: پمپ دنده ای، الکتروپمپ دنده ای

پمپ های دنده ای ازجمله پمپ های جابجایی مثبت هستند .موسسه هیدرولیک (Hydraulic Institute) این پمپها را به این صورت تعریف می کند :
این پمپ ها دارای یک پوسته بوده که در درون انها دنده های نزدیک به یکدیگر قرار گرفته واین نوع قرارگیری باعث حرکت وانتقال سیال میگردد.حرکت اصلی این پمپ ها بصورت چرخشی بوده ورفت و برگشتی نمی باشد.در این پمپ ها به ازای هر دور چرخش، حجم محدودی از سیال جابجا میگردد.درتشریح این پمپها معمولا از واژه سیال (fluid) بیشتر در معنا ومفهوم مایع استفاده می شود.البته سیال نه تنها می تواند بعنوان یک مایع درنظر گرفته شود بلکه به مفهوم مخلوطی ازمایعات ،گازها،بخارات ،دوغابه ها وذرات جامد موجود درترکیبات نیز تلقی می شود.
پمپ های دنده ای (Gear pumps) بر اساس طرحها ونوشته های باقیمانده از قرن 16 میلادی ،پمپهای دنده ای یکی از قدیمی ترین انواع پمپ ها می باشند.این پمپ ها همچنین معروف ترین پمپ ازگروه پمپ های دوار بوده واین نیز به دلیل تنوع و وسعت کاربرد این نوع پمپ ها می باشد.پمپ های دنده ای دارای دو چرخ دنده می باشند که این چرخ دنده ها در یکدیگر درگیر شده ونهایتا باعث پمپاژ سیال میگردند.از بین این دو چرخ دنده، یکی از انها محرک بوده وباعث چرخش دیگری میگردد.تماس فیزیکی بین چرخ دنده ها باعث حرکت قسمتی از سیال بین پورت های ورودی وخروجی میگردد.لبه های شعاعی خارجی چرخ دنده ها وقسمتهای کناری چرخ دنده ها باعث تشکیل قسمتی ازسیال حرکتی شده که بین پورت های ورودی وخروجی اب بند شده است.مکان هندسی نقاط تماس چرخ دنده در راستای صفحات دندانه ها حرکت کرده وهنگامیکه چرخ دنده ها درطول زمان چرخش بایکدیگر درگیر شده ویا درگیر نشوند آنگاه این نقاط تماس دنده ها از دندانه ای به دندانه دیگر بصورت غیر پیوسته پرش میکند.این دو ویژگی شناخته شده پمپهای دنده ای نسبت به پمپهای گوشواره ای است بگونه ای که درپمپهای گوشواره ای روتورها قادر به چرخاندن یکدیگر نبوده ومکان هندسی نقاط تماس سیال اب بند شده دربین گوشواره ها (lobes) بصورت کاملا پیوسته درسرتاسر سطوح شعاعی گوشواره ها حرکت می کند.
پمپهای دنده ای به دو گروه پمپهای دنده ای خارجی(external gear) وپمپهای دنده داخلی(internal gear) تقسیم بندی شده که پمپهای دنده بیرونی نیزمی توانند بصورت تنظیم شده(timed) که دارای چرخ دنده تنظیمی بوده ویا بصورت غیرتنظیمی(untimed) که فاقد چرخ دنده تنظیمی باشند.شکل زیر را ببینید. در پمپ های دنده خارجی ،دندانه های چرخ دنده آنها درقسمت قطر بیرونی یا خارجی قرارگرفته ودرگیری بین دندانه ها نیز درقطرهای بیرونی انها بوجود می اید. یاتاقان ها نیز در هر دو انتهایی که چرخ دنده ها درسیال آنها قرار گرفته اند باعث نگهداری وحفظ محور می شوند.این حالت باعث مقاومت محور دربرابر خیز یا چرخش زاویه ای (deflection) شده و درنتیجه تماس بین چرخ دنده ها با دیواره پوسته از بین رفته وپمپ را قادر می سازدکه در فشارهای بالاتری کار کرده وسایش کلی کمتری درکل زمان کارکرد وجود داشته باشد.
از طرف دیگر پمپ های با چرخ دنده داخلی دارای یک چرخ دنده بزرگ (روتور) بوده که دندانه چرخ دنده آن درداخل و بر روی قطر اصلی آن قرار گرفته ودرگیری آن با یک چرخ دنده کوچکتر که دندانه های آن بر روی قطر بیرونی اش قرار گرفته می باشد.(چرخ دنده هرزگرد).پمپ های از این نوع جهت تعریف مناطق OTO,CTIO وOTI می توانند دارای قطعه هلالی شکل بوده ویا فاقد ان باشند.
حجم OTI محفظه پمپ در پمپهای دنده ای بوسیله دیواره های بدنه و جائیکه هر نقطه بالای دندانه به آن رسیده وبوسیله دیواره بدنه (درهنگام ترکOTI) آب بند می کند تعریف می شود.سیالی که بین دندانه های چرخ دنده ودیواره های بدنه به تله افتاده وهم از طرف محفظه ورودی وهم ازطرف محفظه خروجی آب بند می شود(بسته شده) درواقع همان حجم CTIO می باشد.حجم OTO نیز بوسیله دیواره های بدنه وسطوح دندانه های چرخ دنده دربین نقاط آب بند شده (بسته شده) سیال تعریف شده ودرواقع این نقاط جایی هستند که هر نوک دندانه از دیواره بدنه جدا شده و وارد حجم OTO می شود.بخشی از سطوح چرخ دنده ها ویا تمامی ان با یک خلاصی کوچکی با صفحات محوری محفظه پمپاژ حرکت می کنند.دندانه چرخ دنده ها نیز با خلاصی نسبتا کوچکی با یکدیگر درقسمتی که با هم درگیر می شوند حرکت میکنند.نوک چرخ دنده ها نیز با خلاصی کوچکی با سطوح شعاعی محفظه های پمپاژ درحرکت انها از حجم OTI به OTO حرکت می کنند.ممکن است که در هرسه منطقه بین روتورها ویا بین روتورها واستاتور نیروهایی وجود داشته باشد و لذا تعریف خلاصی های حرکتی دراین مناطق می تواند مقدار لغزش جریان (نشتی جریان) بین حجم OTO و OTI رابرای هر اختلاف فشار معین و ویسکوزیته بین انها تعیین کند.
در همه چرخ دنده های موجود در داخل پمپ ،میزان گشتاور پمپاژ تقسیم شده و مقدار نسبی گشتاور نهایی که بوسیله هر چرخ دنده آزموده می شود در هرلحظه بوسیله مکان هندسی نقاط اب بند شده سیال (گرفتار شده ازسیال) دربین دندانه های چرخ دنده بدست می اید.هنگامیکه این سیال اب بند شده (گرفتار شده) به طرف مرکز چرخش چرخ دنده حرکت می کند، آنگاه گشتاور پمپاژ در آن چرخ دنده افزایش می یابد وهنگامیکه این حجم ازسیال از مرکز چرخش چرخ دنده فاصله گرفته ودور شود آنگاه این گشتاورکاهش می یابد.هنگامی که از چرخ دنده های تنظیمی (timing gear) بیرونی استفاده شود انگاه این چرخ دنده ها باعث انتقال گشتاور از یک مجموعه گردنده به دیگر مجموعه میگردد.انتقال گشتاور از این طریق درهنگامیکه پمپ بصورت خشک کارکرده (بدون سیال کارکند) ویا هنگامی که سیال مورد استفاده درپمپاژ دارای خاصیت روانکاری کمی بوده و یا در مواردیکه سیال دارای ذرات ساینده باشد باعث میگردد که اجزای پمپ درمقابل سایش حاصله از موارد فوق محافظت شود.یک نمونه ویژه و خاص از پمپهای دنده ای درشکل زیر نشان داده شده است که به این نوع پمپ ها اصطلاحا پمپ های پیچی وچرخی (screw and wheel) گفته می شود.چرخ دنده گردنده انها یک چرخ دنده مارپیچ بوده وچرخ دنده متحرک (driven) آنها بصورت یک چرخ دنده ساده (spur gear) می باشد.دراین پمپ ها همیشه چرخ دنده مارپیچی درحال چرخش بوده وبه ان چرخ دنده قدرت یا روتور نامیده می شود.در این قبیل پمپها هیچگاه از چرخ دنده تنظیمی استفاده نمی شود.
پمپ های دنده ای از نوع چرخ دنده بیرونی می توانند جریانهای تا1500(gpm(5680 lit/min و فشارهایی تا (500psi(34.5bar را با ویسکوزیته های تا ( 1000000ssu(216000 Cst را دربرگیرند.این پمپها در هر دونوع سرویس (سیالات تمیز وسیالات دارای ذرات وکثیف) ساخته شده و این پمپ ها در پالایشگاهها، مخازن، صنایع دریایی وصنایع مرتبط با صنایع نفت وگاز استفاده می شوند.پمپهای چرخ دنده داخلی نیز قادرند جریانهایی تا (100gpm(4165 lit/min تا فشارهای (225psi(15.5bar و ویسکوزیته های تا (1000000ssu(216000Cst را دربر گیرند.از این پمپها معمولا در انتقال سوختهای بافشارکم ،رنگها وسایر مواد شیمیایی استفاده می شود.

: (Gear Pumps Fundamentals) اصول و قوانين پمپ هاي دنده اي

پمپ هاي دنده اي از جمله پمپ هاي جابجايي مثبت در گروه پمپ هاي دوار بوده كه از دو يا چندين چرخ دنده كه در داخل يك محفظه در نزديك يكديگرهستند تشكيل يافته اند.يك محرك باعث به حركت دراوردن محوري كه به يكي از دنده ها متصل گرديده شده و باعث حرکت ان می شود.اين چرخ دنده نيز باتوجه به اتصال دنده به دنده با چرخ دنده ديگر باعث به حركت دراوردن چرخ دنده بعدي شده وبدين طريق توان به چرخ دنده ها منتقل مي شود.هنگامي كه چرخ دنده ها مي چرخند در يكطرف، دندانه ها به انتهاي درگيري با يكديگر رسيده و بدين ترتيب سيكل چرخش تكرار ميگردد.هنگامي كه يك دندانه به خارج از فضاي بين دو دندانه كشيده شد آنگاه اين حالت باعث ايجاد يك خلا ميگردد.چون محفظه مايع موجود در ورودي مكش پمپ با شتاب وارد پمپ شده تا بتواند اين فضاي خالي راپركند به محض اينكه فضاهاي بين چرخ دنده ها از مايع پرشده ومايع در اين فضاهاي خالي قرار گرفت آنگاه اين مايع در داخل محفظه پمپ (Housing ) به تله افتاده، تا اين به قسمت خروجي پمپ برسد.مايع در فضاي بين دندانه ها تا زماني كه به قسمت ديگر از درگيري دندانه ها برسد مي ماند.سپس هنگاميكه يك دندانه از چرخ دنده ديگر به فضاي بين دندانه ها وارد ميگردد آنگاه در اين لحظه بر روي مايع نيرويي به سمت بيرون وارد مي شود.چون فضاي موجود در داخل محفظه پمپ كاملا آب بند است لذا تنها جايي كه اين مايع كه بر آن نيرو وارد شده بتواند به سمت بيرون برود قسمت خروجي پمپ مي باشد.پمپ در اين وضعيت همانند يك كانواير عمل ميكند بدين صورت كه بسته هاي مايع كه در بين چرخ دنده ها مي باشد را برداشته وبه قسمت ديگري برده وآنها را در فضاي بيرون از درگيري چرخ دنده ها تخليه مي كند.پمپ هاي دنده اي به دو گروه اصلي طبقه بندي مي شوند:
پمپ دنده ای خارجی و داخلي ( External & Internal ) :
پمپ هاي دنده اي خارجی معمولا داراي دو چرخ دنده بوده كه تعداد دندانه هاي اين دو چرخ دنده با يكديگر يكسان مي باشد.پمپ هاي دنده اي داخلي داراي يك چرخ دنده بزرگتر بوده كه دندانه هاي آن به سمت داخل ماشين كاري شده واين چرخ دنده با چرخ دنده كوچكتر كه داراي دندانه هاي بيروني است درگير مي شود.اگر چرخ دنده بزرگتر تعداد يك دندانه بيشتر از چرخ دنده كوچكتر داشته باشد آنگاه فرم دندانه ها بگونه اي ميگردد كه بوسيله خودشان آب بندي كامل حاصل ميگردد.اگر چرخ دنده بزرگترحداقل دو دندانه بيشتر از چرخ دنده كوچكتر داشته باشد آنگاه جهت رسيدن به اب بندي كامل بين دندانه ها لازمست يك قطعه هلالي شكل ( Crescent-Shaped ) در داخل محفظه پمپ در بين چرخ دنده ها قرار بگيردتا به ايجاد يك آب بندي كامل كمك كرده باشد.اصول عملكرد همانند ساير پمپهاي از اين نوع بوده ومشابه آنها عمل مي كنند.
جابجايي سيال در يك پمپ در واقع حجم مايعي است كه از فضاي بين چرخ دنده ها منتقل ميگردد.البته اين تعريف جنبه تئوري داشته ودرواقع هيچگونه اتلافي در آن در نظر گرفته نشده است .البته مقدار جابجايي در مواقعي كه دندانه ها موقعيتهاي مختلفي را در حين درگيري با يكديگر با آن مواجه مي شوند اندكي فرق كرده و بنابراين ميزان جابجايي به ازاي هرچرخش محور را نمي توان دقيقا محاسبه كرد.هرچند كه در اين خصوص مي توان از تقريبهاي مفيدي بهره برد.بعنوان مثال اگر مساحت حفره (فضا) بين دندانه ها تقريبا برابر مساحت خود دندانه ها فرض شود (مثلا يك حفره،يك دندانه معكوش شده باشد) آنگاه حجم جابجا شده به ازاي هر دور چرخش محوربرابر حجم اشغال شده بوسيله نيمي از مساحت بين سر دنده (Gear Addendum : سردنده ،قسمتي از دنده كه بعد از دايره گام قراردارد وبه آن ارتفاع سر دنده نيز گفته مي شود) و قطر پايه ،ضربدر عدد2 (براي محاسبه براي دو چرخ دنده) و ضربدر پهناي دنده می گردد.
واحد دبي در رابطه فوق؟؟؟بوده وبراي تبديل آن به ؟؟؟كافيست مقدار دبي را بر عدد 231 تقسيم كنيم كه درنتيجه رابطه فوق به رابطه اي ساده تر بصورت زير تبديل ميگردد:
در رابطه فوق فرض بر اينست كه قطر خارجي همه چرخ دنده ها وهمچنين تعداد چرخ دنده هاي آنها با يكديگر برابر مي باشد.ارتفاع سر دنده (Addendum ) در پمپ ها هنگامي مورد استفاده قرار ميگيرد كه بخواهيم توان انتقالي چرخ دنده ها را با يكديگر مقايسه كنيم.ارتفاع سر دنده باعث افزايش ميزان جابجايي پمپ مي گردد.چرخ دنده هايي كه تعداد دندانه دندانه كمتري دارند داراي ارتفاع سر دنده بزرگتري (در يك فاصله مركز معين) مي باشند.البته در بيشتر پمپ هاي دنده اي، تعداد دندانه چرخ دنده ها معمولا 12 عدد و يا كمتر از آن مي باشد.درشكل زير نمونه هايي از انواع چرخ دنده ها با تعداد دندانه هاي متفاوت، گام هاي متفاوت و سايزهاي متنوع نشان داده شده است.
تعداد دندانه ها در بيشتر پمپ ها 6 عدد بوده واين به دليل آنست كه انتقال توان در بين چرخ دنده ها نسبتا آرام انجام پذيرد.پمپ هاي گوشواره اي (Lobe Pumps ) نيز مشابه پمپهاي دنده اي بوده كه تعداد دندانه آن 2 يا 3 عدد بوده با اين تفاوت كه در اين پمپ ها جهت انتقال توان از محرك به محمر متحرك (Driven Shaft ) از چرخ دنده هاي تنظيمي (Timing gears) مجزا در بيرون از مايع استفاده مي شود.
مثال-تعيين ظرفيت يك پمپ دنده اي
توسط يك مكانيك ،اندازه هاي چرخ دنده يك پمپ دنده اي در داخل كارگاه به قرار زير اندازه گيري شده است:
پيش بيني كنيد كه اين پمپ در سرعت 1200rpmچه مقدار روغن را تحويل ميدهد؟
با استفاده از رابطه 37 داريم:
نشتي دروني ويا لغزش (Slip ) حاصل اختلاف بين جريان تئوري (سرعتxميزان جابجايي) وجريان واقعي و با فرض عدم وجود هرگونه كاويتاسيون تعريف ميگردد.درواقع لغزش جريان در پمپ در پمپ نشتي مايع از ناحيه پرفشاردر پمپ به پشت ناحيه كم فشار مي باشد.درهر پمپ دنده اي تعدادي مسيرهاي مجزا وجود داشته كه درآنها نشتي بروز مي كند.بطور كلي سه مسير مجزا جهت بروز نشتي در پمپهاي دنده اي وجود دارد كه عبارتند از:
1-فضاي بين انتهاي چرخ دنده ها وصفحات انتهايي (Endplates) (اين فاصله تحت عنوان خلاصي جانبي ناميده مي شود).
2-فضاي بين سردندانه چرخ دنده ها وقسمت داخلي پوسته (اين فضا تحت عنوان خلاصي شعاعي ناميده مي شود).
3-فضاي بين پروفايل درگيري دندانه ها باهم