تحليل عددي و تجربي الگوي نشتي در يك پمپ دنده‌اي دندانه خارجي

Numerical and Experimental investigation of leakage pattern within an external gear pump

پمپ دنده ­اي از پركاربردترين انواع پمپ­ هاي دوراني و جابجايي مثبت است كه به دليل ساختار ساده، ابعاد كوچك و كارايي مطمئن، به‌صورت گسترده مورد استفاده قرار مي­ گيرد. اين پمپ­ ها براي توليد فشارهاي بالا و يا اندازه ­گيري دقيق دبي سيالات به­ طور گسترده مورد استفاده قرار مي ­گيرند. عليرغم مزاياي فراوان، نشتي زياد سيال در فشار­هاي بالا، اصلي‌ترين نقطه‌ضعف اين­گونه از پمپ­ ها است؛ به همين دليل مطالعه انواع نشتي، الگوي آن و راه‌هاي برطرف كردن آن، اهميت به ­سزايي در كاهش اتلاف انرژي در اين گونه پمپ­ ها دارد. در اين تحقيق، يك پمپ دنده­ اي دندانه خارجي به‌صورت عددي، تحليلي و آزمايشگاهي مورد مطالعه قرارگرفته است. پارامترهاي مهم عملكرد پمپ نظير نشتي، بازدهي حجمي و توان مصرفي پمپ در اختلاف فشارهاي مختلف از 2 تا 60 اتمسفر به‌صورت تجربي اندازه­ گيري شده است. سپس شبيه­ سازي دو­بعدي جريان توسط نرم ­افزار تجاري Fluent انجام شده و ميزان نشتي، بازدهي و توان پمپ به صورت عددي محاسبه و با داده­ هاي آزمايشگاهي مقايسه شده است. با رعايت مقادير دقيق لقي­ ها، نتايج حل عددي پمپ با دقت مناسبي با نتايج آزمايشگاهي مطابقت دارد. نتايج نشان مي­ دهد كه وجود لقي مركزي با اندازه مناسب بين چرخ­ دنده­ هاي پمپ و نشتي ناشي از آن، نه‌تنها سبب افت كارايي پمپ نمي­ شود، بلكه با تخليه بخشي از روغن پرفشار حبس شده بين دندانه‌ها به ناحيه پرفشار خروجي، باعث افزايش بازدهي و دبي حجمي مي ­شود.

Gear pump is one the most common types of static type (positive displacement) pumps with properties such as small size and safe performance. These pumps are mainly used for handling high pressure fluids and flow measuring in hydraulic systems. The most important weakness of this type of pump is high leakage in high working pressures. So, it is important to study the leakage types and the ways to eliminate them in order to decrease the amount of energy lost. In this study, an external gear pump has been studied numerically, analytically and experimentally. Using FLUENT software, the pump leakage, efficiency and power consumption are studied numerically and then have been compared with the experimental data. The numerical results have a good agreement with the experimental data. The results show that the leakage due to a suitable central clearance does not reduce the pump performance. Moreover, this clearance causes the fluid to convey from the space between gears to the high pressure outlet zone without using any decompression slots on the side bearings of the pump. As a result, the flow rate and the pump overall performance are improved.