چرا افزایش سرعت کار پمپ دنده‌ای موثر است؟

افزایش سرعت کار پمپ دنده‌ای برای به حداکثر رساندن محدوده تطبیق کارآمد موتورهای الکتریکی یکی از راه‌های ممکن برای دستیابی به بهره‌وری انرژی در ماشین‌های الکتریکی است. این مقاله با استفاده از یک روش شبیه‌سازی تأیید شده با آزمایش‌های بعدی از نظر راندمان پر کردن، ابتدا ظرفیت مکش پمپ‌های دنده‌ای داخلی هلالی با پارامترهای هندسی مختلف در سرعت بالا و جفت دنده را که برای سرعت‌های بالا مناسب‌تر است، مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.

عملیات به دست آمد. پس از آن، به عنوان سهم مهم‌تر، دو راه حل جفت از یک پمپ جابجایی غیر مثبت و یک پمپ دنده‌ ای داخلی برای تحت فشار قرار دادن ورودی پمپ دنده‌ای برای جلوگیری از حفره شدن آن پیشنهاد شد.

در راه حل طراحی فشرده، نوع سوراخ شیبدار و پمپ‌های تیغه‌ای جریان محوری سرعت یکسانی با پمپ دنده‌ای دارند، در حالی که راه حل طرح غیرمتمرکز امکان تنظیم انعطاف‌پذیر سرعت پمپ پروانه گریز از مرکز را برای به حداکثر رساندن قابلیت پر کردن فراهم می‌کند.

نتایج شبیه‌سازی نهایی نشان می‌دهد که با کمک پمپ‌های نوع شیبدار و پروانه گریز از مرکز، راندمان پرکردن پمپ دنده‌ای داخلی در ۶۰۰۰ دور در دقیقه را می‌توان به ترتیب ۳.۵۹٪ و ۵.۸۴٪ بهبود بخشید، در حالی که تیغه‌های جریان محوری پمپ بدون توجه به سرعت نمی‌تواند کاویتاسیون را از بین ببرد.

علاوه بر این، هنگامی که پمپ دنده‌ای در ۶۰۰۰ دور در دقیقه کار می‌کند، سرعت پروانه گریز از مرکز باید بالای ۲۵۰۰ دور در دقیقه تنظیم شود تا منطقی باشد.

در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی، موتورهای الکتریکی دارای محدوده رتبه‌بندی سرعت بالاتر و منطقه عملیاتی گسترده‌تر و کارآمدتر هستند [1،2].

با این حال، به دلیل محدودیت سرعت پمپ دنده‌ای در سیستم هیدرولیک، از مزایای موتورهای الکتریکی به طور کامل استفاده نمی‌شود.
از آنجایی که موتورهای الکتریکی در عصر برقی‌سازی ماشین‌های متحرک که در آن انتشار کربن به شدت محدود است، به طور گسترده‌تری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

راندمان بالا و صرفه‌جویی در انرژی جنبه‌های مهم توسعه نوآورانه واحدهای برق الکتروهیدرولیک است. در چنین زمینه‌ای، فرصت‌ها و چالش‌هایی به طور همزمان برای طراحی پمپ‌های هیدرولیک با سرعت بالا پدیدار خواهد شد [3].

پمپ‌های دنده‌ای متعلق به گروه ماشین‌های جابجایی دنده‌ای هستند که در موتورهای احتراق داخلی، سیستم‌های روان‌کاری گردشی، سیستم‌های سوخت و غیره یافت می‌شوند. ۵]؛ تجهیزات عمرانی هنوز گزارش‌های پرکاربردی را ندیده است.

نوع جدیدی از پمپ دنده‌ای قوس دار با سرعت بالا در مرحله تحقیق است [6]. پمپ‌های دنده‌ای داخلی هلالی (CIGP) به دلیل ساختار ساده، فشرده‌بودن، راندمان حجمی بالا و سطح سر و صدای کم، منبع تغذیه رایج‌ترین کاربردهای توان سیال هستند [7].

در نتیجه این مزایا، گرایش اخیر به سمت برق‌سازی در بسیاری از بخش‌های حوزه هیدرولیک، توسعه طرح‌های CIGP را به عنوان یکی از بهترین انتخاب‌ها برای ادغام با موتورهای الکتریکی هدایت می‌کند.
آببند هلالی ثابت بین چرخ دنده پینیون و چرخ دنده حلقه‌ای باعث می‌شود که اتاق‌های فشار بالا و پایین در حجم بین دندانی از یکدیگر آزاد باشند و بسته به آن‌ها می‌توان آن‌ها را تعویض کرد.

در جهت چرخش به دلیل ساختار متقارن. همانطور که چرخ دنده پینیون و چرخ دنده حلقوی به ترتیب حول O۱ و O۲ می‌چرخند، سیال کار در محفظه کم فشار به داخل فشار پایین منتقل می‌شود و متعاقباً با ادامه مشبک شدن چرخ دنده‌ها با انرژی به بیرون فشرده می‌شود.

دوران کارکرد

محققان و شرکت‌های بیشتری در حال انجام کارهای تحقیقاتی زیادی بر روی طراحی CIGP هستند.
محدوده سرعت پمپ‌های سری QXEHX که توسط Bucher Hydraulic Inc توسعه یافته‌اند، اکنون تا ۵۰۰۰ دور در دقیقه افزایش یافته است.

افزایش چگالی توان و قابلیت اطمینان عملیاتی بالا، پمپ‌های QXEHX را به ویژه برای کوچک کردن کل سیستم محرکه، به عنوان مثال، در ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی و ریخته‌گری، مناسب می‌سازد. متأسفانه اطلاعات فنی هنوز به صورت عمومی در دسترس نیست.

دلایل زیادی برای کاهش میزان روغن‌رسانی موثر پمپ چرخ دنده ای وجود دارد. Rafał و Mykola تغییر شکل پمپ را در ارتفاع شکاف محیطی به عنوان یک عامل موثر بر راندمان حجمی نشان دادند [8].

بنابراین، صرف نظر از شرایط پر سرعت یا فشار بالا، اگر قرار بود از مایعات با ویسکوزیته پایین استفاده شود، فاصله محوری و شعاعی بین جفت دنده و محفظه باید کاهش یابد تا از نشت داخلی بزرگ جلوگیری شود [9].
با این حال، مکش ناکافی روغن ناشی از کاویتاسیون یکی از مشکلات مشترکی است که عملکرد پمپ دنده‌ای را در سرعت‌های بالا محدود می‌کند [10-12].
محققان متعددی خود را وقف حل این موضوع کرده‌اند و تحلیل ادبیات نشان می‌دهد که کار را می‌توان در دو جهت مختلف پیش برد.
اولین مورد عمدتاً بر روی طراحی دقیق و بهینه‌سازی ساختار پمپ دنده‌ای متمرکز است که هدف آن کاهش مقاومت در برابر جریان روغن و حذف پدیده کاویتاسیون است.