Pompe ad ingranaggi esterni: Funzionamento, caratteristiche, vantaggi

Dicembre 2, 2024

Cos’è una pompa ad ingranaggi esterni?

Le pompe ad ingranaggi esterni sono un tipo di pompa volumetrica rotativa risalente alla fine del XVI secolo. Spesso erano azionate da ruote idrauliche in quanto possono utilizzare la semplice rotazione di ingranaggi per trasferire i fluidi. Le pompe a ingranaggi esterni sono diventate il tipo più semplice e comune di pompa volumetrica rotativa. In genere, le pompe a ingranaggi esterni hanno due ingranaggi su alberi separati con un albero collegato a un motore. I tipi di azionamento, le dimensioni ei materiali di costruzione variano ampiamente a seconda del settore e dell’applicazione. Si possono trovare pompe ad ingranaggi esterni con portate da 20 ml / min a oltre 50 L / min, con pressioni fino a 500 bar.

DPP Gears from a Magnetically Coupled Gear Pump 2

Ingranaggi elicoidali di una pompa ad ingranaggi esterni di Diener Precision Pumps

Come funzionano le pompe ad ingranaggi esterni

Il funzionamento di una pompa a ingranaggi esterni è piuttosto semplice. Due ingranaggi ruotano all’interno di una camera a cavità fissa. Le distanze tra gli ingranaggi rotanti e la cavità sono ridotte al minimo, in modo da poter tirare il fluido all’interno della pompa. Quando gli ingranaggi girano, gli spazi tra i denti degli ingranaggi agiscono come piccole camere che spostano piccoli volumi di fluido intorno al bordo della cavità. Quando queste camere raggiungono il lato di uscita della pompa, il fluido viene espulso in quanto la maglia degli ingranaggi impedisce la fuoriuscita verso il lato di ingresso. Questo processo si ripete per ogni dente dell’ingranaggio, per un’erogazione molto fluida del liquido.

DPP Diagram of external gear pump

Flusso del fluido durante l’ingranamento degli ingranaggi in una pompa a ingranaggi esterni

Tipi di ingranaggi

Gli ingranaggi di una pompa a ingranaggi esterni si dividono generalmente in tre categorie: cilindrici, elicoidali e a spina di pesce.

  • Sperone: Gli ingranaggi cilindrici hanno denti paralleli all’asse dell’ingranaggio e sono più comunemente utilizzati in applicazioni in cui il liquido ha proprietà lubrificanti e/o la pompa opera in direzione avanti e indietro.
  • Elicoidale: i denti di una pompa a ingranaggi elicoidali sono leggermente angolati (di solito 3-10 gradi) rispetto all’albero. L’elica consente ai denti dell’ingranaggio di innestarsi gradualmente durante la rotazione, migliorando la durata e riducendo la rumorosità. Le eccellenti caratteristiche di autoadescamento di un ingranaggio elicoidale sono simili a quelle di un ingranaggio cilindrico.
  • A spina di pesce: Gli ingranaggi a spina di pesce hanno tipicamente una forma a “V” negli angoli dell’elica, bilanciando così la forza assiale. Questi ingranaggi sono più costosi da produrre e sono tipicamente utilizzati nei gruppi di trasmissione di potenza e/o nelle pompe idrauliche ad alta pressione.
Spur Helical Herringbone Gear Pumps

Gli ingranaggi di una pompa ad ingranaggi esterni possono essere cilindrici, elicoidali o a spina di pesce.

Vantaggi di una pompa a ingranaggi esterni

Le pompe a ingranaggi esterni funzionano ad alta efficienza idraulica e sono molto compatte. Possono funzionare sia in avanti che in retromarcia, sono autoadescanti e hanno quindi un’elevata capacità di sollevamento a secco.

La portata e la pressione sono direttamente proporzionali alla velocità e garantiscono un flusso regolare e senza pulsazioni. Possono pompare un’ampia gamma di viscosità dei fluidi in un intervallo di temperature relativamente elevato.

Un’importante sottocategoria di pompe a ingranaggi è costituita dalle pompe a ingranaggi ad accoppiamento magnetico. Queste pompe non hanno una tenuta dinamica e garantiscono una lunga durata senza rischio di perdite esterne.

Limitazioni di una pompa a ingranaggi esterni

Le pompe a ingranaggi esterni si affidano a cuscinetti interni per il trasporto degli ingranaggi. Il fluido lubrifica le superfici di accoppiamento, pertanto le pompe non dovrebbero funzionare “a secco” per periodi prolungati. Le strette distanze interne che rendono le pompe così efficienti possono essere danneggiate dal passaggio di corpi solidi. Queste strette distanze consentono inoltre alla pompa di generare elevati vuoti in ingresso che, se non monitorati, possono causare danni da cavitazione alle superfici interne.

Un’attenta considerazione delle capacità progettuali della pompa è fondamentale per il buon funzionamento. Una rotazione troppo lenta della pompa può impedire al fluido di creare gli strati limite di liquido necessari per mantenere un basso attrito e aumentare la durata. L’assenza del gioco necessario per l’espansione termica può creare problemi alle alte temperature. Una pompa a ingranaggi esterni continuerà ad aumentare la pressione a valle se si verifica un’ostruzione, pertanto si raccomanda di monitorare la pressione a valle per evitare danni alla pompa e/o al sistema.

Le pompe a ingranaggi non sono consigliate per l’uso con fluidi tissotropici. I tecnici DPP sono a disposizione per fornire indicazioni su queste e altre considerazioni.

Materiali di costruzione

Come indica il seguente elenco, le pompe a ingranaggi possono essere costruite in un’ampia varietà di materiali. È possibile ottenere una durata superiore e un costo ottimizzato abbinando con precisione i materiali di costruzione al liquido. Mentre le pompe a ingranaggi esterni si trovano comunemente nella ghisa, i materiali più recenti consentono a queste pompe di gestire liquidi come acido solforico, ipoclorito di sodio, cloruro ferrico, idrossido di sodio e centinaia di altri liquidi corrosivi.

  • Esterni (testa, cassa, staffa) – Ferro, ghisa sferoidale, acciaio, acciaio inossidabile, alte leghe, compositi, PPS, ETFE
  • Alberi – Acciaio, acciaio inossidabile, alte leghe, allumina ceramica, PEEK
  • Ingranaggi – Acciaio, acciaio inossidabile, carburi, PTFE, PPS, PEEK
  • Boccole / cuscinetti – Carbonio, bronzo, carburo di silicio, cuscinetti ad aghi, PEEK,
  • Tenuta dell’albero – Guarnizione, tenuta a labbro, tenuta meccanica del componente, accoppiamento magnetico

Cosa distingue le pompe a ingranaggi di alta qualità

Lunga durata

Le pompe a ingranaggi sono note per la loro durata relativamente lunga. L’applicazione corretta è però fondamentale, pertanto noi di Diener Precision Pumps forniamo sempre un’ampia assistenza ai nostri clienti per adattare in modo ottimale il progetto della pompa personalizzata alla loro applicazione. Le considerazioni chiave da tenere in considerazione sono le dimensioni corrette dei cuscinetti, i percorsi di lubrificazione sufficienti per i cuscinetti e gli alberi, l’alta qualità degli ingranaggi e la scelta corretta del materiale degli ingranaggi.

Dal punto di vista dell’applicazione, è importante considerare il tipo di fluido, la pulizia, la pressione, la velocità e la temperatura. L’aspettativa di vita della pompa è proporzionale a tutti questi fattori, ed è per questo che il nostro team di progettazione e ingegnerizzazione lavora a stretto contatto con i clienti per ottimizzare il design e le caratteristiche della pompa e garantire un’usura minima, una lunga durata e prestazioni ottimali.

Prestazioni ripetibili

Le pompe a ingranaggi di DPP sono realizzate con tolleranze dell’ordine del micrometro, garantendo così prestazioni ripetibili e affidabili da una pompa all’altra. Ciò è particolarmente importante per le applicazioni in cui la pompa deve fornire portate entro un intervallo di velocità ristretto. È importante anche nelle applicazioni “on/off”, in cui la pompa viene portata ad alte pressioni per brevi periodi, ad esempio per erogazioni ad alta pressione con cicli on/off.

Senza perdite

La maggior parte delle pompe a ingranaggi esterni utilizza una guarnizione dell’albero per evitare perdite. Le tenute sono un componente soggetto a usura e quindi limitano la durata del progetto. La maggior parte delle pompe a ingranaggi di precisione Diener utilizza un accoppiamento magnetico al posto della guarnizione, garantendo una maggiore compatibilità chimica e una lunga durata.

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Con la loro eccellente precisione di erogazione, le pompe dosatrici della serie Precision sono perfette per l'uso in dialisi, ad esempio. Sono disponibili anche nella versione a doppia precisione.
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