1 số kiến thức cơ bản về rò rỉ bên trong của máy bơm

máy bơm cát

1 số kiến thức cơ bản về rò rỉ bên trong của máy bơm  

I. Khái niệm rò rỉ bên trong

1. Rò rỉ bên trong là gì

Cho dù là áp lực đầu ra như thế nào thì lượng xả ra cố định chỉ là trên lý thuyết. Vật liệu bị uốn cong, gấp khúc, rò rỉ trong (rò khí), mài mòn và những thay đổi về lượng khác dẫn đến sự phụ thuộc ở mức độ khác nhau vào áp lực. Dưới đây chúng ta cùng xem chi tiết về rò rỉ bên trong.

Rò rỉ bên trong là do sự ăn khớp không hoàn hảo giữa các linh kiện bên trong máy bơm gây ra. Cho dù sự ăn khớp giữa hai bộ phận có tốt đến đâu đi nữa thì cũng tồn tại những khe hở cực nhỏ mà chất lỏng sẽ chảy qua đó. Rò rỉ bên trong thường có mối quan hệ tuyến tính với độ nhớt của chất lỏng chảy qua. Do đó, sự rò rỉ bên trong của chất lỏng có độ nhớt thấp là rõ ràng hơn.

máy bơm bị rò rỉ 1
Rò rỉ bên trong của đầu nhọn bánh răng

2. Loại bỏ rò rỉ bên trong như thế nào

Rò rỉ bên trong máy bơm không phải lúc nào cũng tránh bằng cách bôi trơn ổ trục, bánh răng, cho dầu chảy từ vùng có áp suất cao xuống vùng có áp suất thấp để thiết lập ổ trục thủy lực chính xác. Trong một số máy bơm, rò rỉ bên trong được sử dụng để giới hạn áp suất tối đa nhằm ngăn chặn quá áp trong hệ thống. 

Một số máy bơm được thiết kế để loại bỏ rò rỉ bên trong bằng cách sử dụng các vật liệu đáp ứng yêu cầu để làm gioăng. Những chiến lược này có thể loại bỏ hầu hết mọi rò rỉ bên trong. Tuy nhiên, chúng tạo ra hiện tượng mài mòn trượt, từ đó gây ra các vấn đề khác. Bài viết này sẽ không tập trung vào gioăng trượt.

II. Rò rỉ bên trong đối với các loại máy bơm

1. Rò rỉ bên trong đối với bơm tĩnh kiểu xoay

Hai nguồn rò rỉ bên trong phổ biến trong máy bơm tĩnh kiểu xoay là khe hở đầu nhọn bánh răng và khe hở bề mặt. Không phải tất cả các máy bơm đều có hai loại này, ví dụ, máy bơm cánh gạt không có khe hở đầu mút vì cánh gạt chủ động trượt vào tường. Rò rỉ bên trong của bơm tĩnh kiểu xoay không chỉ làm giảm lưu lượng mà còn làm giảm áp suất tối đa và năng lực của gioăng. 

Khe hở đầu nhọn bánh răng

Khe hở ở đầu bánh răng, rôto là nguồn rò rỉ bên trong quan trọng. Khi không có áp suất, chất lỏng đạt tốc độ đỉnh điểm trên bề mặt, đạt tốc độ bằng không trên thành khoang, với sự phân bố tuyến tính giữa hai trường hợp này. Nhưng khi có một áp suất đủ cao ở cửa ra, khoảng giữa của đường gấp khúc sẽ xoay đảo ngược, làm cho một phần chất lỏng chảy ngược lại. Dưới áp suất lưu động bị chặn (tốc độ dòng chảy bằng 0), thể tích chất lỏng chảy về phía trước bằng thể tích chất lỏng chảy ngược (bỏ qua các nguồn rò rỉ khác).

Lưu lượng chất lỏng ở đầu nhọn bánh răng

Không giống như các dạng rò rỉ bên trong khác, việc mô hình hóa khe hở đầu nhọn bánh răng cực kỳ phức tạp. Việc nghiên cứu các dữ liệu thực nghiệm và mô hình vật lý cho thấy rằng cơ chế rò rỉ là kết quả tác động tổng hợp của dòng chảy tầng (phụ thuộc vào độ nhớt) và quán tính của chất lỏng (phụ thuộc vào tỷ trọng). Dữ liệu cho thấy rò rỉ bên trong có mối quan hệ phụ thuộc giữa h² và h³, trong đó h là khe hở xuyên tâm, có mối quan hệ tuyến tính nghịch đảo với chiều dài của đầu nhọn.

rò rỉ bên trong 2
Lưu lượng chất lỏng ở đầu nhọn bánh răng

Các nhà thiết kế máy bơm bánh răng bên trong và bên ngoài, máy bơm Gerotor và máy bơm cánh thùy có thể sử dụng ba phương pháp để giảm tác động của rò rỉ đầu nhọn bánh răng.

Giảm khe hở đầu nhọn bánh răng. Làm như vậy đòi hỏi độ chính xác cao, có thể lặp lại, kiểm soát chất lượng ưu việt và sử dụng các vật liệu tạo ra sư biến dạng tối thiểu do hấp thụ chất lỏng, chênh lệch nhiệt độ, ứng suất dư và độ rão. Những suy xét này phải được áp dụng cho bánh răng, vỏ bơm, ổ trục và trục.

Tăng chiều dài của khe hở đầu nhọn bánh răng. Làm như vậy là một lựa chọn thiết kế, bởi vì kết quả của sự đánh đổi là giảm thể tích của mỗi vòng quay. Tuy nhiên, lượng rò rỉ bên trong tỷ lệ thuận 75% trong nhiều trường hợp.

Miệng phun tối ưu hóa đối với rò rỉ bên trong ở vị trí thấp

Tăng số răng của bánh răng. Cũng giống như việc tăng chiều dài của đầu nhọn bánh răng, có càng nhiều răng hơn dẫn đến thể tích mỗi vòng quay nhỏ hơn. Có nhiều răng ở gần khoang hơn sẽ tạo ra càng nhiều “gioăng phớt áp lực” hơn, như được thể hiện trong kết quả áp suất mô phỏng động lực học chất lỏng ở bên dưới. Tăng số lượng răng lên có thể có thêm ưu thế là dòng chảy êm hơn và giảm tiếng ồn.

rò rỉ bên trong 3
Miệng phun theo tối ưu hóa lượng xả ra

 

rò rỉ bên trong 4
Đầu mỏ hàn xử lý rò rỉ bên trong ở vị trí thấp

Làm sạch bề mặt

Đối với nhiều bơm tĩnh, rò rỉ bên trong trên bề mặt linh kiện xoay là nguyên nhân lớn nhất dẫn đến rò rỉ trong. Khe hở loại này dể xử lý hơn nhiều so bới khe hở đầu nhọn bánh răng, nhưng thể tích bề mặt càng lớn, tốc độ dòng chảy tỷ lệ thuận với lập phương của khe hở (h3). Bề mặt mài mòn cũng thiếu lợi thế của thiết kế nhiều răng trên đường rò rỉ và tốc độ đầu nhọn bánh răng. Lựa chọn duy nhất là cải thiện độ chính xác và chất lượng của linh kiện, từ đó làm giảm khe hở.

rò rỉ bên trong 5
Mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán của rò rỉ đầu bánh răng

Có một số máy bơm có vòng đệm PTFE được đặt giữa các linh kiện của thân bơm. Các miếng đệm này tạo thành gioăng phớt chống rò rỉ bên ngoài. Tuy nhiên, độ dày của các vòng đệm này ảnh hưởng trực tiếp đến độ hở bề mặt. Khi thời gian và/hoặc nhiệt độ thay đổi, độ dày của các miếng đệm này có thể thay đổi, do đó làm thay đổi hiệu suất của máy bơm.

 

rò rỉ bên trong 6
Lượng rò rỉ bên trong của bề mặt răng bánh răng

2. Rò rỉ bên trong đối với bơm tĩnh kiểu tuần hoàn

Bơm tĩnh kiểu tuần hoàn là lựa chọn lý tưởng để đo lường hoặc phân phối lượng chất lỏng chính xác. Không có gì ngạc nhiên khi những máy bơm này có ít rò rỉ bên trong nhất trong hai loại máy bơm tĩnh. Tuy nhiên, độ chính xác được yêu cầu bởi nhiều ứng dụng vẫn khiến cho hiện tượng rò rỉ bên trong trở thành một yếu tố quan trọng được xem xét trong thiết kế và sản xuất máy bơm.

Van hồi

Nguồn rò rỉ bên trong phổ biến của hầu hết tất cả các máy bơm tĩnh kiểu tuần hoàn là van hồi được tích hợp ở đầu vào và đầu ra. Hầu hết các van hồi bên trong máy bơm là van hồi kiểu màng (1) hoặc van hồi kiểu cầu (không nên nhầm lẫn với van cầu) (2). Rò rỉ ở cửa dẫn khí vào có thể khiến cửa khí vào vô tình tạo ra áp suất dương không mong muốn. Rò rỉ ở cửa xả sẽ làm cho chất lỏng hơi kéo nhẹ trở lại từ cửa xả. Trong cả hai trường hợp, thể tích phân phối hiệu quả sẽ bị giảm.

Ví dụ về van hồi trong máy bơm màng

Van hồi kiểu màng sử dụng cao su dẻo, được định vị trên một lỗ và đóng ở trạng thái ổn định. Gioăng dựa vào hình dạng không ứng suất của màng cộng thêm áp suất ngược để ngăn rò rỉ trở lại. Van hồi kiểu màng có các hình dạng khác nhau bao gồm đĩa nổi tự do, chất đàn hồi linh hoạt, hình mỏ vịt và hình ô. Rò rỉ ngược xảy ra khi màng ngăn bị uốn cong theo thời gian, các mảnh vụn cản trở bề mặt gioăng, hoặc các hạt mài mòn trong chất lỏng làm mòn bề mặt gioăng hoặc bệ van.

Van cầu lò xo được làm kín bằng cách tạo ra sự khít chặt giữa khối cầu và bệ van. Thông thường bệ van là hình nón, dẫn khối cầu vào bệ van để có được gioăng phớt chất lượng tốt. Kết cấu thường được làm bằng vật liệu cứng để tăng tuổi thọ sử dụng một cách tối đa. Tuy nhiên, các vật liệu cứng thiếu khả năng thích ứng cần thiết, không thể kết dính với nhau, dẫn đến các đường rò rỉ chất lỏng cực nhỏ.

Nhiều công ty chuyên thiết kế và sản xuất van một chiều chất lượng cao. Các vật liệu, thiết kế và phương pháp sản xuất đều rất chuyên nghiệp. Tuy nhiên, không thể tránh khỏi những đặc điểm cố hữu nêu trên. Máy bơm pít tông không van cung cấp thiết kế không có van hồi, mặc dù chúng có thêm nguồn rò rỉ bên trong.

 Khe hở Piston  

Các piston của bơm piston và bơm piston không van trượt trong xi lanh. Các sai lệch về độ tuyến tính, kích thước, độ tròn và độ trụ tròn dẫn đến các khe hở mà chất lỏng có thể chảy qua. Lượng rò rỉ có mối quan hệ tuyến tính với áp suất đầu ra và sẽ được giảm trừ vào thể tích phân phối.

Lượng rò rỉ giữa piston và xi lanh, như một hàm số của áp suất, trong đó.

P = áp suất đầu ra

µ = độ nhớt động học

D = Đường kính piston

h = độ hở xuyên tâm

L = chiều dài

rò rỉ bên trong 7
Lượng rò rỉ bên trong của bơm piston

Trong trường hợp thông thường, biến số duy nhất mà nhà thiết kế máy bơm có thể tận dụng là độ hở. Lưu lượng tỷ lệ thuận với h3, vì vậy máy bơm pít tông hiệu suất cao yêu cầu khe hở rất nhỏ. Để minh họa điểm này, một ứng dụng máy bơm nước phổ biến được trình bày dưới đây, với các khe hở nằm trong khoảng từ 0 đến 20 µm. Đối với các ứng dụng chính xác, lượng rò rỉ phải nhỏ hơn đáng kể 1% của lượng xả yêu cầu.

Mối quan hệ giữa khe hở và rò rỉ bên trong của bơm piston

Việc có được khe hở một con số Micrômét (µm) không đơn giản. Các biến số như hình dạng, kích thước, độ bóng bề mặt, độ giãn nở nhiệt và kỹ thuật gia công… phải được đánh giá chặt chẽ. Đặc tính của vật liệu gốm rất thích hợp cho ứng dụng này.

  • Độ giãn nở nhiệt thấp
  • Có khả năng mài chính xác
  • Kích thước hạt nhỏ
  • Không có sự thay đổi kích thước với nhiều loại chất lỏng.

Lựa chọn vật liệu phù hợp chỉ là bước khởi đầu của giải pháp. Tiếp theo, phải thực hiện nghiêm chỉnh các biện pháp kiểm soát chất lượng và gia công chính xác. Điều này vượt ra ngoài các thông lệ ISO 9001 thông thường và đòi hỏi kiến ​​thức và kinh nghiệm chuyên sâu chất lượng cao ở góc độ vi mô.

rò rỉ bên trong 8
Mối quan hệ giữa hàm số khe hở với lượng rò rỉ bên trong của bơm piston

Tóm lại, đối với máy bơm tĩnh kiểu tuần hoàn, rò rỉ bên trong là một thực tế không thể bỏ qua trừ khi người sử dụng chấp nhận sự mài mòn linh kiện để đạt được gioăng trượt. Chìa khóa của hiệu quả thủy lực và thiết kế có thể lặp lại là sử dụng vật liệu thích hợp, gia công chính xác cao, thử nghiệm bơm 100% và quy trình đảm bảo chất lượng nghiêm ngặt. 

Nếu một ứng dụng yêu cầu độ chính xác, khả năng lặp lại và độ tin cậy, việc trao đổi thảo luận giữa các kỹ sư là rất quan trọng để tránh những sự cố ngoài ý muốn trong quá trình nghiên cứu hoặc sản xuất.

Quý khách có thể truy cập vào đây để biết thêm thông tin chi tiết về máy bơm cát nhập khẩu chính hãng do Công ty Nhật Quang cung cấp.

Bản đồ chỉ đường: https://g.page/ongcaosuhutcat?share

97 / 100

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Call Now Button