Máy bơm được ứng dụng trong nhiều hoạt động khác nhau. Nhiều ứng dụng bơm không đơn giản như nước di chuyển ở nhiệt độ môi trường và áp suất thấp.

Khi độ nhớt tăng, máy bơm ly tâm trở nên kém hiệu quả và người dùng cần xem xét máy bơm dịch chuyển tích cực (PD). Khi yêu cầu áp suất tăng, một số bơm PD đạt tối đa. Khi nhiệt độ tăng, những người khác cũng sẽ thất bại.

 

 

 

 

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn cần áp suất xả 5.000 psi, hoặc nhiệt độ là 700 độ F, hoặc bạn có độ nhớt trong hàng trăm ngàn hoặc thậm chí trong hàng triệu cP? Có một vài máy bơm có thể xử lý một hoặc hai trong số các điều kiện này với các thiết kế đặc biệt hoặc sửa đổi các thiết kế hiện có. Nhưng nếu ứng dụng của bạn có cả ba thì sao?

 

Câu trả lời là một bơm bánh răng ngoài hiệu suất cao được thiết kế cho các điều kiện vận hành khắc nghiệt này. Đây là những máy bơm được thiết kế có khả năng xử lý bất kỳ hoặc tất cả các điều kiện này bằng cách sử dụng vật liệu, độ hở và thiết kế được tối ưu hóa.

 

 

 

 

Bơm bánh răng ngoài có hai bánh răng chia lưới có cùng đường kính. Trục bánh răng truyền động được kết nối với động cơ hoặc hộp giảm tốc và truyền động cho bánh răng thứ hai. Trong các bơm bánh răng công nghiệp nặng, các bánh răng này thường là tích hợp (một mảnh) với trục và có các tạp chí dung sai gần ở hai bên của răng bánh răng.

 

Một trục bánh răng một mảnh là cần thiết để chịu được tải mô-men xoắn cao liên quan đến áp suất cao và độ nhớt cao. Ngoài ra còn có bốn vòng bi giúp hỗ trợ và bôi trơn các trục bánh răng bằng chất lỏng quá trình.  Có ba loại răng bánh răng được sử dụng: spur, xoắn ốc và xương cá. Cả ba đều có ưu điểm và nhược điểm, tùy thuộc vào ứng dụng. Bánh răng Spur là đơn giản nhất và mang lại lợi ích cao nhất trong các ứng dụng áp lực cao. Chúng không tạo ra lực đẩy dọc trục và chuyển chất lỏng hiệu quả từ phía hút sang phía xả.

 

 

 

 

 

 

Bánh răng xoắn ốc tạo ra các xung thấp hơn một chút trong dòng chất lỏng, và thường chạy êm hơn ở tốc độ cao hơn do cách răng dần dần được tạo lưới và không bị trầy xước. Tuy nhiên, do lực đẩy dọc trục được tạo ra bằng bánh răng xoắn ốc, áp suất chênh lệch có thể bị giới hạn ở độ nhớt thấp hơn tùy thuộc vào vật liệu ổ trục được sử dụng. Lực đẩy đẩy bánh răng vào mặt ổ đỡ để chỉ có thể đạt được áp lực cao hơn với vật liệu ổ trục cứng hoặc bề mặt được thiết kế đặc biệt có thể xử lý lực đẩy này.

 

Bánh răng xương cá về cơ bản là bánh răng xoắn ốc quay lại. Chúng cung cấp xung ít hơn một chút so với bánh răng thúc đẩy và lực đẩy cân bằng trục. Tuy nhiên, chúng rất tốn kém để sản xuất và lắp ráp / tháo gỡ có thể khó khăn vì chúng phải được cài đặt / gỡ bỏ như một bộ. Trong các ứng dụng có độ nhớt cao, các ứng dụng mà chất lỏng đông đặc hoặc trong các máy bơm rất lớn, đây thực sự là một bất lợi lớn. Hoạt động của bơm bánh răng ngoài khá đơn giản. Chất lỏng đi vào phía hút của bơm và được hút vào các khoang mở của răng bánh răng không nối lưới. Chất lỏng được vận chuyển trong các khoang này xung quanh bên ngoài trục bánh răng đến cửa xả. Các răng bánh răng chia lưới đẩy chất lỏng ra khỏi khoang vào dòng áp lực.

 

 

Về mặt lý thuyết, tốc độ dòng chảy trong bơm chuyển tích cực không phụ thuộc vào áp suất. Tuy nhiên, không hiệu quả thể tích, hoặc trượt, vốn có trong tất cả các loại máy bơm dịch chuyển tích cực. Để đạt được áp suất chênh lệch cao và tốc độ dòng chảy cần thiết, bơm bánh răng phải vượt qua độ trượt bên trong này.

 

Để tối đa hóa khả năng chịu áp lực của máy bơm, khoảng hở giữa các bộ phận giao phối phải càng nhỏ càng tốt để hạn chế trượt. Tuy nhiên, chỉ cần thắt chặt các khoảng hở không đơn giản như âm thanh và việc xem xét cũng phải được đưa ra cho các yếu tố khác bao gồm nhiệt độ, độ nhớt và lựa chọn vật liệu.

 

 

 

 

Điều này không có nghĩa là trượt là tất cả xấu. Trong bơm bánh răng, một số trượt là cần thiết để bôi trơn các đường dẫn bên trong và để hỗ trợ thủy động lực học cho các trục bánh răng trong vòng bi. Trong các bơm bánh răng được thiết kế chính xác, độ trượt này sẽ chiếm từ 1 đến 3% lưu lượng.

 

Lựa chọn vật liệu là rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp nhiệt độ cao. Bơm bánh răng thường được yêu cầu để di chuyển các chất lỏng có tính ăn mòn, mài mòn và / hoặc phản ứng cao. Nhà ở, trục và vật liệu ổ trục trước tiên cần phải tương thích với chất lỏng được bơm. Khi bạn thêm nhiệt độ cao vào xem xét, thiết kế máy bơm thậm chí còn phức tạp hơn vì các vật liệu khác nhau có tốc độ giãn nở nhiệt khác nhau.

 

 

 

 

 

Như đã nêu trước đó, các khoảng hở bên trong phải càng nhỏ càng tốt để có được khả năng chịu áp lực tối đa. Trong các ứng dụng nhiệt độ cao, do sự giãn nở nhiệt của các bộ phận, máy bơm cần phải phát triển thành các khoảng trống chính xác. Đây là một sự cân nhắc vượt xa những gì hầu hết các nhà sản xuất bơm bánh răng thương mại có thể thường xuyên cung cấp. Đánh giá quá cao sự giãn nở nhiệt sẽ làm cho độ hở của bơm quá lỏng và nó sẽ không thể tạo ra áp suất cần thiết.

 

Đánh giá thấp sự giãn nở nhiệt sẽ khiến máy bơm bị kẹt và không quay khi đưa đến nhiệt độ xử lý. Vì lý do này, máy bơm được chế tạo ở nhiệt độ cao (hoặc thấp) có thể không phải lúc nào cũng hoạt động đúng ở nhiệt độ mà chúng không được thiết kế.

 

 

 

Ví dụ, hãy xem xét một vỏ bơm được làm bằng thép không gỉ 316 với trục bánh răng bằng thép không gỉ 440B và vòng bi carbon. Thép không gỉ 316 có tốc độ giãn nở nhiệt 17 x 10-6 mm / mm / độ C, 440B là 11 x 10-6 mm / mm / độ C và carbon là 3,6 x 10-6 mm / mm / độ C. Nhà sản xuất máy bơm phải có kinh nghiệm xử lý các nhiệt độ cao này và có thể tính toán chính xác độ hở của bơm sẽ là gì khi bơm ở nhiệt độ quá trình.

 

Làm nóng trước máy bơm có thể cần thiết để tránh sốc nhiệt có thể gây hư hỏng cho các bộ phận của máy bơm. Làm nóng sơ bộ bơm thường được khuyến nghị khi bơm chất lỏng ở nhiệt độ lớn hơn 300 độ F. Khi sử dụng phốt cơ học, nhiệt độ bơm phải nằm trong khoảng 90 độ F của nhiệt độ chất lỏng để tránh làm hỏng mặt niêm phong. Máy bơm đục lỗ được làm nóng bằng hơi nước hoặc chất lỏng sưởi ấm và sưởi ấm bằng điện là những phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để sưởi ấm máy bơm.

 

 

 

 

Độ nhớt là điện trở của chất lỏng để cắt (hoặc chảy), vì vậy đối với các ứng dụng có độ nhớt cao, vấn đề đầu tiên là đưa chất lỏng vào bơm. Máy bơm phải quay đủ chậm để chất lỏng lấp đầy các lỗ mở của răng bánh răng không nối lưới. Khoang mở này tạo ra một lực hút hút chất lỏng vào bơm. Khoảng hở càng chặt và độ kín bên trong của bơm càng tốt, càng tạo ra nhiều lực hút.

 

Khi chất lỏng đã vào trong bơm, các khe hở bên trong cần phải được định kích thước chính xác để phù hợp với độ nhớt. Khoảng trống quá nhỏ sẽ hạn chế dòng chảy của chất lỏng trong đường dẫn, dẫn đến quá nhiệt do thiếu chất bôi trơn. Nếu chúng quá lớn, cường độ màng chất lỏng sẽ sụp đổ và nó sẽ không thể hỗ trợ và bôi trơn các trục, dẫn đến tiếp xúc từ tạp chí đến ổ trục và hỏng sớm.

 

 

 

 

Một yếu tố khác khi xử lý chất lỏng có độ nhớt cao là mô-men xoắn cần thiết để quay bánh răng. Các trục bánh răng phải có đủ sức mạnh để truyền mô-men xoắn từ người lái. Thiết kế răng bánh răng rất quan trọng vì răng bánh răng quá lớn sẽ không hiệu quả trong việc di chuyển chất lỏng và răng bánh răng quá nhỏ có thể bị gãy dưới tải nặng. Mô-men xoắn trên trục bánh răng và lực cắt trên răng bánh răng tăng lên khi tăng độ nhớt của chất lỏng và tăng áp suất chênh lệch. Thiết kế trục bánh răng và bánh răng trở nên đặc biệt quan trọng khi các điều kiện này được kết hợp với nhiệt độ cao, vì các thành phần kim loại có xu hướng suy yếu do giảm mô đun đàn hồi với nhiệt độ tăng.

 

 

Các ứng dụng bơm liên quan đến áp suất cao, độ nhớt cao và / hoặc nhiệt độ cao đưa người dùng ra khỏi vương quốc của máy bơm ly tâm và vào máy bơm dịch chuyển tích cực. Khi các điều kiện này trở nên cực đoan hơn, và các loại bơm PD khác đạt đến giới hạn thiết kế của chúng, lựa chọn duy nhất còn lại là bơm bánh răng ăn khớp ngoài.