri vysokých rýchlostiach, nízkeho hluku a malých pulzácií prietoku, avšak majú zložité profilovanie zubov a vyššie výrobné náklady v porovnaní s čerpadlami s vonkajšími ozubenými kolesami uprednostňujú sa tam, kde je vyžadovaný hladký chod a tichá prevádzka.

Kľúčové body pre začiatočníkov

Vnútorné ozubené čerpadlá zabezpečujú hladký, nízkopulzačný prietok uzatváraním sacieho a výtlačného okruhu v kontakte medzi špičkami zubov poháňaného a poháňaného ozubeného kolesa. Objemový výkon sa najpresnejšie vypočíta na základe teoretických princípov krútiaceho momentu; praktický prietok je daný rovnicou Q = Vd × N. Sacie limity sú prísne – typicky 0,5 m výška samonasávania a vstupné podtlakové tlaky 0,03 MPa pre čerpadlá série NBL. Väčšina porúch v prevádzke je spôsobená vniknutím vzduchu, nesprávnym smerom otáčania, znečistením sacích mriežok alebo nadmerným opotrebovaním medzier rotora. Pri výbere čerpadiel sérií QT alebo NBL overte, či objemový výkon, tlakové zaťaženie, rozsah otáčok, sacia konfigurácia a montážne rozhranie vyhovujú požiadavkám vášho systému.