ما هي المضخات؟
هي آلات تستخدم لرفع السوائل من مستوٍ سفليّ إلى مستوٍ علويّ، وتستمد المضخات الطاقة من محركات كهربائية أو محركات ذات احتراق داخلي أو أي نوع آخر من المحركات.
ما هو مبدأ عملها؟
تعمل جميع المضخات على زيادة طاقة السائل إلا أنها تختلف عن بعضها البعض بآلية نقل الطاقة للسائل، فمثلاً؛ يزداد ضغط السائل في المضخات ذات الريش عن طريق دوران السائل في الدوارة، وفي المضخات النافثة عن طريق مزج تيارين يتمتعان بقدرتين مختلفتين، أما في المضخات الحجمية فيزداد الضغط نتيجة الضغط المباشر على السائل.
تصنيف المضخات:
تصنف المضخات بشكل أساسي إلى مضخات ديناميكية، وأخرى تسمى مضخات الإزاحة الموجبة، ويقسم هذان القسمان بدورهما إلى أنواع أخرى، وفيما يلي شكل يوضح تصنيف المضخات:
وسنتناول في مقالنا هذا الحديث عن المضخات الديناميكية الدوارة نظراً إلى أنها الأكثر انتشاراً في جميع المجالات تقريباً.
- المضخات الديناميكية الدوارة (Rotodynamic Pumps):
1- أقسام المضخات الديناميكية الدوارة:
على الرغم من اختلاف أنواع وأشكال المضخات الديناميكية الدوارة إلا أنها بشكل عام تتألف من من الأقسام الرئيسة التالية:
1-1- دولاب المضخة (Impeller): هو العنصر الرئيس المتحرك في المضخة والذي بوساطة حركته الدورانية تتم عملية الجريان. ويحتوي الدولاب عدداً من الريش ذوات التصميم الانسيابي وذلك لخفض الضياعات الهيدروليكية في الأقنية بين هذه الريش وبالتالي لرفع مردود المضخة، ويكون دولاب المضخات الديناميكية الدوارة إما مغلقاً حيث تكون الأقنية المحصورة بين ريش الدولاب محاطة من الأطراف كافة، وإما مفتوحاً تكون فيه الأقنية المحصورة بين الريش غير محاطة من الأطراف كافة.
2-1- الموجه (Guide Vanes): هو عنصر ثابت يوضع مباشرة بعد الدولاب لتقويم التيار المائي وخفض اضطرابه بعد خروجه من الدولاب (في المضخات المحورية والمختلطة)، ولتأمين الدخول الناظمي للجريان إلى دولاب المضخة التالي بعد خروجه من الدولاب السابق (في المضخات النابذة متعددة المراحل). ويتألف الموجه بدوره من مجموعة ريش ذات شكل انسيابي للتخفيف قدر الإمكان من الضياعات الهيدروليكية، ويكون عدد ريش الموجه عادةً من ست إلى ثمان ريش.
3-1- المجمع أو الحلزون (Volute): وهو قناة دائرية متزايدة المقطع (قد تكون أحياناً مستطيلة المقطع)، ويقوم الحلزون بتجميع السائل بعد خروجه من الدولاب وإيصاله إلى طرف دفع المضخة.
4-1- الهيكل الخارجي (Casing): هو الجزء الذي يحتوي في داخله دولاب المضخة والموجه، ويحوي هذا الهيكل في جانبه فتحة يمر من خلالها محور نقل الحركة من المحرك إلى الدولاب.
2- أنواع المضخات الديناميكية الدوارة:
نميز عدة أنواع من المضخات الديناميكية الدوارة وذلك تبعاً لطريقة دخول وخروج السائل إلى الدولاب ومنه.
1-2- المضخات النابذة (Centrifugal Pumps):
يكون اتجاه خروج السائل من الدولاب في هذه المضخات عمودياً على محوره. إن دولاب المضخات النابذة غالباً ما يكون مغلقاً وفي بعض الحالات القليلة مفتوحاً. وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن استعمال مضخات تحتوي على عدة مراحل (عدة دواليب) على التسلسل لزيادة الضاغط (أي زيادة ارتفاع الضخ)، أو مضخات تحتوي على عدة مراحل على التوازي لزيادة الغزارة، ويمكن أن تكون المضخة النابذة أفقية أو شاقولية.
تمتاز المضخات النابذة بضاغط مرتفع يصل إلى نحو 200 m وذلك للمرحلة الواحدة، ويمكن أن يصل أحياناً حتى 2000 m في المضخات متعددة المراحل. إن غزارة المضخات النابذة قليلة نسبياً إذا ما قورنت بباقي المضخات الدوارة، فهي لا تتجاوز في معظم الحالات أكثر من (0.3 – 0.5) m^3/sec ويمكن أن تصل هذه الغزارة إلى أكثر من 1 m^3/sec في المضخات النابذة ثنائية المأخذ. ولا يكون مردود المضخات النابذة مرتفع إلى حد ما، فهو لا يتجاوز (0.7 – 0.8)، ويعود ذلك إلى أن الأقنية المحصورة بين ريش الدولاب طويلة وسماكتها قليلة؛ الأمر الذي يؤدي إلى زيادة الضياعات الهيدروليكية وبالتالي إلى انخفاض قيمة المردود.
ويمكن للمضخات النابذة أن تركب فوق سطح الماء وتعمل بضغط امتصاص سالب أو تحت سطح الماء وتعمل بضغط امتصاص موجب. ويستخدم هذا النوع من المضخات في المشاريع المائية كافة والتي تحتاج إلى ضاغط مرتفع.
2-2- المضخات المحورية (Axial flow Pumps):
يكون اتجاه خروج السائل من الدولاب في المضخات المحورية موازياً لمحوره، ودولاب المضحة المحورية هو من النوع المفتوح دوماً، ويحتوي عدداً من الريش ذات الشكل الانسيابي وتكون ثابتة أو قابلة للحركة وذلك للتحكم بغزارة المضخة، ويوجد بعد دولاب المضخة المحورية مباشرة موجه غير قابل للحركة لتقويم الجريان.
وتصنف المضخات المحورية حسب طريقة توضعها إلى مضخات محورية أفقية وشاقولية ومائلة.
تمتاز هذه المضخات بغزارة كبيرة جداً تصل أحياناً إلى نحو 20 m^3/sec أو أكثر للمضخة الواحدة، أما ضاغطها فهو منخفض ولا يتجاوز في أغلب الحالات 20 m. تكون الأقنية المحصورة بين ريش الدولاب قصيرة وعريضة؛ الأمر الذي يؤدي إلى انخفاض قيمة الضياعات الهيدروليكية فيها، وهذا ما يفسر ارتفاع مردود هذا النوع من المضخات، حيث يصل إلى نحو (0.8 – 0.9) وقد يتجاوز ذلك في بعض الأنواع الحديثة والمتطورة. ولكن قدرة هذه المضخات على الامتصاص ضعيفة ولذلك تركب تحت سطح الماء.
تستخدم هذه المضخات على نطاق واسع في الحالات التي تحتاج إلى ارتفاع ضخ منخفض وغزارة كبيرة، مثل مشاريع الري والصرف الصحي وضخ المخلفات السائلة التي تحتوي أجزاء صلبة كبيرة نسبياً ومحطات توليد الكهرباء بالطاقة النووية التي تحتاج إلى كميات كبيرة من الماء من أجل التبريد.
3-2- المضخات المختلطة (Mixed flow Pumps):
يكون اتجاه خروج السائل من الدولاب في المضخات المختلطة مائلاً عن محوره، ولكن يعود الجريان بعد ذلك ليصبح موازياً له.
يمكن أن يكون الدولاب في المضخات المختلطة مفتوحاً وفي بعض الحالات مغلقاً، أما ريش الدولاب فهي في أغلب الحالات ثابتة وأحياناً يمكن أن تكون قابلة للحركة للتحكم بالغزارة، وبعد دولاب المضخة مباشرة يوضع الموجه. والمضخات المختلطة تشبه المضخات المحورية من حيث طريقة التوضع؛ حيث يمكن أن تكون أفقية أو شاقولية أو مائلة.
تمتاز هذه المضخات بغزارة كبيرة نسبياً تصل إلى نحو 15 m^3/sec وضاغط كبير يصل إلى أكثر من 60 m وذلك للمرحلة الواحدة، وتمثل الأقنية المحصورة بين ريش الدولاب الوضع الوسطي بين المضخات النابذة والمحورية من حيث الطول والعرض، ولذلك يتراوح مردودها بين (0.75 – 0.8). وعلى الأغلب يجري تركيب هذه المضخات تحت سطح الماء لعدم قدرتها الكبيرة على الامتصاص، وتستخدم هذه المضخات في المشاريع التي تحتاج إلى ضاغط وغزارة كبيرين.
3- البارمترات الرئيسة في المضخات الديناميكية الدوارة:
1-3- ضاغط المضخة (Head) (H):
يعرف ضاغط المضخة بأنه الطاقة التي تقدمها المضخة لواحدة الوزن من السائل أثناء مروره خلالها، وواحدته المتر (m).
2-3- غزارة المضخة (Discharge) (Q):
تعرف غزارة المضخة بانها كمية السائل التي تضخه خلال واحدة الزمن، وتعطى عادة غزارة المضخة بـ m^3/sec أو m^3/h أو l/sec .
3-3- عدد دورات المضخة ((n)Number of revolutions ):
وهي عدد دورات دولاب المضخة في واحدة الزمن، ويعبر عنه عادة بعدد الدورات في الدقيقة الواحدة rpm.
4-3- عدد الدورات النوعي للمضخة ((n_sQ)Specific Speed ):
وهو عدد دورات المضخة والتي تمرر عند ضاغط مقداره 1 m غزارة مقدارها 1 m^3/sec ، ويحسب من العلاقة: n_sQ=(n.Q^(1/2))/H^(3/4) .
4- ميزات ومساوئ المضخات الديناميكية الدوارة:
للمضخات الديناميكية الدوارة محاسن عديدة نذكر منها:
1- مجالاتها من حيث الغزارة والضاغط واسعة جداً.
2- تعد أبعادها صغيرة مقارنة مع إمكاناتها الكبيرة من حيث الغزارة والضاغط.
3- تمتاز بالاستقرار في عملها من حيث الغزارة المضخوخة والضاغط المقدم منها.
4- تمتاز بسهولة التحكم في غزارتها وضاغطها.
أما مساوئها فهي:
1- ضعف قدرتها على الامتصاص.
2- مردودها القليل نسبياً مقارنةً مع أنواع أخرى كمضخات الإزاحة.
3- حساسيتها العالية للهواء، الأمر الذي يؤدي إلى توقفها عن العمل في حال سحبها كمية من الهواء مع السائل أثناء الضخ.
- المراجع:
1- محطات الضخ - منشورات جامعة دمشق / كلية الهندسة المدنية.
2- آلات الجريان - منشورات جامعة دمشق / كلية الهندسة الميكانيكية والكهربائية.
تعليقات
إرسال تعليق