Bơm bánh răng đơn, đôi (đa)

Bơm bánh rănglà một lớp họcmáy bơm dịch chuyển-dương quaytrong đó chất lỏng được di chuyển nhờ sự ăn khớp của các bánh răng. Khi các bánh răng quay, chúng giữ lại một lượng chất lỏng cố định và mang chúng từ đầu vào đến đầu ra, tạo ra dòng chảy tỷ lệ với tốc độ quay của máy bơm (trong giới hạn thiết kế).

Trong bài viết này, chúng tôi so sánh ba cấu hình phổ biến:

• Đơn (một-phần)bơm bánh răng - một tầng bơm, thiết kế đơn giản
• Phần đôi/song song/nhiều-bơm bánh răng - nhiều phần bơm được gắn trên một trục chung

Hiểu được sự khác biệt giữa các loại này giúp các kỹ sư và nhà thiết kế hệ thống chọn máy bơm phù hợp cho nhu cầu chất lỏng, lưu lượng và áp suất cụ thể.

Khái niệm cơ bản về bơm bánh răng

Nguyên tắc hoạt động

Bơm bánh răng là một loạibơm dịch chuyển tích cực: chất lỏng được vận chuyển theo thể tích cố định giữa các răng bánh răng và vỏ bơm và được phân phối khi các bánh răng quay.

Các bước chung trong hoạt động của bơm bánh răng là:

• Phía hút (hút)

Khi các bánh răng giãn ra (răng tách rời) ở phía đầu vào, áp suất thấp (chân không một phần) hình thành, hút chất lỏng vào các khoang giữa răng và vỏ.

• Vận chuyển chất lỏng

Chất lỏng bị giữ lại trong các túi được tạo thành bởi các bề mặt bánh răng và vỏ và được vận chuyển xung quanh chu vi bên ngoài của máy bơm (bên ngoài vùng chia lưới).

• Phía xả

Khi các răng bánh răng bắt đầu ăn khớp trở lại, thể tích giữa chúng co lại, do đó buộc chất lỏng chảy ra ngoài qua cổng xả.

• Kiểm soát rò rỉ / dòng chảy ngược

Khoảng hở chặt chẽ giữa sườn bánh răng, đường kính ngoài và thành vỏ giúp giảm thiểu chất lỏng trượt ngược từ phía xả sang phía hút.

Bởi vì độ dịch chuyển trên mỗi vòng quay gần như cố định nên tốc độ dòng chảy xấp xỉ tỷ lệ với tốc độ quay (trong giới hạn cơ học và thủy lực).

Thiết kế bơm bánh răng bên ngoài và bên trong

Có hai cấu trúc liên kết bơm bánh răng chính thường được sử dụng trong công nghiệp:

Bơm bánh răng ngoài

Sử dụng hai bánh răng bên ngoài (xúc xích/xoắn ốc/xương cá) cạnh nhau, ăn khớp với nhau.

Một bánh răng được dẫn động (bằng động cơ hoặc trục), bánh răng còn lại là bánh răng chạy không tải.

Khi các bánh răng quay, chúng mang chất lỏng xung quanh ngoại vi bên ngoài từ phía đầu vào đến phía đầu ra.

Bơm bánh răng ngoài thường có khả năng chịu áp suất cao hơn và kết cấu nhỏ gọn hơn, nhưng yêu cầu dung sai chặt chẽ và nhạy cảm hơn với mài mòn.

Bơm bánh răng trong (Gerotor / Crescent Internal)

Một trong các bánh răng (rôto) là bánh răng bên trong (răng ở bên trong) và nó ăn khớp với một bánh răng chạy không tải bên ngoài bên trong nó.

Một vách ngăn hình lưỡi liềm cố định{0}}(con dấu hình lưỡi liềm) thường ngăn cách các đường dẫn vào và ra, ngăn dòng chảy ngang{1}}và định hướng chuyển động của chất lỏng.

Chất lỏng chảy qua các khoang "bánh răng trong bánh răng", sau đó hợp nhất và thải ra dưới dạng lưới răng bánh răng bên trong và bên ngoài.

Thiết kế bên trong thường có đặc tính hút tốt hơn, xử lý độ nhớt chất lỏng cao hơn và có thể dung sai tốt hơn.

Bơm bánh răng đơn (Một{0}}phần)

Cấu trúc & Cơ chế làm việc

A bơm bánh răng một phầnchứa chính xác một tầng bơm: một cặp (hoặc bộ) bánh răng, một cổng vào và một cổng ra. Khi bánh răng quay, chất lỏng được hút vào khoảng trống giữa các răng bánh răng ở phía hút, được dẫn xung quanh chu vi bên ngoài (hoặc bên trong trong các thiết kế bên trong) và thoát ra ở phía xả khi các răng ăn khớp lại.

Các yếu tố cấu trúc chính bao gồm:

• Thiết bị dẫn động và thiết bị dẫn động (không tải)
• (Các) trục và vòng bi
• Vỏ/vỏ bơm có cổng vào và cổng ra
• Khoảng hở giữa các sườn bánh răng, đường kính ngoài và thành vỏ

Đối với máy bơm loại-bên trong: hình lưỡi liềm hoặc vách ngăn để phân chia đường dẫn vào và ra

Khoảng hở và dung sai được kiểm soát chặt chẽ để giảm rò rỉ (hoặc trượt) từ phía áp suất cao{0}}về phía áp suất thấp.

Ưu điểm & Hạn chế

Thuận lợi

Đơn giản: Ít bộ phận hơn, niêm phong đơn giản hơn, bảo trì dễ dàng hơn

Sự nhỏ gọn: Diện tích nhỏ hơn cho dung lượng nhất định (so với nhiều{0}}phần)

Chi phí-hiệu quả: Chi phí sản xuất và lắp đặt thấp hơn

Dòng chảy đáng tin cậy: Độ dịch chuyển dương mang lại dòng chảy ổn định, gần như không có xung (đặc biệt ở tốc độ ổn định)

Tốt cho nhiều chất lỏng: Thích hợp cho dầu, chất bôi trơn, chất lỏng nhớt, hóa chất - đặc biệt khi độ hở được quản lý tốt

Từ các nguồn:

Bơm bánh răng ngoài có thiết kế tương đối đơn giản, nhỏ gọn và bền bỉ.

Bơm bánh răng thường cung cấp dòng chảy trơn tru, đáng tin cậy và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thủy lực và chất lỏng nhớt.

Hạn chế

Chỉ mạch đơn: Nguyên bản không thể cung cấp nhiều hơn một đầu ra từ cùng một phần

Rò rỉ / trượt: Ngay cả với dung sai chặt chẽ, vẫn xảy ra một số rò rỉ bên trong; đối với chất lỏng có độ nhớt thấp,-tổn thất có thể đáng kể hơn

Giới hạn áp suất và tốc độ: Độ bền cơ học của một phần giới hạn áp suất và tốc độ tối đa. Theo tài liệu, máy bơm bánh răng ngoài thường bị giới hạn ở mức ~ 210 bar và ~ 3000 vòng/phút trong nhiều thiết kế.

Độ nhạy mài mòn: Chất lỏng mài mòn hoặc chất gây ô nhiễm có thể tăng tốc độ mài mòn, tăng độ hở và giảm hiệu suất theo thời gian

Hạn chế hút: Đối với các hệ thống sẵn có có độ nhớt hoặc-sức hút-thấp, thiết kế bánh răng đơn có thể gặp khó khăn trong việc điều khiển hoặc duy trì lực hút

Bơm bánh răng đôi/nhiều phần{0}}(Song song/hỗn hợp)

Định nghĩa & Kiểu sắp xếp phần

A bơm bánh răng đôi/song songvề cơ bản là hai phần bơm bánh răng được kết hợp trong một vỏ duy nhất và được dẫn động bởi một trục chung. Tổng quát hơn, mộtnhiều phầnhoặchợp chấtbơm bánh răng có thể bao gồm ba phần trở lên.

Mặc dù mỗi phần hoạt động độc lập về mặt thủy lực nhưng nhiều thiết kế có chung mộtcổng hút chungnằm ở phần trung tâm của máy bơm để đơn giản hóa việc nạp chất lỏng. Thủy lực Bucher Trong những thiết kế này, các phần chỉ khác nhau ở phía xả của chúng, cho phép chúng cung cấp nhiều mạch hoặc áp suất khác nhau.

Cấu hình bao gồm:

• Phần xả song song: Mỗi phần có ổ cắm riêng (để cấp nguồn cho các mạch chất lỏng riêng biệt).
• Phần chuỗi / tầng: Việc xả một phần sẽ cấp nước cho phần khác, tạo ra áp suất cao hơn hoặc có chức năng dàn dựng.
• Các loại hỗn hợp: Một phần có thể hoạt động ở áp suất thấp/dòng chảy cao, phần khác có thể hoạt động ở áp suất cao/dòng chảy thấp, nhưng được dẫn động bởi cùng một trục.

Phương pháp thiết kế & tính năng chính

Cổng hút chung: Như đã lưu ý, nhiều phần thường được hút từ cùng một đầu vào, giúp đơn giản hóa hệ thống ống nước và giảm chi phí đường ống hút.

Thứ tự phần dựa trên chuyển vị: Trong máy bơm-bánh răng nhiều{1}}bên trong (ví dụ: dòng QX của Bucher), bộ phận có chuyển vị lớn hơn được đặt ở phía truyền động (đầu trục) để giảm ứng suất cơ học.

Hoạt động độc lập: Mặc dù các phần chia sẻ bộ truyền động cơ học và lực hút, nhưng chúng có thể hoạt động độc lập ở phía xả mà không có sự can thiệp trực tiếp của thủy lực.

Tích hợp nhỏ gọn: Máy bơm nhiều phần kết hợp nhiều máy bơm thành một cụm, tiết kiệm không gian và giảm độ phức tạp của đường ống bên ngoài cũng như việc lắp đặt.

Tùy chỉnh linh hoạt: Các phần có thể có kích thước khác nhau (độ dịch chuyển, vật liệu, định mức áp suất khác nhau) để phù hợp với nhiều yêu cầu hệ thống.

Ưu điểm & Sự đánh đổi

Thuận lợi

Đầu ra đa kênh: Một biến tần có thể cung cấp nhiều mạch ở lưu lượng hoặc áp suất khác nhau.

Tiết kiệm không gian và chi phí: Một vỏ + trục đầu vào dùng chung giúp giảm chi phí sử dụng, hệ thống ống nước và lắp đặt so với nhiều máy bơm riêng biệt.

Thiết kế hệ thống linh hoạt: Các phần có thể được điều chỉnh theo nhu cầu của hệ thống (ví dụ: một luồng cao, một luồng chính xác).

Giảm số lượng thành phần: Ít động cơ, giá đỡ và vỏ máy bơm riêng biệt hơn.

Phối hợp tốt hơntrong các hệ thống có nhiều tải thủy lực (ví dụ như máy móc di động) để tối ưu hóa hiệu quả.

Sự đánh đổi/Hạn chế

Tăng độ phức tạp: Nhiều bộ phận hơn (phớt, vòng bi, mối nối) có thể đồng nghĩa với việc có nhiều điểm hư hỏng tiềm ẩn hơn.

Chi phí và bảo trì cao hơn: Độ chính xác trong sản xuất, độ kín giữa các phần và chi phí lắp ráp tăng lên.

Đường dẫn rò rỉ bên trong: Mỗi phần bổ sung giới thiệu các tuyến rò rỉ bổ sung và tổn thất hiệu suất.

Hạn chế hút: Sức hút chung có thể hạn chế tổng công suất hút; các phần có thể cạnh tranh dưới đầu hút thấp.

Cân bằng thử thách: Nếu một đoạn bị hư hỏng hoặc không được sử dụng đúng mức, dòng chảy ở các đoạn khác có thể dịch chuyển hoặc ảnh hưởng đến sự ổn định áp suất.

Hạn chế thiết kế: Trong các bậc thang nối tiếp, phải tuân thủ giới hạn áp suất của đoạn hạ lưu.

So sánh

-Ví dụ thực tế trên thế giới / Nghiên cứu điển hình

Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu cho thấy cách sử dụng bơm bánh răng đơn, đôi hoặc nhiều phần trong các hệ thống công nghiệp thực tế. Những điều này giúp tạo nền tảng cho cuộc thảo luận lý thuyết trong việc sử dụng thực tế.

Hệ thống thủy lực / bôi trơn

Trong các bộ nguồn thủy lực (HPU) hoặc hệ thống thủy lực di động nhỏ gọn,bơm bánh răng bên ngoài một phần-thường được sử dụng để cung cấp nguồn thủy lực chính cho bộ truyền động, van, xi lanh, v.v. Kích thước nhỏ gọn và dòng chảy đáng tin cậy khiến nó trở nên lý tưởng cho nhiều hệ thống máy móc.

Trong các mạch bôi trơn (ví dụ cho hộp số công nghiệp, tua bin, máy nén), bơm bánh răng (đặc biệt là loại bên trong) cấp dầu qua vòng bi và vòng đệm. Độ dịch chuyển dương và dung sai đối với dầu nhớt của chúng rất có giá trị trong việc duy trì áp suất ổn định bất chấp sự thay đổi tải trọng.

Xử lý chất lỏng hóa học, polymer và nhớt

Đo/định lượng hóa chất, nhựa, polyme: Bơm bánh răng được sử dụng để cung cấp lượng chất lỏng chính xác, vì lưu lượng tỷ lệ thuận với vòng/phút và tương đối không nhạy cảm với sự dao động áp suất ở hạ lưu.

Trong xử lý polymer và chuyển nhựa,bơm bánh răng nội bộđược ưu tiên hơn vì chúng xử lý các chất lỏng có độ nhớt cao và-bị cắt một cách nhẹ nhàng hơn.

Sơn, mực, chất kết dính: bơm bánh răng được sử dụng để tuần hoàn, nạp hoặc tuần hoàn các môi trường chất lỏng này trong hệ thống sơn, thường yêu cầu khả năng tương thích hóa học và kiểm soát đo lường tốt.

Máy móc công nghiệp & Thiết bị di động

Thủy lực di động (xây dựng, máy nông nghiệp)thường sử dụng máy bơm song song/nhiều phần để điều khiển nhiều mạch phụ (ví dụ: lái + cần + bộ ổn định) từ một nguồn điện chung.

Trong máy ép công nghiệp hoặc máy tạo hình, mô-đun bơm bánh răng đôi hoặc ba bánh có thể cung cấp nhiều vùng áp suất (cấp thô, cấp liệu mịn, mạch kẹp) trong cùng một khung, giảm diện tích và đơn giản hóa hệ thống ống nước.

Vận chuyển dầu và nhiên liệu trong các nhà máy hóa dầu: bơm bánh răng ngoài được sử dụng để di chuyển dầu nặng, nhựa đường, nhựa đường và chất lỏng hydrocarbon nhớt. Cấu trúc cứng nhắc và khả năng làm việc ở áp suất cao khiến chúng phù hợp.

bơm bánh răng vẫn là công nghệ nền tảng trong hệ thống năng lượng chất lỏng do tính đơn giản, độ tin cậy và hành vi dòng chảy có thể dự đoán được của chúng. Sự khác biệt giữamột phần-Vàphần đôi/nhiều-(song song/ghép)cấu hình chủ yếu nằm ở tính linh hoạt, phức tạp và tích hợp hệ thống:

• A bơm bánh răng một phầncung cấp một giải pháp đơn giản, tiết kiệm chi phí-khi chỉ cần một mạch chất lỏng và hoạt động ổn định là đủ.
• A bơm bánh răng nhiều{0}}phầntrở nên thuận lợi khi cần nhiều mạch, yêu cầu áp suất/dòng chảy đa dạng và tích hợp nhỏ gọn - mặc dù phải trả giá bằng độ phức tạp bên trong tăng lên, giao diện bịt kín và sự cẩn thận trong thiết kế.

Khi lựa chọn giữa chúng, các kỹ sư nên cân nhắc các thông số như lưu lượng, áp suất, trạng thái tải một phần{0}}, mức độ dễ bảo trì và các ràng buộc về bố cục hệ thống.

Khi các thiết kế bơm bánh răng tiếp tục phát triển (với vật liệu tốt hơn, dung sai chặt chẽ hơn, khả năng bịt kín tiên tiến, tính mô-đun), những sự cân bằng-này thay đổi một cách tinh vi theo thời gian. Việc theo dõi các nhà sản xuất tích hợp khả năng thiết kế, thử nghiệm và tùy chỉnh mạnh mẽ cũng rất hữu ích.

Trên lưu ý đó, một công ty như vậy làThủy lực Poocca (Thâm Quyến), một-nhà cung cấp dịch vụ trọn gói linh kiện thủy lực cung cấp nhiều loại máy bơm bánh răng (bên ngoài, bên trong, song song), cùng với máy bơm, động cơ, van và bộ phận thủy lực có liên quan. Kinh nghiệm của họ về dịch vụ OEM/ODM, phạm vi sản phẩm đa dạng và đảm bảo chất lượng khiến họ trở thành tài liệu tham khảo hữu ích (hoặc nhà cung cấp tiềm năng) khi bạn cần chuyển từ lý thuyết sang phần cứng thực tế.