پمپ های دنده خارجی

3-4 پمپهای دنده ای

در این دسته از پمپها از دو چرخدنده که با هم در گیرند استفاده می شود. با درگیری چرخدنده ها عمل پمپاژ صورت می گیرد. این پمپها نسبتاً ارزان قیمت، جمع و جور و اجزاء متحرک کمی دارند.
پمپهای دنده ای را می توان به انواع ذیل تقسیم بندی نمود:

  • پمپهای دنده خارجی
  • پمپهای دنده داخلی
  • پمپهای چنبره ای
  • پمپهای ژیرو توری

3-4-1 پمپ های دنده خارجی
شماتیکی از پمپ دنده خارجی در شکل (3-4) نشان داده شده است. یک پمپ دنده خارجی شامل دو چرخدنده خارجی هم اندازه است که با هم در گیرند و در پوسته پمپ قرار گرفته اند. هر چرخدنده بر روی یک شفت قرار گرفته است که شفت توسط یاتاقانهای سوزنی حمایت می شود.در پمپهای دنده خارجی دوران یکی از چرخدنده ها بوسیله سیستم محرک تامین گشته و دیگری که واسطه آن چرخدنده به حرکت در می آید. چرخدندهای که بر روی شفت محرک سوار می شود چرخدنده محرک سیستم نامیده می شود. فضای بین دندانه ها، پوسته و ضخامت جانبی، محفظه هایی از روغن را تشکیل می دهند.
در محلی که دندانه ها از هم جدا می شوند حجم محفظه افزایش یافته و فشار از فشار اتمسفر کمتر می شود در نتیجه در اثر خلاء ایجاد شده، سیال به داخل محفظه مکیده شده و فضای بین دندانه ها را پر می کند. در ادامه چرخش چرخدنده ها دوباره دندانه ها با هم در گیر شده و فضای بین آنها کاهش می یابد. در این حالت سیال تحت تاثیر نیروی زیاد از طریق مجرای خروجی به بیرون از پمپ هدایت می شود. لازم به ذکر است با توجه به اینکه در مرحله تخلیه، سیال تحت تاثیر نیروی زیادی قرار دارد پمپ از آببندی خوبی برخوردار می باشد از طرفی در گیری دندانه های دو چرخدنده باید از تلرانس کافی بر خوردار باشد. چناچه به مرور زمان در اثر سایش این تلرانس زیاد شود، سیال پر فشار از محفظه پر فشار(خروجی) به محفظه کم فشار( مکش) برگشت می کند. بدین ترتیب جریان توسط پمپ تولید و توسط آن انرژی از منبع تولید به دریافت کننده ( عملگرها) منتقل می شود.
حجم جابجایی سیال در پمپهای چرخدنده خارجی توسط تعداد دندانه های چرخدنده، حجم سیال بین هر جفت از دندانه و سرعت دوران آن تعیین می شود. نکته مهمی که باید به ان توجه داشت این است که در این پمپها بازای هر دور گردش، حجم ثابتی از سیال پمپاژ می شود. از جمله پارامترهای مهمی که بر روی عملکرد پمپ تاثیر می گذارد، نشتی پمپ و توانایی پمپ در تحمل اختلاف فشار بین مجرای ورود و خروج می باشد. این دسته از پمپها بصورت یک مرحله یا چند مرحله ای طراحی می شوند. بدین منظور از اجزاء مخصوص که بصورت موازی به هم متصل هستند استفاده می شود یا با قرار گیری چند پمپ بر روی یک شفت و جدا کردن مجراهای ورود و خروج ظرفیت جریان خروجی را افزایش می دهند.
نکته ای که باید توجه داشت این است که با توجه به اختلاف بین دهانه های ورودی و خروجی پمپ نیروهای نامتعادلی به یا تا قانهای پمپ وارد می شود که این موضوع سبب کاهش عمر یاتاقانها و خرابی قطعات پمپ می شود.
در پمپهای چرخدنده ای دانستن نکات ذیل اهمیت زیادی دارد:

  • در گیری کامل چرخدنده ها در محل اتصال
  • لقی خیلی کم بین دندانه های چرخدنده و محفظه و همچنین بین صفحات جانبی و پهنای چرخدنده

هنگام یکه پمپ کار می کند در طول در گیری چرخدنده ها، در هر لحظه دو دندانه با هم در گیرند که روغن در قسمت تحتانی دندانه ها حبس می شود. در این وضعیت نباید هیچ راهی برای فرار روغن وجود داشته باشد و در یک لحظه روغن پر فشاری ایجاد خواهد شد که این موضوع سبب کو بیدگی دندانه ها و صدا کردن پمپ خواهد شد. مادامیکه چرخدنده دوران می کند فضای بین دو دندانه عمل انتقال روغن را از سمت ورودی به سمت خروجی انجام می دهد. به منظور جلو گیری از کوبیده شدن و صدا کردن پمپ، یک تورفتگی در قسمتی از صفحه جانبی ایجاد می شود که با فضایی که سیال به تله می افتد در محل در گیری هم تراز است . تو رفتگی فقط در همین بخش از فضایی که سیال به تله می افتد امتداد پیدا می کند. روغن تحت فشار، از طریق تو رفتگی به منطقه تخلیه تزریق می شود.
زمانیکه دو دندانه به محل تقاطع خود می رسند، فضای تله سیال بر سر راه تو رفتگی قرار خواهدگرفت و در نتیجه از طریق این تو رفتگی، هیچگونه ارتباط داخلی بین منطقه فشار و منطقه مکش بوجود نمی آید. در طول معاینه فنی و تعمیر این پمپ ها، معمولاً اشخاص تمایل به یک ماشینکاری در صفحه جانبی دارند که هدف از آن افزایش حجم تو رفتگی می باشد.
ولی باید از انجام این کارجلوگیری کرد چرا که افزایش حجم تو رفتگی، باعث ایجاد ارتباط داخلی بین مناطق تخلیه و مکش می شود. حصول اطمینان از جایگاه صحیح صفحات جانبی، هنگام مونتاژ پمپ و یا تعمیر آن بسیار مهم می باشد. چناچه یک صفحه جانبی به حالت معکوس قرار داده شود، باعث می شود تو رفتگی در منطقه تخلیه پمپ قرار گیرد که از این طریق، روغن در منطقه دام گرفتار می شود. صفحات جانبی در پمپ های چرخ دنده ای عموماً قابل تعویض است. در صورتی که فاصله مجاز بین چرخ دنده و صفحات جانبی از حد مجاز تعیین شده توسط کارخانه فراتر رود، معمولاً در هنگام تعمیرات فنی پمپ، قطعه تعویض می شود. در ادامه به نحوه محاسبه دبی تئوری پمپ پرداخته شده است:
با فرض آنکه:
:DO قطر خارجی دنده های چرخ دنده
DI: قطر داخلی دندانه های چرخ دنده
L: پهنای دندانه های چرخ دنده
Vd: حجم جابجایی پمپ
N: سرعت پمپ
Qt: دبی تئوری پمپ باشد

با استفاده از هندسه چرخ دنده، حجم جابجایی را می توان از معادله زیر بدست آورد:
(3-1) v_d=□(π/4) (D_1^2-D_1^2 )L

دبی تئوری را از رابطه ذیل نیز می توان تعیین نمود:
(3-2) Q_1=V_d×N

معادله فوق نشان می دهد که تغییرات جریان بطور مستقیم به سرعت پمپ بستگی دارد. این رابطه خطی در شکل 3-6a نشان داده شده است.
رابطه بین جریان و فشار نشان می دهد که دبی تئوری در یک سرعت معین ثابت است. این ارتباط در نمودار (3-6b) نشان داده شده است. همانطور که از نمودار های فوق مشاهده می شود دبی واقعی (Q_a ) پمپ کم تر از دبی تئوری (Q_t ) است که یکی از دلایل آن نشتی داخلی پمپ می باشد.

نشتی داخلی روغن
معمولا روغن از طریق هر منفذ یا لقی از قسمت پر فشار به سمت محفظه کم فشار نشت می کند در پمپهای چرخدنده ای معمولاض بین چرخدنده و پوسته لقی وجود دارد که مسیری را برای نشتی روغن ایجاد می کند، در نتیجه مقدارکمی روغن از سمت فشار بالا به سمت فشار ضعیف نشت می کند که بعنوان نشتی داخلی محسوب می شود. نشتی داخلی روغن به لغزش پمپ نیز معروف است. این روغن تمایل دارد در امتداد محور و سپس از طریق شیارهای ایجاد شده در سطح پشت صفحه جانبی جریان یابد. از این شیارها روغن از طریق یک مجرا در پوسته پمپ به محفظه مکش وارد می شود. این همان نشتی داخلی روغن است که یا تاقان های سوزنی را در پمپ روغنکاری می کند. بنابراین کاملاً آشکار است که در اثر این نشتی دبی واقعی پمپ دنده ای کمتر از دبی تئوری خواهد بود. نسبت دبی واقعی به دبی تئوری را “بازده حجمی” پمپ می نامند که با علامت v نشان داده شده است. (3-3) n_v=⌊□(Oa/Qt)⌋
با افزایش فشار خروجی پمپ ( در اثر یک بار سنگین یا مقاومت در برابر جریان سیستم هیدرولیکی) نشتی داخلی پمپ نیز بیشتر می شود و به همان نسبت بازده حجمی پمپ نیز کاهش خواهد یافت. افزایش غیر عادی در فشار خروجی پمپ علاوه بر آنکه سبب افزایش نشتی داخلی می شود بار زیادی نیز بر روی یاتاقان های پمپ اعمال می کند که در نتیجه عمر اتاقان کاهش یافته و همچنین باعث فرسایش تمام دندانه های چرخ دنده و دیواره داخلی آن و در نتیجه سبب خراب شدن پمپ می شود. بنابراین جهت جلو گیری از افزایش ناگهانی فشار در پمپهای دنده ای و یا پمپهای جابجایی مثبت می بایست سیستم ایمنی مناسبی در نظر گرفته شود که برای اینکار از سوپاپ اطمینان استفاده می شود. پمپهای چرخدنده ای استاندارد در فشارها و دبی هایی به ترتیب برابر با (1138psi)80kg/〖cm〗^2 و (185 gpm) 700lit/min استفاده می شود. محدوده تغییرات فشار در این پمپها بین (1707psi) 120 kg/cm و (2133psi) 150kg/〖cm〗^2 می باشد.
پمپهای چرخدنده ای که از چرخدنده های استوانه ای ( دندانه های موازی با محور چرخدنده می باشد) استفاده می کنند معمولاً همراه با سر وصدا هستند بخصوص در سرعتهای بالا. استفاده از چرخدنده های مورب ( دنداده ها نسبت به محور چرخدنده دارای شیب می باشدد)در پمپ های دنده ای میزان صدا را کاهش داده دعملکرد نرمی را برای پمپ ایجاد می کند، هر چند که چرخدنده های مورب گران هستند و معمولاً کاربرد آنها در فشارهای پائین می باشد. از دیگر معایب چرخدنده های مورب این ست که در هر دور از حرکت خود فشار محوری را افزایش می دهد. در کاربرد هایی که میزان فشار زیاد می باشد استفده از چرخ دنده جناغی بسیار مناسب می باشد. ایندسته از چرخدنده ها شامل دو سری دندانه مورب بر روی یک چرخ دنده می باشد. یک ردیف از چرخ دنده راستگرد مباشد در حالی که ردیف دیگر چپ گرداست. نکته اصلی اینکه در این چرخ دنده ها ضربه ناشی از فشار محوری حذف می شود. بعلاوه این نوع چرخدنده هاعملکرد نرمی را ایجاد می کنند و جریان تولیدی آنها بیشتر است. پوسته پمپ قطعه ای است با شیارهای ماشین کاری شده که یک لقی شعاعی بزرگ در محفظه مکش فراهم می کند. در پمپ های کوچکتر لقی شعاعی در محفظه فشار در حدود %3 Mm است، در حالی که در پمپ های بزرگتر حدود mm%5 می باشد. لقی در محفظه مکش حدود سه برابر بزرگتر می باشد.