Chọn một động cơ bánh răng cho máy bơm Việc tính toán công suất làm việc không giống như việc chọn bộ truyền động cho băng tải. Máy bơm tạo ra tải trọng thay đổi theo độ nhớt của chất lỏng, nhiệt độ và áp suất xả, và điều này sẽ gây quá tải cho động cơ nếu chỉ dựa vào công suất (watt) để lựa chọn. Hướng dẫn này trình bày quy trình thực tế như sau: tính toán mô-men xoắn mà trục bơm yêu cầu, thêm biên độ an toàn cho khởi động lạnh và hao mòn, sau đó chọn tỷ số truyền, chu kỳ làm việc và cách bố trí lắp đặt phù hợp với máy.
Scope note. This guide covers the pump duties a compact AC gear motor actually serves: metering and dosing pumps, small progressive-cavity and screw pumps, lubricant and chemical transfer, and slow-turning positive-displacement pumps that need 5–120 r/min at high shaft torque. If the pump is a centrifugal unit running near its best-efficiency point at 1,450 or 2,900 r/min, it should be direct-coupled to a motor — gearing it down adds cost, losses and a failure point for no benefit.
Hầu hết các sai lầm trong việc lựa chọn kích cỡ máy bơm đều bắt nguồn từ một thói quen: chọn động cơ dựa trên công suất đầu ra tính bằng watt vì đó là con số ghi trên nhãn. Công suất mô tả tốc độ thực hiện công việc; mô-men xoắn mô tả liệu trục có thể làm quay tải hay không. Một động cơ AC 250 W ở tốc độ định mức 1350 r/phút cung cấp công suất dồi dào nhưng hầu như không có mô-men xoắn ở tốc độ 30 r/phút. Khi chạy cùng một động cơ qua hộp số tỷ số truyền 500:1, đầu ra trở nên chậm, mạnh và ổn định — động cơ không thay đổi, mà chính tỷ số truyền đã thực hiện công việc đó. Vì vậy, hãy ưu tiên mô-men xoắn trước tiên, tốc độ thứ hai, công suất thứ ba. Công suất sau đó sẽ xác nhận lựa chọn và thiết lập mức nhiệt dự kiến, bởi vì một động cơ hoạt động gần giới hạn mô-men xoắn sẽ nóng lên ngay cả khi công suất dường như vẫn ở mức an toàn.
Bạn không thể xác định công suất động cơ bơm chỉ dựa vào tên model của bơm. Có bốn thông số quyết định tất cả, và cả bốn thông số này đều được lấy từ bảng thông số kỹ thuật của bơm, thiết kế hệ thống hoặc một phép tính đơn giản.
Dung tích là thể tích mà máy bơm thể tích dương chuyển động được trong mỗi vòng quay trục, thường được tính bằng mililit hoặc centimet khối. Lưu lượng yêu cầu chia cho dung tích sẽ cho ra tốc độ quay trục cần thiết: một máy bơm có dung tích 4 mL mỗi vòng quay và cung cấp 120 mL mỗi phút cần 30 vòng quay mỗi phút. Chỉ cần thực hiện phép chia đơn giản này là có thể loại trừ ngay lập tức hầu hết các tỷ số có sẵn.
Áp suất chênh lệch là áp suất mà máy bơm phải tạo ra trong chính hệ thống của nó, chứ không phải giá trị hiển thị trên đồng hồ đo tại đầu ra. Nó bao gồm áp suất xả, áp suất hút và các tổn thất từ hệ thống đường ống, bộ lọc, van và chênh lệch độ cao. Một máy bơm bơm chất lỏng qua bộ lọc bị tắc một phần sẽ phải chịu áp suất chênh lệch lớn hơn so với cùng một máy bơm hoạt động trên đường ống sạch, và bộ truyền động sẽ cảm nhận sự chênh lệch này dưới dạng mô-men xoắn bổ sung.
Một số công việc có thể chấp nhận dải tốc độ rộng; trong khi đó, việc định lượng thuốc thử và đo lường chất bôi trơn chỉ đảm bảo độ chính xác của lưu lượng trong một khoảng hẹp. Hãy lưu ý tốc độ trục tối thiểu và tối đa cho phép trước khi tham khảo các bảng tỷ lệ, bởi vì một tỷ lệ có vẻ phù hợp trên lý thuyết có thể không còn dư địa để điều chỉnh sau này.
Khi đã biết thể tích và chênh lệch áp suất, yêu cầu mô-men xoắn liên tục tuân theo một mối quan hệ tiêu chuẩn đối với máy bơm thể tích dương:
T = (Δp × V) ÷ (2π × η)
trong đó T là mô-men xoắn, Δp là chênh lệch áp suất, V là thể tích dịch chuyển trên mỗi vòng quay và η là hiệu suất cơ học tổng hợp của bơm và bộ truyền động. Hãy coi kết quả này là giá trị tham chiếu cho chất lỏng ấm và loãng tại điểm hoạt động định mức — một con số để sàng lọc, không phải là cam kết — và so sánh nó với bảng tải cho phép của động cơ bánh răng thay vì thông số kỹ thuật chỉ dành cho động cơ.
| Giá trị | Tìm ở đâu | Tại sao điều này lại ảnh hưởng đến việc lựa chọn ổ đĩa? |
|---|---|---|
| Dung tích (mL/vòng quay) | Bảng thông số kỹ thuật máy bơm hoặc hình học máy bơm | Cài đặt tốc độ trục yêu cầu và quy đổi trực tiếp nhu cầu mô-men xoắn |
| Áp suất chênh lệch (bar) | Các chỉ số lưu lượng xả và hút cùng với tổn thất trên đường ống | Mô-men xoắn truyền động theo đường thẳng; tăng lên khi bộ lọc bị bám bẩn |
| Tốc độ trục (vòng/phút) | Yêu cầu về lưu lượng ÷ thể tích dịch chuyển | Chọn tỷ số truyền và dải tốc độ đầu ra |
| Mô-men xoắn liên tục (N·m) | Tính theo công thức trên | Phải nằm trong phạm vi cho phép của bảng tải trọng động cơ giảm tốc |
Độ nhớt là yếu tố biến đổi lớn nhất trong việc lựa chọn công suất truyền động của bơm. Một chất lỏng chảy dễ dàng ở 40 °C có thể đặc hơn gấp nhiều lần khi khởi động vào một buổi sáng lạnh, và bơm thể tích đẩy chất lỏng đặc sẽ đòi hỏi mô-men xoắn lớn hơn tương ứng. Điều kiện chất lỏng lạnh, có độ nhớt cao và bị kẹt có thể đòi hỏi mô-men xoắn gấp ba đến sáu lần so với khi vận hành ở nhiệt độ ấm — tình trạng này chỉ diễn ra trong chốc lát, nhưng đủ để làm kẹt hoặc ngắt hệ thống truyền động nếu không có biên độ khởi động.
Áp dụng hệ số an toàn cho mô-men xoắn liên tục đã tính toán: khoảng 1,2 đến 1,3 lần đối với chế độ vận hành ổn định có kiểm soát nhiệt độ, và 1,3 đến 1,5 lần hoặc cao hơn đối với chế độ vận hành gián đoạn, chất lỏng không được gia nhiệt hoặc lắp đặt ngoài trời. Sau đó, xác nhận khả năng khởi động của động cơ đáp ứng được mức ước tính khởi động lạnh, chứ không chỉ dựa vào giá trị khi đang chạy.
Khi đã biết yêu cầu mô-men xoắn và tốc độ trục mục tiêu, việc lựa chọn tỷ số truyền trở thành một quá trình thu hẹp danh sách các lựa chọn. Tốc độ đầu ra bằng tốc độ động cơ chia cho tỷ số truyền, do đó, một động cơ 1350 vòng/phút kết hợp với hộp số tỷ số 25:1 sẽ làm trục bơm quay với tốc độ khoảng 54 vòng/phút.
| Tỷ số truyền | Tốc độ đầu ra ước tính ở 1350 vòng/phút | Chức năng tiêu biểu của máy bơm |
|---|---|---|
| 3:1 đến 10:1 | 135 đến 450 vòng/phút | Chuyển tải và tuần hoàn lưu lượng cao, trong đó tốc độ quan trọng hơn mô-men xoắn |
| 12,5:1 đến 25:1 | 54 đến 108 vòng/phút | Chuyển giao quy trình chung, hệ thống truyền động bơm bánh răng, tuần hoàn chất làm mát |
| 30:1 đến 60:1 | 22 đến 45 vòng/phút | Đo lường, định lượng và cấp chất bôi trơn với lưu lượng được kiểm soát |
| 75:1 đến 500:1 | 2,7 đến 18 vòng/phút | Bơm thể tích tốc độ chậm, chất lỏng nhớt, định lượng chính xác |
Có hai lưu ý cần lưu ý ở các trường hợp cực đoan. Ở các tỷ số truyền cao, tốc độ đầu ra thực tế có thể chênh lệch so với giá trị lý thuyết khi tải thay đổi, do đó cần chừa một khoảng dung sai trong giới hạn lưu lượng. Ở các tỷ số truyền thấp, động cơ bánh răng có thể không tạo ra đủ mô-men xoắn để khởi động máy bơm khi phải đối mặt với đường ống lạnh và đang chịu áp suất. A Bảng kích thước động cơ bánh răng giúp bạn đối chiếu kích thước khung, tốc độ đầu ra và mô-men xoắn cho phép trước khi quyết định chọn một tỷ số truyền.
Động cơ bánh răng góc vuông rất phù hợp với các hệ thống bơm, bởi vì trục ra góc 90 độ cho phép thân động cơ nằm song song với trục bơm thay vì kéo dài dọc theo trục đó — điều này thường là yếu tố quyết định xem động cơ có lắp vừa hay không trên một khung gầm nhỏ gọn, một bảng điều khiển định lượng gắn tường hoặc một bộ bơm đóng gói sẵn.
Đối với các công việc nặng hơn thuộc dải công suất từ 120 W đến 300 W, Động cơ giảm tốc bánh răng góc vuông 6GU AC là thiết bị có công suất lớn nhất trong dòng sản phẩm góc vuông: động cơ AC dòng 6RK trên khung 100 mm, được trang bị hộp số 90 độ chịu tải nặng, mô-men xoắn định mức từ 740 đến 1840 mN·m ở tốc độ từ 1350 đến 1550 vòng/phút, tỷ số truyền từ 3:1 đến 500:1 và tải trọng tối đa cho phép lên đến 43 N·m (440 kg·cm). Các phiên bản một pha 110 V và 220 V được cung cấp cùng với tùy chọn ba pha 380 V, và các mẫu có thể đảo chiều có thời gian hoạt động định mức 30 phút cho mỗi hướng — do đó, việc bơm liên tục cần một bộ truyền động được thiết kế riêng cho mục đích đó. Các ứng dụng công suất trung bình từ 40 W đến 140 W được đáp ứng bởi Động cơ giảm tốc bánh răng góc vuông 5GU AC trong một phong bì nhỏ hơn, và trong trường hợp máy bơm chỉ cần được kích hoạt nhẹ và không liên tục thì Động cơ giảm tốc bánh răng góc vuông 4GN AC Với công suất 25 W, thiết bị vẫn giữ được kích thước nhỏ gọn mà không cần trang bị các thông số kỹ thuật quá cao.
Hệ thống truyền động của máy bơm thường gặp sự cố ở phần giao diện cơ khí cũng thường xuyên như khi gặp sự cố về điện. Có ba yếu tố quan trọng cần lưu ý.
Các thanh truyền mô-men xoắn, mặt bích và khớp nối thường được quy định riêng biệt, do đó cần tính toán kinh phí cho các bộ phận này cùng với động cơ. A Hướng dẫn về phụ kiện động cơ giảm tốc là một danh sách kiểm tra hữu ích khi lắp ráp một bộ ổ đĩa hoàn chỉnh.
Động cơ bánh răng không phải là lựa chọn phù hợp khi cần điều chỉnh lưu lượng một cách liên tục và chính xác, khi công việc yêu cầu công suất rất cao ở tốc độ cao, hoặc khi máy bơm hoạt động liên tục ở mức mô-men xoắn tối đa trong một không gian kín, nóng và thông gió kém. Trong những trường hợp đó, bộ biến tần hoặc hộp số công nghiệp cỡ lớn hơn sẽ là giải pháp phù hợp hơn.
Việc lựa chọn kích thước động cơ bánh răng cho máy bơm phụ thuộc vào một trình tự thao tác chặt chẽ: xác định dung tích và chênh lệch áp suất, tính toán mô-men xoắn liên tục, cộng thêm biên độ an toàn cho khởi động lạnh và độ nhớt, sau đó chọn tỷ số truyền sao cho tốc độ đầu ra nằm trong giới hạn dung sai lưu lượng của bạn. Kiểm tra kết quả so với bảng tải cho phép, đánh giá mức tải định mức một cách chính xác, và bảo vệ hộp số ở những vị trí mà tải có thể gây kẹt.
Nếu bạn không muốn tự mình phân tích các con số, bạn có thể tham khảo hướng dẫn chi tiết hơn tại đây Hướng dẫn thực tế về cách lựa chọn động cơ giảm tốc, và đội ngũ kỹ thuật có thể thiết kế bộ truyền động góc vuông phù hợp với đường cong hiệu suất của máy bơm, loại chất lỏng và bố trí lắp đặt theo yêu cầu của quý khách.
Xác định kích thước dựa trên mô-men xoắn, không phải công suất. Tính toán mô-men xoắn liên tục từ dung tích và chênh lệch áp suất, nhân với hệ số từ 1,2 đến 1,5 để tính đến độ nhớt và điều kiện làm việc, sau đó chọn động cơ bánh răng có kích thước nhỏ nhất mà bảng tải cho phép của nó đáp ứng được giá trị đó ở tốc độ đầu ra yêu cầu.
Đúng vậy. Tốc độ đầu ra bằng tốc độ động cơ chia cho tỷ số truyền, do đó hộp số giảm tốc là cách đơn giản nhất để vận hành máy bơm ở tốc độ từ 20 đến 100 vòng/phút đồng thời tăng mô-men xoắn. Đây là hộp số có tỷ số truyền cố định, nên không thể điều chỉnh lưu lượng mà không thay đổi tỷ số truyền hoặc lắp thêm bộ điều khiển tốc độ.
Hãy tính toán dựa trên điều kiện lạnh nhất và đặc nhất mà máy bơm có thể gặp phải, chứ không phải dựa trên nhiệt độ vận hành bình thường. Chất lỏng lạnh và nhớt có thể đòi hỏi mô-men xoắn khởi động gấp ba đến sáu lần so với khi chất lỏng ấm, do đó hãy kiểm tra khả năng khởi động của động cơ dựa trên mức đỉnh đó.
Giải pháp này phù hợp hơn trong các trường hợp không gian hạn chế. Góc thoát trục 90 độ cho phép động cơ được lắp song song với trục bơm, giúp rút ngắn chiều dài cụm truyền động trên khung trượt và bảng điều khiển. Hiệu suất của sản phẩm này tương đương với một thiết bị kiểu thẳng hàng có cùng tỷ số truyền và mô-men xoắn định mức.
Một số hộp số có tỷ số truyền cao có khả năng chống quay ngược, nhưng động cơ giảm tốc tiêu chuẩn không phải là thiết bị giữ hoặc phanh được chứng nhận. Nếu máy bơm phải duy trì trạng thái khóa chống lại áp suất khi ngắt nguồn điện, hãy chỉ định lắp đặt phanh hoặc hệ thống chống quay ngược riêng biệt.
Mô-men xoắn tải tăng lên cho đến khi vượt quá giá trị tối đa cho phép của động cơ giảm tốc, và hộp số có thể bị hư hỏng trong tình trạng rô-to bị kẹt. Cần lắp đặt thiết bị giới hạn mô-men xoắn hoặc khớp trượt để đảm bảo hệ thống truyền động hoạt động trong phạm vi định mức.
