طرز کار پمپ هیدرولیک دندهای
زمان مطالعه: 11 دقیقه
پمپ هیدرولیک دندهای با چرخش چرخ‌دنده‌ها، حجم مشخصی از روغن را از ورودی دریافت کرده و به سمت خروجی منتقل میکند. در این پمپ، روغن در فضای ایجادشده بین دندانه‌ها و پوسته حمل میشود و با ادامه چرخش چرخ‌دنده‌ها به سمت خروجی هدایت میشود.
نکته مهم این است که وظیفه اصلی پمپ، ایجاد جریان روغن است. فشار زمانی در مدار افزایش پیدا میکند که در برابر این جریان مقاومت وجود داشته باشد؛ برای مثال زمانی که یک سیلندر بار را جابه‌جا میکند یا روغن مجبور است از یک مسیر محدود عبور کند.
برای درک بهتر طرز کار پمپ دندهای باید ابتدا ساختمان داخلی و سپس مسیر حرکت روغن را بررسی کنیم.
فهرست مطالب
پمپ هیدرولیک دندهای چیست و چه کاری انجام می‌دهد؟
پمپ هیدرولیک دندهای یکی از انواع پمپهای جابهجایی مثبت یا Positive Displacement است. در این پمپ با هر دور چرخش شفت، حجم تقریباً مشخصی از روغن جابه‌جا میشود.
بیشتر پمپهای دندهای مورد استفاده در سیستم‌های هیدرولیک صنعتی از نوع Fixed Displacement هستند؛ یعنی حجم جابهجایی هندسی آنها در هر دور ثابت است. بنابراین با افزایش دور پمپ، دبی تئوری نیز تقریباً متناسب با دور افزایش پیدا میکند.
انرژی مکانیکی موردنیاز پمپ معمولاً از الکتروموتور، موتور احتراقی یا یک محرک مکانیکی دیگر تأمین میشود. شفت محرک، چرخ‌دنده داخل پمپ را به حرکت درمی‌آورد و همین چرخش باعث ایجاد فرایند مکش و انتقال روغن میشود.
دو ساختمان اصلی که معمولاً در خانواده پمپهای دندهای دیده می‌شوند عبارت‌اند از:
- پمپ دندهای خارجی یا External Gear Pump
- پمپ دندهای داخلی یا Internal Gear Pump
اگرچه هر دو از اصل جابهجایی مثبت استفاده می‌کنند، ساختمان داخلی و نحوه انتقال روغن در آنها یکسان نیست.
اجزای اصلی پمپ دندهای
برای درک نحوه عملکرد پمپ، شناخت چند قطعه اصلی کافی است.
در یک پمپ دندهای خارجی معمولاً اجزای زیر وجود دارند:
- چرخ‌دنده محرک یا Drive Gear
- چرخ‌دنده متحرک یا Driven Gear
- شفت پمپ
- پوسته یا Housing
- بوش یا یاتاقان‌ها
- صفحات جانبی یا Side Plates
- پورت ورودی یا Inlet
- پورت خروجی یا Outlet
- آببندی شفت
چرخ‌دنده محرک مستقیماً به شفت پمپ متصل است. با چرخش آن، چرخ‌دنده دوم نیز در جهت مخالف شروع به چرخیدن میکند.
فاصله‌های بسیار کوچک بین دندانه‌ها، پوسته و صفحات جانبی اهمیت زیادی دارند. این لقی‌ها باید به اندازه‌ای باشند که قطعات بتوانند آزادانه حرکت کنند، اما افزایش بیش از حد آنها باعث افزایش نشتی داخلی و کاهش راندمان حجمی پمپ میشود.
طرز کار پمپ دندهای خارجی چگونه است؟
External Gear Pump متداول‌ترین ساختمان پمپ دندهای در بسیاری از سیستم‌های صنعتی است. این پمپ از دو چرخ‌دنده خارجی تشکیل شده که با یکدیگر درگیر هستند.
یکی از چرخ‌دنده‌ها توسط شفت پمپ به حرکت درمی‌آید و چرخ‌دنده دوم را نیز می‌چرخاند.
عملکرد پمپ را می‌توان در چهار مرحله توضیح داد:
- جدا شدن دندانه‌ها در سمت ورودی
با چرخش چرخ‌دنده‌ها، دندانه‌هایی که در سمت ورودی با یکدیگر درگیر بوده‌اند از هم جدا می‌شوند. در نتیجه حجم فضای موجود بین دندانه‌ها افزایش پیدا میکند.
افزایش حجم باعث کاهش فشار موضعی در ورودی پمپ میشود و اختلاف فشار بین مخزن و ورودی پمپ، روغن را به داخل فضای ایجادشده هدایت میکند.
- پر شدن فضای بین دندانه‌ها
روغن وارد فضای بین دندانه‌های چرخ‌دنده و پوسته پمپ میشود.
در این مرحله روغن وارد مرکز محل درگیری دو چرخ‌دنده نمی‌شود، بلکه در فضای بین دندانه‌ها و دیواره داخلی پوسته قرار می‌گیرد.
- انتقال روغن در اطراف چرخ‌دنده‌ها
با ادامه دوران، روغن محبوس‌شده بین دندانه‌ها و پوسته در امتداد محیط خارجی چرخ‌دنده‌ها از سمت ورودی به سمت خروجی حرکت میکند.
بنابراین یکی از نکات مهم در فهم طرز کار پمپ دندهای خارجی این است که:
روغن از میان محل درگیری دو چرخ‌دنده عبور نمی‌کند؛ بلکه در اطراف چرخ‌دنده‌ها و در فضای بین دندانه‌ها و پوسته حمل میشود.
درگیری دندانه‌ها در مرکز پمپ عملاً مانعی میان بخش ورودی و خروجی ایجاد میکند.
- خروج روغن از پمپ
زمانی که روغن به سمت خروجی می‌رسد، دندانه‌های دو چرخ‌دنده دوباره با یکدیگر درگیر می‌شوند. کاهش حجم فضای بین دندانه‌ها باعث رانده شدن روغن به سمت پورت خروجی میشود.
این چرخه با هر دور چرخش پمپ تکرار میشود و یک جریان پیوسته در مدار ایجاد میکند.
بسیاری از پمپهای صنعتی مانند پمپهای دندهای Roquet از همین ساختمان External Gear استفاده می‌کنند، اما حجم جابهجایی، دور و فشار مجاز در مدل‌ها و سایزهای مختلف آنها متفاوت است.
آیا پمپ دندهای خودش فشار تولید میکند؟
یکی از برداشت‌های اشتباه رایج این است که تصور کنیم پمپ هیدرولیک مستقیماً فشار مشخصی تولید میکند.
وظیفه اصلی پمپ، ایجاد جریان روغن است. فشار در اثر مقاومتی که مدار در برابر جریان ایجاد میکند شکل می‌گیرد.
برای مثال اگر خروجی پمپ مستقیماً و بدون مقاومت به مخزن متصل باشد، پمپ میتواند دبی ایجاد کند در حالی که فشار مدار نسبتاً پایین است.
اما اگر سیلندر بخواهد یک بار سنگین را حرکت دهد، مقاومت در برابر جریان افزایش پیدا میکند و فشار مدار نیز بالا می‌رود.
به همین دلیل عددی که در کاتالوگ یک پمپ به‌عنوان فشار کاری اعلام میشود، به معنی فشار ثابت تولیدی پمپ نیست؛ بلکه نشان می‌دهد آن مدل برای کار در چه محدوده فشاری طراحی شده است.
از آنجا که پمپ دندهای یک پمپ جابهجایی مثبت است، مسدود شدن کامل مسیر خروجی در حالی که پمپ در حال چرخش است میتواند باعث افزایش سریع فشار شود. به همین دلیل مدار باید به تجهیزات مناسب برای محدود کردن فشار، مانند شیر اطمینان، مجهز باشد.
طرز کار پمپ دندهای داخلی چگونه است؟
در Internal Gear Pump یکی از چرخ‌دنده‌ها داخل چرخ‌دنده دیگری قرار گرفته است.
در یک ساختمان متداول، یک چرخ‌دنده کوچک‌تر یا Pinion با یک چرخ‌دنده حلقوی بزرگ‌تر که دندانه‌های داخلی دارد درگیر میشود. محور دو چرخ‌دنده نسبت به یکدیگر خارج از مرکز است.
در بسیاری از طراحی‌های کلاسیک Internal Gear، قطعه‌ای هلالی‌شکل یا Crescent نیز میان ناحیه ورودی و خروجی قرار می‌گیرد و به جدا نگه داشتن دو مسیر کمک میکند.
با چرخش مجموعه، دندانه‌ها در سمت ورودی از یکدیگر فاصله می‌گیرند و حجم فضای موجود افزایش پیدا میکند. روغن وارد این فضاها شده و همراه دوران چرخ‌دنده‌ها به سمت خروجی منتقل میشود.
در سمت خروجی، دندانه‌ها دوباره درگیر می‌شوند و حجم فضای حاوی روغن کاهش پیدا میکند. در نتیجه روغن به سمت پورت خروجی رانده میشود.
اصل عملکرد همچنان همان جابهجایی مثبت است، اما شکل تشکیل محفظه‌های انتقال روغن با پمپ دنده خارجی تفاوت دارد.
همچنین نباید تصور کرد که هر پمپ دندهای داخلی الزاماً فشار بیشتری از هر پمپ دندهای خارجی تحمل میکند. فشار مجاز به طراحی، سایز، سری ساخت، جنس قطعات و مشخصات اعلام‌شده توسط سازنده بستگی دارد.
تفاوت طرز کار پمپ دندهای داخلی و خارجی
هر دو نوع پمپ از تغییر حجم محفظه‌ها برای دریافت و انتقال روغن استفاده می‌کنند، اما ساختمان آنها متفاوت است.
| ویژگی | پمپ دندهای خارجی | پمپ دندهای داخلی |
|---|---|---|
| آرایش چرخ‌دنده‌ها | دو چرخ‌دنده خارجی کنار یکدیگر | یک چرخ‌دنده داخل چرخ‌دنده حلقوی |
| نحوه انتقال روغن | بین دندانه‌ها و پوسته | در فضاهای ایجادشده میان مجموعه داخلی |
| ساختمان | نسبتاً ساده | معمولاً پیچیده‌تر |
| حجم جابهجایی | معمولاً ثابت | معمولاً ثابت |
| فشار کاری | وابسته به سری و سایز پمپ | وابسته به سری و سایز پمپ |
| صدا و ضربان جریان | وابسته به طراحی، دور و شرایط کار | وابسته به طراحی، دور و شرایط کار |
| تعمیر و انتخاب قطعه | معمولاً ساده‌تر | وابستگی بیشتری به طراحی سازنده دارد |
بنابراین نمی‌توان تنها بر اساس «داخلی یا خارجی بودن» درباره فشار، راندمان یا عمر پمپ قضاوت کرد. دیتاشیت همان مدل همیشه مرجع نهایی است.
چه عواملی روی عملکرد واقعی پمپ دندهای اثر می‌گذارند؟
عملکرد واقعی یک پمپ فقط به ساختمان چرخ‌دنده‌ها وابسته نیست. دور، حجم جابهجایی، فشار، روغن، شرایط ورودی و وضعیت قطعات داخلی همگی روی دبی و راندمان اثر دارند.
| پارامتر | اثر روی عملکرد | موردی که باید بررسی شود |
|---|---|---|
| حجم جابهجایی | تعیین حجم روغن جابه‌جا شده در هر دور | cc/rev یا cm³/rev |
| دور پمپ | تغییر دبی پمپ | rpm |
| فشار مدار | افزایش بار و نشتی داخلی | فشار کاری مجاز سازنده |
| ویسکوزیته روغن | اثر روی نشتی، روانکاری و مکش | محدوده مجاز سازنده |
| شرایط ورودی | اثر روی پر شدن محفظه‌های پمپ | قطر خط، افت فشار و وضعیت مخزن |
| آلودگی روغن | افزایش سایش و لقی داخلی | سطح تمیزی موردنیاز پمپ |
دور و حجم جابهجایی؛ دبی تئوری و واقعی
حجم جابهجایی یا Displacement نشان می‌دهد پمپ بهصورت تئوری در هر دور چه حجمی از روغن را جابه‌جا میکند.
اگر حجم جابهجایی پمپ برحسب cc/rev و دور برحسب rpm باشد، دبی تئوری را می‌توان به شکل زیر محاسبه کرد:
Q = Vg × n ÷ 1000
که در آن:
- Q = دبی تئوری برحسب لیتر بر دقیقه
- Vg = حجم جابهجایی برحسب cc/rev
- n = دور پمپ برحسب rpm
برای مثال اگر حجم جابهجایی یک پمپ 20 cc/rev و دور آن 1500 rpm باشد:
Q = 20 × 1500 ÷ 1000 = 30 L/min
بنابراین دبی تئوری پمپ حدود 30 لیتر بر دقیقه خواهد بود.
اما در عمل معمولاً تمام این حجم به خروجی نمی‌رسد. بخشی از روغن به دلیل وجود لقی‌های داخلی از سمت فشار به سمت نواحی کم‌فشار نشت میکند. به همین دلیل دبی واقعی کمی کمتر از دبی تئوری است.
این اختلاف با راندمان حجمی یا Volumetric Efficiency ارتباط دارد.
فشار مدار و نشتی داخلی
با افزایش اختلاف فشار بین ورودی و خروجی، تمایل روغن به عبور از لقی‌های داخلی بیشتر میشود.
در یک پمپ سالم این نشتی کنترل‌شده است، اما با فرسایش دندانه‌ها، بوش‌ها، صفحات جانبی یا پوسته، لقی افزایش پیدا میکند و نشتی داخلی نیز بیشتر میشود.
یکی از نتایج این وضعیت میتواند کاهش دبی واقعی پمپ به‌خصوص در فشارهای بالاتر باشد.
به همین دلیل ممکن است یک پمپ فرسوده در حالت بی‌بار ظاهراً دبی مناسبی داشته باشد اما با افزایش فشار مدار، افت عملکرد آن مشخص شود.
ویسکوزیته، دما و شرایط مکش
ویسکوزیته روغن تأثیر مستقیمی روی عملکرد پمپ دارد.
اگر روغن بیش از حد رقیق باشد، نشتی داخلی افزایش پیدا میکند و ممکن است روانکاری قطعات نیز تحت تأثیر قرار گیرد.
در مقابل، روغن بسیار غلیظ مقاومت بیشتری در مسیر ورودی ایجاد میکند و پر شدن فضای بین دندانه‌ها را دشوارتر میکند؛ مخصوصاً هنگام استارت در دمای پایین.
به همین دلیل انتخاب روغن نباید صرفاً بر اساس یک گرید عمومی انجام شود. محدوده ویسکوزیته مجاز، دمای کار و توصیه سازنده پمپ باید بررسی شوند. توضیحات کامل‌تر این موضوع را در راهنمای روغن مناسب پمپ هیدرولیک بررسی کرده‌ایم.
شرایط مسیر ورودی نیز به همان اندازه اهمیت دارد. قطر کم لوله مکش، طول زیاد مسیر، زانویی‌های متعدد، گرفتگی صافی یا ویسکوزیته زیاد روغن می‌توانند باعث افزایش افت فشار ورودی شوند.
اگر فشار موضعی در ورودی بیش از حد کاهش پیدا کند، احتمال ایجاد کاویتاسیون پمپ هیدرولیک افزایش پیدا میکند.
بنابراین در عیب‌یابی پمپ دندهای نباید فقط خود پمپ بررسی شود؛ مخزن، خط مکش، روغن، فیلتر، Breather و دور پمپ نیز بخشی از شرایط کاری آن هستند.
آلودگی و لقی قطعات داخلی
فاصله میان دندانه‌ها، صفحات جانبی، بوش‌ها و پوسته پمپ بسیار کم است. ورود ذرات آلاینده میتواند باعث ایجاد سایش روی این سطوح شود.
با افزایش سایش، لقی داخلی بیشتر شده و مسیر راحت‌تری برای نشتی روغن از سمت فشار به سمت مکش ایجاد میشود. نتیجه میتواند کاهش راندمان حجمی، افزایش حرارت و افت دبی در فشار بالا باشد.
سطح تمیزی سیال در سیستم‌های هیدرولیک معمولاً با کدهایی مانند ISO 4406 بیان میشود، اما سطح تمیزی موردنیاز برای هر پمپ باید از مستندات سازنده همان مدل بررسی شود.
نکته دیگر جهت دوران پمپ است.
جهت چرخش میتواند موقعیت ورودی و خروجی و همچنین عملکرد اجزای داخلی پمپ را تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین نباید بدون بررسی دیتاشیت فرض کرد که با معکوس کردن جهت چرخش الکتروموتور، می‌توان هر پمپ دندهای را در جهت مخالف استفاده کرد.
در زمان مونتاژ پمپ و موتور نیز هم‌محوری شفت‌ها، نوع کوپلینگ، فلنج نصب و جهت صحیح دوران اهمیت زیادی دارند. این موارد را بهصورت کامل در راهنمای نصب و راه‌اندازی پمپ هیدرولیک روی الکتروموتور توضیح داده‌ایم.
مزایا و محدودیت‌های پمپ هیدرولیک دندهای
یکی از دلایل استفاده گسترده از پمپهای دندهای، ساختمان نسبتاً ساده آنهاست.
از مزایای مهم این نوع پمپ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساختمان مکانیکی نسبتاً ساده
- ابعاد مناسب نسبت به دبی قابل تأمین
- تنوع بالا در حجم جابهجایی و سایز بدنه
- امکان تولید بهصورت پمپ تک یا چندطبقه در بسیاری از سری‌ها
- هزینه ساخت و نگهداری مناسب در بسیاری از کاربردها
- استفاده گسترده در پاورپک‌ها و مدارهای صنعتی
در مقابل، محدودیت‌هایی نیز وجود دارد.
پمپ دندهای معمولاً Fixed Displacement است و به‌تنهایی امکان تغییر پیوسته حجم جابهجایی مانند برخی پمپهای پیستونی متغیر را ندارد.
همچنین میزان صدا، ضربان جریان و راندمان آن تحت تأثیر طراحی دندانه‌ها، دور، فشار، کیفیت ساخت، لقی داخلی، شرایط مکش و وضعیت روغن قرار دارد.
بنابراین نمی‌توان یک محدوده فشار، دور یا ویسکوزیته را برای تمام پمپهای دندهای در نظر گرفت. مرجع انتخاب باید همیشه کاتالوگ همان سری و همان سایز باشد.
اگر هدف شما به‌جای شناخت مکانیزم، تعیین نوع، دبی، فشار، حجم جابهجایی، شفت و مشخصات پمپ برای یک سیستم مشخص است، راهنمای انتخاب پمپ هیدرولیک مناسب برای این مرحله مناسب‌تر است.
سوالات متداول درباره طرز کار پمپ دندهای
جهت چرخش پمپ دندهای چه اهمیتی دارد؟
جهت دوران میتواند تعیین کند کدام پورت پمپ ورودی و کدام پورت خروجی باشد و در بعضی طراحیها بر عملکرد سیستم جبران لقی و آببندی داخلی نیز تأثیر دارد. جهت صحیح را باید براساس علامت روی پمپ یا کد و کاتالوگ همان مدل بررسی کرد. صرفاً معکوس کردن جهت الکتروموتور برای تمام پمپها مجاز نیست.
پمپ دندهای تا چه فشاری کار میکند؟
فشار کاری پمپ دندهای عدد ثابتی ندارد و به طراحی، سری، حجم جابهجایی، دور و مشخصات سازنده بستگی دارد. حتی دو سایز از یک خانواده پمپ ممکن است فشار کاری مداوم متفاوتی داشته باشند. به همین دلیل فشار مجاز باید از کاتالوگ همان مدل استخراج شود، نه از یک عدد عمومی برای تمام پمپهای دندهای.
دبی پمپ دندهای چگونه محاسبه میشود؟
دبی تئوری از حاصلضرب حجم جابهجایی پمپ در دور آن به دست میآید. اگر حجم جابهجایی برحسب cc/rev و دور برحسب rpm باشد، حاصلضرب این دو بر 1000 تقسیم میشود تا دبی برحسب لیتر بر دقیقه به دست آید.u003cbru003eبرای مثال پمپ 20 cc/rev در 1500 rpm بهصورت تئوری حدود 30 لیتر بر دقیقه دبی دارد. دبی واقعی به دلیل نشتی داخلی و راندمان حجمی معمولاً کمی کمتر از مقدار تئوری است.
در نهایت، اصل کار پمپ دندهای ساده است: افزایش حجم در سمت ورودی باعث ورود روغن میشود، روغن در محفظه‌های ایجادشده بین قطعات دوار و پوسته حمل میشود و کاهش حجم در سمت خروجی آن را وارد مدار میکند. آنچه عملکرد واقعی پمپ را تعیین میکند فقط شکل چرخ‌دنده‌ها نیست؛ فشار مدار، دور، روغن، شرایط مکش، میزان آلودگی و وضعیت لقی قطعات داخلی نیز باید در کنار ساختمان پمپ در نظر گرفته شوند.
من مهدی سعیدی، فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد مکانیک سیالات گرایش تبدیل انرژی از دانشگاه امام خمینی هستم. از سال ۱۳۹۱ فعالیت خودم را در حوزه هیدرولیک و پنوماتیک شروع کردم و در کنار گذراندن دوره‌های تخصصی، تجربه عملی در کارخانه‌ها و مجموعه‌های صنعتی مختلف به دست آورده‌ام.
تا امروز به حدود ۱۰۰ کارخانه و واحد تولیدی در زمینه انتخاب و خرید تجهیزات، به‌روزرسانی و ساخت خطوط تولید مشاوره داده‌ام و دوره‌های تخصصی هیدرولیک نیز برگزار می‌کنم. در هیدروپرشین تلاش می‌کنم تجربه‌ها و دانش فنی خودم را به زبان ساده و کاربردی با علاقه‌مندان این حوزه به اشتراک بگذارم.
اولین دیدگاه را شما بنویسید
اگر تجربه یا سوالی دارید، کوتاه و شفاف بنویسید تا بقیه هم استفاده کنند.
از اینکه دیدگاهتان را ثبت کردید ممنونیم!
ممکن است بررسی و انتشار دیدگاه کمی زمان ببرد.