مضخة طرد مركزي


تُستخدم المضخات الطاردة المركزية لنقل السوائل عن طريق تحويل الطاقة الحركية الدورانية إلى طاقة ديناميكية مائية لتدفق السائل. وتأتي الطاقة الدورانية عادةً من محرك احتراق داخلي أو محرك كهربائي . وهي نوع فرعي من الآلات التوربينية الديناميكية المحورية المتناظرة الممتصة للطاقة . [ 1 ] يدخل السائل إلى دافعة المضخة على طول محور الدوران أو بالقرب منه، ويتسارع بفعل الدافعة، متدفقًا شعاعيًا إلى الخارج داخل ناشر أو حجرة حلزونية (غلاف)، ومنها يخرج.
تشمل الاستخدامات الشائعة ضخ المياه والصرف الصحي والزراعة والبترول والبتروكيماويات. غالبًا ما تُختار المضخات الطاردة المركزية لقدرتها على التدفق العالي، وتوافقها مع المحاليل الكاشطة، وإمكانية خلطها، بالإضافة إلى تصميمها الهندسي البسيط نسبيًا. [ 2 ] تُستخدم المروحة الطاردة المركزية عادةً لتشغيل وحدة معالجة الهواء أو المكنسة الكهربائية . تتمثل الوظيفة العكسية للمضخة الطاردة المركزية في تحويل طاقة الوضع لضغط الماء إلى طاقة دورانية ميكانيكية، وذلك عن طريق تحويل طاقة الوضع الناتجة عن ضغط الماء إلى طاقة دورانية ميكانيكية.
تاريخ
بحسب ريتي، فإن أول آلة يمكن وصفها بأنها مضخة طرد مركزي كانت آلة رفع الطين، والتي ظهرت في وقت مبكر من عام 1475 في رسالة كتبها المهندس الإيطالي فرانشيسكو دي جورجيو مارتيني، أحد رواد عصر النهضة . [ 3 ] لم تُطوَّر المضخات الطرد المركزي الحقيقية إلا في أواخر القرن السابع عشر، عندما بنى دينيس بابين واحدة باستخدام ريش مستقيمة. أما الريش المنحني فقد قدمه المخترع البريطاني جون أبولد عام 1851.
مبدأ العمل

كغيرها من المضخات، تحوّل المضخة الطاردة المركزية الطاقة الدورانية، غالباً من محرك، إلى طاقة في سائل متحرك. جزء من هذه الطاقة يتحول إلى طاقة حركية للسائل. يدخل السائل محورياً عبر فتحة الغلاف، ويُحاصر بين شفرات المروحة، ثم يدور بشكل مماس وشعاعي نحو الخارج حتى يخرج عبر جميع أجزاء المروحة المحيطية إلى جزء الموزع في الغلاف. يكتسب السائل سرعة وضغطاً أثناء مروره عبر المروحة. يعمل قسم الموزع، أو الجزء الحلزوني، في الغلاف على إبطاء التدفق وزيادة الضغط.
وصف أويلر
معادلة أويلر للمضخة
من نتائج قانون نيوتن الثاني في الميكانيكا حفظ الزخم الزاوي (أو "عزم الزخم")، وهو أمر ذو أهمية جوهرية لجميع الآلات التوربينية. وبناءً على ذلك، فإن تغير الزخم الزاوي يساوي مجموع العزوم الخارجية. لذا، يُعطى عزم دوران العمود بالعلاقة التالية:
أين:
- هي كثافة السائل (كجم/ م³ )
- معدل التدفق (م³ / ث)
- ويمثلان متجهي موضع المدخل والمخرج على التوالي ((نصف القطر)
- ويمثلان متجهي السرعة المطلقة للسائل عند المدخل والمخرج على التوالي
تُعطى قدرة العمود بواسطة
أين
- يمثل متجه السرعة الزاوية للمضخة
- وتمثل متجهات السرعة المحيطية للشفرة عند المدخل والمخرج على التوالي
قام أويلر بتطوير معادلة ارتفاع الضغط الناتج عن المروحة على النحو التالي:
أين
- الارتفاع النظري للرأس
- هو التسارع القياسي للجاذبية (9.80665 م/ ث² )
- هو متجه السرعة النسبية
مثلث السرعة
المثلث المتكون من متجهات السرعةيُطلق عليه اسم مثلث السرعة .
عامل الكفاءة
بما أن الطاقة الموصلة إلى السائل هي، ويُعطى عامل الكفاءة بواسطة
أين:
- هل الطاقة المدخلة المطلوبة للميكانيكا (بالواط)؟
- هي كثافة السائل (كجم/ م³ )
- هو التسارع القياسي للجاذبية (9.80665 م/ ث² )
- يمثل رأس الطاقة المضاف إلى التدفق (بالمتر)
- معدل التدفق (بوحدة م³ / ث)
- كفاءة محطة الضخ كعدد عشري
الضغط المضاف بواسطة المضخة (يمثل مجموع الرفع الساكن، وفقدان الضغط الناتج عن الاحتكاك، وأي خسائر ناتجة عن الصمامات أو انحناءات الأنابيب، ويُعبر عنها جميعًا بوحدة متر من السائل. أما القدرة، فتُعبر عنها عادةً بالكيلوواط (10³ واط ، kW) أو بالحصان . قيمة كفاءة المضخة،، ويمكن ذكرها للمضخة نفسها أو ككفاءة مشتركة لنظام المضخة والمحرك.
المضخات الطاردة المركزية العمودية
تُعرف المضخات الطاردة المركزية العمودية أيضًا باسم مضخات الكابول. وهي تستخدم تصميمًا فريدًا للعمود ودعامة المحامل يسمح بتعليق الغلاف الحلزوني داخل الحوض بينما تكون المحامل خارجه. لا يستخدم هذا النوع من المضخات صندوق حشو لإحكام إغلاق العمود، بل يستخدم بدلاً من ذلك "جلبة خانقة". ومن التطبيقات الشائعة لهذا النوع من المضخات استخدامها في غسالات قطع الغيار .
مضخات الرغوة
في صناعة التعدين، أو في استخراج الرمال النفطية، تُولّد الرغوة لفصل المعادن الغنية أو البيتومين عن الرمل والطين. تحتوي الرغوة على هواء يميل إلى سدّ المضخات التقليدية والتسبب في فقدان الضغط. على مرّ التاريخ، طوّرت الصناعة طرقًا مختلفة للتعامل مع هذه المشكلة. في صناعة اللب والورق، تُحفر ثقوب في المروحة. يتسرب الهواء إلى الجزء الخلفي من المروحة، ثم يقوم جهاز طرد خاص بإعادة ضخ الهواء إلى خزان السحب. قد تحتوي المروحة أيضًا على ريش صغيرة خاصة بين الريش الرئيسية تُسمى الريش المنقسمة أو الريش الثانوية. قد تحتوي بعض المضخات على فتحة كبيرة، أو مُحفّز، أو إعادة تدوير للرغوة المضغوطة من مخرج المضخة إلى خزان السحب لتفتيت الفقاعات. [ 4 ]
مضخات طرد مركزي متعددة المراحل

تُسمى المضخة الطاردة المركزية التي تحتوي على دافعتين أو أكثر بالمضخة الطاردة المركزية متعددة المراحل. قد تُركّب الدوافع على نفس المحور أو على محاور مختلفة. في كل مرحلة، يُوجّه السائل إلى المركز قبل أن يشق طريقه إلى مخرج القطر الخارجي.
لزيادة الضغط عند المخرج، يمكن توصيل المراوح على التوالي. ولزيادة معدل التدفق، يمكن توصيلها على التوازي.
من التطبيقات الشائعة للمضخة الطاردة المركزية متعددة المراحل استخدامها في مضخات تغذية مياه الغلايات . فعلى سبيل المثال، تتطلب وحدة بقدرة 350 ميجاواط مضختي تغذية متصلتين على التوازي. كل مضخة تغذية هي مضخة طاردة مركزية متعددة المراحل تنتج 150 لترًا/ثانية عند ضغط 21 ميجا باسكال.
تُستمد جميع الطاقة المنقولة إلى السائل من الطاقة الميكانيكية التي تُشغل المروحة. ويمكن قياس ذلك عند الانضغاط المتساوي الإنتروبيا ، مما يؤدي إلى ارتفاع طفيف في درجة الحرارة (بالإضافة إلى ارتفاع الضغط).
استهلاك الطاقة
يتحدد استهلاك الطاقة في محطة الضخ بناءً على التدفق المطلوب، وارتفاع الرفع، وطول خط الأنابيب وخصائص الاحتكاك فيه. الطاقة اللازمة لتشغيل المضخة (يتم تعريف ) ببساطة باستخدام وحدات النظام الدولي للوحدات (SI) كما يلي:

أين:
- الطاقة المدخلة المطلوبة ( بالواط )
- هي كثافة السائل ( بالكيلوغرام لكل متر مكعب ، كجم/ م³ )
- هو التسارع القياسي للجاذبية (9.80665 م/ ث² )
- هي طاقة الضغط المضافة إلى التدفق ( بالمتر )
- معدل التدفق الحجمي ( بالمتر المكعب في الثانية ، م³ / ث)
- كفاءة محطة الضخ كعدد عشري
الضغط المضاف بواسطة المضخة (يمثل مجموع الرفع الساكن، وفقدان الضغط الناتج عن الاحتكاك، وأي خسائر ناتجة عن الصمامات أو انحناءات الأنابيب، ويُقاس ذلك بوحدة متر من السائل. أما القدرة، فتُقاس عادةً بالكيلوواط (10³ واط ، kW) أو بالحصان (1 حصان = 0.746 كيلوواط ). قيمة كفاءة المضخة، ، ويمكن ذكرها للمضخة نفسها أو ككفاءة مشتركة لنظام المضخة والمحرك.
يتم تحديد استهلاك الطاقة عن طريق ضرب متطلبات الطاقة في مدة تشغيل المضخة.
مشاكل المضخات الطاردة المركزية
هذه بعض الصعوبات التي تواجه المضخات الطاردة المركزية: [ 6 ]
- التكهف - يكون صافي ضغط السحب الموجب ( NPSH ) للنظام منخفضًا جدًا بالنسبة للمضخة المختارة
- تآكل المروحة - يمكن أن يتفاقم بسبب المواد الصلبة العالقة أو التكهف
- يحدث التآكل داخل المضخة بسبب خصائص السائل
- ارتفاع درجة الحرارة بسبب انخفاض التدفق
- تسرب على طول العمود الدوار.
- عدم الحاجة إلى التعبئة - يجب ملء المضخات الطاردة المركزية (بالسائل المراد ضخه) لكي تعمل
- طفرة
- قد تقلل السوائل اللزجة من الكفاءة
- قد تكون أنواع المضخات الأخرى أكثر ملاءمة لتطبيقات الضغط العالي
- قد تتسبب المواد الصلبة الكبيرة أو الحطام في انسداد المضخة

مضخات طرد مركزي للتحكم في المواد الصلبة
يحتاج نظام التحكم في المواد الصلبة في حقول النفط إلى العديد من المضخات الطاردة المركزية التي توضع على خزانات الطين أو داخلها. تشمل أنواع المضخات الطاردة المركزية المستخدمة مضخات الرمل، ومضخات الطين الغاطسة، ومضخات القص، ومضخات الشحن. تُصنّف هذه المضخات وفقًا لوظائفها المختلفة، إلا أن مبدأ عملها واحد.
تُستخدم المضخات الطاردة المركزية على نطاق واسع في العمليات الصناعية مثل المعالجة الكيميائية، والصناعات الدوائية، وتصنيع الأغذية، ومعالجة المياه، وتغذية الغلايات. وقدرتها على التعامل مع معدلات تدفق عالية مع صيانة منخفضة نسبيًا تجعلها مناسبة للبيئات التي تتطلب تشغيلًا مستمرًا.
المضخات المقترنة مغناطيسياً
تختلف المضخات ذات الاقتران المغناطيسي، أو مضخات الدفع المغناطيسي، عن أسلوب الضخ التقليدي، حيث يتم توصيل المحرك بالمضخة مغناطيسيًا بدلًا من عمود ميكانيكي مباشر. تعمل المضخة بواسطة مغناطيس محرك، يقوم بتدوير دوار المضخة، المتصل مغناطيسيًا بالعمود الرئيسي الذي يديره المحرك. [ 7 ] تُستخدم هذه المضخات غالبًا في الحالات التي يُشكل فيها تسرب السائل المضخوخ خطرًا كبيرًا (مثل السوائل العدوانية في الصناعات الكيميائية أو النووية، أو الصدمات الكهربائية - نوافير الحدائق). تشمل حالات الاستخدام الأخرى ضخ السوائل المسببة للتآكل أو القابلة للاشتعال أو السامة (مثل حمض الهيدروكلوريك ، وهيدروكسيد الصوديوم ، وهيبوكلوريت الصوديوم، وحمض الكبريتيك ، وكلوريد الحديديك/الحديدوز، أو حمض النيتريك ). [ 8 ] لا يوجد اتصال مباشر بين عمود المحرك والمروحة، لذا لا حاجة إلى صندوق حشو أو حشوة . لا يوجد خطر للتسرب إلا في حالة كسر الغلاف. بما أن عمود المضخة غير مدعوم بمحامل خارجية ، فإن الدعم الداخلي يتم بواسطة جلبات. وتتراوح قدرة مضخات الدفع المغناطيسي من بضعة واط إلى 1 ميغاواط.
فتيلة
تُسمى عملية ملء المضخة بالسائل بالتحضير. تتطلب جميع المضخات الطاردة المركزية وجود سائل في غلافها السائل للتحضير. إذا امتلأ غلاف المضخة بالأبخرة أو الغازات، فإن دافعة المضخة تُصبح محصورة بالغاز وغير قادرة على الضخ. [ 9 ] ولضمان بقاء المضخة الطاردة المركزية جاهزة للتشغيل وعدم حصرها بالغاز، تُوضع معظم المضخات الطاردة المركزية أسفل مستوى المصدر الذي تسحب منه المضخة الهواء. ويمكن تحقيق التأثير نفسه بتزويد مدخل المضخة بسائل تحت ضغط مُستمد من مضخة أخرى موضوعة في خط السحب.
مضخة طرد مركزي ذاتية التحضير
في الظروف العادية، تعجز المضخات الطاردة المركزية التقليدية عن سحب الهواء من خط الإدخال المؤدي إلى مستوى سائل يقع ارتفاعه الجيوديسي أسفل مستوى المضخة. لذا، يجب أن تكون المضخات ذاتية التحضير قادرة على سحب الهواء من خط سحب المضخة دون الحاجة إلى أي أجهزة مساعدة خارجية.
تُصنف المضخات الطاردة المركزية ذات مرحلة السحب الداخلية، مثل مضخات النفث المائي أو مضخات القنوات الجانبية، ضمن فئة المضخات ذاتية التحضير. [ 9 ] وقد اختُرعت المضخات الطاردة المركزية ذاتية التحضير عام 1935. وكانت شركة أمريكان مارش من أوائل الشركات التي طرحت مضخة طاردة مركزية ذاتية التحضير في السوق عام 1938.
لا تستطيع المضخات الطاردة المركزية غير المصممة بمرحلة تحضير ذاتي داخلية أو خارجية ضخ السائل إلا بعد تحضيرها مسبقًا به. ورغم متانتها، إلا أنها أبطأ، إذ صُممت مراوحها لتحريك السوائل، وهي أكثر كثافة من الهواء، مما يجعلها غير قادرة على العمل في وجود الهواء. [ 10 ] إضافةً إلى ذلك، يجب تركيب صمام فحص متأرجح أو صمام تهوية على جانب السحب لمنع أي سحب عكسي وضمان بقاء السائل داخل الغلاف عند إيقاف المضخة. أما في المضخات الطاردة المركزية ذاتية التحضير المزودة بحجرة فصل، فيتم ضخ السائل وفقاعات الهواء العالقة إلى حجرة الفصل بفعل حركة المروحة.
يتسرب الهواء عبر فوهة تصريف المضخة بينما يعود السائل إلى الأسفل ويُسحب مرة أخرى بواسطة المروحة. وهكذا، يتم تفريغ خط السحب باستمرار. يؤثر التصميم المطلوب لهذه الخاصية ذاتية التحضير سلبًا على كفاءة المضخة. كما أن أبعاد حجرة الفصل كبيرة نسبيًا. لهذه الأسباب، يُعتمد هذا الحل فقط في المضخات الصغيرة، مثل مضخات الحدائق. ومن أنواع المضخات ذاتية التحضير الأكثر شيوعًا مضخات القنوات الجانبية ومضخات الحلقة المائية.
نوع آخر من المضخات ذاتية التحضير هو المضخة الطاردة المركزية ذات حجرتي الغلاف والمروحة المفتوحة. يُستخدم هذا التصميم ليس فقط لقدرته على التحضير الذاتي، بل أيضًا لفعاليته في إزالة الغازات عند ضخ مخاليط ثنائية الطور (هواء/غاز وسائل) لفترة قصيرة في هندسة العمليات أو عند التعامل مع السوائل الملوثة، على سبيل المثال، عند تصريف المياه من حفر البناء. يعمل هذا النوع من المضخات بدون صمام قدم وبدون جهاز تفريغ على جانب السحب. يجب تحضير المضخة بالسائل المراد معالجته قبل التشغيل. يُضخ الخليط ثنائي الطور حتى يتم تفريغ خط السحب ودفع مستوى السائل إلى حجرة السحب الأمامية بفعل الضغط الجوي. أثناء عملية الضخ العادية، تعمل هذه المضخة كأي مضخة طاردة مركزية عادية.
تصنيف المضخات الطاردة المركزية
تنقسم المضخات الطاردة المركزية إلى أنواع عديدة وفقًا لخصائصها الهيكلية المختلفة.
- بحسب عدد المروحة العاملة: هناك مضخات أحادية المرحلة ومضخات متعددة المراحل؛
- بحسب ضغط التشغيل: هناك مضخات ضغط منخفض، ومضخات ضغط متوسط، ومضخات ضغط عالٍ؛
- حسب نوع الشفط: هناك مضخات شفط أحادية ومضخات شفط مزدوجة؛
- وفقًا لشكل وصلة غلاف المضخة: هناك مضخات ذات غلاف مقسم أفقي ومضخات ذات وصلة رأسية؛
- بحسب نوع التفريغ: هناك مضخات حلزونية ومضخات ذات ريش توجيه.
على سبيل المثال، نقول أحيانًا أن مضخة ما تنتمي إلى مضخة متعددة المراحل وفقًا لرقم مرحلة المروحة، ثم نلاحظ خصائصها الهيكلية، وقد تكون مضخة أفقية، أو مضخة سطحية مركبة رأسية، أو مضخة ريشة توجيه، أو مضخة ضغط عالٍ، أو مضخة مياه أحادية الجانب، وما إلى ذلك.
- بحسب وضعية عمود المضخة، توجد مضخات أفقية ومضخات رأسية. وتُعدّ المضخات الطاردة المركزية الأفقية الأكثر استخداماً في صناعة البتروكيماويات.
- المضخات الطاردة المركزية الأفقية حسب شكل غلاف المضخة: هناك مضخات طاردة مركزية أفقية ذات تقسيم شعاعي ومضخات طاردة مركزية أفقية ذات تقسيم محوري.
- حسب عدد أغلفة المضخة: هناك مضخات ذات غلاف واحد ومضخات ذات غلاف مزدوج (من النوع الأسطواني)؛
- بحسب نوع دعامة المحمل: توجد مضخات طرد مركزي ناتئة ومضخات طرد مركزي بين المحامل. [ 11 ]
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ شيبارد، دينيس ج. (1956). مبادئ الآلات التوربينية . ماكميلان. ISBN 0-471-85546-4. إل سي سي إن 56002849 .
{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة ) - ↑ "أنواع مضخات الرش، وتكاليفها، ومواصفاتها" . لوازم الرش . ١٣ أكتوبر ٢٠١٨. مؤرشف من الأصل في ٢١ نوفمبر ٢٠١٨. تم الاطلاع عليه في ٢١ نوفمبر ٢٠١٨ .
- ^ ريتي، لاديسلاو؛ دي جورجيو مارتيني، فرانشيسكو (صيف 1963). “رسالة فرانشيسكو دي جورجيو (أرماني) مارتيني حول الهندسة والمنتحلين”. التكنولوجيا والثقافة . 4 (3): 287-298 (290). دوى : 10.2307/3100858 . جستور 3100858 .
- ↑ بهاء أبو النجا (2004). ضخ رغوة الرمال النفطية (ملف PDF) . المؤتمر الدولي الحادي والعشرون لمستخدمي المضخات، بالتيمور، ماريلاند. منشورات جامعة تكساس إيه آند إم، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 11 أغسطس 2014. تاريخ الاطلاع: 28 أكتوبر 2012 .
- ↑ مونيز، باريش غيردهار، أوكتو (2004). التصميم العملي للمضخات الطاردة المركزية وتشغيلها وصيانتها (الطبعة الأولى ). أكسفورد: نيونس. ص 13. ISBN 0750662735تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 أبريل 2015 .
{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط ) - ↑ لاري باخوس، أنجل كوستوديو (2003). معرفة وفهم المضخات الطاردة المركزية . دار النشر إلسيفير المحدودة. رقم ISBN 1856174093.
- ↑ كاراسيك، إيغور ج. (2001). دليل المضخات ( الطبعة الثالثة). ماكجرو هيل للتعليم . ISBN 9780070340329.
- ↑ "ما هي مضخة الدفع المغناطيسي؟" . سيكو البيئية . 12 يوليو 2021. تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2023 .
- 1 2 غوليش، جيه إف. (2008). المضخات الطاردة المركزية . برلين: سبرينغر. ص 79. doi : 10.1007/978-3-642-12824-0 . ISBN 978-3-642-12824-0.
- ↑ "كيف تعمل المضخات ذاتية التحضير؟" . مدونة مبيعات المضخات المباشرة . 11 مايو 2018. تاريخ الاسترجاع: 11 مايو 2018 .
- ↑ "تصنيف المضخات الطاردة المركزية" . ZGPV . 2023-04-17 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-04-17 .
دليل شامل لمضخات الطرد المركزي المستخدمة في العمليات الصناعية
مصادر
روابط خارجية
- مضخات
- الضواغط
- التوربينات
- الهندسة الهيدروليكية
- هندسة الطاقة
