Wat zijn tandwielpompen?
Een positieve verdringerpomp ('verdringerpomp', 'PD Pomp') gebruikt mechanische actie om een vloeistof fysiek te verplaatsen; in tegenstelling tot een centrifugaalpomp die snelheid omzet in druk.
Er zijn twee typen verdringerpompen, roterend en reciprocating. Een tandwielpomp is een type roterende verdringerpomp. Reciprocating verdringerpompen zijn het andere type verdringerpomp; ze bewegen lineair en vereisen zuig- en afvoerkleppen om te functioneren. Verdringerpompen worden over het algemeen gebruikt voor lagere stromen en hogere druk toepassingen, maar dit is een zeer grove generalisatie.
Uitgevonden in het begin van de 17e eeuw door Johannes Kepler, worden tandwielpompen vaak gebruikt voor hydraulische toepassingen en voor hoge viscositeit (dikke vloeistof) toepassingen. Zoals alle positieve verdringerpompen kunnen ze lucht pompen en zijn ze dus zelfaanzuigend.
Hoewel er verschillende ontwerpen van tandwielpompen bestaan, zijn er twee hoofdontwerpen. Eén ontwerp gebruikt twee identieke tandwielen die in elkaar grijpen; dit type wordt een externe tandwielpomp genoemd. Het tweede ontwerp heeft één tandwiel geplaatst binnenin een ander; dit type wordt een interne tandwielpomp genoemd.
Externe (links) en Interne (midden en rechts) Tandwielpomp Ontwerpen
Vloeistoffen die uit een tandwielpomp worden afgevoerd, stromen over het algemeen met lage drukpulsaties, wat resulteert in een 'soepele' en constante stroom. De stroomsnelheid door de pomp correleert direct met de snelheid waarmee de tandwielen draaien, wat de tandwielpomp een goede keuze maakt voor doseertoepassingen (waar de hoeveelheid stroom nauwkeurig moet worden gemeten).
Tandwielpompen worden meestal elektrisch aangedreven met een elektromotor, maar ze kunnen ook hydraulisch of mechanisch worden aangedreven, afhankelijk van het ontwerp en de toepassing. Veel tractoren gebruiken bijvoorbeeld tandwielpompen voor boordhydraulische systemen (het heffen en laten zakken van een ploeg, enz.), en de pomp is mechanisch verbonden met de motor van de tractor.
De rotatiesnelheid van een tandwielpomp en de nauwkeurige mechanische speling minimaliseren de hoeveelheid vloeistof die in de verkeerde richting stroomt (lekkage); verminderde lekkage leidt tot hogere pomp efficiëntie.
Nuttige Kennis – de vloeistof of het materiaal dat door een pomp wordt gepompt, wordt aangeduid als 'pompmedium'. Pompmedium kan vaste stoffen, vloeistoffen, dampen of gassen omvatten, afhankelijk van het pompontwerp (schroefpompen kunnen moeren en bouten pompen!).
Tandwielpomp Tandwielen
Tandwielpomp tandwielen zijn vaak van het rechte tandwiel type, hoewel tandwielpompen die schroefvormige of visgraat tandwielen gebruiken niet ongewoon zijn. Schroefvormige en visgraat tandwielen bieden een gladdere stroomsnelheid (lagere drukpulsaties) dan rechte tandwielen; ze worden ook geprefereerd voor hogere capaciteit/stroom toepassingen.
Tandwielpomp Tandwieltypes
Geniet je van dit artikel? Bekijk dan zeker onze Technische Videocursussen! Elke cursus heeft een quiz, handboek, en je ontvangt een certificaat wanneer je de cursus afrondt. Geniet ervan!
Externe Tandwielpompen
Een externe tandwielpomp bestaat uit een zuigpoort, afvoerpoort, tandwielen, lagers en een behuizing.
Externe Tandwielpomp Componenten
Tandwielen in een externe tandwielpomp zijn parallel aan elkaar geïnstalleerd. Een as is geïnstalleerd door de centrale as van elk tandwiel en lagers houden elke as op zijn plaats. Beide tandwielen worden geclassificeerd als externe tandwielen omdat de tandwieltanden zich bevinden op het externe oppervlak van elk tandwiel. Typisch is één tandwiel een aangedreven tandwiel ('meester', 'leider') terwijl het andere een vrijlooptandwiel ('slaaf', 'volger') is. Vrijlooptandwielen draaien alleen als hun bijbehorende aangedreven tandwiel draait. Een behuizing met twee openingen omringt de tandwielen, deze openingen vormen de zuig en afvoer poorten.
Externe Tandwielpomp Animatie
Een ander ontwerp van een externe tandwielpomp maakt gebruik van tandwielen die beide worden aangedreven door tijdtandwielen, maar dit ontwerp is ingewikkelder, duurder en daardoor minder gebruikelijk. Het heeft echter het voordeel dat de tandwielen niet met elkaar in contact komen, wat betekent dat vloeistoffen met lagere smeereigenschappen (lage smeerbaarheid) kunnen worden gepompt.
Interne Tandwielpompen
Interne tandwielpompen werken volgens hetzelfde principe als externe tandwielpompen, maar interne tandwielpompen hebben één tandwiel binnenin een ander geïnstalleerd. In tegenstelling tot de tandwielen in een externe tandwielpomp zijn de twee in elkaar grijpende tandwielen niet even groot. Het kleinere interne tandwiel wordt de rotor genoemd en het grotere externe tandwiel de vrijloop.
Interne Tandwielpomp Animatie
Interne tandwielpompen hebben tandwieltanden op de interne oppervlakken van het vrijlooptandwiel zodat ze kunnen interageren met de externe tandwieltanden van de rotor. De twee sets tandwielen (rotor en vrijloop) grijpen in/mesh met elkaar op dezelfde manier als die in een externe tandwielpomp.
Hoe Werken Tandwielpompen?
Tandwielpompen vangen vloeistof aan de zuigzijde op en voeren deze af met een hogere druk aan de afvoerzijde. Het werkingsprincipe voor een externe tandwielpomp is grotendeels hetzelfde als voor een interne tandwielpomp; beide werkingsprincipes worden afzonderlijk besproken voor duidelijkheid.
Hoe Werken Externe Tandwielpompen
Vloeistof komt de pomp binnen aan de zuigzijde. Terwijl de tandwielen aan de zuigzijde draaien, neemt de volumetrische ruimte tussen hun tandwieltanden toe. Vloeistof komt de ruimte/holtes tussen de tanden binnen vanwege de negatieve zuigdruk binnen de holtes. Terwijl de tandwielen verder draaien, wordt de vloeistof binnen de holtes gevangen tussen de tandwielen en de behuizing.
Externe Tandwielpomp Werking
Na verdere rotatie naderen de tandwielen de afvoerzijde. De opening tussen de tandwielen en de behuizing neemt toe en de vloeistof ontsnapt uit de holtes. Verdere rotatie van de tandwielen leidt tot hun in elkaar grijpen (interlocken), wat leidt tot het 'uitpersen' van de resterende vloeistof binnen de holtes. Dus wanneer de tandwielen weer beginnen te scheiden aan de zuigzijde, kan vloeistof de lege holtes binnenkomen en kan het proces worden herhaald.
Hoe Werken Interne Tandwielpompen
Het aandrijfmechanisme (elektromotor enz.) zorgt voor roterende beweging van het rotortandwiel (het interne tandwiel). Terwijl het rotortandwiel draait, zorgt het ervoor dat het vrijlooptandwiel (externe tandwiel) ook draait. Vloeistof komt binnen aan de zuigzijde van de pomp en stroomt in de holtes tussen de rotor en vrijloop. Een stationaire maansikkelafdichting scheidt de twee tandwielen terwijl ze blijven draaien. Vloeistof wordt gevangen in de holtes tussen het rotortandwiel en het binnenste maansikkeloppervlak, en tussen het vrijlooptandwiel en het buitenste maansikkeloppervlak. Verdere rotatie van de tandwielen brengt de tandwieltanden van beide tandwielen dichter bij elkaar. Terwijl de tandwielen beginnen te grijpen, wordt vloeistof uit de holtes gedwongen en afgevoerd uit de pomp; het proces herhaalt zich dan.
Interne Tandwielpomp Werking (met maansikkel)
Alternatieve ontwerpen van interne tandwielpompen gebruiken geen maansikkelafdichting, maar het werkingsprincipe is grotendeels hetzelfde als voor een interne tandwielpomp met een maansikkelafdichting.
Interne Tandwielpomp Werking (zonder maansikkel)
Tandwielpomp Toepassingen
Tandwielpompen zijn goed geschikt voor hoge viscositeit (dikke) vloeistoffen met een laag aantal gesuspendeerde vaste stoffen. Hoge viscositeit vloeistoffen omvatten stoffen zoals verven en zepen enz. Omdat tandwielpompen nauwkeurige mechanische speling hebben, kunnen gesuspendeerde vaste stoffen binnen een vloeistof slijtage van de onderdelen van een tandwielpomp veroorzaken, wat leidt tot een vermindering van de pomp efficiëntie en een verminderde levensduur van de pomp.
Typische toepassingen van tandwielpompen zijn:
- Automotive brandstoffen en oliën.
- Hydraulische oliën.
- Alcohol en oplosmiddelen.
- Kleinschalige circulatie van hete olie.
- Verven, harsen en polymeren.
- Vloeibare zeep.
- Eetbare voedingsmiddelen zoals maïssiroop, diervoeders en pindakaas.
Operationele Kenmerken
Om de werking van een tandwielpomp te verbeteren, is het belangrijk om wrijving tussen de onderdelen te verminderen. Wrijving leidt tot hitte, wat ervoor zorgt dat de onderdelen van een tandwielpomp fysiek uitzetten. Tandwielpompen hebben nauwkeurige mechanische speling, vooral externe tandwielpompen, dus elke thermische uitzetting kan schade aan de pomp veroorzaken. Bijvoorbeeld, tandwieltanden kunnen verkeerd uitgelijnd raken, wat zou leiden tot slijtage, lekkage en een daaropvolgende vermindering van efficiëntie. In extreme gevallen kan een ernstig verkeerd uitgelijnde tandwielpomp vastlopen (niet meer kunnen draaien).
Typisch dient de vloeistof die wordt gepompt om de interne onderdelen van de pomp te smeren. Om deze reden zijn de meeste tandwielpompen niet goed geschikt voor droge werking (geen vloeistofstroom) gedurende langere perioden.
Tandwielpompen zijn efficiënter wanneer ze op hun maximale ontwerpsnelheid werken; lagere omwentelingen per minuut (rpm) zullen leiden tot lagere pomp efficiënties.
Algemene Voordelen van Tandwielpompen
Tandwielpompen zijn in het algemeen nuttig vanwege hun compacte formaat en eenvoudig ontwerp. Omdat ze een laag aantal bewegende onderdelen hebben, zijn ze betrouwbaarder dan andere, complexere, pompontwerpen. Ze zijn vaak zelfsmerend omdat de vloeistof die ze pompen ook de interne onderdelen van de pomp smeert. De meeste tandwielpompen mogen niet droog worden bediend voor langere perioden, omdat dit hoogstwaarschijnlijk schade aan de pomp onderdelen zal veroorzaken door wrijving/hitte.
Algemene Nadelen van Tandwielpompen
Vanwege de nauwe speling die nodig is door hun ontwerp (vooral voor externe tandwielpompen), zijn tandwielpompen gevoelig voor slijtage. Naarmate hun onderdelen slijten/verslechteren, treedt lekkage op en neemt de efficiëntie van de pomp af. Als een tandwielpomp moet worden gebruikt met schurende vaste stoffen (niet aan te raden), moet de druk laag zijn, de stroom hoog en de bedrijfssnelheid laag.
Zoals bij alle positieve verdringerpompontwerpen moeten drukontlastingsapparaten worden geïnstalleerd om de pomp en downstream-componenten te beschermen.
Voordelen en Nadelen van Externe Tandwielpompen
Een externe tandwielpomp kan werken bij hogere druken dan sommige andere pomptypes en biedt vaak een compacter en goedkoper ontwerp. Externe tandwielpompen werken goed bij lage tot middelhoge temperaturen, terwijl ze een relatief hoge stroomsnelheid behouden. Het ontwerp van de externe tandwielpomp vereist nauwe interne speling, wat het ideaal maakt voor batchtoepassingen, omdat het een nauwkeurige stroomsnelheid heeft; het kan ook lagere viscositeit vloeistoffen verwerken omdat er weinig lekkage is vanwege de nauwe speling tussen onderdelen. Echter, vanwege de nauwe speling tussen de bewegende onderdelen, heeft een externe tandwielpomp vaak een hogere slijtagegraad in vergelijking met andere pomptypes.
Voordelen en Nadelen van Interne Tandwielpompen
De interne tandwielpomp werkt het beste onder gematigde druk. Het is meestal groter en duurder dan zijn externe tegenhanger. Toch heeft het verschillende voordelen ten opzichte van een externe tandwielpomp:
- Het heeft een grotere zuigcapaciteit, waardoor het beter geschikt is voor het verwerken van hogere viscositeit vloeistoffen.
- Het is robuuster omdat het meer ontspannen mechanische speling heeft.
- Ontspannen mechanische speling maakt het beter geschikt voor het verwerken van hogere vloeistoftemperaturen (meer ruimte voor thermische uitzetting van onderdelen), wat het een goede keuze maakt voor hoge temperatuur systemen, zoals thermische olie.
Interne tandwielpompen zijn in staat tot bi-directionele vloeistofstroom (stroom in twee richtingen). Dit maakt ze nuttig als een enkele pomp nodig is voor een dubbel doel, bijvoorbeeld het vullen en legen van een vat.
Hoewel het niet aan te raden is om een tandwielpomp te gebruiken met schurende stoffen of vaste stoffen, zijn interne tandwielpompen beter geschikt voor dit type operatie dan externe tandwielpompen, dit is te danken aan hun ontspannen mechanische toleranties. Echter, interne tandwielpompen zijn minder in staat om lagere viscositeit vloeistoffen te verwerken omdat de lekkagegraad relatief hoog is (ontspannen toleranties leiden tot hogere lekkagegraden, vooral voor lagere (dunnere) viscositeit vloeistoffen).
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Inleiding tot Centrifugaalpompen
Hoe Handpompen Werken (hydraulische waterpomp)
Hoe Meertraps Centrifugaalpompen Werken
Eductors, Ejectors, Venturi Pompen en Straalpompen Uitgelegd
Aanvullende Bronnen
https://kammash.com/learn-gear-pumps-characteristics-and-applications/