Döner kanatlı pompa

Eksantrik döner kanatlı pompa

Döner kanatlı veya paletli pompa, gövdesinin (stator) içinde dönen rotor’a takılı birkaç kanat ve kanaldan oluşan, emme veya basınç görevlerinde gazları ve sıvıları pompalayan pozitif deplasmanlı bir pompa’dır.

Rotorun dönme ekseni statora eksantriktir. Rotorun kanatları dönerken kendi kılavuzlarında kayar ve yay ve merkezkaç kuvvetiyle statorun duvarlarıyla temas halindedir. Bu nokta emme ve basınç odaları arasındaki ayrım noktasıdır.

Kanatlı pompa, içinde sabit stator olan dökme demir gövde ve statora teğet dönen çelik bir rotordan oluşur.

Paletli pompa, yüksek viskoziteli ve yüksek basınçlı akışkanlar için diğer vakum pompa’ları kadar uygun olmayıp çalıştırması da daha karmaşıktır. Kanatlı pompalar kısa süreli kuru çalışmaya dayanır ve düşük viskoziteli akışkanları pompalamada iyidir. Pompalanacak ortamın dışında bulunuyorsa kanatlı pompa emme pompası olarak çalışır.

Hidrolik kanatlı pompalarda genellikle balanslı tipte gövdede 2 emme ve 2 boşaltma vardır ve basınç 300 barın üzerine çıkabilmektedir

Paletli pompalar, motorlu araçlardaki klima kompresörleri veya kornalarda ayrıca tıp dahil olmak üzere birçok alanda vakum pompası olarak kullanılırlar.

Benzer bir prensip daha sonra Wankel motoru'na ilham kaynağı olmuştur.

Tarihçe

Kanatlı pompa 16 Haziran 1874'te patentini alan Sackville, New Brunswick'ten Charles C. Barnes tarafından icat edilmiştir. O günden bu yana, gazlar için değişken kanatlı pompa (1909) dahil olmak üzere bu pompada çeşitli iyileştirmeler yapılmıştır.

Nasıl çalışır

Eksantrik döner kanatlı pompa tasarımı. Modern pompaların rotor ve stator arasında alan temasına (hat temasına değil) sahip olduğuna dikkat ediniz.
1. pompa gövdesi
2. rotor
3. kanatlar
4.yay

Bir veya daha çok, genellikle radyal düzenlenmiş kılavuzlar rotorun (2) içindedir. Döner valf görevi yapan kanatlar (3) ise bu kılavuzların içindedir. Bu kanatlar stator ile rotor arasındaki boşluğu birkaç odaya böler. Bir dönüşte rotor (2) ile stator (1) arasındaki mesafede değişikliğini telafi etmek için döner kanatlar, kılavuzların içinde hareket edebilir. Genellikle kılavuzun tabanındaki bir yay (4) vasıtasıyla kanatlar stator iç duvarına doğru bastırılır.

Yağlama için döner kanatların çalıştığı pompada genellikle küçük bir yağ haznesi vardır. Bu nedenle pompa her zaman yağın az bir kısmını dağıtır. Yağ genellikle çıkış kanalında ayrılır ve yağlayıcı haznesine geri gönderilir. Yağsız döner kanatlı pompalar da vardır.

Eliptik kesitli mahfaza, oda (4) içindeki rotor basıncını eşitler.

Basit vakum pompaları aslında tam olarak şematik çizimde gösterildiği gibi imal edilir. Statorun içinde giriş veya çıkış deliğiyle bağlantısız "taşıma yolu" adlı değişken bir hacim vardır. Pompalanan madde, kapalı "taşıma bölümünde" pompalanırken seyreltilip tekrar sıkıştırılır. Ancak vakum pompası olarak kullanıldığında genellikle çok seyreltilmiş gaz pompalanır. Taşıma bölümünde akışkanı seyreltmek veya sıkıştırmak için gereken iş bu nedenle azdır. Diğer uygulamalar için, özellikle de sıvılar gibi sıkıştırılamaz akışkanların taşınması için genellikle giriş ve çıkış delikleri büyük tasarlanarak çözüm sağlanmalıdır:

• Giriş açıklığı yaklaşık 90° işaretine kadar
• Çıkış açıklığı yaklaşık 270° işaretinden itibaren

Büyütülmüş delikler tarafından ayarlanan kontrol zamanlaması ile taşıma yolu ve onunla birlikte sorun da ortadan kalkar.

Döner kanatlı vakum pompasının rotoru ve kanatları. Plastik kanatlar (sağda) rotorun uzunlamasına oyuklarına yerleştirilir.

Döner kanatlı bir vakum pompasının yatak koruyucusunun iç görünümü. Eksenin eksantrik yatağı görülebilir. Giriş ve çıkış sırasıyla sol altta ve sağ alttadır.

Gaz balastı

Kanatlı pompa $10^{-1}$ mbar emme basıncında çalıştığında, pompanın sıkıştırma oranı (boşaltma basıncının emme basıncına oranı) yaklaşık $10^{4}$ olur.

Vakum odasında kolayca yoğunlaşabilen ör. su buharı veya boruları temizlerken kullanılan sıvılardan gelen buharlar (aseton, alkol vb.) gibi buharlar mevcut olabilir. Sıkıştırırken bu buharlardan birinin kısmi basıncı doymuş buhar basıncına ulaşırsa sıvılaşacak ve yağ ile emülsifiye olur. Sonuçta vakum iyileşmez. Balast havası, pompa gövdesine yerleştirilen ayarlanabilir bir açma valfi aracılığıyla kuru havanın sıkıştırma odasına verilmesinden oluşur. Böylece sıkıştırma odasındaki toplam basınç arttırılır ve valf, daha büyük bir sıkıştırma hacmini sınırlandıran kanatların konumuna yükselir. Bu, tahliye sırasında buharların kısmi basıncının düşmesine neden olur.

Gaz balastıyla çalışırken, gaz sıkıştırılmadan önce küçük bir sızıntı valfi yoluyla emme odasına hava verilir. Bu, sıkıştırma oranını azaltarak gazın yoğunlaşma noktasına ulaşılmadan önce dışarı atılmasını sağlar. Bu nedenle sistemde elde edilebilecek minimum basınç biraz artar ve aynı zamanda uçucu maddeler, daha büyük debi nedeniyle pompa yağından dışarı atılır ve içinde ayrılma olasılıkları azalır. Valf çoğu zaman elle kapatılır ve bu da kullanıcının çalışma modları arasında seçim yapmasına olanak verir.

Gaz balastıyla çalışmada artan oranda yayılan yağ buharı, ayırıcıda toplanıp geri gönderilir ve pompa yağının geçici olarak bulanıklaşmasına neden olur.

Avantajları

• debi titreşimi azdır
• orta düzeyde gürültülü verir
• her iki akış yönünde de çalışabilir
• debisi ayarlanabilir
• uygun maliyetlidir
• çok verimlidir

Dezavantajları

• fazla aşınma ve yıpranma
• yalnızca orta basınçlar için uygundur (maksimum yaklaşık 300 bar'a kadar)

Sabit uzunlukta döner kanat

Mavi renkli sabit uzunlukta döner valf, mavi mahfazanın içinde hareket eder. Sarı rotordaki bir yuva içinde hareket eder.

Muhafazanın özel şekli (mavi) nedeniyle, döner valf (kırmızı), mil (siyah) dönse bile her zaman aynı uzunluğa sahiptir. Sabit dönüş çeyreğinde (sarı), döner valf mil içinde hareket etmez.

Değişken uzunluktaki döner kanatlı döner kanatlı pompa şekillerine ek olarak, patentlerde, ör. sabit uzunluktaki döner kanatlıların kullanıldığı özel formlar da önerilmiştir. Bu özel şekillerden bazıları, dönen milin içindeki döner valfin konumunu değiştirmeden dönen çeyrek daireli geometrik tasarımları vardır.

Türler

En basit kanatlı pompa, büyük bir dairesel hacimde dönen dairesel rotorludur. Bu iki dairenin merkezleri eksantrikliğe neden olacak şekilde kaydırılmıştır. Kanatlar rotora açılan yuvalara (kılavuz) takılmıştır. Kanatların, rotor dönerken stator duvarı ile teması koruyabilecekleri şekilde, bu yuvalarda sınırlı hareketine izin verilir. Kanat yaylar, yerçekimi veya merkezkaç kuvveti ile bu teması sürdürür.

Kanat uçlarıyla pompa duvarı arasında daha iyi sızdırmazlık yapmaya yardım etmek için mekanizma içinde az miktarda yağ olabilir.

Kanatlar ile pompa duvarı arasındaki temas, pompalama yapan "kanat odalarıyla" pompa hacmini böler. Pompanın emme tarafındaki kanat odalarının hacmi artar ve böylece pompalanan sistemden, bazen de sadece atmosferden gelen giriş vakum basıncı tarafından içeri itilen sıvı ile pompa dolar. Pompanın boşaltma tarafında kanat odacıklarının hacmi azalır böylece sıvı çıkıştan dışarı itilir. Kanat hareketi, her turda aynı hacimde sıvı emer.

Basıncı artırmak için sıvıyı iki veya daha çok döner kanatlı pompa mekanizmasından geçiren çok kademeli döner kanatlı vakum pompaları 10⁻⁶ mbar (0,0001 Pa) kadar düşük vakum basınçlarına ulaşabilir.

Tek etkili ve çift etkili plakalı hidrolik pompaların imalatı yapılmaktadır. Tek etkili pompalarda emme ve boşaltma işlemi hidrolik pompa milinin devri başına bir kez, çift etkili pompalardaysa iki kez gerçekleştirilir.

Tek etkili pompanın çalışma prensibi aşağıdaki gibidir. Pompa miline tork uygulandığında hidrolik pompanın rotoru dönmeye başlar. Merkezkaç kuvvetinin etkisi altında (veya kanatların altındaki yayların elastik kuvvetinin etkisi altında), kanatlar stator mahfazasına doğru bastırılır ve sonuçta birbirinden hava geçirmez şekilde ayrılmış iki boşluk oluşur. Boşluklardan birinin hacmi kademeli olarak artarken (bu boşlukta emme oluşur) ve diğer boşluğun hacmi yavaş yavaş azalır (çalışma sıvısı bu boşluktan dışarı pompalanır).

İki plakalı kanatlı hidrolik pompa çalışma prensibini gösteren çizim

Çalışma sırasında çalışma hacminin değiştirilmesi yalnızca tek etkili pompalarda yapılabilir. Ancak bu tür hidrolik pompalarda, yüksek basınç boşluğunun yanından rotora sabit bir radyal kuvvet etki eder ve bu da hidrolik makine parçalarının daha hızlı aşınmasına neden olur. Çift etkili pompalarda iki yüksek basınç boşluğu vardır ve radyal kuvvetler birbirini dengeler. Çalışma hacminin değiştirilmesi, eksantrikliğin - yani rotor ekseninin stator eksenine göre yer değiştirme miktarı - değiştirilerek yapılır.

Paletli hidrolik pompalar 14 MPa'ya kadar basınçlarda çalışma kapasitelidir., önerilen dönüş hızları genellikle 1000-1500 dev/dak aralığındadır.

Kanatlı pompalar, yalnızca kanatların altındaki boşlukta kanatları stator mahfazasına doğru bastıran yaylar varsa hidrolik motor modunda kullanılabilir. Bu tür yayların yokluğunda pompa geri döndürülemez.

Dişli pompa ile karşılaştırıldığında kanatlı hidrolik pompalar daha düzgün debilidir ve döner pistonlu ve pistonlu hidrolik pompalarla karşılaştırıldığında daha ucuzdur, tasarımı daha basittir ve çalışma sıvısının filtrelenmesine daha az gerek duyulur.

Kullanımlar

Kanatlı pompalar genellikle yüksek basınçlı hidrolik pompa’lar olarak ve süperşarj, hidrolik direksiyon, klima ve otomatik şanzıman pompaları dahil olmak üzere otomobillerde kullanılır.

Kanatlı hidrolik pompalar hacimsel hidrolik tahrik sistemlerinde (örneğin, metal kesme makinelerinin tahrikinde) çok kullanılır.

Orta basınç aralığındaki paletli pompalar, alkolsüz içecek dağıtıcıları ve espresso kahve makineleri için karbonatörler gibi uygulamalarda kullanılır.

Ayrıca kanatlı pompalar, otomatik egzoz emisyon kontrolü için ikincil hava enjeksiyonu gibi düşük basınçlı gaz uygulamalarında veya düşük basınçlı kimyasal buhar biriktirme sistemlerinde kullanılabilir.

Döner kanatlı pompalar çok kullanılan vakum pompası türüdür ve iki kademeli pompalar 10⁻⁶ bar'ın oldukça altındaki basınçlara inebilir.

Kanatlı pompalar,

• büyük kamyonlarda ve dizel motorlu binek araçlarda (motorları emme vakumu oluşturmayan) fren güçlendirici aracılığıyla fren desteği sağlamada,
• çoğu hafif uçaktaki jiroskopik uçuş aletleri’ni çalıştırmada,
• klimalar’ın kurulumu sırasında soğutucu hatlarının boşaltılmasında,
• laboratuvarda donduruculu kurutucularda ve fizikte vakum deneyleri gibi uygulamalarda bulunur.

Kanatlı pompada pompalanan gaz ve yağ pompanın içinde karıştığı için dışarıdan ayrılması gerekir. Bu nedenle giriş ve çıkışta, yağ damlalarının gazdan ayrıldığı, muhtemelen girdaplı, büyük bir bölme vardır. Bazen girişte, ayrık pompalama yağını ve suyu yoğunlaştırmak ve girişe geri damlamasını sağlamak için oda havasıyla soğutulan panjurlar vardır (pompa genellikle 40 K daha sıcaktır). Bu pompalar derin vakumlu sistemlerde kullanıldığında (pompaya gaz girişinin çok az olduğu yerlerde), moleküler yağın geri akışı nedeniyle tüm sistemin kirlenmesi önemli endişe kaynağıdır.

• Kaba ve hassas vakum aralığı için vakum pompası olarak 1 ila 0,001 mbar arası yak. 20–50 m³/saat debilerde kullanılır
• Hidrolik pompa (örn. hidrolik direksiyon, otomobillerdeki akıllı koltuklar)
• Buhar motoru (bazı modern buhar motorları ters kanatlı pompa gibi çalışır)
• İklimlendirme sistemi kompresöründe,
• Espresso makinesinde kullanılır

Değişken deplasmanlı kanatlı pompa

Kanatlı pompanın en büyük avantajlarından biri, tasarımın düz dişli (X-X) veya gerotor (I-X) pompa gibi sabit deplasmanlı bir pompa yerine değişken deplasmanlı bir pompa olmaya kolaylıkla elverişli olmasıdır. Rotordan eksantrik halkaya kadar olan merkez hattı mesafesi, pompanın deplasmanını belirlemede kullanılır. Eksantrik halkanın rotora göre dönmesine veya ötelenmesine izin verilerek deplasman değiştirilebilir. Eksantrik halka yeterince uzağa hareket ederse kanatlı pompanın ters yönde pompalaması bile mümkündür. Ancak performans her iki yönde de pompalayacak şekilde optimize edilemez. Bu çok ilginç bir hidrolik kontrollü yağ pompası oluşturabilir.

Değişken deplasmanlı kanatlı pompa, enerji tasarrufu sağlayan bir cihaz olarak otomotiv şanzımanları da dahil olmak üzere birçok uygulamada 30 yılı aşkın süredir kullanılmaktadır.

Malzemeler

• Dış parçalar (kafa, gövde) – dökme demir, sünek demir, çelik, pirinç, plastik ve paslanmaz çelik
• Kanat, itme çubukları – karbon grafit, Polieter eter keton (PEEK)
• Uç plakaları – karbon grafit
• Salmastra – bileşenli mekanik salmastralar, endüstri standardı kartuşlu mekanik salmastralar ve manyetik tahrikli pompalar
• Conta – bazı satıcılarda vardır ancak genellikle ince sıvı hizmeti için önerilmez

Genel özellikler

• Çalışma basıncı eğer rotor dengeliyse 100 bar ile 320 bar arasındadır,
• Çalışma sıcaklığı -18 ile 100 °C arasındadır,
• Bu teknolojinin avantajı uygun performans/fiyat oranı ve düşük gürültü seviyesidir,
• Rotor dengeliyse 600 dev/dak'den 3000 dev/dak'ya kadar frekans hızında dönebilir,
• Sıvının kinematik viskozitesi 10 mm²/s'den 800 mm²/s'ye kadar olabilir,
• Verimi genelde $0.7<\eta _{gl}<0.8\,$ arasındadır.
• Kullanılan sıvılar:
  • Fosfatlanmış ester'ler;
  • Organik esterler;
  • Etilen glikol;
  • Mineral yağ.
• Uygulama alanları:
  • Direksiyon yardımı (otomobil);
  • Klima;
  • Mazot (Dizel motor yakıtı);
  • Plastik enjeksiyon makinaları;
  • Hidrolik presler.
  • Çöp konteynerleri;
  • Vakum pompası olarak kullanılabilir (1 mbar'a kadar vakum sağlanabilir).

Eksantrik kanatlı pompanın şeması.
$R_{1}-R_{2}=e\,$

Eksantrik kanatlı pompa

Eksantrik kanatlı pompanın rotoru ve statoru dairesel kesitlidir ancak eksenleri eksantriktir. Ek bir cihaz eksantriklik değerini değiştirebilir, bu durumda pompa değişken hacim'lidir.

Bu ayar cihazı deşarj basıncıyla kontrol edilebilir. Basınç çok yükselirse pompa deplasmanı sıfırlanır ve bu durumda pompa debi'si kesilir.

• Silindir kapasitesi Ve' 'nin (cm³/devir) cinsinden hesaplaması:

n sayıda kanatlı ve düzenli yerleştirilmiş yani $\left({\frac {2.\pi }{n}}\right)\,$açısıyla dengelenmiş bir pompa için:
$Ve'\approx 4\cdot b\cdot n\cdot e\cdot R_{1}\cdot \sin \left({\frac {\pi }{n}}\right)\,$:

b kanatların santimetre cinsinden uzunluğu;

e santimetre cinsinden eksantriklik;

R₁ santimetre cinsinden stator yarıçapıdır.

Bu formül kanat kalınlığı ihmal edildiğinden kesin değildir.

Kam kanatlı pompa

BMW 7 Serisi klimanın kam kanatlı pompası.

Bu durumda hacim değişimi statorun iç şekliyle elde edilir; özel bir düzenleme yapılmadığı sürece silindir kapasitesi sabittir.

Karşı fotoğraftaki pompada, statorun şekli iki ayrı simetrik bölme oluşturur. Bu simetri, rotor üzerindeki kuvvetleri dengeler.

İki kademeli pompalar

Aynı gövdede seri bağlı iki pompadan oluşur. Tek kademeli bir pompanınkinden yaklaşık on kat daha az sınır basıncının elde edilmesini mümkün kılar. Nitekim tek kademeli pompalarda, dış atmosferle temas halindeki yağ havayı emer ve emme tarafındaki kanatlar döndüğünde kısmen serbest bırakır, böylece sınır basıncı artar.

Ayrıca bakınız

• Pompa
• Santrifüj pompa

Kaynakça2

• Oswald, Dieter (1989). "Vakuum in Forschung und Praxis". Die Entwicklung der Drehschiebervakuumpumpe. 1. 1. ss. 36-40. doi:10.1002/vipr.2230010110. 
• Konwitschny, Rudolf (2006). "Die Entwicklung der letzten 40 Jahre". Drehschieber-Vakuumpumpen. 12. 5. Physik Journal. ss. 74-75. 

Dış bağlantılar

• U.S. Kanatlı Pompanın Patenti
• H. Eugene Bassett'in mafsallı deplasmanlı kompresörü
• Kanatlı Pompa Animasyonu

İnternet linkleri

• Animation von desy.de
• Döner kanatlı vakum pompaları üreticisi
• Bir yağ pompasının gaz balast açıklığı