Bơm bánh răng: đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc

Bơm bánh răng là loại bơm thể tích được sử dụng rộng rãi vì những ưu điểm sau: 
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
- Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ gọn
- Số vòng quay và công suất trên một đơn vị trọng lượng lớn
- Có khả năng chịu quá tải trong một thời gian ngắn..

Các ưu điểm này cần thiết đối với một bơm dùng trong hệ thống truyền động thủy lực.
Nó được sử dụng trong những hệ thống thủy lực có áp suất trung bình. Trong những hệ thống thủy lực có áp suất cao, bơm bánh răng thường được dùng làm bơm sơ cấp.
Bơm bánh răng là loại bơm không điều chỉnh được lưu lượng và áp suất khi số vòng quay cố định.

Có 2 loại bơm bánh răng là: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài và bơm bánh răng ăn khớp trong. Khi cần tăng lưu lượng người ta dùng bơm bánh răng có nhiều bánh răng ăn khớp.

Bơm bánh răng làm việc theo nguyên lý dẫn và nén chất lỏng trong một thể tích kín thay đổi được dung tích. Quá trình hút đẩy được diễn ra như sau:

- Bánh răng chủ động được nối với trục của bơm quay và kéo theo bánh răng bị động quay. Chất lỏng ở trong các rãnh răng theo chiều quay của các bánh răng vận chuyển từ khoang hút đến khoang đẩy vòng theo vỏ bơm. Khoang hút và khoang đẩy được ngăn cách với nhau bởi những mặt tiếp xúc của các bánh răng ăn khớp và được xem là kín.
- Khi một cặp bánh răng vào khớp ở khoang đẩy, chất lỏng được đưa vào khoang đẩy bị chèn ép và dồn vào đường ống đẩy. Đó là quá trình đẩy.
- Đồng thời với quá trình đẩy, tại khoang hút có một cặp bánh răng ra khớp, dung tích của khoang hút được dãn ra, áp suất ở khoang hút giảm và chất lỏng sẽ được hút vào buồng hút từ bể chứa thông qua ống hút vào bơm. Nếu áp suất trên mặt thoáng là áp suất khí quyển thì áp suất ở khoang hút sẽ là áp suất chân không.
- Về nguyên lý, nếu bơm tuyệt đối kín nghĩa là giữa khoang hút và khoang đẩy không có sự dò rỉ chất lỏng qua nhau hoặc dò rỉ chất lỏng ra ngoài thì áp suất của bơm chì phụ thuộc vào tải.
- Trong thực tế bơm không thể nào hoàn toàn kín do khả năng chế tạo hoặc nhiều trường hợp người ta phải cố ý tạo ra sự thoát lưu lượng nào đó thì áp suất không phải thuần túy chỉ tăng theo tải.
- Để hạn chế áp suất làm việc tối đa của bơm cần bố trí một van an toàn trên ống đẩy. Van sẽ tự mở cho chất lỏng trở về bể hút khi trên đường ống đẩy bị tắc hoặc áp suất vượt quá mức qui định.

Bơm bánh răng nhiều bánh răng ăn khớp

Hình 3: Bơm 3 bánh răng ăn khớp ngoài

Hình trên trình bày sơ đồ nguyên lý bơm 3 bánh răng ăn khớp ngoài. Bánh răng chủ động ở giữa quay kéo theo 2 bánh răng bị động ở 2 bên vì vậy khoang hút và khoang đẩy được bố trí chéo góc nhau. Lưu lượng của bơm 3 báng răng gấp đôi lưu lượng của bơm 2 báng răng nên loại bơm này được dùng trong những trường hợp yêu cầu kích thước bơm nhỏ gọn mà lưu lượng lớn. Để tránh sự trùng pha của dao động lưu lượng người ta thường chế tạo số răng của bánh răng chủ động nhiều hơn số răng của bánh răng bị động từ 1 đến 3 răng.

Bơm bánh răng nhiều cấp.

Hình 4: Bơm bánh răng 3 cấp

Trong trường hợp yêu cầu áp suất cao, người ta dùng bơm nhiều cấp theo nguyên lý mắc nối tiếp. Để phồng trường hợp thừa lưu lượng giữa các cấp người ta bố trí giữa các cấp đó các van an toàn.
Bơm bánh răng ăn khớp trong thường được dùng trong những trường hợp yêu cầu độ cứng vững cao, độ ồn nhỏ.

Hình 5: Nguyên lý hoạt động bơm bánh răng ăn khớp trong

Bánh chủ động và bánh bị động luôn đặt lệch tâm. Khi bánh chủ động quay kéo theo bánh bị động quay cùng chiều trong Stato. Chất lỏng ở trong các rãnh răng theo chiều quay của các bánh răng vận chuyển từ khoang hút đến khoang đẩy vòng theo vỏ bơm. Khoang hút và khoang đẩy được ngăn cách với nhau bởi lưới chắn.
Nhìn chung bơm bánh răng ăn khớp trong khó chế tạo nên giá thành cao.

Hình 6: Kết cấu bơm bánh răng ăn khớp trong

Kiểu biến dạng của bơm bánh răng trong.

Hình 7

Hình 7 là một kiểu biến dạng của bơm bánh răng trong. Bộ phận quay trong và ngoài được quay trong một vỏ bơm, vấu của bộ phận quay được làm tròn ăn khớp với nhau. Số vấu của bánh chủ động luôn ít hơn bánh bị động 1 vấu và khi làm việc không phải nhờ đến cơ cấu tách mà vẫn đảm bảo sự ngăn cách giữa buồng hút và buồng đẩy.