Bơm Bánh Răng: Các Loại, Nguyên Lý Hoạt Động, Ứng Dụng

Nếu quy trình của bạn liên quan đến việc di chuyển dầu, nhiên liệu, siro hoặc chất lỏng thủy lực và bạn cần dòng chảy chính xác, đáng tin cậy, thì bơm bánh răng thường là lựa chọn tốt nhất. Trong bài viết này, SK Tech sẽ giới thiệu chính xác cách bơm bánh răng hoạt động, tại sao các kỹ sư chọn bơm bánh răng nội so với ngoại, nơi chúng nổi bật (và nơi chúng không), cùng với lời khuyên thực tế về lựa chọn, bảo dưỡng và khắc phục sự cố.

Bơm bánh răng là gì?

Bơm bánh răng là một loại bơm quay dịch chuyển tích cực, di chuyển chất lỏng bằng cách kẹt chất lỏng giữa các răng của bánh răng quay và chuyển nó từ phía hút đến phía xả. Vì nó dịch chuyển một thể tích cố định mỗi vòng quay, bơm bánh răng cung cấp dòng chảy ổn định, chính xác, phần lớn độc lập với áp suất xả (trong giới hạn thiết kế).

Bơm bánh răng hoạt động như thế nào?

Hiểu đường dẫn dòng chảy giúp bạn khắc phục sự cố và chọn model phù hợp.

• Hút (đầu vào): Khi bánh răng quay tách ra tại đầu vào, chúng tạo ra các khoang mở rộng hút chất lỏng vào khoảng trống giữa các răng bánh răng.
• Chuyển: Chất lỏng bị kẹt được mang quanh vỏ bơm trong khoảng trống giữa răng bánh răng và vỏ bơm – niêm phong cơ học (khe hở) ngăn chặn dòng chảy ngược.
• Xả: Khi bánh răng khớp tại đầu ra, chất lỏng được ép ra dưới áp suất vào đường ống xả.
• Tái tuần hoàn giữa các mặt bánh răng được giảm thiểu bởi khe hở chặt chẽ và thời gian, tạo ra đầu ra thể tích gần như không đổi mỗi vòng quay.

Lưu ý: Vì dịch chuyển là mỗi vòng quay bánh răng, lưu lượng tỷ lệ thuận với tốc độ quay (RPM) – điều này khiến bơm bánh răng tuyệt vời cho việc đo lường và định lượng.

Các loại bơm bánh răng

Có nhiều thiết kế bơm bánh răng; hai họ chính là bơm bánh răng ngoại và nội – mỗi loại có điểm mạnh riêng.

Bơm bánh răng ngoại

• Thiết kế: Hai bánh răng ngoại (bánh dẫn + bánh theo) quay khớp bên trong vỏ vừa khít.
• Điểm mạnh: Khả năng chịu áp suất cao, cấu trúc đơn giản, tuyệt vời cho hệ thống dầu thủy lực và bôi trơn.
• Ứng dụng phổ biến: Đơn vị nguồn thủy lực, chuyển dầu áp suất cao, bôi trơn công nghiệp.

Bơm bánh răng nội (răng nội)

• Thiết kế: Một bánh răng ngoại nhỏ hơn dẫn động bánh răng nội lớn hơn (hình khuyên); thường bao gồm vách ngăn hình lưỡi liềm.
• Điểm mạnh: Dòng chảy mượt mà hơn (ít xung), tốt hơn cho chất lỏng nhớt và sản phẩm nhạy cảm với cắt, thường êm hơn.
• Ứng dụng phổ biến: Siro thực phẩm, chuyển nhiên liệu, định lượng dầu nhớt.

Biến thể và các loại bơm quay liên quan

• Bơm bánh răng xoắn: Răng xoắn cho dòng chảy mượt mà hơn và ít tiếng ồn.
• Bơm Gerotor: Một họ bánh răng nội rotor-stator, dùng nơi kích thước nhỏ gọn là quan trọng.
• Bơm thùy / cánh / vít: Không phải bơm bánh răng nhưng đôi khi được chọn để xử lý chất rắn lớn hơn hoặc bơm nhẹ nhàng.

Đặc điểm chính & đặc tính hiệu suất

Hiểu các đặc tính hiệu suất giúp bạn chọn bơm phù hợp với chất lỏng và nhiệm vụ.

• Lưu lượng tỷ lệ thuận với RPM: Kiểm soát tốc độ đơn giản mang lại dòng chảy dự đoán được.
• Hiệu suất thể tích cao với độ trượt thấp: Khi khe hở được thiết kế đúng, bơm hoạt động hiệu quả.
• Khả năng xử lý độ nhớt: Bơm bánh răng hoạt động tốt hơn khi độ nhớt tăng (đến một mức độ) – chúng nổi bật với dầu, nhiên liệu, glycol, hydrocarbon nặng, dầu ăn và nhiều hóa chất.
• Đánh giá áp suất: Nhiều bơm bánh răng xử lý áp suất trung bình đến cao (tham khảo thông số nhà sản xuất).
• Xung: Bơm bánh răng ngoại có mức xung cao hơn so với thiết kế nội; loại xoắn/gerotor giảm xung.
• Cắt và nhiệt: Bơm bánh răng tạo ra cắt và nhiệt ma sát – cần cân nhắc cho các chất lỏng nhạy cảm với cắt.
• Tự mồi: Nhiều bơm bánh răng tự mồi hiệu quả khi được lắp đặt đúng cách (kiểm tra model).

Ứng dụng của bơm bánh răng

Dưới đây là các ứng dụng thực tế, đã được kiểm chứng trong ngành, nơi bơm bánh răng thường là lựa chọn phù hợp.

• Hệ thống thủy lực: Đơn vị nguồn thủy lực và bộ truyền động (bơm bánh răng ngoại phổ biến).
• Hệ thống bôi trơn: Cung cấp dầu ổn định cho vòng bi, hộp số, tua-bin.
• Chuyển nhiên liệu và dầu: Phân phối nhiên liệu, nạp nhiên liệu, chuyển dầu thô (nội/ngoại tùy theo thông số).
• Định lượng hóa chất & quy trình: Đo lường hóa chất nhớt với tốc độ dòng chảy được kiểm soát.
• Thực phẩm & đồ uống: Sô cô la, siro, dầu ăn – với vật liệu và phớt cấp thực phẩm.
• Sơn, keo & nhựa: Chuyển kiểm soát chất lỏng nhớt trong dây chuyền sản xuất.

Ưu điểm và hạn chế

Hãy đưa ra quyết định bằng cách cân nhắc các ưu và nhược điểm thực tế.

Ưu điểm

• Dòng chảy ổn định, đo lường chính xác: Tuyệt vời cho việc định lượng và kiểm soát quy trình.
• Tốt với chất lỏng độ nhớt cao: Hiệu suất vượt trội so với bơm ly tâm đối với chất lỏng nhớt.
• Nhỏ gọn & bền bỉ: Mật độ công suất cao trong không gian nhỏ.
• Bảo dưỡng thấp: Bộ bánh răng đơn giản bền và dễ sửa chữa.
• Dịch chuyển lặp lại: Dự đoán dòng chảy giúp đơn giản hóa thiết kế hệ thống.

Hạn chế

• Không phù hợp với chất rắn mài mòn: Các hạt sẽ làm tăng mài mòn và giảm độ chính xác.
• Tạo cắt & nhiệt: Có thể làm hỏng chất lỏng nhạy cảm với cắt hoặc làm tăng nhiệt độ chất lỏng ở tốc độ cao.
• Dịch chuyển cố định: Dòng chảy biến thiên cần bộ điều khiển tần số (VFD) hoặc kiểm soát tốc độ cơ học.
• Nhạy cảm với khe hở: Hiệu suất phụ thuộc vào khe hở nguyên vẹn – mài mòn làm giảm hiệu quả và tăng độ trượt.

Bơm bánh răng so với các loại bơm khác

Sử dụng bảng này để nhanh chóng xác định khi nào bơm bánh răng là lựa chọn phù hợp nhất.

Cách chọn bơm bánh răng phù hợp

Trước khi mua, hãy xác minh các mục kỹ thuật này – chúng quyết định thành công lâu dài.

• Đặc tính chất lỏng: Độ nhớt, nhiệt độ, mật độ, tính ăn mòn, hàm lượng chất rắn.
• Lưu lượng & áp suất yêu cầu: Điểm nhiệm vụ, áp suất tối đa, hoạt động gián đoạn hay liên tục.
• Tương thích vật liệu: Gang, gang dẻo, thép không gỉ, đồng – chọn theo chất lỏng và quy định (thực phẩm, hóa chất).
• Phớt & vòng bi: Phớt cơ học so với đóng gói; lập kế hoạch loại phớt phù hợp với chất lỏng.
• Lắp đặt & dẫn động: Kết nối trực tiếp, hộp số, tốc độ động cơ (phạm vi RPM).
• Độ chính xác và dung sai xung: Nhu cầu đo lường cần xung thấp (chọn bơm nội hoặc gerotor).
• Nhu cầu quy định: Cấp thực phẩm (FDA), ATEX/IECEx cho khu vực nguy hiểm, API cho ngành dầu.
• Khả năng bảo dưỡng & phụ tùng: Hỗ trợ địa phương và sẵn có phụ tùng (SK Tech có thể tư vấn).

Lắp đặt, bảo dưỡng & khắc phục sự cố (thực tế)

Một vài thực hành đơn giản giúp kéo dài tuổi thọ và ngăn chặn các sự cố phổ biến.

Mẹo lắp đặt

• Đảm bảo căn chỉnh trục đúng và lắp đặt cứng nhắc.
• Lắp đặt đường ống hút và xả với tổn thất hút tối thiểu – giữ đường hút ngắn và tránh túi khí.
• Sử dụng lưới lọc/lọc đầu vào để chặn mảnh vụn.
• Xác minh yêu cầu bôi trơn (một số bơm bánh răng được bôi trơn bởi chất lỏng bơm).

Lịch bảo dưỡng phòng ngừa

• Hàng ngày/ca: Kiểm tra tiếng ồn bất thường, rung động, rò rỉ, nhiệt độ.
• Hàng tuần: Kiểm tra phớt và ốc vít nhìn thấy.
• Hàng tháng: Đo lưu lượng xả và so sánh với cơ sở; kiểm tra căn chỉnh khớp nối.
• 6-12 tháng: Kiểm tra khe hở bánh răng, vòng bi, thay thế bộ phận mài mòn khi cần.

Vấn đề phổ biến & cách khắc phục

• Giảm lưu lượng → Kiểm tra mài mòn, hạn chế hút, nuốt khí.
• Hoạt động ồn → Kiểm tra hiện tượng cavitation (nâng hút, NPSH), vòng bi mòn.
• Rò rỉ tại trục → Kiểm tra phớt cơ học hoặc đóng gói.
• Quá nóng chất lỏng → Giảm tốc độ, kiểm tra độ nhớt và tính tương thích của chất lỏng.

Vật liệu, phớt & cân nhắc tuân thủ

Việc chọn vật liệu và phớt rất quan trọng để đảm bảo tương thích và tuân thủ quy định.

• Gang/thép: Phổ biến cho dầu, nhiên liệu, chất lỏng không ăn mòn.
• Thép không gỉ (304/316): Cần thiết cho thực phẩm, dược phẩm, hóa chất ăn mòn.
• Đồng/hợp kim niken: Dùng trong hàng hải hoặc các dịch vụ hóa chất cụ thể.
• Phớt: Phớt cơ học cho rò rỉ thấp, tùy chọn PTFE/ELASTOMER và cấp thực phẩm có sẵn.
• Chứng nhận: FDA, 3A, ATEX, API – chỉ định theo ứng dụng.

Hướng dẫn mua – những gì cần hỏi nhà cung cấp

Mang danh sách kiểm tra này khi yêu cầu báo giá để có được các đề xuất so sánh.

• Dịch chuyển chính xác (cc/vòng) và lưu lượng dự kiến tại RPM chọn là gì?
• Áp suất cho phép tối đa và mô-men xoắn khởi động?
• Khe hở khuyến nghị và khoảng thời gian bảo dưỡng?
• Vật liệu của các bộ phận tiếp xúc chất lỏng, tùy chọn phớt và thời gian giao phụ tùng?
• Bơm có tự mồi cho điều kiện hút của bạn không?
• Bảo hành, hỗ trợ sau bán hàng, bảo dưỡng địa phương (HỎI: SK Tech cung cấp hỗ trợ địa phương).