تاثیر ارتفاع فاصله عرضی و پایه یاتاقان بر راندمان پمپ دنده ای

در ادوار گذشته جامعه مهندسی عوامل موثر بر راندمان کل پمپ دنده ای را مطالعه کرد و پیشنهاد کرد که شیب موقعیت پایه یاتاقان و ارتفاع فاصله عرضی به شدت بر راندمان حجمی تأثیر می‌گذارد. وانگ و همکاران [14] صفحه جانبی شناور یک پمپ دنده‌ای خارجی را تحت شرایط کاری چندگانه آزمایش کرد و به دست آورد که توزیع فشار مثبت صفحه جانبی شناور نامتقارن است و گشتاور شناور با تغییر شرایط کاری تغییر خواهد کرد.
تأثیر دمای روغن بر راندمان پمپ دنده عمدتاً به تراکم‌پذیری انبساط و ویسکوزیته دینامیکی روغن بستگی دارد [15]. در [16]، مدل شبیه‌سازی دینامیکی CFD پمپ دنده داخلی مزدوج خطی ساخته شد و آزمایش متعامد برای تأیید تجربی طراحی شد.
نتیجه‌گیری شد که محتوای گاز، دمای روغن و فشار کاری روغن بر بازده کل تأثیر معنی‌داری دارد.
تحقیق فوق عمدتاً تأثیر عواملی مانند نشتی در شکاف پمپ دنده و دمای روغن را بر راندمان حجمی تحلیل می‌کند.
هنوز در تحقیقات مربوط به راندمان مکانیکی پمپ دنده‌ای نواقصی وجود دارد، بنابراین بررسی تاثیر فاصله شعاعی و انتهایی پمپ دنده‌ای بر راندمان مکانیکی پمپ دنده‌ای ضروری است.
در این مقاله، یک پمپ دنده‌ای پرسرعت با سرعت ۶۰۰۰ دور بر دقیقه به عنوان هدف تحقیق در نظر گرفته شده است و مقدار سطح انتهایی و فاصله شعاعی پمپ دنده‌ای در شرایط نامی بررسی می‌شود.
هنگامی که مقدار سطح انتهایی و فاصله شعاعی کوچک باشد، اتلاف اصطکاک ویسکوز بیشتری ایجاد می‌شود که باعث می‌شود راندمان پمپ دنده کمتر شود.
بنابراین، تعیین مقدار بهینه سطح انتهایی و فاصله شعاعی یک پمپ دنده‌ای پرسرعت که شرایط کاری کم‌ ارزیابی‌شده، با در نظر گرفتن حداکثر بازده کل، از اهمیت نظری و ارزش عملی مهندسی بالایی برخوردار است.

 مدل هندسی

برای پمپ‌های دنده مشبک خارجی واقعی، پارامترهای دقیق دنده در جدول ۱ نشان داده شده است.
به دلیل حرکت نسبی بین چرخ دنده‌ها و سایر قسمت های یک پمپ دنده ای با سرعت بالا، به ناچار سه نوع اصلی فاصله جفت وجود دارد: فاصله انتهایی بین وجه‌های جانبی جفت چرخ دنده و وجه‌های انتهایی صفحه جانبی شناور چپ و راست است، دیگری فاصله شعاعی بین سطح دایره‌ای نوک دنده و سطح دیواره سوراخ بدنه پمپ است و سومین فاصله مشبک‌سازی در درگیری جفت دنده توزیع موقعیت سه فاصله جفت گیری در شکل ۱ نشان داده شده است. خلاصه‌ای از پارامترهای ساختاری مربوط به پمپ‌های دنده‌ای با سرعت بالا در جدول ۲ نشان داده شده است.
نشت روغن ترخیص شعاعی پمپ دنده‌ای پرسرعت به جریان محیط روغن از شیار دندانه حفره پرفشار در امتداد فاصله شعاعی به شیار دندانه حفره کم فشار اشاره دارد و جهت جریان آن برخلاف چرخش دنده است.
دو دلیل برای جریان روغن در شکاف شعاعی وجود دارد: اول، اختلاف فشار جریان روغن ناشی از نیروی اختلاف فشار در هر دو انتهای شکاف شعاعی.
دوم جریان روغن برشی است که توسط حرکت نسبی بین دو دیواری که شکاف شعاعی را تشکیل می‌دهند، ایجاد می‌شود.
پس از برهم نهی خطی دو جریان، به دست می‌آید که جریان روغن در فاصله شعاعی، جریان برشی فشار تفاضلی است [17] و توزیع سرعت آن در شکل ۲ نشان داده شده است.

تخلیه پمپ

تخلیه نهایی پمپ و از دست دادن اصطکاک روغن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
پارامترهای ساختار پمپ دنده‌‌ای با سرعت بالا در جدول ۲ به ترتیب در معادلات (۵) و (۱۱) جایگزین شدند. تغییر کل توان تلفات اصطکاک شعاعی با فاصله شعاعی در شکل ۵ و تغییر کل توان تلفات اصطکاک انتهایی با فاصله انتها در شکل ۶ نشان داده شده است.
شکل ۵ نشان می‌دهد که کل توان تلفات اصطکاک شعاعی نیز با افزایش فاصله شعاعی روند صعودی را نشان می‌دهد که در آن فاصله شعاعی به صورت خطی از ۰.۰۸ میلی‌متر به ۰.۲ میلی‌متر افزایش می‌یابد.
این به این دلیل است که تنش برشی اصطکاک ویسکوز ایجاد شده توسط جریان اختلاف فشار بسیار بیشتر از آن است که توسط جریان برشی ایجاد می‌شود و افزایش فاصله شعاعی باعث تلفات قدرت اصطکاک ویسکوز بیشتری می‌شود.
شکل ۶ نشان می‌دهد که اتلاف اصطکاک سطح انتهایی به سرعت و سپس به تدریج با افزایش فاصله سطح انتهایی کاهش می‌یابد.
حداکثر کاهش زمانی مشاهده می‌شود که فاصله سطح انتهایی از ۰.۰۱ میلی‌متر به ۰.۰۵ میلی‌متر افزایش یابد.
این به این دلیل است که فاصله سطح انتهایی و تنش برشی اصطکاک ویسکوز توابعی با نسبت معکوس هستند.
فاصله سطح انتهایی کوچکتر منجر به تنش برشی اصطکاک ویسکوز بزرگ‌تر می‌شود که منجر به کاهش بیشتر در تلفات اصطکاک سطح انتهایی می‌شود. در نتیجه، مقدار فاصله شعاعی و فاصله انتهایی تحت شرایط نامی، مهم‌ترین عامل مؤثر بر راندمان حجمی و راندمان مکانیکی پمپ‌های دنده‌ای با سرعت بالا است.