기어 펌프

alt=외치차 펌프의 유체 흐름|섬네일|320x320px|외치차 펌프의 유체 흐름
섬네일|right|320px|이 내치차 펌프에서는 유체가 왼쪽에서 오른쪽으로 흐른다.
섬네일|right|200px|스쿠터 엔진의 오일 펌프

기어 펌프(gear pump)는 톱니바퀴의 맞물림을 이용하여 변위로 유체를 펌프하는 방식이다. 기어 펌프는 유압 유체 동력 응용 분야에서 가장 일반적인 펌프 유형 중 하나이다. 기어 펌프는 1600년경 요하네스 케플러에 의해 발명되었다.Frank Prager,
Kepler as inventor,
Vistas in Astronomy,
Volume 18,
1975,
Pages 887-889,
https://doi.org/10.1016/0083-6656(75)90184-1.

기어 펌프는 높은 점성도의 유체를 펌프하기 위해 화학 설비에서도 널리 사용된다. 주요 두 가지 변형이 있다: 두 개의 외치차를 사용하는 외치차 펌프와 외치차 및 내치차(내치차 톱니는 안쪽을 향함, 아래 참조)를 사용하는 내치차 펌프. 기어 펌프는 용적식 (또는 고정 변위) 펌프를 제공하는데, 이는 각 회전당 일정한 양의 유체를 펌프한다는 의미이다. 일부 기어 펌프는 모터 또는 펌프로 기능하도록 설계되었다.

 작동 이론 
기어가 회전하면서 펌프의 흡입 측에서 분리되어 공동과 흡입력을 생성하고, 이는 유체로 채워진다. 유체는 기어에 의해 펌프의 토출 측으로 운반되며, 여기서 기어의 맞물림이 유체를 밀어낸다. 기계적 간극은 작으며, 약 10 μm 정도이다. 좁은 간극과 회전 속도는 유체가 뒤로 새는 것을 효과적으로 방지한다.

기어와 하우징의 견고한 설계는 매우 높은 압력과 높은 점성 유체를 펌프할 수 있는 능력을 제공한다.

헬리컬 및 헤링본 기어 세트(평기어 대신), 루츠 블로어와 유사한 로브형 로터(일반적으로 과급기로 사용됨), 펌프를 쌓을 수 있는 기계적 설계 등 다양한 변형이 존재한다. 가장 일반적인 변형은 아래에 나와 있다(구동 기어는 파란색으로, 아이들러는 자주색으로 표시).

외부 정밀 기어 펌프는 일반적으로 최대 작동 압력이 약 이고 최대 회전 속도는 약 3,000 RPM으로 제한된다. 일부 제조업체는 더 높은 작동 압력과 속도를 가진 기어 펌프를 생산하지만, 이러한 유형의 펌프는 시끄러운 경향이 있으며 특별한 예방 조치를 취해야 할 수도 있다.Pinches, M J (2000). Kempe's Engineers Year-Book, p. 2070. Miller Freeman, Kent. .

흡입 및 압력 포트는 기어가 맞물리는 곳에 연결되어야 한다(내부 펌프 이미지에서 흐린 회색 선으로 표시). 일부 내치차 펌프에는 추가적인 초승달 모양의 씰(위 오른쪽 참조)이 있다. 이 초승달은 기어를 분리시키고 와류를 줄이는 역할을 한다.

펌프 공식:
유량 = 회전당 펌프된 부피 × 회전 속도
동력 = 유량 × 압력
동력 (HP) ≈ 유량 (US gal/min) × (압력 (lbf/in2))/1714

 효율성 
기어 펌프는 일반적으로 매우 효율적이며, 특히 고압 응용 분야에서 그렇다.

효율성에 영향을 미치는 요소:

 간극: 기어의 끝과 외경에서의 기하학적 간극은 누출과 역류를 허용한다. 그러나 때로는 더 큰 간극이 유체 역학적 마찰을 줄이고 효율성을 향상시키는 데 도움이 된다.
 기어 백래시: 기어 사이의 높은 백래시 또한 유체 누출을 허용한다. 그러나 이것은 기어 톱니 사이에 유체를 가두는 것(압력 트래핑이라고 알려짐)으로 인한 에너지 낭비를 줄이는 데 도움이 된다.

 응용 분야 
 석유화학: 순수 또는 충전된 역청, 피치, 디젤 오일, 원유, 윤활유 등
 화학: 규산나트륨, 산, 플라스틱, 혼합 화학 물질, 이소시아네이트 등
 페인트 및 잉크
 수지 및 접착제
 펄프 및 종이: 산, 비누, 잿물, 흑액, 카올린, 석회, 라텍스, 슬러지 등
 식품: 초콜릿, 코코아 버터, 충전제, 설탕, 식물성 지방 및 오일, 당밀, 동물 사료 등
 항공: 제트 엔진 연료 펌프

 개발 
기어 펌프의 발명은 균일하게 해결되지 않았다. 한편으로는 1604년 요하네스 케플러에게로 거슬러 올라가고, 다른 한편으로는 공기와 물을 펌프하기 위한 두 개의 회전 축을 가진 캡슐 블로어를 제작했다고 알려진 고트프리트 하인리히 추 파펜하임 백작이 언급된다. 파펜하임은 케플러의 설계를 그의 이름을 언급하지 않고 채택했을 것이라고 한다.

 같이 보기 
 제롤러
 유압 펌프
 베인 펌프

 각주 

 외부 링크 

 외치차 펌프 설명
 내치차 펌프 설명

분류:펌프
분류:수리학