Na minha exploração de sistemas hidráulicos, aprendi a apreciar o princípio de funcionamento de bombas de engrenagensEssas bombas são essenciais para a transferência de fluidos em diversas aplicações devido à sua confiabilidade e eficiência. Entender como as bombas de engrenagens operam me permite solucionar problemas de forma eficaz e otimizar o desempenho do sistema. Neste artigo, aprofundarei a mecânica fundamental por trás das bombas de engrenagens, explicando seu projeto, operação e vantagens. Meu objetivo é fornecer insights valiosos que possam ajudar outros profissionais da área a aprimorar sua compreensão e aplicação dessa tecnologia vital.

●O conceito básico da bomba de engrenagens

O conceito de uma bomba de engrenagens é muito simples. Sua forma mais básica é a de duas engrenagens do mesmo tamanho se engrenando e girando uma com a outra em um invólucro bem ajustado. O interior do invólucro tem o formato de um "8", e duas engrenagens são instaladas em seu interior. O diâmetro externo e ambos os lados da engrenagem são perfeitamente ajustados à carcaça. O material da extrusora entra no meio das duas engrenagens pela porta de sucção e preenche o espaço, move-se ao longo da carcaça com a rotação dos dentes e é finalmente descarregado quando os dois dentes se engrenam.

Em termos terminológicos, uma bomba de engrenagens também é chamada de dispositivo de deslocamento positivo, que é como um pistão em um cilindro. Quando um dente entra no espaço fluido de outro dente, como o líquido é incompressível, o líquido e o dente não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo, de modo que o líquido é mecanicamente espremido para fora.

Devido ao engrenamento contínuo dos dentes, esse fenômeno ocorre continuamente, de modo que uma vazão contínua é fornecida na saída da bomba, sendo a mesma a cada rotação da bomba. Com a rotação ininterrupta do eixo de transmissão, a bomba descarrega fluido continuamente. O fluxo da bomba está diretamente relacionado à sua velocidade.

De fato, há uma pequena perda de fluido na bomba, pois esses fluidos são usados para lubrificar os mancais e ambos os lados das engrenagens, e o corpo da bomba nunca pode encaixar sem folga, de modo que o fluido não pode ser descarregado pela saída 100%, portanto, uma pequena perda de fluido é inevitável, o que impede que a eficiência operacional da bomba atinja 100%. No entanto, a bomba ainda pode funcionar bem e, para a maioria dos materiais extrudados, ainda pode atingir uma eficiência de 93% a 98%.

Para fluidos cuja viscosidade ou densidade muda durante o processo, esta bomba não será muito afetada. Se houver um amortecedor, como um filtro ou um restritor na lateral da porta de descarga, a bomba empurrará o fluido através deles. Se este amortecedor mudar durante a operação, ou seja, se a tela do filtro ficar suja, entupida ou a contrapressão do limitador aumentar, a bomba manterá uma vazão constante até que o limite mecânico do componente mais fraco do dispositivo seja atingido.

Existe um limite para a velocidade de uma bomba, que depende principalmente do fluido do processo. Se o óleo for transportado, a bomba pode girar em alta velocidade, mas quando o fluido é um polímero fundido de alta viscosidade, essa restrição aumenta consideravelmente durante a atividade física.

É muito importante injetar o fluido de alta viscosidade no espaço de dois dentes na lateral da porta de sucção. Se esse espaço não for preenchido, a bomba não conseguirá descarregar a vazão precisa, portanto, o valor da PV também é outro fator limitante e uma variável do processo. Devido a essas limitações, os fabricantes de bombas de engrenagens fornecerão uma série de produtos, com diferentes especificações e deslocamentos. Essas bombas serão adaptadas ao processo de aplicação específico para otimizar a capacidade e o preço do sistema.

A engrenagem e o eixo da bomba PEP-II são integrados, e o processo de têmpera de todo o corpo é adotado para obter uma vida útil mais longa. O mancal tipo "D" incorpora um mecanismo de lubrificação forçada, permitindo que o polímero passe pela superfície do mancal e retorne ao lado de entrada da bomba, garantindo uma lubrificação eficaz do eixo rotativo. Esse recurso reduz a possibilidade de retenção e degradação do polímero. O corpo da bomba usinado com precisão permite a combinação precisa do mancal tipo "D" com o eixo da engrenagem, garantindo que este não fique excêntrico, evitando o desgaste da engrenagem. A estrutura de vedação Parkwood e a vedação labial de PTFE, em conjunto, constituem uma vedação resfriada a água.

Este tipo de vedação não toca a superfície do eixo. Seu princípio de vedação é resfriar o polímero até um estado semifundido, formando uma vedação autovedante. Também pode ser utilizada a vedação Rheoseal, que possui ranhuras espirais reversas na superfície interna da vedação do eixo, permitindo que o polímero seja contrapressurizado de volta para a entrada. Para facilitar a instalação, o fabricante projetou uma superfície de montagem do parafuso de anel para combinar com a montagem do flange de outros equipamentos, facilitando a fabricação de flanges cilíndricos.

A bomba de engrenagens PEP-II possui elementos de aquecimento que atendem às especificações da bomba, podendo ser selecionados pelo usuário, garantindo aquecimento rápido e controle de temperatura. Diferentemente do método de aquecimento no corpo da bomba, os danos a esses componentes se limitam a uma única placa e não afetam a bomba como um todo.

●Dispositivo de acionamento

A bomba de engrenagens é acionada por um motor independente, que pode bloquear eficazmente a pulsação de pressão a montante e as flutuações de fluxo. A pulsação de pressão na saída da bomba de engrenagens pode ser controlada dentro do 1%. O uso de uma bomba de engrenagens na linha de extrusão pode aumentar a vazão e reduzir o cisalhamento e o tempo de residência do material na extrusora.

A bomba de engrenagem externa é a bomba de engrenagem mais amplamente utilizada e geralmente se refere à bomba de engrenagem externa. Sua estrutura, mostrada na Figura 1, é composta principalmente por engrenagem de acionamento, engrenagem acionada, corpo da bomba, tampa da bomba e válvula de segurança. O espaço selado formado pelo corpo da bomba, tampa da bomba e engrenagem é a sala de trabalho da bomba de engrenagem. Os eixos das duas engrenagens são instalados respectivamente nos furos de rolamento nas duas tampas da bomba, e o eixo da engrenagem de acionamento se estende para fora do corpo da bomba e é acionado para girar pelo motor. A bomba de engrenagem externa possui estrutura simples, peso leve, baixo custo, operação confiável e ampla faixa de aplicação.

Quando a bomba de engrenagens funciona, a roda motriz gira com o motor e aciona a roda motriz. Quando os dentes da engrenagem em um lado da câmara de sucção são gradualmente separados, o volume da câmara de sucção aumenta e a pressão diminui, e o líquido no tubo de sucção é sugado para dentro da bomba; o líquido de sucção é empurrado para a câmara de descarga pela engrenagem na ranhura do dente de duas maneiras.

Após o líquido entrar na câmara de descarga, os dentes das duas engrenagens se engrenam continuamente, de modo que o líquido é espremido da câmara de descarga para o tubo de descarga. As engrenagens motriz e acionada giram continuamente, e a bomba pode sugar e descarregar o líquido continuamente.

O corpo da bomba é equipado com uma válvula de segurança. Quando a pressão de descarga excede a pressão especificada, o líquido transportado pode abrir automaticamente a válvula de segurança para retornar o líquido de alta pressão para a tubulação de sucção.

A bomba de engrenagem interna é composta por um par de engrenagens internas engrenadas entre si, com peças em forma de crescente, carcaças de bomba, etc. entre elas. A função da peça em forma de crescente é separar a câmara de sucção da câmara de descarga. Quando a engrenagem motriz gira, um vácuo parcial é formado onde a engrenagem se desengata e o líquido é sugado para dentro da bomba, preenchendo os dentes da câmara de sucção e, em seguida, entrando na câmara de descarga de duas maneiras, ao longo dos lados interno e externo da peça em forma de crescente. Onde os dentes da engrenagem entram na malha, o líquido existente entre os dentes é comprimido e enviado para o tubo de descarga.

Além das características de capacidade autoescorvante, vazão e pressão de descarga, a bomba de engrenagens não possui válvulas de sucção e descarga na carcaça da bomba. Possui estrutura simples, vazão uniforme, operação confiável, mas baixa eficiência, alto nível de ruído e vibração e fácil desgaste. É utilizada principalmente para o transporte de diversos óleos não corrosivos, não sólidos e com capacidade lubrificante, e a temperatura geralmente não excede 70 ℃, como óleo lubrificante e óleo vegetal comestível. A faixa geral de vazão é de 0,045 a 30 ms/h, a faixa de pressão é de 0,7 a 20 MPa e a velocidade de trabalho é de 1200 a 4000 rpm.

●Características estruturais

⑴ Estrutura simples e preço barato;

⑵ Baixa exigência de trabalho e ampla aplicação;

⑶ As tampas das extremidades e as ranhuras entre os dentes da engrenagem formam muitas câmaras de trabalho seladas e fixas, que só podem ser usadas como uma bomba quantitativa.

A engrenagem adota a nova tecnologia de nível avançado internacional da década de 1990 - perfil de dente com curva dupla de arco seno. Comparada às engrenagens evolventes, sua principal vantagem é a ausência de deslizamento relativo na superfície do perfil do dente durante o processo de engrenamento, de modo que a superfície do dente não sofre desgaste, mantém o equilíbrio de funcionamento, não retém líquidos, apresenta baixo ruído, longa vida útil e alta eficiência. A bomba elimina as amarras do design tradicional, permitindo que a bomba de engrenagens entre em um novo campo em design, produção e uso.

●Classificação de bombas de engrenagens

No que diz respeito às engrenagens dos componentes principais, elas são compostas principalmente de engrenagens normais comuns bombas de engrenagens e bombas de engrenagens de arco. As bombas de engrenagens comuns são mais duráveis do que as bombas de engrenagens de arco circular no transporte de meios impuros, e as bombas de engrenagens de arco circular possuem uma estrutura especial, transportam meios limpos, apresentam baixo ruído e longa vida útil. Cada uma tem suas próprias vantagens.