مكبس هيدروليكي

في نموذج مبسط: في البداية، يكون صمام التصريف مفتوحًا (أي منخفضًا) بفعل وزنه، بينما يكون صمام التفريغ مغلقًا بفعل الضغط الساكن لعمود الماء في المخرج. يبدأ الماء في أنبوب المدخل بالتدفق بفعل الجاذبية ، ويكتسب سرعة وطاقة حركية حتى تزيد قوة السحب من وزن صمام التصريف وتغلقه. يتسبب زخم تدفق الماء في أنبوب المدخل، في مواجهة صمام التصريف المغلق، في حدوث ظاهرة " المطرقة المائية" التي ترفع الضغط في المضخة فوق الضغط الساكن الناتج عن عمود الماء في المخرج. يؤدي فرق الضغط هذا إلى فتح صمام التفريغ، مما يجبر بعض الماء على التدفق إلى أنبوب التفريغ. ولأن هذا الماء يُدفع صعودًا عبر أنبوب التفريغ لمسافة أبعد من سقوطه من المصدر، يتباطأ التدفق؛ وعندما ينعكس اتجاه التدفق، يُغلق صمام عدم الرجوع في أنبوب التفريغ. في الوقت نفسه، يُنتج صوت الطرق المائي الناتج عن إغلاق صمام التصريف نبضة ضغط تنتشر عائدةً إلى أعلى أنبوب المدخل ^{[ 17 ]} إلى المصدر، حيث تتحول إلى نبضة سحب تنتشر عائدةً إلى أسفل أنبوب المدخل. ^{[ 18 ]} تعمل نبضة السحب هذه، مع الثقل أو الزنبرك الموجود على الصمام، على إعادة فتح صمام التصريف، مما يسمح ببدء العملية من جديد.

يُخفف وعاء الضغط المملوء بالهواء من صدمة الضغط الهيدروليكي عند إغلاق صمام التصريف، كما يُحسّن كفاءة الضخ من خلال السماح بتدفق أكثر ثباتًا عبر أنبوب التوصيل. مع أن المضخة نظريًا قادرة على العمل بدونه، إلا أن كفاءتها ستنخفض بشكل كبير، وستتعرض لإجهادات هائلة قد تُقصر عمرها الافتراضي بشكل ملحوظ. إحدى المشكلات هي أن الهواء المضغوط سيذوب تدريجيًا في الماء حتى ينفد. أحد الحلول لهذه المشكلة هو فصل الهواء عن الماء بواسطة غشاء مرن (شبيه بخزان التمدد )؛ إلا أن هذا الحل قد يكون صعبًا في الدول النامية حيث يصعب الحصول على قطع الغيار. حل آخر هو تركيب صمام سحب بالقرب من جانب التشغيل لصمام التوصيل. يقوم هذا الصمام تلقائيًا بسحب كمية صغيرة من الهواء في كل مرة يُغلق فيها صمام التوصيل ويتشكل فراغ جزئي. ^{[ 19 ]} حل آخر هو إدخال أنبوب داخلي لإطار سيارة أو دراجة هوائية في وعاء الضغط مع وجود بعض الهواء فيه وإغلاق الصمام. هذا الأنبوب يُشبه في فعاليته الغشاء، ولكنه مصنوع من مواد متوفرة على نطاق أوسع. ويُخفف الهواء الموجود داخل الأنبوب من صدمة الماء بنفس الطريقة التي يُخفف بها الهواء في التكوينات الأخرى من هذه الصدمة.

تبلغ كفاءة الطاقة النموذجية 60%، ولكن يمكن أن تصل إلى 80%. يجب عدم الخلط بين هذه النسبة وكفاءة الحجم، التي تربط حجم المياه المُوَصَّلة بإجمالي المياه المأخوذة من المصدر. ستنخفض كمية المياه المتاحة في أنبوب التوصيل بنسبة ارتفاع التوصيل إلى ارتفاع الإمداد. فإذا كان المصدر على ارتفاع مترين (6.6 قدم) فوق المكبس، وارتفعت المياه إلى 10 أمتار (33 قدمًا) فوقه، فلن يكون متاحًا سوى 20% من المياه المُوَصَّلة، بينما تُهدر النسبة المتبقية البالغة 80% عبر صمام التصريف. تفترض هذه النسب كفاءة طاقة بنسبة 100%. ستنخفض كمية المياه المُوَصَّلة الفعلية أكثر بمعامل كفاءة الطاقة. في المثال السابق، إذا كانت كفاءة الطاقة 70%، فإن كمية المياه المُوَصَّلة ستكون 70% من 20%، أي 14%. بافتراض نسبة ضغط الإمداد إلى ضغط التوصيل 2 إلى 1 وكفاءة 70%، فإن كمية المياه المُوَصَّلة ستكون 70% من 50%، أي 35%. عادةً ما تؤدي النسب العالية جدًا لضغط التوصيل إلى ضغط الإمداد إلى انخفاض كفاءة الطاقة. غالبًا ما يُقدِّم مُورِّدو المضخات جداول تُوضِّح نسب الحجم المتوقعة بناءً على الاختبارات الفعلية.  

بما أن كفاءة التشغيل وموثوقيته تعتمدان على ظاهرة الطرق المائي، فإن تصميم أنبوب الدفع يُعدّ بالغ الأهمية. يجب أن يتراوح طوله بين 3 و7 أضعاف المسافة الرأسية بين المصدر والمكبس. قد تحتوي المكابس التجارية على وصلة إدخال مصممة خصيصًا لاستيعاب هذا الميل الأمثل . ^{[ 20 ]} عادةً ما يتطابق قطر أنبوب التغذية مع قطر وصلة الإدخال في المكبس، والذي بدوره يعتمد على قدرة الضخ. يجب أن يكون أنبوب الدفع ثابت القطر والمادة، وأن يكون مستقيمًا قدر الإمكان. عند الحاجة إلى الانحناءات، يجب أن تكون منحنية بسلاسة وذات قطر كبير. يُسمح حتى بالانحناءات الحلزونية الكبيرة، ولكن يُفضّل تجنّب الأكواع . يُمكن استخدام أنابيب PVC في بعض التركيبات، ولكن يُفضّل استخدام الأنابيب الفولاذية، على الرغم من أنها أغلى ثمنًا. في حال استخدام الصمامات، يجب أن تكون من النوع الذي يسمح بالتدفق الحر، مثل صمام الكرة أو صمام البوابة .

يُعد أنبوب التوصيل أقل أهمية بكثير، إذ يمنع وعاء الضغط انتقال تأثيرات الطرق المائي عبره. ويُحدد تصميمه العام بناءً على انخفاض الضغط المسموح به وفقًا للتدفق المتوقع. عادةً ما يكون قطر الأنبوب نصف قطر أنبوب الإمداد تقريبًا، ولكن في حالة المسافات الطويلة جدًا، قد يُوصى باستخدام قطر أكبر. ولا تُمثل أنابيب PVC والصمامات اللازمة أي مشكلة.

يجب أن يبدأ تشغيل المكبس الذي تم وضعه حديثًا في الخدمة أو الذي توقف عن العمل تلقائيًا إذا تم ضبط وزن صمام التصريف أو ضغط الزنبرك بشكل صحيح، ولكن يمكن إعادة تشغيله كما يلي: ^{[ 17 ]} إذا كان صمام التصريف في الوضع المرفوع (المغلق)، فيجب دفعه لأسفل يدويًا إلى الوضع المفتوح ثم تركه. إذا كان التدفق كافيًا، فسيعمل المكبس دورة واحدة على الأقل. إذا لم يستمر في العمل، فيجب دفعه لأسفل بشكل متكرر حتى يعمل بشكل مستمر من تلقاء نفسه، عادةً بعد ثلاث أو أربع دورات يدوية. إذا توقف المكبس وصمام التصريف في الوضع السفلي (المفتوح)، فيجب رفعه يدويًا وإبقاؤه مرفوعًا طالما كان ذلك ضروريًا لملء أنبوب الإمداد بالماء ولصعود أي فقاعات هواء إلى المصدر. قد يستغرق هذا بعض الوقت، اعتمادًا على طول أنبوب الإمداد وقطره. بعد ذلك، يمكن تشغيله يدويًا عن طريق دفعه لأسفل عدة مرات كما هو موضح أعلاه. وجود صمام على أنبوب التوصيل عند المكبس يُسهّل عملية التشغيل. أغلق الصمام حتى يبدأ المكبس في العمل، ثم افتحه تدريجيًا لملء أنبوب التوصيل. إذا تم فتحه بسرعة كبيرة، فسيتوقف عن العمل. بمجرد امتلاء أنبوب التوصيل، يمكن ترك الصمام مفتوحًا.

قد يكون سبب عدم توصيل كمية كافية من الماء هو عدم ضبط صمام النفايات بشكل صحيح، أو وجود كمية قليلة جدًا من الهواء في وعاء الضغط، أو ببساطة محاولة رفع الماء إلى مستوى أعلى مما يستطيع المكبس الوصول إليه.

قد يتضرر المكبس نتيجة التجمد في الشتاء، أو بسبب نقص الهواء في وعاء الضغط مما يؤدي إلى إجهاد زائد على أجزائه. تتطلب هذه الأعطال اللحام أو طرق إصلاح أخرى، وربما استبدال بعض الأجزاء.

ليس من غير المألوف أن يحتاج مكبس التشغيل إلى إعادة تشغيل بين الحين والآخر. قد يتوقف التشغيل بسبب سوء ضبط صمام التصريف، أو عدم كفاية تدفق المياه من المصدر. يمكن أن يدخل الهواء إذا لم يكن مستوى مياه الإمداد أعلى من طرف مدخل أنبوب الإمداد ببضع بوصات على الأقل. تشمل المشاكل الأخرى انسداد الصمامات بالشوائب، أو التركيب غير الصحيح، مثل استخدام أنبوب إمداد ذي قطر أو مادة غير منتظمة، أو ذي انحناءات حادة أو سطح داخلي خشن، أو طويل جدًا أو قصير جدًا بالنسبة للقطر، أو مصنوع من مادة غير صلبة بما فيه الكفاية. قد يعمل أنبوب إمداد PVC في بعض التركيبات، لكن الأنبوب الفولاذي أفضل.