طراحی پمپ دنده ای نسبت به کارایی آن

هدف این مقاله بررسی مشخصات دبی نظری پمپ دنده ای است. پمپ دنده ای دارای دنده داخلی متفاوتی است که نمایه آن کاملاً با چرخ دنده جناقی شده است، از پمپ دنده ای پیچشی معمولی. برای توضیح مختصر، پمپ اول را “پمپ مزدوج” و پمپ دوم را “پمپ معمولی” می نامند.

این ساختار باعث می شود که پمپ دنده ای دارای حجم کمتری از سیال محبوس شده نسبت به پمپ معمولی باشد، که نشان می دهد پمپ دنده ای عملکرد دبی بهتری دارد. اگرچه تحقیقات متعددی در مورد پمپ های دنده ای انجام شده است، اما هیچ یک از آنها هنوز با پمپ های مزدوج سروکار نداشته اند. این مقاله یک مطالعه سیستماتیک در مورد طراحی پمپ دنده ای نسبت به کارایی آن را ارائه می‌کند.

انتظار می رود برخی از نتایج کلی برای هدایت طراحی پمپ دنده‌ای به دست آید.
در مرحله اول، یک مفهوم پاکت دوتایی برای استخراج مدل‌های ریاضی زوج دنده داخلی کونژوگه استفاده می‌شود. در مرحله بعد، ویژگی های مش جفت دنده، که عمدتاً عملکرد تحویل سیال پمپ ها را تعیین می کند، تجزیه و تحلیل می شود.

در نهایت، با استفاده از رویکرد حجم کنترل، ویژگی‌های دبی نظری پمپ تحت پارامترهای طراحی مختلف چرخ دنده‌ها بررسی می‌شود.
نتایج نشان می دهد که پمپ دنده ای عملکرد بهتری نسبت به پمپ معمولی دارد.
برای طراحی یک پمپ دنده ای با مشخصات دبی خوب، می توان ضریب تعویض مناسب، تعداد دندانه بزرگتر پینیون، تعداد دندانه کوچکتر دنده داخلی، زاویه فشار بیشتر و شعاع فیله بزرگتر را انتخاب کرد. هیچ تداخل دندانی رخ نمی دهد.

پمپ‌های دنده‌ای معمولاً در سیستم‌های هیدرواستاتیکی به‌کار می‌روند که منبع تغذیه آن‌ها هستند که هزینه کم، راندمان خوب و قابلیت اطمینان بالا را ممکن می‌سازند.

ساختار پمپ دنده‌‌ای به دو نوع تقسیم می‌شوند: پمپ‌های دنده‌ای خارجی و پمپ‌های دنده‌ای داخلی. پمپ‌های دنده‌ای داخلی دارای ضربان جریان کمتری نسبت به پمپ‌های دنده‌ای خارجی هستند، که باعث می‌شود آنها بی‌صدا عمل کنند و در کاربردهایی که مردم به نویز محیطی توجه دارند توجه شود. .2،3

پمپ دنده ای پیچشی نوع اصلی محصول موجود در بازار است که سطح مقطع آن در شکل 1(الف) نشان داده شده است.
شکل 1(ب) نوع دیگری از پمپ دنده ای داخلی را نشان می دهد، پمپ دنده ای.

تنها تفاوت بین آنها در مشخصات دندانی دنده داخلی است. برای توصیف مختصر، پمپ شکل 1(a) را به عنوان “پمپ معمولی” و پمپ موجود در شکل 1(b) را به عنوان “پمپ مزدوج” می نامیم.

مشخص شده است که نمای پینیون عمدتاً شامل یک فیله و یک فیله ریشه است. در پمپ کونژوگه، کل مشخصات دنده داخلی به طور کامل به چرخ دنده کونژوگه می شود.

در حالی که در پمپ معمولی، هیچ منحنی به فیله ریشه در پروفیل چرخ دنده داخلی وجود ندارد.
بعلاوه، گیره آن تنها تا حدی به پیچ پینیون متصل است.

در نتیجه، فاصله بین دندانه های مشبک در پمپ معمولی بزرگتر از پمپ دنده ای است (شکل 1). این فاصله ها مستقیماً حجم سیال محبوس شده را تعیین می کند که باعث ایجاد امواج فشار زیاد و سطوح بالای نویز در سیستم های هیدرواستاتیک می شود.
از آنجایی که پمپ دنده ای دارای حجم کمتری از سیال به دام افتاده است، در نتیجه  عملکرد بهتری نسبت به پمپ معمولی خواهد داشت.

نمونه سازی پمپ دنده ای

تحقیقات در مورد پمپ های دنده ای برای سال ها انجام شده است که بیشتر آنها به عملکرد جریان پمپ های دنده ای خارجی مربوط می شود. منرینگ و کاساراگدا3 دبی آنی پمپ‌های دنده خارجی با شماره دندانه‌های مختلف را برای چرخ دنده‌های محرک و محرک محاسبه کردند و به یک عدد دندانه بزرگ‌تر برای چرخ دنده‌های محرک اشاره کردند که می‌تواند ضربان جریان را کاهش دهد.

Casoli و Franzoni4 یک مدل عددی برای شبیه سازی پمپ های دنده ای خارجی ارائه کردند. این مدل که در محیط AMESim پیاده سازی شده است، دینامیک سیال پمپ را نشان می دهد و امکان تخمین ضربان جریان و بازده حجمی را فراهم می کند.

Huang و Lian5 یک فرمول نرخ جریان بسته پمپ‌های دنده‌ای خارجی را با استفاده از رویکرد حجم کنترل به دست آوردند و پارامترهایی از جمله شماره دندان، زاویه فشار و ضریب اضافه را نشان دادند که به کاهش ضربان جریان کمک می‌کند.

با استفاده از همین رویکرد، Huang و همکاران 6 فرمول دبی پمپ های چرخ دنده مارپیچ خارجی را به دست آوردند و بهینه سازی جابجایی را انجام دادند. نتایج نشان داد که پمپ‌های چرخ دنده‌ای مارپیچی خارجی با ماژول بزرگ، عرض صورت بزرگ یا تعداد دندانه‌های کوچک دارای جابجایی زیاد اما ضربان جریان شدید هستند.

علاوه بر این، زاویه فشار و زاویه مارپیچ کمی بر جابجایی تأثیر می‌گذارند در حالی که ضریب اضافه بزرگ هم از جابجایی و هم از ضربان جریان سود می‌برد.

در مقایسه با پمپ‌های دنده‌ای خارجی، پمپ‌های دنده‌ای داخلی بررسی‌های کمتری دارند، که بیشتر آن‌ها بر روی پمپ‌های ژروتور (یا پمپ‌های لوب) متمرکز هستند که نوع خاصی از پمپ‌های دنده‌ای داخلی هستند و معمولاً در موارد فشار پایین (زیر ۱۵ مگاپاسکال) استفاده می‌شوند.