The Optimization of Design and Energy Consumption for Helical Gear Pumps by Benchmarking

Abstract

The various types of helical gear pumps can be produced to transfer the gasoline, diesel, chemicals, and oil. Helical gear pumps are used by motor power in fuel selling and transfer points, and by gear shafts at mobile transfer trucks. These pumps are classified in three main groups as internal gear, pallet, and helical pumps. The common feature of them is sucking the liquid from the container placed under ground level and transferring it to the high levels. The lower flow rates, noisy working, and the quick corrosion of gear when the pump is running closing outlet valve are the disadvantages of these pumps produced in our country. The aim of this study is to design a new generation of helical gear pump which will eliminate or at least decrease these disadvantages. It is expected to minimize energy consumption, and to protect the corrosion of gears coming from the high pressure at this new design. The dimensions of this pump will be appropriated to the chassis of the truck and at minimum weight. The various types of helical gear pumps,  both domestic production and imported, are evaluated in a study performed with the R&D department of the petroleum industrialist firm IPT (Ismet Pump Technology) on their energy consumptions, flow rates, dimensions, weights, and maximum pressure criteria. The reasons of the noiseless working and the high flow rates are explored at the end of this benchmarking analysis. Through the benchmarking, by-pass system, liquid clearance between the gears, and the faults at the inlet and outlet design of the domestic products are identified and a new design is proposed. In the new designed pump the number of teeth is decreased and the cavitation of the inlet and outlet is minimized. Besides these the transfer capacity of the pump is increased from 400 l/min to 600 l/min. The energy requirement for 1 liter of liquid is compared with the other products to measure its energy efficiency. The result is also positive at this point of view. Then, this new design is protected by patent registration.

Keywords

• Internal Gear Pump
• Design Optimization
• Power consumption

HELİS DİŞLİ POMPALARDA KIYASLAMA (BENCKMARKING) ANALİZİ İLE TASARIM VE ENERJİ TÜKETİMİNDE OPTİMİZASYON

Abstract

Benzin, mazot, kimyasal ve yağların aktarımı için farklı tipte dişli pompaların üretimi yapılabilmektedir.  Dişli pompalar, transfer setlerinde ve akaryakıt dolum istasyonlarında motor bağlantısıyla, yakıt tankerlerinde ise “shaft” bağlantısıyla çalışmaktadırlar. İçten dişli, paletli ve helis dişli pompalar olmak üzere gruplandırılan pompaların genel özelliği, yerin altından akaryakıtı çekip yüksek metrajlara basabilmesidir. Ülkemizde üretimi yapılan helis dişli pompanın debi kapasitesinin düşüklüğü, çok sesli çalışması, pompa çıkış vanasının transfer sırasında kapatıldığında dişli ömrünü kısaltması gibi olumsuz sonuçları vardır. Bu çalışmada, söz konusu sonuçları azaltacak yeni bir tip ürün geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu yeni üründe, minimum enerji tüketimi ve yüksek basınç oluşmasından kaynaklanan dişlilerde oluşabilecek zararların önlenmesi beklenmektedir. Pompa hacmi tanker şasesi bağlantısına sığacak ölçülerde ve montaj kolaylığı için minimum ağırlıkta olmalıdır.  IPT (Ismet Pump Technology) Akaryakıt kuruluşunun Ar-Ge bölümü ile kıyaslama (benchmarking) çalışması yapılarak ülkemizde ve yurt dışında üretimi yapılan helis dişli pompalar debi, hacim, ağırlık, enerji tüketimi ve maksimum basınç kriterleri dikkate alınarak incelenmiştir. Kıyaslama çalışması sonunda ürünlerin sessiz çalışma özellikleri ve yüksek debilere ulaşma sebepleri ortaya çıkarılmıştır. Bu çalışmada hali hazırda üretimi yapılan pompaların “by pass” sistemi, dişler arasındaki akışkan boşluğu ve giriş-çıkış tasarımındaki hatalar gözlenmiş ve yeni bir tip tasarım önerilmiştir. Bu tasarım, diş sayısı azaltılarak ve giriş - çıkış kavitasyonu önlenecek şekilde yapılmıştır. Çalışmada yapılan analizlere göre, aynı enerji tüketimi ile dolum kapasitesi 400 litre/dk debiden 600 litre/dk debiye çıktığı gözlemlenmiştir. 1 litre yakıt transferi için gerekli olan enerji tüketimi, diğer ürünler ile karşılaştırmalı olarak incelenerek enerji verimliliği ölçülmüş ve sonuçlar alınmıştır. Bu yeni tasarım, patent ile koruma altına alınmıştır. 

Keywords

• İç Dişli Pompa
• Tasarım Optimizasyonu
• Güç Tüketimi

References

1. [1] H. Kürşat Çelik, M. Uçar, ve A. Cengiz, “Yüksek Basınçlı Dişli Pompalarda Gövdenin Parametrik Tasarımı, Gerilme Analizi ve Optimizasyonu,” Mühendis ve Makina, vol. 576, no. 49, pp. 15-24, 2007.
2. [2] A. Öven, M. E. Boğoçlu, “Dişli Pompalarda Debi Hesaplamaları ve Tasarım Parametreleri,” Mühendis ve Makina, vol. 660, no. 56, pp. 34-40, 2014.
3. [3] H. Ç. Çalışkan, İ. Ekmekçi, “Pozitif Deplasmanlı Pompalar,” SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, vol. 7, no. 1, pp. 206-212, 2003.
4. [4] G. Yaman, H. M. Karadayı, “Titreşim Analizi ile Pompalarda Arıza Tesbiti ve Kestirimci Bakım İçin Örnek Bir Çalışma,” Tesisat Mühendisliği, vol. 140, pp. 37-51, 2014.
5. [5] A. Ö. Ertöz, “Pompalarda Enerji Verimliliği,” Tesisat Dergisi, 2003.
6. [6] Z. Yumurtaci, and A. Sarigul, “Santrifüj Pompalarda Enerji Verimliliği ve Uygulamaları ,” Makina Mühendisleri Odası Tesisat Mühendisliği Dergisi, pp. 49-58, 2011.
7. [7] G. S. Saqib and S. Khan, “Performance evaluation of deep well turbine pumps”, Journal of Agricultural Engineering Research, vol. 56, no. 2, pp. 165-175, 1993.
8. [8] A. Tektaş, E. Ö. Tosun, “Yiyecek içecek Endüstirisinde Uluslararası Performans Kıyaslaması,” Süleyman Demirel Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, vol. 15, no. 1, pp. 29-44, 2010.

9. [9] T. Ş. Ercan, “Uluslararası Yapım Firmalarında Rekabete Dayalı Stratejik Performans (RDSP) Benchmarking Modeli,” Doktora tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İstanbul,Türkiye, 2013.
10. [10] İ. Kocabaş, “Eğitim Yönetiminde Kıyaslama (Benchmarking) Yönetimi,” Eğitim ve Bilim, vol. 132, no. 29, pp. 3-9, 2004.
11. [11] Anonim, (16 Ağustos 2017). [Online]. Erişim: https://www.powerflo.com/product/roper-z11-gear-pump/
12. [12] Anonim, (16 Ağustos 2017). "Z" Series Curves & Technical Data [Online]. Erişim:http://www.roperpumps.com/z-series-curves/
13. [13] Anonim, (16 Ağustos 2017) [Online].Erişim: http://www.yildizpompa.com.tr/asp/index.asp?bno=25&uno=255&dil=Tr
14. [14] Anonim, (16 Ağustos 2017) [Online]. Erişim: http://www.vikingpump.com/
15. [15] Anonim, (16 Ağustos 2017) [Online]. Erişim: http://www.ipt.com.tr/Urunler/TR/Er_1214_d-Er_1214_D/17