Hiểu về bơm bánh răng ăn khớp trong công nghiệp
Trong bài viết này, hãy cùng Tinh Hà – Đại lý ủy quyền bơm dầu NOP tại Việt Nam – tìm hiểu về loại bơm bánh răng ăn khớp, một loại bơm được sử dụng rất phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp. Qua bài viết bạn sẽ hiểu bơm bánh răng là gì, đồng thời biết thêm về cấu tạo và cách thức nó hoạt động để dịch chuyển chất lỏng.
Bơm bánh răng ăn khớp là gì?
Bơm bánh răng (Gear Pump) là loại bơm thể tích (Positive Displacement Pump) di chuyển chất lỏng liên tục bằng cách sử dụng các khoảng trống giữa các bánh răng (hoặc giữa bánh răng và vỏ máy bơm) để bao lấy một thể tích chất lỏng xác định và dịch chuyển phần thể tích chất lỏng này từ đầu vào ra phía đầu xả của máy bơm. Quá trình này diễn ra tuần hoàn liên tục, giúp mang lại dòng chảy êm ái không có xung với tốc độ chảy tỷ lệ thuận với tốc độ quay của các bánh răng.
Bơm bánh răng được phát minh bởi Johannes Kepler vào khoảng những năm 1600. Loại máy bơm này thường sử dụng hai bánh răng quay tròn ăn khớp với nhau, có thể là hai bánh răng ngoài hoặc một bánh răng trong và một bánh răng ngoài đặt lệch tâm nhau. Bơm bánh răng thuộc loại bơm thể tích nên mỗi vòng quay bánh răng nó sẽ xả ra một lượng chất lỏng không đổi.
Máy bơm bánh răng ăn khớp được sử dụng chủ yếu để bơm dầu hoặc chất lỏng có độ nhớt cao.
Nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng ăn khớp
Hai bánh răng ăn khớp với nhau cùng với vỏ máy bơm tạo ra những khoang trống mở rộng ở phía đầu vào, khiến thể tích khoang chứa chất lỏng tăng, áp suất chứa chất lỏng giảm xuống thấp hơn áp suất trên mặt thoáng phía đầu vào, qua đó hút chất lỏng lấp đầy vào những khoang này. Chuyển động quay của hai bánh răng đẩy dần những khoang chứa chất lỏng này về phía đầu ra của máy bơm. Do khoang trống hẹp hơn ở phía đầu ra, thể tích chứa chất lỏng giảm, áp suất tăng đẩy chất lỏng xả ra phía đầu ra của máy bơm. Cùng với sự ăn khớp của các bánh răng và vỏ máy mà dòng chất lỏng được xả ra phía đầu ra, ngăn chặn chất lỏng chảy ngược lại phía đầu vào. Quá trình hút và xả chất lỏng xảy ra đồng thời và liên tục.
Để hiểu rõ hơn về cách hoạt động của máy bơm bánh răng ăn khớp, các bạn hãy tiếp tục xem thêm về cấu tạo của loại máy bơm này ở phần tiếp theo.
Cấu tạo của máy bơm bánh răng ăn khớp
Máy bơm bánh răng ăn khớp có hai loại chính là máy bơm bánh răng ăn khớp ngoài (External Gear Pump) và máy bơm bánh răng ăn khớp trong (Internal gear pump). Dưới đây là cấu tạo chi tiết của từng loại.
Cấu tạo máy bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Máy bơm bánh răng ăn khớp ngoài được thiết kế với hai bánh răng với răng ngoài giống hệt nhau đặt ăn khớp với nhau trên cùng một mặt phẳng với hai trục riêng biệt song song. Một bánh răng được dẫn động bởi động cơ và bánh răng này sẽ dẫn động bánh răng kia quay theo chiều ngược lại. Các trục thường được hỗ trợ bằng các vòng bi gắn trên thân vỏ máy. Một số trường hợp, cả hai bánh răng này có thể được dẫn động bằng động cơ. Các răng của hai bánh răng và vỏ máy sẽ tạo thành những khoang chứa di chuyển chất lỏng từ vùng hút đến vùng đẩy vòng theo vỏ bơm.
Hình dưới là minh họa các bộ phận chính của một máy bơm bánh răng ăn khớp ngoài:
A, G – Nắp máy B – Gioăng làm kín C – Thân máy
D – Bánh răng chủ động E – Bánh răng bị động F – Ổ bi
H – Cổng hút và cổng xả được nằm ở hai phía đối diện của thân máy bơm.
Bánh răng của máy bơm bánh răng ăn khớp ngoài có thể sử dụng bánh răng trụ thẳng, bánh răng trụ xoắn và bánh răng xương cá.
Khi các bánh răng quay ở phía cổng hút của máy bơm, chúng sẽ tạo ra một thể tích giãn nở. Chất lỏng chảy vào các khoang và bị giữ lại bởi các răng của bánh răng và vỏ máy khi các bánh răng tiếp tục quay.
Chất lỏng được chuyển dần từ cổng hút vào phía cổng xả theo chuyển động quay của bánh răng vòng theo vỏ thân máy bơm.
Khi các răng của hai bánh răng khớp vào nhau ở phía xả của máy bơm, thể tích sẽ giảm và chất lỏng bị đẩy ra ngoài dưới áp suất.
Do khóa liên động giữa các bánh răng và dung sai chặt chẽ giữa các bánh răng và vỏ máy cho phép máy bơm phát triển lực hút ở đầu vào và ngăn chất lỏng rò rỉ trở lại từ phía đầu xả (mặc dù khả năng rò rỉ cao hơn với các chất lỏng có độ nhớt thấp).
Cấu tạo của bơm bánh răng ăn khớp trong
Nguyên lý hoạt động tương tự máy bơm bánh răng ăn khớp ngoài nhưng máy bơm bánh răng ăn khớp trong sử dụng hai bánh răng có kích thước khác nhau lồng vào nhau. Nghĩa là bánh răng nhỏ hơn sẽ nằm phía bên trong bánh răng lớn và được đặt lệch tâm với bánh răng lớn. Các răng của bánh răng lớn nhô ra phía bên trong nó, còn bánh răng nhỏ hơn có răng nhô ra bên ngoài, các răng của hai bánh răng này sẽ ăn khớp với nhau để tạo ra các chuyển động cùng chiều. Bánh răng lớn (rôto) được dẫn động bằng một động cơ, còn bánh răng nhỏ hoàn toàn không tải mà chuyển động được nhờ bánh răng lớn.
Hình dưới là minh họa các bộ phận chính của máy bơm bánh răng ăn khớp trong:
A – Trục động cơ B, D – Bánh răng ngoài và bánh răng trong
C, F – Cửa vào và cửa xả E – Thân máy G – Bạc lót trục
Nếu giữa hai bánh răng có khoảng trống được tạo thành bởi vị trí lệch tâm thì một vách ngăn hoặc miếng đệm hình lưỡi liềm cố định sẽ được sử dụng để lấp vào khoảng trống này nhằm hoạt động như một vật bịt kín giữa đầu vào và đầu xả của máy bơm. Hình dưới là minh họa vị trí tương đối với bánh răng trong và bánh răng ngoài trên máy bơm.
Hai bánh răng đặt lệch tâm nhau trong máy bơm bánh răng ăn khớp trong tạo thành những khoang chứa mở rộng ở phía cửa vào và thu hẹp dần ở phía cửa ra. Bằng chuyển động liên tục của bánh răng, dòng chất lỏng liên tục được hút vào theo chiều chuyển động của bánh răng và thoát ra ở cửa còn lại.
So sánh bơm bánh răng ăn khớp trong và bơm bánh răng ăn khớp ngoài
| Đặc điểm | Bơm bánh răng ăn khớp ngoài | Bơm bánh răng ăn khớp trong |
| Cấu tạo | Bao gồm 2 bánh răng giống nhau với các răng nhô ra phía ngoài đặt cạnh nhau trên hai trục riêng biệt xoay ngược chiều nhau. | Bao gồm 2 bánh răng có kích thước khác nhau, bánh răng lớn có các răng nằm phía bên trong và bánh răng nhỏ có các răng nằm phía bên ngoài. Bánh răng nhỏ đặt lệch tâm bên trong bánh răng lớn và xoay cùng chiều. |
| Thường có 4 bạc lót (ổ bi) đỡ trục nằm trong môi trường chất lỏng. | Hai bạc lót (ổ bi) đỡ trục, 1 hoặc cả 2 nằm trong môi trường chất lỏng. | |
| Thiết kế đơn giản, ít tốn kém hơn. | Thiết kế phức tạp hơn, chi phí cao hơn. | |
| Áp suất | Hoạt động với áp suất cao hơn. | Hoạt động với áp suất trung bình. |
| Tốc độ xả | Tốc độ dòng xả cao hơn. | Tốc độ dòng xả trung bình. |
| Cửa xả | Vị trí cho cửa xả là cố định, thường cửa vào và cửa xả ở hai phía đối diện nhau. | Có thể điều chỉnh vị trí của cửa xả tại vị trí đối diện, vuông góc hay tạo một góc chếch với cửa vào. |
Các ứng dụng chính của bơm bánh răng ăn khớp
Bơm bánh răng ăn khớp thường được dùng để bơm chất lỏng có độ nhớt cao như dầu, sơn, nhựa hay nhiều dung dịch có độ đậm đặc khác. Chúng rất phù hợp và cũng được ưa chuộng trong các ứng dụng có yêu cầu lưu lượng chính xác của dòng chất lỏng hoặc đầu ra áp suất cao.
Dưới đây là các ứng dụng thường được dùng với bơm bánh răng ăn khớp:
- Đối với bơm bánh răng ăn khớp ngoài:
- Bơm dầu nhiên liệu và dầu bôi trơn.
- Định lượng phụ gia hóa học và polyme.
- Pha trộn hóa chất.
- Ứng dụng thủy lực công nghiệp, nông nghiệp và thiết bị thủy lực tự hành.
- Bơm axit và các dung dịch ăn mòn khác.
- Rượu và dung môi.
- Đối với bơm bánh răng ăn khớp trong:
- Bơm dầu nhiên liệu và dầu bôi trơn.
- Chuyển nhựa, polyme lỏng.
- Bơm nhựa đường, bitum, hắc ín, nhựa thông.
- Polyurethane foam
- Chuyển hỗn hợp thực phẩm: siro, bơ, socola, dầu thực vật…
- Sơn, mực và bột màu
- Xà phòng và chất có hoạt tính bề mặt
- Bơm Glycol
Những lợi ích và ưu điểm của bơm bánh răng ăn khớp
Bơm bánh răng cực kỳ phù hợp để bơm dầu và các chất lỏng có độ nhớt cao khác.
Đồng thời nó cũng có thiết kế khá nhỏ gọn, số lượng các bộ phận chuyển động cũng không nhiều nên nó dễ lắp đặt, bảo dưỡng và hoạt động bền bỉ.
Loại bơm này cũng cung cấp áp suất và lưu lượng cao hơn so với bơm cánh gạt hay bơm cánh thùy.
Bơm bánh răng có khả năng tự mồi và một số thiết kế bánh răng có thể chạy theo cả hai hướng, nghĩa là nó có thể hút, xả theo cả hai hướng.
Trong hai loại bơm bánh răng ăn khớp trong và ngoài thì bơm bánh răng ngoài có khả năng duy trì áp suất và tốc độ cao hơn do trục đỡ cứng hơn và dung sai chặt chẽ hơn nên ngoài việc được sử dụng để chuyển chất lỏng thì nó cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng thủy lực, điển hình là trong ô tô, máy nâng hay thiết bị robot công nghiệp.
Ngược lại, bơm bánh răng trong có khả năng hút tốt hơn và phù hợp với chất lỏng có độ nhớt và độ đậm đặc cao hơn.
Bơm bánh răng còn có thể được thiết kế để xử lý các chất lỏng có nhiệt độ cao và có khả năng ăn mòn như một số loại axit hay kiềm mạnh.
Ngoài ra do tốc độ dòng chảy chất lỏng tỷ lệ thuận với tốc độ quay của bánh răng nên máy bơm bánh răng còn được sử dụng trong các ứng dụng đo lường và trộn.
Những hạn chế của bơm bánh răng ăn khớp
Mặc dù bơm bánh răng nổi bật ở sự ổn định của lưu lượng dòng chảy chất lỏng, nhưng so với bơm piston thì bơm bánh răng cung cấp áp suất thấp hơn, còn so với bơm ly tâm thì tốc độ dòng chảy không cao bằng.
Bơm bánh răng cần được bôi trơn bằng chất lỏng được bơm, ví dụ như dầu để tránh chạy khô vì nó sẽ gây hư hỏng ngay sau một thời gian chạy khô ngắn và không thể khắc phục được. Nguyên nhân là do dung sai chặt chẽ của bơm bánh răng khiến chúng dễ sinh nhiệt trong quá trình chạy khô, các bánh răng cần được bôi trơn để giảm ma sát và được làm mát.
Dung sai chặt chẽ giữa các bánh răng và vỏ máy của loại bơm này cũng đồng nghĩa với việc nó dễ bị ăn mòn, đặc biệt là khi sử dụng với các chất lỏng có tính ăn mòn cao hoặc nguyên liệu có cuốn theo các chất rắn. Do vậy cần phải có bộ lọc lắp đặt phía đường hút để tránh các chất rắn bị cuốn vào có khả năng gây hư hỏng.
Mặc dù có các biện pháp để phòng ngừa nhưng theo thời gian máy bơm bánh răng ăn khớp vẫn phải chịu sự mài mòn của bánh răng, vỏ và vòng bi. Điều này khiến độ hở tăng lên làm rò rỉ chất lỏng từ phía xả trở lại phía hút và giảm hiệu suất của máy bơm.
Giống như các loại bơm thể tích khác, bơm bánh răng ăn khớp nếu bị tắc nghẽn ở phía đầu xả sẽ tiếp tục tạo áp lực cho hệ thống đến khi gây vỡ đường ống, máy bơm hoặc thiết bị liên quan khác. Điều này yêu cầu máy bơm thể tích cần phải lắp van xả an toàn để bảo vệ thiết bị và hệ thống.
Hy vọng với những thông tin trên, các bạn sẽ hiểu rõ hơn về loại máy bơm bánh răng ăn khớp được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp này. Nếu các bạn có nhu cầu tìm mua máy bơm dầu, hãy liên hệ ngay với Tinh Hà để được tư vấn và hỗ trợ các dòng máy bơm bánh răng của NOP (Nippon Oil Pump) hoặc có thể xem các model của dòng máy bơm dầu bánh răng Trochoid của NOP tại đây. Công ty Tinh Hà chúng tôi là đại lý ủy quyền của NOP tại Việt Nam, chúng tôi sẽ mang tới cho quý khách những dòng máy bơm dầu chất lượng Nhật Bản phù hợp nhất với nhu cầu của bạn.
