مضخة معززة

تُعدّ مضخات تعزيز ضغط المياه المنزلية عادةً مضخات طرد مركزي بسيطة تعمل بالكهرباء ومزودة بصمام عدم رجوع. وقد تكون هذه المضخات ذات سرعة ثابتة، حيث تعمل عند انخفاض الضغط عن الحد الأدنى المحدد وتتوقف عند وصوله إلى الحد الأعلى المحدد، أو ذات سرعة متغيرة، حيث يتم التحكم بها للحفاظ على ضغط خرج ثابت.

تُشغَّل المضخات ذات السرعة الثابتة بواسطة مفتاح ضغط منخفض مغلق عادةً، وتستمر في العمل حتى يرتفع الضغط ليفتح مفتاح الضغط العالي. وتتوقف عن العمل عند استهلاك كمية كافية من الماء تُسبب انخفاضًا في الضغط عن الحد الأدنى المحدد. ويُقلل وجود مُجمِّع في خط الأنابيب العلوي من هذه الظاهرة.

تستخدم المضخات متغيرة السرعة نظام التغذية الراجعة للضغط للتحكم إلكترونيًا في سرعة المحرك، وذلك للحفاظ على ضغط تصريف ثابت نسبيًا. وتعمل معظم هذه المضخات على التيار الكهربائي الرئيسي وتستخدم محولًا للتحكم في سرعة المحرك.

قد تحتاج أنظمة تزويد المباني الشاهقة بالمياه إلى مضخات تقوية في عدة طوابق لضمان ضغط ثابت ومقبول في جميع الطوابق. في هذه الحالة، يمكن تركيب مضخات تقوية مستقلة في طوابق مختلفة، حيث تعمل كل مضخة على زيادة الضغط الذي يوفره الطابق الأدنى منها. كما يمكن زيادة الضغط مرة واحدة إلى أقصى حد مطلوب، ثم استخدام مخفض ضغط في كل طابق. تُستخدم هذه الطريقة في حال وجود خزان تجميع على السطح متصل بنظام التزويد بالجاذبية.

تُصنع مضخات تعزيز الغاز عادةً من ضواغط مكبسية أو ضاغطة. يُعدّ معزز الغاز أحادي الفعل أحادي المرحلة أبسط أنواعها، ويتألف من أسطوانة مصممة لتحمّل ضغوط التشغيل، مع مكبس يتحرك ذهابًا وإيابًا داخلها. يُزوّد ​​رأس الأسطوانة بفتحات للتزويد والتفريغ، تُوصل بها خراطيم أو أنابيب التزويد والتفريغ، مع صمام عدم رجوع على كل منهما، مما يُقيّد التدفق في اتجاه واحد من التزويد إلى التفريغ. عندما يكون المعزز غير نشط، ويكون المكبس ثابتًا، يتدفق الغاز من خرطوم المدخل، عبر صمام المدخل إلى الفراغ بين رأس الأسطوانة والمكبس. إذا كان الضغط في خرطوم المخرج منخفضًا، فسيتدفق الغاز إلى الخارج وإلى أي شيء متصل به خرطوم المخرج. يتوقف هذا التدفق عند معادلة الضغط، مع الأخذ في الاعتبار ضغوط فتح الصمام. ^{[ 1 ]}

بمجرد توقف التدفق، يبدأ تشغيل المعزز، ومع انكماش المكبس داخل الأسطوانة، يزداد الحجم بين رأس الأسطوانة وتاج المكبس، فينخفض ​​الضغط داخل الأسطوانة، ويتدفق الغاز من منفذ الدخول. في دورة العودة، يتحرك المكبس باتجاه رأس الأسطوانة، مما يقلل حجم الحيز ويضغط الغاز حتى يصبح الضغط كافيًا للتغلب على الضغط في خط الخروج وضغط فتح صمام الخروج. عندئذٍ، يتدفق الغاز خارج الأسطوانة عبر صمام ومنفذ الخروج.

سيبقى دائمًا بعض الغاز المضغوط في أسطوانة المحرك ورأس الأسطوانة عند أعلى شوط المكبس. يتمدد الغاز في هذه "الحيز الميت" خلال شوط السحب التالي، ولن يتدفق المزيد من غاز الإمداد إلى الأسطوانة إلا بعد أن ينخفض ​​ضغطه عن ضغط غاز الإمداد. تُعرف نسبة حجم حيز الأسطوانة عند سحب المكبس بالكامل إلى حجم الحيز الميت بـ"نسبة الضغط" للمعزز، وتُسمى أيضًا "نسبة التعزيز" في هذا السياق. ترتبط كفاءة المعزز بنسبة الضغط، ولن يتم نقل الغاز إلا عندما تكون نسبة الضغط بين غاز الإمداد وغاز التفريغ أقل من نسبة التعزيز، وسيقل معدل التدفق مع زيادة نسبة الضغط بين المدخل والمخرج.

يبدأ معدل التوصيل عند حجم قريب جدًا من الحجم المزاح عندما لا يكون هناك فرق في الضغط، وينخفض ​​بثبات حتى لا يكون هناك نقل فعال عندما تصل نسبة الضغط إلى أقصى نسبة تعزيز. ^{[ 1 ]}

يؤدي ضغط الغاز إلى ارتفاع درجة حرارته. تنتقل الحرارة في معظمها عبر الغاز المضغوط، ولكن مكونات المعزز ستسخن أيضًا نتيجة ملامستها للغاز الساخن. تُبرَّد بعض المعززات بواسطة أغلفة مائية أو زعانف خارجية لزيادة التبريد بالحمل الحراري بواسطة الهواء المحيط، بينما قد لا تحتوي النماذج الأصغر حجمًا على أي وسائل تبريد خاصة. تُحسِّن أنظمة التبريد الكفاءة، ولكنها تزيد من تكلفة التصنيع.

يجب أن تُصنع معززات الأكسجين المستخدمة من مواد متوافقة مع الأكسجين، وأن تستخدم مواد تشحيم متوافقة مع الأكسجين لتجنب نشوب حريق. ^{[ 1 ]}

• مرحلة واحدة، فعل واحد: يوجد أسطوانة معززة واحدة، تقوم بضغط الغاز في اتجاه واحد من حركة المكبس، وتعيد ملء الأسطوانة في شوط العودة.
• مرحلة واحدة، مزدوجة الفعل: يوجد أسطوانتان معززتان تعملان بالتناوب، حيث تقوم كل منهما بضغط الغاز بينما تقوم الأخرى بإعادة التعبئة. تضغط كل أسطوانة الغاز المغذي مباشرة من مصدر الإمداد، ويتم دمج الغاز الخارج من كل منهما عند المخرجين. تعمل الأسطوانتان بالتوازي ولهما نفس القطر الداخلي.
• مرحلتان، مزدوجتا الفعل: تتكون من أسطوانتين تعملان بالتناوب، حيث تقوم كل منهما بضغط الغاز بينما تقوم الأخرى بإعادة التعبئة، ولكن المرحلة الثانية ذات قطر أصغر وتُملأ بالغاز المضغوط من المرحلة الأولى، وتقوم بدورها بضغط الغاز بشكل أكبر. تعمل المرحلتان على التوالي، ويمر الغاز عبرهما بالتتابع.

عادةً ما تكون الأنظمة التي تعمل بالهواء المضغوط أنظمة خطية، حيث يقوم أسطوانة هوائية بتحريك مكبس الضغط مباشرةً، وغالبًا ما يكون ذلك داخل غلاف مشترك، مفصول بواحد أو أكثر من موانع التسرب. قد يستخدم نظام التشغيل الهوائي عالي الضغط نفس ضغط الخرج لتحريك المكبس، بينما يستخدم نظام التشغيل منخفض الضغط مكبسًا بقطر أكبر لمضاعفة القوة المطبقة. ^{[ 1 ]}

قد تستخدم معززات الدفع الكهربائية محرك تيار متردد أحادي أو ثلاثي الأطوار. يجب تحويل خرج الدوران عالي السرعة للمحرك إلى حركة ترددية منخفضة السرعة للمكابس. إحدى الطرق المتبعة لتحقيق ذلك (كما في معززات الدفع العسكرية Dräger وKN-3 وKN-4 الروسية) هي توصيل المحرك بعلبة تروس دودة ذات عمود خرج لا مركزي يدير ذراع توصيل، والذي بدوره يدير المكبس ثنائي الأطراف عبر محور مركزي. يُناسب هذا النظام معززات الدفع ثنائية الفعل، سواءً كانت أحادية المرحلة بواسطة أسطوانات متصلة بالتوازي ولها نفس القطر، أو ثنائية المرحلة بواسطة أسطوانات بأقطار مختلفة متصلة على التوالي. تسمح بعض هذه المعززات بفصل ذراع التوصيل وتركيب زوج من الأذرع الطويلة للتشغيل اليدوي في حالات الطوارئ أو عند انقطاع التيار الكهربائي. ^{[ 1 ]}

يمكن أن يشبه المعزز أيضًا ضاغطًا مكبسيًا أحاديًا أو متعدد المراحل يتم تشغيله بواسطة عمود مرفقي بواسطة سير ناقل من محرك كهربائي. ^{[ 3 ]}

صُنعت معززات يدوية بالتكوين الموصوف أعلاه، إما بذراع رأسي واحد أو بذراع أفقي مزدوج الأطراف على شكل أرجوحة، وأيضًا بأسطوانتين متوازيتين مثبتتين رأسيًا، تشبه إلى حد كبير مضخات هواء الغواص التي تعمل بالذراع والمستخدمة في ملابس الغوص القياسية المبكرة ، ولكن بقطر أصغر بكثير للسماح لمشغلين اثنين بتوليد ضغوط عالية. ^{[ 1 ]}