Enkele, dubbele (multi) tandwielpompen

Tandwielpompenzijn een klasse vanroterende positieve-verdringerpompenwaarin vloeistof wordt verplaatst door het in elkaar grijpen van tandwielen. Terwijl de tandwielen draaien, vangen ze vaste vloeistofvolumes op en transporteren deze van de inlaat naar de uitlaat, waardoor een stroom wordt geleverd die evenredig is aan de rotatiesnelheid van de pomp (binnen de ontwerplimieten).

In dit artikel vergelijken we drie veel voorkomende configuraties:

• Enkel (enkel-sectie)tandwielpompen - één pompfase, eenvoudig ontwerp
• Dubbel/tandem/meerdere-sectietandwielpompen - meerdere pompsecties gemonteerd op een gemeenschappelijke as

Door de verschillen tussen deze typen te begrijpen, kunnen ingenieurs en systeemontwerpers de juiste pomp kiezen voor specifieke vloeistof-, stroom- en drukvereisten.

Basisprincipes van tandwielpompen

Werkingsprincipe

Een tandwielpomp is een typepositieve verdringerpomp: vloeistof wordt in vaste volumes tussen de tandwieltanden en het pomphuis vervoerd en afgegeven terwijl de tandwielen draaien.

De algemene stappen in de werking van een tandwielpomp zijn:

• Inlaat- (zuig)zijde

Terwijl de tandwielen aan de inlaatzijde tot rust komen (tanden scheiden), ontstaat er een lage druk (gedeeltelijk vacuüm), waardoor vloeistof in de holtes tussen de tanden en de behuizing wordt gezogen.

• Vloeistoftransport

De vloeistof wordt opgesloten in de zakken die worden gevormd door de oppervlakken van het tandwiel en de behuizing en wordt rond de buitenomtrek van de pomp vervoerd (buiten het aangrijpingsgebied).

• Uitblaaszijde

Wanneer de tandwieltanden weer in elkaar grijpen, krimpt het volume ertussen, waardoor de vloeistof via de afvoerpoort naar buiten wordt geperst.

• Lekkage-/terugstroomcontrole

Kleine spelingen tussen de flank van het tandwiel, de buitendiameter en de wanden van de behuizing helpen het terugglijden van vloeistof van de afvoer naar de aanzuigzijde tot een minimum te beperken.

Omdat de verplaatsing per omwenteling vrijwel vast is, is het debiet ongeveer evenredig met het toerental (binnen mechanische en hydraulische grenzen).

Externe versus interne tandwielpompontwerpen

Er zijn twee belangrijke tandwielpomptopologieën die vaak in de industrie worden gebruikt:

Externe tandwielpompen

Gebruik twee externe (rechte/helische/visgraat) tandwielen naast elkaar, die in elkaar grijpen.

Het ene tandwiel wordt aangedreven (door motor of as), het andere is de spanrol.

Terwijl de tandwielen draaien, transporteren ze vloeistof rond hun buitenomtrek van de inlaatzijde naar de uitlaatzijde.

Externe tandwielpompen zijn over het algemeen sterker qua drukvermogen en compacter van constructie, maar vereisen nauwe toleranties en zijn gevoeliger voor slijtage.

Interne tandwielpompen (Gerotor / Crescent intern)

Een van de tandwielen (de rotor) is een intern tandwiel (tanden aan de binnenkant) en grijpt in op een extern vrijlooptandwiel erin.

Een stationaire halvemaan{0}}vormige scheidingswand (halvemaanvormige afdichting) scheidt vaak de inlaat- en uitlaatpaden, waardoor kruisstroming- wordt voorkomen en de vloeistofbeweging wordt gestuurd.

Vloeistof stroomt door de "tandwiel in tandwiel"-holten, komt vervolgens samen en wordt afgevoerd wanneer de interne en externe tandwieltanden in elkaar grijpen.

Interne ontwerpen hebben vaak betere zuigeigenschappen, kunnen hogere vloeistofviscositeiten aan en kunnen vergevingsgezinder zijn wat betreft toleranties.

Enkele (enkele-sectie) tandwielpompen

Structuur en werkingsmechanisme

A tandwielpomp met enkele-sectiebevat precies één pompfase: één paar (of set) tandwielen, één inlaatpoort en één uitlaatpoort. Terwijl de tandwielen draaien, wordt vloeistof in de ruimte tussen de tandwieltanden aan de zuigzijde gezogen, rond de buitenomtrek (of binnenin bij interne ontwerpen) gedragen en aan de afvoerzijde uitgestoten wanneer de tanden weer in elkaar grijpen.

De belangrijkste structurele elementen zijn onder meer:

• Aandrijftandwiel en aangedreven (tussen)tandwiel
• As(sen) en lagers
• Pomphuis / behuizing met inlaat- en uitlaatpoorten
• Vrije ruimte tussen tandwielflanken, buitendiameter en behuizingswanden

Voor interne-pompen: een halve maan of scheidingswand om de inlaat- en uitlaatpaden van elkaar te scheiden

De spelingen en toleranties worden strak gecontroleerd om lekkage (of slip) van de hoge- kant naar de lage kant te verminderen.

Voordelen en beperkingen

Voordelen

Eenvoud: Minder onderdelen, eenvoudiger afdichting, eenvoudiger onderhoud

Compactheid: Kleinere voetafdruk voor een bepaalde capaciteit (ten opzichte van meerdere-secties)

Kosten-effectief: Lagere productie- en installatiekosten

Betrouwbare stroom: Positieve verplaatsing zorgt voor een stabiele, vrijwel puls{0}}vrije stroom (vooral bij constante snelheden)

Goed voor veel vloeistoffen: Geschikt voor oliën, smeermiddelen, stroperige vloeistoffen, chemicaliën - vooral wanneer de speling goed wordt beheerd

Uit bronnen:

Externe tandwielpompen zijn relatief eenvoudig van ontwerp, compact en duurzaam.

Tandwielpompen leveren over het algemeen een soepele, betrouwbare stroom en worden veel gebruikt in hydraulische en viskeuze vloeistofsystemen.

Beperkingen

Alleen enkel circuit: Kan niet meer dan één uitvoer uit dezelfde sectie native voeden

Lekkage / slip: Zelfs met nauwe toleranties treedt er enige interne lekkage op; voor vloeistoffen met een lage- viscositeit kunnen de verliezen groter zijn

Druk- en snelheidslimieten: De mechanische sterkte van één sectie beperkt de maximale druk en snelheid. Volgens de literatuur zijn externe tandwielpompen in veel ontwerpen vaak beperkt tot ~210 bar en ~3000 RPM.

Slijtagegevoeligheid: Schurende vloeistoffen of verontreinigingen kunnen de slijtage versnellen, de speling vergroten en de prestaties na verloop van tijd verminderen

Zuigbeperkingen: Voor stroperige of lage-zuigkracht-beschikbare systemen kan het ontwerp met één tandwiel moeite hebben om de zuigkracht op gang te brengen of te houden

Tandwielpompen met dubbele/multi-sectie (tandem/compound).

Definitie- en sectieopstellingsstijlen

A dubbele / tandem tandwielpompbestaat in wezen uit twee tandwielpompsecties, gecombineerd in één behuizing en aangedreven door een gemeenschappelijke as. Meer in het algemeen:meerdere-sectiesofverbindingtandwielpomp kan drie of meer secties omvatten.

Hoewel elke sectie hydraulisch onafhankelijk werkt, delen veel ontwerpen eengemeenschappelijke zuigpoortbevindt zich in het middengedeelte van de pomp om de vloeistofinname te vereenvoudigen. Bucher Hydraulics Bij deze ontwerpen onderscheiden de secties zich alleen door hun perszijde, waardoor ze meerdere circuits of verschillende drukken kunnen leveren.

Configuraties omvatten:

• Parallelle afvoersecties: Elke sectie heeft een eigen uitlaat (voor het voeden van afzonderlijke vloeistofcircuits).
• Serie-/cascadesecties: De afvoer van de ene sectie voedt de andere, waardoor een hogere druk of ensceneringsfunctionaliteit ontstaat.
• Gemengde soorten: Eén sectie kan werken bij lage druk/hoge stroom, een andere op hoge druk/lage stroom, maar aangedreven door dezelfde as.

Ontwerpbenaderingen en belangrijkste kenmerken

Gedeelde zuigpoort: Zoals opgemerkt, putten vaak meerdere secties uit dezelfde inlaat, waardoor de leidingen worden vereenvoudigd en de kosten van de aanzuigleidingen worden verlaagd.

Sectievolgorde gebaseerd op verplaatsing: Bij interne-tandwielpompen met meerdere- secties (bijv. Bucher's QX-serie), wordt de sectie met de grotere cilinderinhoud aan de aandrijfzijde (aseinde) geplaatst om mechanische spanningen te verminderen.

Onafhankelijke werking: Hoewel secties mechanische aandrijving en zuiging delen, kunnen ze onafhankelijk aan de afvoerzijde werken zonder directe hydraulische interferentie.

Compacte integratie: Pompen met meerdere-secties combineren meerdere pompen in één samenstel, waardoor ruimte wordt bespaard en de externe leidingen en installatiecomplexiteit worden verminderd.

Flexibiliteit op maat: Secties kunnen verschillende afmetingen hebben (gevarieerde verplaatsing, materialen, drukwaarde) om aan meerdere systeemvereisten te voldoen.

Voordelen en afwegingen

Voordelen

Gemultiplexte uitgangen: Eén enkele frequentieregelaar kan meerdere circuits met verschillende debieten of drukken voeden.

Ruimte- en kostenbesparing: Eén behuizing + gedeelde ingaande as vermindert de footprint, loodgieterswerk- en installatiekosten in vergelijking met meerdere afzonderlijke pompen.

Flexibel systeemontwerp: Secties kunnen worden afgestemd op de systeembehoeften (bijvoorbeeld één hoge stroom, één precisiestroom).

Verminderd aantal componenten: Minder motoren, steunen en aparte pomphuizen.

Betere coördinatiein systemen met meerdere hydraulische belastingen (bijv. mobiele machines) om de efficiëntie te optimaliseren.

Afwegingen / beperkingen

Verhoogde complexiteit: Meer onderdelen (afdichtingen, lagers, verbindingen) kunnen meer potentiële storingspunten betekenen.

Hogere kosten en onderhoud: Productieprecisie, afdichting tussen secties en montagekosten gaan omhoog.

Interne lekpaden: Elke extra sectie introduceert extra lekroutes en efficiëntieverliezen.

Zuigbeperkingen: Een gedeelde zuigkracht kan de totale opnamecapaciteit beperken; secties kunnen kampen met een lage zuighoogte.

Uitdagingen in evenwicht brengen: Als één sectie defect raakt of onderbenut wordt, kan de stroming in andere secties verschuiven of de drukstabiliteit beïnvloeden.

Ontwerpbeperkingen: Bij seriecascades moeten de druklimieten van stroomafwaartse secties gerespecteerd worden.

Vergelijking

Voorbeelden uit de echte-wereld/casestudy's

Hier zijn verschillende representatieve toepassingen die laten zien hoe tandwielpompen met enkele, dubbele of meer- secties worden gebruikt in echte industriële systemen. Deze helpen de theoretische discussie in de praktijk te brengen.

Hydraulische / smeersystemen

In hydraulische aggregaten (HPU's) of compacte mobiele hydrauliek, aexterne tandwielpomp met enkele-sectiewordt vaak gebruikt om de belangrijkste hydraulische toevoer te leveren voor actuatoren, kleppen, cilinders, enz. Het compacte formaat en de betrouwbare stroom maken hem ideaal voor veel machinesystemen.

In smeercircuits (bijvoorbeeld voor industriële versnellingsbakken, turbines, compressoren) voeren tandwielpompen (vooral interne typen) olie door lagers en afdichtingen. Hun positieve verplaatsing en tolerantie voor viskeuze oliën zijn waardevol bij het handhaven van een stabiele druk ondanks belastingsveranderingen.

Behandeling van chemische, polymere en viskeuze vloeistoffen

Doseren/doseren van chemicaliën, harsen, polymeren: Tandwielpompen worden gebruikt om precieze hoeveelheden vloeistof aan te voeren, omdat de stroom evenredig is met het toerental en relatief ongevoelig is voor stroomafwaartse drukschommelingen.

Bij polymeerverwerking en harsoverdrachtinterne tandwielpompenhebben de voorkeur omdat ze zachter omgaan met vloeistoffen met hoge viscositeit en schuif{0}}gevoelige vloeistoffen.

Verven, inkten, lijmen: tandwielpompen worden gebruikt om deze vloeibare media in coatingsystemen te laten circuleren, voeden of recirculeren, waarbij vaak chemische compatibiliteit en nauwkeurige dosering vereist zijn.

Industriële machines en mobiele apparatuur

Mobiele hydrauliek (bouw, landbouwmachines)maken vaak gebruik van tandem-/multi{0}}sectiepompen om meerdere sub-circuits (bijvoorbeeld stuurinrichting + giek + stabilisatoren) vanuit één gemeenschappelijke krachtbron aan te drijven.

In industriële persen of vormmachines kan een dubbele of drievoudige tandwielpompmodule meerdere drukzones (grove voeding, fijne voeding, klemcircuits) in hetzelfde frame voeden, waardoor de voetafdruk wordt verkleind en het loodgieterswerk wordt vereenvoudigd.

Olie- en brandstofoverdracht in petrochemische fabrieken: externe tandwielpompen worden gebruikt om zware oliën, bitumen, asfalt en stroperige koolwaterstofvloeistoffen te verplaatsen. De stijve structuur en het vermogen om onder hoge druk te werken maken ze geschikt.

Tandwielpompen blijven een fundamentele technologie in vloeistofkrachtsystemen vanwege hun eenvoud, betrouwbaarheid en voorspelbaar stromingsgedrag. De verschillen tussenenkele-sectieEndubbele / meervoudige-sectie (tandem / samengesteld)configuraties liggen vooral in flexibiliteit, complexiteit en systeemintegratie:

• A tandwielpomp met enkele-sectiebiedt een eenvoudige, kosten-effectieve oplossing wanneer één vloeistofcircuit en stabiele operationele eisen voldoende zijn.
• A tandwielpomp met meerdere-sectieswordt voordelig waar meerdere circuits, gevarieerde druk-/stroomvereisten en compacte integratie nodig zijn - hoewel dit ten koste gaat van de toegenomen interne complexiteit, afdichtingsinterfaces en ontwerpzorg.

Bij het kiezen tussen deze moeten technici parameters afwegen zoals debiet, druk, gedrag bij gedeeltelijke- belasting, onderhoudsgemak en beperkingen van de systeemindeling.

Naarmate de ontwerpen van tandwielpompen zich blijven ontwikkelen (met betere materialen, nauwere toleranties, geavanceerde afdichtingen en modulariteit), verschuiven deze afwegingen in de loop van de tijd subtiel. Het is ook nuttig om fabrikanten in de gaten te houden die sterke ontwerp-, test- en aanpassingsmogelijkheden integreren.

Wat dat betreft is zo'n bedrijf dat welPoocca hydraulisch (Shenzhen), een full-leverancier van hydraulische componenten die een breed assortiment tandwielpompen (extern, intern, tandem) aanbiedt, samen met gerelateerde pompen, motoren, kleppen en hydraulische onderdelen. Hun ervaring met OEM/ODM-service, brede productassortiment en kwaliteitsborging maken hen tot een nuttige referentie (of potentiële leverancier) wanneer u van theorie naar echte hardware moet overstappen.