Zobniške črpalkeso razredrotacijske črpalke-z izpodrivomv katerem se tekočina premika z medsebojnim zapletom zobnikov. Ko se zobniki vrtijo, ujamejo fiksne količine tekočine in jih prenašajo od vstopa do izhoda, pri čemer zagotavljajo pretok, ki je sorazmeren z vrtilno hitrostjo črpalke (znotraj konstrukcijskih omejitev).
V tem članku primerjamo tri pogoste konfiguracije:
- Eno (en-odsek)zobniške črpalke - ena črpalna stopnja, preprosta zasnova
- Dvojni/tandemski/več{0}}delzobniške črpalke - več delov črpalke, nameščenih na skupni gredi
Razumevanje razlik med temi vrstami pomaga inženirjem in načrtovalcem sistemov pri izbiri prave črpalke za specifične zahteve po tekočini, pretoku in tlaku.
Osnove zobniških črpalk
Načelo delovanja
Zobniška črpalka je vrstačrpalka s pozitivnim pretokom: tekočina se prenaša v fiksnih količinah med zobmi zobnikov in ohišjem črpalke ter se dovaja, ko se zobniki vrtijo.
Splošni koraki pri delovanju zobniške črpalke so:
- Sesalna (sesalna) stran
Ko se zobniki odvijajo (zobje se ločijo) na vstopni strani, nastane nizek tlak (delni vakuum), ki vleče tekočino v votline med zobmi in ohišjem.
- Prevoz tekočine
Tekočina je ujeta v žepe, ki jih tvorijo površine zobnika in ohišja, in se prenaša po zunanjem obodu črpalke (zunaj območja začepka).
- Izpustna stran
Ko se zobje zobnikov ponovno začnejo zapletati, se prostornina med njimi skrči in s tem iztisne tekočino skozi izpustno odprtino.
- Nadzor puščanja/povratnega toka
Tesni razmiki med bokom zobnika, zunanjim premerom in stenami ohišja pomagajo zmanjšati zdrs tekočine nazaj iz izpustne na sesalno stran.
Ker je premik na vrtljaj skoraj nespremenljiv, je pretok približno sorazmeren s hitrostjo vrtenja (znotraj mehanskih in hidravličnih omejitev).
Zunanja in notranja zasnova zobniške črpalke
V industriji se običajno uporabljata dve glavni topologiji zobniških črpalk:
Zunanje zobniške črpalke
Uporabite dva zunanja (čelasta/vijačna/ribja kost) zobnika drug ob drugem, ki se medsebojno zaskočita.
Ena prestava je gnana (z motorjem ali gredjo), druga je vodilo.
Ko se zobniki vrtijo, prenašajo tekočino po svojem zunanjem obodu od vstopne strani do izstopne strani.
Zunanje zobniške črpalke so na splošno močnejše v tlačnih zmogljivostih in bolj kompaktne v konstrukciji, vendar zahtevajo ozke tolerance in so bolj občutljive na obrabo.
Notranje zobniške črpalke (Gerotor / Crescent Internal)
Eden od zobnikov (rotor) je notranji zobnik (zobje na notranji strani) in se zaskoči z zunanjim prostim zobnikom znotraj njega.
Nepremična pregrada-v obliki polmeseca (tesnilo v obliki polmeseca) pogosto ločuje dovodno in izstopno pot, s čimer preprečuje-pretok in usmerja gibanje tekočine.
Tekočina teče skozi votline "zobnika znotraj zobnika", se nato združi in izpusti, ko se notranji in zunanji zobje zobnika zaskočijo.
Notranji dizajni imajo pogosto boljše sesalne lastnosti, prenašajo višje viskoznosti tekočin in so lahko bolj prizanesljivi pri tolerancah.
| Funkcija | Zunanja zobniška črpalka | Notranja zobniška črpalka |
|---|---|---|
| Razporeditev zobnikov | Dva zunanja zobnika drug ob drugem | Prestava-znotraj-prestave (notranja + zunanja) |
| Zmogljivost tlaka | višje | Zmerno |
| Sesanje / polnjenje | Dobro, vendar omejeno za viskozne tekočine | Običajno boljši (lahko se-bolje samopolni) |
| Občutljivost na obrabo / tesne razdalje | visoko | Bolj strpen |
| Razpon viskoznosti tekočine in strižna občutljivost | Dobro za številna olja | Bolje za tekočine z visoko viskoznostjo in{0}}občutljivostjo na strig |
Enojne (eno-delne) zobniške črpalke
Zgradba in delovni mehanizem
A enodelna-zobniška črpalkavsebuje natanko eno stopnjo črpanja: en par (ali niz) zobnikov, eno vstopno odprtino in eno izstopno odprtino. Ko se zobniki vrtijo, se tekočina vleče v prostor med zobmi zobnikov na sesalni strani, prenaša po zunanjem obodu (ali notranjem v notranjih izvedbah) in iztisne na izpustni strani, ko zobje ponovno zaskočijo.
Ključni strukturni elementi vključujejo:
- Pogonski in gnani (prosti) zobnik
- Gredi in ležaji
- Ohišje črpalke z vstopnimi in izstopnimi odprtinami
- Razdalje med boki zobnikov, zunanjim premerom in stenami ohišja
Za notranje črpalke-tipa: polmesec ali pregrada za ločevanje vstopne in izstopne poti
Razdalje in tolerance so strogo nadzorovane, da se zmanjša puščanje (ali zdrs) s strani z visokim{0}}tlakom nazaj na stran z nizkim tlakom.
Prednosti in omejitve
Prednosti
Preprostost: Manj delov, enostavnejše tesnjenje, lažje vzdrževanje
Kompaktnost: Manjši odtis za določeno zmogljivost (v primerjavi z več-odseki)
Stroškovno{0}}učinkovito: Nižji stroški izdelave in namestitve
Zanesljiv pretok: Pozitivni premik zagotavlja stabilen pretok,-brez utripov (zlasti pri enakomernih hitrostih)
Dobro za veliko tekočin: Primerno za olja, maziva, viskozne tekočine, kemikalije -, še posebej, če so prostori dobro urejeni
Iz virov:
Zunanje zobniške črpalke so razmeroma preproste, kompaktne in vzdržljive.
Zobniške črpalke na splošno zagotavljajo gladek, zanesljiv pretok in se pogosto uporabljajo v sistemih hidravlične in viskozne tekočine.
Omejitve
Samo eno vezje: Ne more izvorno podati več kot enega izhoda iz istega razdelka
Puščanje / zdrs: Tudi pri ozkih tolerancah pride do notranjega puščanja; pri tekočinah z nizko{0}}viskoznostjo so lahko izgube večje
Omejitve tlaka in hitrosti: Mehanska trdnost enega dela omejuje največji pritisk in hitrost. Glede na literaturo so zunanje zobniške črpalke v številnih izvedbah pogosto omejene na ~ 210 barov in ~ 3000 RPM.
Občutljivost na obrabo: Abrazivne tekočine ali onesnaževalci lahko pospešijo obrabo, sčasoma povečajo razdalje in zmanjšajo zmogljivost
Omejitve sesanja: Pri sistemih z viskoznostjo ali nizkim-sesanjem-sesanje lahko zasnova z enim zobnikom težko doseže ali vzdržuje sesanje
Zobniške črpalke z dvojnim/več-delom (tandem/sestavljeno).
Definicija in slogi razporeditve razdelkov
A dvojna / tandemska zobniška črpalkaje v bistvu dva dela zobniške črpalke, združena v enem ohišju in gnana s skupno gredjo. Na splošno, aveč-razdelekozspojinazobniška črpalka lahko vključuje tri ali več delov.
Čeprav vsak del deluje hidravlično neodvisno, ima veliko modelov skupno askupni sesalni priključeknameščen v osrednjem delu črpalke za poenostavitev vnosa tekočine. Bucher Hydraulics Pri teh izvedbah se odseki razlikujejo le po izpustnih straneh, kar jim omogoča napajanje več krogov ali različnih tlakov.
Konfiguracije vključujejo:
- Vzporedni izpustni odseki: Vsaka sekcija ima svoj izhod (za dovajanje ločenih krogov tekočine).
- Serijski/kaskadni odseki: Izpust enega odseka napaja drugega, kar ustvarja višji tlak ali stopenjsko funkcionalnost.
- Mešane vrste: En del lahko deluje pri nizkem tlaku/visokem pretoku, drugi pri visokem tlaku/nizkem pretoku, vendar ga poganja ista gred.
Oblikovalski pristopi in ključne značilnosti
Skupni sesalni priključek: Kot že omenjeno, več odsekov pogosto črpa iz istega dovoda, kar poenostavi vodovodne napeljave in zniža stroške sesalnih cevi.
Vrstni red odsekov glede na premik: Pri več-črpalkah z notranjim{0}}zobništvom (npr. Bucherjeva serija QX) je del z večjo prostornino nameščen na strani pogona (konec gredi), da se zmanjšajo mehanske obremenitve.
Neodvisno delovanje: Čeprav si deli delijo mehanski pogon in sesanje, lahko delujejo neodvisno na svoji tlačni strani brez neposrednih hidravličnih motenj.
Kompaktna integracija: Več-delčne črpalke združujejo več črpalk v en sklop, s čimer prihranijo prostor in zmanjšajo zapletenost zunanjih cevi in namestitve.
Prilagodljivost prilagajanja: Odseke je mogoče različno dimenzionirati (različni premiki, materiali, nazivni tlak), da se ujemajo z več sistemskimi zahtevami.
Prednosti in kompromisi
Prednosti
Multipleksirani izhodi: En pogon lahko napaja več tokokrogov pri različnih pretokih ali tlakih.
Prihranek prostora in stroškov: Eno ohišje + skupna vhodna gred zmanjšata tloris, vodovodne in namestitvene stroške v primerjavi z več ločenimi črpalkami.
Prilagodljiva zasnova sistema: Odseke je mogoče prilagoditi potrebam sistema (npr. en visok pretok, en natančen pretok).
Zmanjšano število komponent: Manj motorjev, nosilcev in ločenih ohišij črpalk.
Boljša koordinacijav sistemih z več hidravličnimi obremenitvami (npr. mobilni stroji) za optimizacijo učinkovitosti.
Kompromisi / Omejitve
Povečana kompleksnost: Več delov (tesnila, ležaji, medsebojni priključki) lahko pomeni več možnih točk okvare.
Višji stroški in vzdrževanje: Natančnost izdelave, tesnjenje med sekcijami in stroški montaže se povečajo.
Notranje poti puščanja: Vsak dodaten del uvaja dodatne poti puščanja in izgube učinkovitosti.
Omejitve sesanja: Skupno sesanje lahko omeji celotno dovodno zmogljivost; odseki se lahko spopadajo z nizko sesalno višino.
Izzivi uravnoteženja: Če ena sekcija odpove ali je premalo izkoriščena, se lahko pretok v drugih premakne ali vpliva na stabilnost tlaka.
Oblikovalske omejitve: V serijskih kaskadah je treba upoštevati omejitve tlaka spodnjih odsekov.
Primerjava
| Primerjalna dimenzija | En-oddelek | Dvojni/več-del |
|---|---|---|
| Število | Samski | Večkratno ali porazdelljivo |
| Strukturna kompleksnost | Preprosto, manj vmesnikov | Bolj zapleteno, več vmesnikov/pečatov |
| Začetni stroški | Nižje | višje |
| Vzdrževanje in servis | Lažje, manj delov | Več tesnil, več možnih mest puščanja |
| Notranje puščanje/zdrs | Manj poti puščanja | Več potencialnega uhajanja med |
| Prilagodljivost pri delni obremenitvi | Manj prilagodljiv (vse ali nič) | Bolj prilagodljiv – izvaja lahko samo potrebne razdelke |
| Toleranca napak | Ena sama točka napake | En del lahko odpove, medtem ko |
| Vodovodna / prostorska učinkovitost | Enostavnejši cevovod | Bolj kompaktna integracija, manj zunanjih cevi |
| Prilagodljivost oblikovanja | ena | Odseki so lahko različno veliki (pretok, tlak) |
Primeri iz-resničnega sveta/študije primerov
Tukaj je več reprezentativnih aplikacij, ki prikazujejo, kako se zobniške črpalke z enojnim, dvojnim ali več-delom uporabljajo v resničnih industrijskih sistemih. Ti pomagajo utemeljiti teoretično razpravo v praktično uporabo.
Hidravlični / mazalni sistemi
V hidravličnih pogonskih enotah (HPU) ali kompaktni mobilni hidravliki, aenodelna-zunanja zobniška črpalkase pogosto uporablja za zagotavljanje glavne hidravlične oskrbe za aktuatorje, ventile, cilindre itd. Zaradi svoje kompaktne velikosti in zanesljivega pretoka je idealen za številne sisteme strojev.
V mazalnih tokokrogih (npr. za industrijske menjalnike, turbine, kompresorje) zobniške črpalke (zlasti notranjega tipa) dovajajo olje skozi ležaje in tesnila. Njihova pozitivna prostornina in toleranca za viskozna olja sta dragocena pri ohranjanju stabilnega tlaka kljub spremembam obremenitve.
Ravnanje s kemikalijami, polimeri in viskoznimi tekočinami
Merjenje/doziranje kemikalij, smol, polimerov: Zobniške črpalke se uporabljajo za dovajanje natančnih količin tekočine, ker je pretok sorazmeren z vrtljaji na minuto in razmeroma neobčutljiv na nihanja tlaka v smeri toka.
Pri predelavi polimerov in prenosu smol,notranje zobniške črpalkeimajo prednost, ker bolj nežno ravnajo z visoko viskoznostjo in tekočinami,-občutljivimi na strig.
Barve, črnila, lepila: zobniške črpalke se uporabljajo za kroženje, dovajanje ali ponovno kroženje teh tekočih medijev v premaznih sistemih, kar pogosto zahteva kemično združljivost in fino kontrolo odmerjanja.
Industrijski stroji in mobilna oprema
Mobilna hidravlika (gradbena, kmetijska mehanizacija)pogosto uporabite tandemske/več{0}}črpalke za pogon več pod{1}}krogov (npr. krmiljenje + rok + stabilizatorji) iz enega skupnega vira energije.
V industrijskih stiskalnicah ali oblikovalnih strojih lahko modul črpalke z dvojnim ali trojnim zobnikom dovaja več tlačnih območij (grobo dovajanje, fino dovajanje, vpenjalna vezja) v istem okvirju, kar zmanjša odtis in poenostavi napeljavo.
Prenos olja in goriva v petrokemičnih obratih: zunanje zobniške črpalke se uporabljajo za premikanje težkih olj, bitumna, asfaltov in viskoznih ogljikovodikov. Zaradi toge strukture in zmožnosti delovanja pri visokih pritiskih so primerni.
zobniške črpalke zaradi svoje preprostosti, zanesljivosti in predvidljivega obnašanja pretoka ostajajo temeljna tehnologija v fluidnih sistemih napajanja. Razlike meden-razdelekindvojni/več{0}}del (tandem/sestavljen)konfiguracije so predvsem v prilagodljivosti, kompleksnosti in sistemski integraciji:
- A enodelna-zobniška črpalkaponuja preprosto, stroškovno{0}}učinkovito rešitev, ko zadostujejo en krogotok tekočine in stabilne operativne zahteve.
- A več{0}}delčna zobniška črpalkapostane ugoden, če je potrebnih več tokokrogov, različne zahteve glede tlaka/pretoka in kompaktna integracija -, čeprav za ceno povečane notranje zapletenosti, tesnilnih vmesnikov in skrbnega oblikovanja.
Pri izbiri med njimi bi morali inženirji pretehtati parametre, kot so pretok, tlak, obnašanje delne-obremenitve, enostavnost vzdrževanja in omejitve postavitve sistema.
Ker se zasnove zobniških črpalk še naprej razvijajo (z boljšimi materiali, strožjimi tolerancami, naprednim tesnjenjem, modularnostjo), se ti-kompromisi sčasoma rahlo spreminjajo. Prav tako je koristno spremljati proizvajalce, ki integrirajo močne zmogljivosti oblikovanja, testiranja in prilagajanja.
Na tej opombi je eno takih podjetijPoocca Hydraulic (Shenzhen), dobavitelj polnih-storitev hidravličnih komponent, ki ponuja široko paleto zobniških črpalk (zunanjih, notranjih, tandemskih), skupaj s povezanimi črpalkami, motorji, ventili in hidravličnimi deli. Njihove izkušnje s storitvami OEM/ODM, široka paleta izdelkov in zagotavljanje kakovosti so koristna referenca (ali potencialni dobavitelj), ko se morate premakniti od teorije k pravi strojni opremi.
