انواع پمپ دنده ای
پمپهای دنده ای به دو دسته اصلی خارجی (External Gear Pump) و داخلی (Internal Gear Pump) تقسیم میشوند که در ادامه ویژگیهای آنها را بررسی کردهایم.
پمپ دنده ای خارجی
شامل دو دنده خارجی هماندازه و درگیرشونده است که توسط شفتهای جداگانه پشتیبانی میشوند. معمولاً یکی از دندهها (راننده) توسط موتور رانده میشود و دیگری (آزاد) را به حرکت درمیآورد. شفتها توسط بلبرینگها در هر طرف بدنه پشتیبانی میشوند. این نوع میتواند از دندههای ساده (Spur)، مارپیچ (Helical) یا هرینگبون (Herringbone) استفاده کند. طراحی سفت و سخت آن اجازه میدهد تا فشارهای بالا (تا ۳۰۰۰ psi یا حتی ۷۵۰۰ psi در برخی مدلها) و نرخ جریان بالاتری نسبت به پمپهای وان یا لوب تحمل کند.
پمپ دنده ای داخلی
بر اساس اصل مشابه عمل میکند، اما دو دنده با اندازههای متفاوت دارد؛ دنده بزرگتر (روتور) داخلی است و دندانهای آن به سمت داخل برجستهاند، در حالی که دنده کوچکتر (آزاد) خارجی و خارج از مرکز قرار گرفته است. روتور توسط شفت رانده میشود و دنده آزاد را به حرکت درمیآورد. یک پارتیشن هلالیشکل ثابت (Crescent) فضای خالی ناشی از موقعیت خارج از مرکز را پر کرده و به عنوان مهر و موم بین ورودی و خروجی عمل میکند. این نوع فقط از دندههای ساده استفاده میکند و برای سیالات با ویسکوزیته بالا (از 1 cP تا بیش از ۱,۰۰۰,۰۰۰ cP) و حساس به برش مناسبتر است؛ زیرا سرعت پایینتری دارد و قابلیت مکش بهتری ارائه میدهد.
اصل کارکرد پمپ دنده ای
اصل کارکرد پمپ دنده ای بر پایه چرخش دندهها است که با بدنه پمپ، آب بندی سیال را ایجاد میکنند. در سمت ورودی، جدایی دندهها حجم را افزایش داده و خلأ ایجاد میکند تا سیال وارد شود. سیال در حفرههای بین دندانهای دندهها محبوس شده و به سمت خروجی منتقل میشود. در سمت خروجی، درگیر شدن دندهها حجم را کاهش داده و سیال را تحت فشار خارج میکند. هیچ سیالی از مرکز (بین دندهها) بازنمیگردد؛ زیرا دندهها کاملاً درگیر هستند. تلرانسهای نزدیک (در حد ۱۰ میکرومتر) از نشت معکوس جلوگیری میکنند، هرچند در سیالات کمویسکوزیته نشت بیشتر است.
در پمپهای داخلی، دندهها در یک جهت میچرخند و هلال (Crescent) جریانها را جدا میکند که منجر به جریان آرام و بدون پالس (لامینار) میشود، بر خلاف پمپهای رفت و برگشتی که پالس تولید میکنند. این پمپها خودمکش هستند و میتوانند هوا را از خط مکش خارج کنند، هرچند مرطوب بودن دندهها مکش را بهبود میبخشد. نرخ جریان برابر با حاصل ضرب حجم پمپشده در هر دور در سرعت چرخش است.
مزایای پمپ دنده ای
پمپهای دنده ای به دلیل طراحی ساده و قابل اعتماد، گزینهای اقتصادی و کارآمد برای بسیاری از کاربردها هستند. آنها جریان ثابت و بدون پالس ارائه میدهند و قابلیتهای گستردهای در تحمل شرایط مختلف دارند. مهمترین مزایای این پمپها عبارتند از:
- سادگی و فشردگی: تعداد کم قطعات متحرک، هزینه پایین تولید و نگهداری آسان
- جریان ثابت و بدون پالس: ایدهآل برای دوزینگ دقیق، مخلوطسازی و فرآیندهایی که نیاز به جریان یکنواخت دارند.
- تغییرات کم خروجی نسبت به فشار: عملکرد پایدار حتی در فشارهای متغیر
- تحمل فشار بالا: تا ۲۱۰ بار یا بیشتر، به ویژه در مدلهای خارجی
- مناسب برای ویسکوزیتههای متنوع: از سیالات نازک مانند حلالها تا غلیظ مانند آسفالت
- تحمل دماهای گسترده: از پایین تا بالا، با مواد مناسب
- عملکرد آرامتر در مدلهای داخلی: مناسب برای سیالات حساس به برش مانند مواد غذایی و رنگ
- خودمکش بودن: قابلیت پرایم اولیه خوب و امکان خارج کردن هوا از خط
- چرخش معکوس: امکان استفاده برای بارگیری و تخلیه در هر دو جهت
معایب پمپ دنده ای
با وجود مزایای متعدد، پمپهای دنده ای محدودیتهایی دارند که باید در انتخاب و بهرهبرداری از آنها مد نظر قرار گیرد. این معایب به ویژه در شرایط سخت یا سیالات خاص بسیار قابل توجه هستند و عبارتند از:
- حساسیت به سایش: تلرانسهای نزدیک باعث سایش سریع در سیالات ساینده یا حاوی جامدات؛ نیاز به صافی در سمت مکش ضروری است.
- نامناسب برای کارکرد خشک طولانی: دندهها توسط سیال روغنکاری میشوند، کار خشک باعث آسیب سریع میشود.
- کاهش راندمان در سرعت پایین: نشت داخلی (Flow Slip) افزایش یافته و عملکرد حجمی افت میکند.
- افزایش نشت با سایش: نشت با افزایش تلرانسها به توان مکعب رشد میکند و افت عملکرد ناگهانی ایجاد میشود.
- مشکلات حرارتی: در دماهای بالا، انبساط حرارتی تلرانسها را کاهش داده و سایش را تشدید میکند.
- خطر افزایش فشار در انسداد: بدون شیر ایمنی، فشار تا حد شکست افزایش مییابد.
- پر سر و صدا در سرعت یا فشار بالا: به ویژه در مدلهای خارجی با دندههای ساده
- محدودیت در مدلهای خارجی: چهار بلبرینگ در سیال، حساسیت بیشتر به سیالات ساینده نسبت به مدلهای داخلی
کاربردهای پمپ دنده ای
پمپهای دنده ای برای جابهجایی سیالات با ویسکوزیته بالا و کاربردهایی که نیاز به دوزینگ دقیق یا فشار پایدار دارند، بسیار مناسب هستند. در بسیاری از موارد، هر دو نوع خارجی و داخلی قابل استفادهاند، اما انتخاب نهایی بر اساس نیاز به فشار بالا (خارجی) یا حساسیت به برش و ویسکوزیته بسیار بالا (داخلی) انجام میشود. برای سیالات ساینده، سرعت پایینتر توصیه میشود، هرچند راندمان کاهش مییابد. مهمترین کاربردها عبارتند از:
- سوختها و روغنهای روانکننده
- دوزینگ مواد شیمیایی و پلیمرها
- مخلوطسازی شیمیایی با جریان ثابت
- هیدرولیک صنعتی، کشاورزی و متحرک (مانند تراکتورها)
- اسیدها و مواد قلیایی به دلیل مواد مقاوم بدنه
- رزینها، پلیمرها، آسفالت و قیر
- الکلها، حلالها و گلیکول
- محصولات غذایی مانند شربت ذرت، کره بادامزمینی، شکلات، شکر و روغنهای گیاهی
- رنگ، جوهر، صابون و سورفکتانت
- پتروشیمی مانند بیتومن، نفت خام، صابون کاغذ و لاتکس
- هوانوردی (پمپ سوخت جت)
مواد مورد استفاده
پمپهای دنده ای معمولاً از چدن ریختهگری یا فولاد ضدزنگ ساخته میشوند، اما آلیاژها و کامپوزیتهای جدید برای سیالات خورنده مانند اسید سولفوریک، هیپوکلریت سدیم، کلرید فریک و هیدروکسید سدیم مناسباند. برنز نیز برای مدلهای دریایی و شیمیایی رایج است.
نرخ جریان و فشار
جریان مستقیماً با سرعت چرخش متناسب است و تحت تأثیر فشار کمی تغییر میکند. پمپهای خارجی نرخ جریان و فشار بالاتری (تا ۳۰۰۰ psi) دارند؛ در حالی که داخلیها برای ویسکوزیته بالا و مکش بهتر مناسباند. نرخ جریان از پایین تا بالا متغیر است و برای سرعتهای پایین، راندمان کاهش مییابد.
