W trakcie moich badań nad układami hydraulicznymi doceniłem zasadę działania pompy zębatePompy te są niezbędne do przesyłu płynów w różnych zastosowaniach ze względu na swoją niezawodność i wydajność. Zrozumienie działania pomp zębatych pozwala mi skutecznie rozwiązywać problemy i optymalizować wydajność systemu. W tym artykule zagłębię się w podstawową mechanikę pomp zębatych, wyjaśniając ich konstrukcję, działanie i zalety. Moim celem jest dostarczenie cennych spostrzeżeń, które pomogą innym osobom w tej dziedzinie pogłębić wiedzę i wykorzystać tę kluczową technologię.

●Podstawowa koncepcja pompy zębatej

Koncepcja pompy zębatej jest bardzo prosta. Jej najprostsza forma polega na tym, że dwa koła zębate o tej samej wielkości zazębiają się i obracają w ściśle dopasowanej obudowie. Wnętrze obudowy ma kształt zbliżony do cyfry „8”, a wewnątrz zamontowane są dwa koła zębate. Średnica zewnętrzna i obie strony koła zębatego są ściśle dopasowane do obudowy. Materiał z wytłaczarki trafia do środka dwóch kół zębatych przez otwór ssący, wypełnia przestrzeń, przemieszcza się wzdłuż obudowy wraz z obrotem zębów i jest ostatecznie odprowadzany, gdy zęby się zazębią.

Terminologicznie pompa zębata jest również nazywana urządzeniem wyporowym, które działa jak tłok w cylindrze. Gdy jeden ząb wchodzi w przestrzeń płynową drugiego zęba, ponieważ ciecz jest nieściśliwa, ciecz i ząb nie mogą znajdować się w tym samym czasie. Pompa zajmuje tę samą przestrzeń, więc ciecz jest mechanicznie wyciskana.

Dzięki ciągłemu zazębieniu się zębów, zjawisko to występuje w sposób ciągły, co zapewnia stałą ilość cieczy na wylocie pompy, która jest taka sama dla każdego obrotu pompy. Dzięki nieprzerwanemu obrotowi wału napędowego pompa nieprzerwanie tłoczy ciecz. Przepływ pompy jest bezpośrednio zależny od jej prędkości obrotowej.

W rzeczywistości, w pompie występuje niewielka utrata płynu, ponieważ płyny te służą do smarowania łożysk i obu stron przekładni, a korpus pompy nigdy nie może być dopasowany bez luzu, co uniemożliwia wypływ płynu z wylotu 100%. Niewielka utrata płynu jest nieunikniona, co uniemożliwia osiągnięcie wydajności roboczej pompy na poziomie 100%. Pompa może jednak nadal pracować prawidłowo, a w przypadku większości wytłaczanych materiałów może osiągnąć wydajność od 93% do 98%.

W przypadku cieczy, których lepkość lub gęstość zmienia się w trakcie procesu, pompa nie będzie miała większego wpływu na jej pracę. Jeśli po stronie króćca tłocznego znajduje się przepustnica, taka jak filtr siatkowy lub ogranicznik, pompa będzie przepychać przez nią ciecz. Jeśli ta przepustnica zmieni się podczas pracy, tj. jeśli sitko filtra ulegnie zabrudzeniu, zatkaniu lub wzrośnie przeciwciśnienie w ograniczniku, pompa będzie utrzymywać stałą wydajność, aż do osiągnięcia mechanicznej granicy wytrzymałości najsłabszego elementu urządzenia.

Istnieje ograniczenie prędkości pompy, które zależy głównie od rodzaju cieczy roboczej. Jeśli tłoczony jest olej, pompa może obracać się z dużą prędkością, ale gdy cieczą jest stopiony polimer o wysokiej lepkości, to ograniczenie znacznie wzrasta podczas aktywności fizycznej.

Bardzo ważne jest wtłoczenie cieczy o wysokiej lepkości do przestrzeni dwuzębowej z boku króćca ssawnego. Jeśli ta przestrzeń nie zostanie wypełniona, pompa nie będzie w stanie zapewnić dokładnego przepływu, dlatego wartość PV jest kolejnym czynnikiem ograniczającym i zmienną procesową. Ze względu na te ograniczenia producenci pomp zębatych oferują szereg produktów, różniących się specyfikacją i wydajnością. Pompy te będą dopasowywane do konkretnego procesu aplikacji, aby zoptymalizować wydajność i cenę systemu.

Koło zębate i wał pompy PEP-II są zintegrowane, a proces hartowania całego korpusu zapewnia dłuższą żywotność. Łożysko typu „D” posiada mechanizm wymuszonego smarowania, który umożliwia polimerowi przepływ przez powierzchnię łożyska i powrót do strony wlotowej pompy, zapewniając skuteczne smarowanie obracającego się wału. Ta cecha zmniejsza ryzyko zatrzymywania i degradacji polimeru. Precyzyjnie obrobiony korpus pompy pozwala na dokładne dopasowanie łożyska typu „D” do wału przekładni, co zapobiega jego mimośrodowemu działaniu i zużyciu przekładni. Uszczelnienie Parkwood i uszczelka wargowa PTFE tworzą uszczelnienie chłodzone wodą.

Ten rodzaj uszczelnienia nie styka się bezpośrednio z powierzchnią wału. Zasada jego działania polega na schłodzeniu polimeru do stanu półpłynnego, tworząc uszczelnienie samouszczelniające. Można również zastosować uszczelnienie Rheoseal, które posiada spiralne rowki odwrócone na wewnętrznej powierzchni uszczelnienia wału, co umożliwia zwrotne tłoczenie polimeru do wlotu. Aby ułatwić montaż, producent zaprojektował powierzchnię montażową śruby pierścieniowej, dopasowaną do mocowania kołnierzowego w innych urządzeniach, co ułatwia produkcję kołnierzy cylindrycznych.

Pompa zębata PEP-II jest wyposażona w elementy grzejne dopasowane do specyfikacji pompy, które użytkownik może dobrać samodzielnie. Zapewnia to szybkie nagrzewanie i kontrolę temperatury. W przeciwieństwie do metody grzania w korpusie pompy, uszkodzenie tych elementów ogranicza się do jednej płytki i nie ma wpływu na całą pompę.

●Urządzenie napędowe

Pompa zębata jest napędzana niezależnym silnikiem, który skutecznie blokuje pulsacje ciśnienia i wahania przepływu po stronie wlotowej. Pulsację ciśnienia na wylocie pompy zębatej można kontrolować za pomocą sterownika 1%. Zastosowanie pompy zębatej w linii wytłaczania pozwala zwiększyć natężenie przepływu oraz skrócić czas ścinania i przebywania materiału w wytłaczarce.

Pompa zębata zewnętrzna jest najczęściej stosowaną pompą zębatą i ogólnie odnosi się do pompy zębatej zewnętrznej. Jej konstrukcja przedstawiona jest na rysunku 1 i składa się głównie z koła zębatego napędzającego, koła zębatego napędzanego, korpusu pompy, pokrywy pompy i zaworu bezpieczeństwa. Szczelna przestrzeń utworzona przez korpus pompy, pokrywę pompy i koło zębate to przestrzeń robocza pompy zębatej. Osie dwóch kół zębatych są odpowiednio zamontowane w otworach łożyskowych na obu pokrywach pompy, a wał koła zębatego napędowego wystaje z korpusu pompy i jest napędzany silnikiem. Pompa zębata zewnętrzna charakteryzuje się prostą konstrukcją, lekkością, niskim kosztem, niezawodnością działania i szerokim zakresem zastosowań.

Podczas pracy pompy zębatej koło napędowe obraca się wraz z silnikiem i napędza koło napędzane. Stopniowe rozsuwanie się zazębiających się zębów po jednej stronie komory ssącej powoduje wzrost objętości komory ssącej i spadek ciśnienia, a ciecz z rury ssącej jest zasysana do pompy. Ciecz zasysana jest wtłaczana do komory tłocznej przez koło zębate w rowku zęba na dwa sposoby.

Po wpłynięciu cieczy do komory tłocznej, zęby obu kół zębatych zazębiają się w sposób ciągły, dzięki czemu ciecz jest wyciskana z komory tłocznej do rury tłocznej. Koło napędowe i koło napędzane obracają się w sposób ciągły, dzięki czemu pompa może nieprzerwanie zasysać i tłoczyć ciecz.

Korpus pompy jest wyposażony w zawór bezpieczeństwa. Gdy ciśnienie tłoczenia przekroczy określoną wartość, tłoczona ciecz może automatycznie otworzyć zawór bezpieczeństwa, aby ciecz pod wysokim ciśnieniem wróciła do rury ssawnej.

Pompa zębata wewnętrzna składa się z pary zazębiających się ze sobą wewnętrznych kół zębatych, półksiężycowatych części, obudów pompy itp. Zadaniem półksiężycowatej części jest oddzielenie komory ssącej od tłocznej. Podczas obrotu koła napędowego powstaje częściowa próżnia, w której koło się rozłącza, a ciecz jest zasysana do pompy, wypełniając zęby komory ssącej, a następnie przedostaje się do komory tłocznej na dwa sposoby, wzdłuż wewnętrznej i zewnętrznej strony półksiężycowatej części. W miejscu, gdzie zęby koła zębatego wchodzą w zazębienie, ciecz znajdująca się między zębami jest ściskana i tłoczona do rury tłocznej.

Oprócz samozasysającej wydajności, wysokiego przepływu i ciśnienia tłoczenia, pompa zębata nie posiada zaworu ssącego ani tłoczącego na obudowie. Charakteryzuje się prostą konstrukcją, równomiernym przepływem i niezawodną pracą, ale niską wydajnością, wysokim poziomem hałasu i wibracji oraz łatwością w zużyciu. Jest wykorzystywana głównie do transportu różnych olejów, które nie powodują korozji, nie zawierają cząstek stałych i mają właściwości smarne, a ich temperatura pracy zazwyczaj nie przekracza 70°C, takich jak olej smarowy i jadalny olej roślinny. Zakres przepływu wynosi 0,045–30 ms/h, ciśnienie 0,7–20 MPa, a prędkość robocza 1200–4000 obr./min.

●Cechy konstrukcyjne

⑴ Prosta konstrukcja i niska cena;

⑵ Niskie wymagania dotyczące pracy i szerokie zastosowanie;

⑶ Zaślepki i rowki międzyzębne koła zębatego tworzą wiele stałych, uszczelnionych komór roboczych, które mogą być stosowane wyłącznie jako pompy ilościowe.

Przekładnia wykorzystuje najnowocześniejszą technologię lat 90. XX wieku, o profilu zęba o podwójnym łuku sinusoidalnym. W porównaniu z przekładniami ewolwentowymi, jej najważniejszą zaletą jest brak względnego poślizgu na powierzchni zęba podczas zazębiania, co zapobiega zużyciu powierzchni zęba, zapewnia równowagę w ruchu, zapobiega gromadzeniu się cieczy, niski poziom hałasu, długą żywotność i wysoką wydajność. Pompa pozbywa się ograniczeń tradycyjnej konstrukcji, co otwiera przed pompą zębatą nowy obszar projektowania, produkcji i użytkowania.

●Klasyfikacja pomp zębatych

Jeśli chodzi o główne elementy przekładni, składają się one głównie ze zwykłych normalnych pompy zębate i pompy zębate łukowe. Zwykłe pompy zębate są trwalsze niż pompy zębate łukowe w transporcie mediów zanieczyszczonych, a pompy zębate łukowe mają specjalną konstrukcję, transportują czyste media, są ciche i mają długą żywotność. Każda z nich ma swoje zalety.