مضخة

المضخة هي جهاز يحرك السوائل ( السوائل أو الغازات )، أو أحيانًا الملاط ، ^{[1] عن طريق العمل الميكانيكي، وعادةً ما يتم تحويلها من} طاقة كهربائية إلى طاقة هيدروليكية.

تُستخدم المضخات الميكانيكية في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل ضخ المياه من الآبار ، وتصفية أحواض السمك ، وتصفية البرك وتهويتها ، وفي صناعة السيارات لتبريد المياه وحقن الوقود ، وفي صناعة الطاقة لضخ النفط والغاز الطبيعي أو لتشغيل أبراج التبريد ومكونات أخرى لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء . وفي الصناعة الطبية ، تُستخدم المضخات في العمليات الكيميائية الحيوية في تطوير وتصنيع الأدوية، وكبدائل صناعية لأجزاء الجسم، وخاصة القلب الاصطناعي والقضيب الاصطناعي .

عندما تحتوي المضخة على آليتين أو أكثر من آليات الضخ مع توجيه السائل للتدفق من خلالها على التوالي، فإنها تسمى مضخة متعددة المراحل . يمكن استخدام مصطلحات مثل مرحلتين أو مرحلتين لوصف عدد المراحل على وجه التحديد. المضخة التي لا تناسب هذا الوصف هي ببساطة مضخة ذات مرحلة واحدة على النقيض من ذلك.

في علم الأحياء، تطورت العديد من الأنواع المختلفة من المضخات الكيميائية والميكانيكية الحيوية ؛ وفي بعض الأحيان يتم استخدام المحاكاة الحيوية في تطوير أنواع جديدة من المضخات الميكانيكية.

يمكن غمر المضخات الميكانيكية في السائل الذي تضخه أو وضعها خارج السائل.

يمكن تصنيف المضخات حسب طريقة الإزاحة إلى مضخات كهرومغناطيسية ومضخات إزاحة موجبة ومضخات نبضية ومضخات سرعة ومضخات جاذبية ومضخات بخارية ومضخات بدون صمامات. هناك ثلاثة أنواع أساسية من المضخات: مضخات إزاحة موجبة ومضخات طرد مركزي ومضخات تدفق محوري . في المضخات الطاردة المركزية يتغير اتجاه تدفق السائل بمقدار تسعين درجة أثناء تدفقه فوق الدافع، بينما في المضخات ذات التدفق المحوري يظل اتجاه التدفق دون تغيير. ^{[2] [3]}

تعمل مضخة الإزاحة الإيجابية على تحريك السائل عن طريق احتجاز كمية ثابتة وإجبار (إزاحة) هذا الحجم المحبوس في أنبوب التفريغ.

تستخدم بعض المضخات ذات الإزاحة الإيجابية تجويفًا متوسعًا على جانب الشفط وتجويفًا متناقصًا على جانب التفريغ. يتدفق السائل إلى المضخة مع توسع التجويف على جانب الشفط ويتدفق السائل خارج التفريغ مع انهيار التجويف. يظل الحجم ثابتًا خلال كل دورة تشغيل.

على عكس المضخات الطاردة المركزية ، تستطيع نظريًا إنتاج نفس التدفق بسرعة دوران معينة بغض النظر عن ضغط التفريغ. وبالتالي، فإن المضخات ذات الإزاحة الإيجابية هي آلات ذات تدفق ثابت . ومع ذلك، فإن الزيادة الطفيفة في التسرب الداخلي مع زيادة الضغط تمنع معدل تدفق ثابت حقًا.

لا يجوز تشغيل مضخة الإزاحة الإيجابية ضد صمام مغلق على جانب التفريغ من المضخة، لأنها لا تحتوي على رأس إغلاق مثل المضخات الطاردة المركزية. تستمر مضخة الإزاحة الإيجابية التي تعمل ضد صمام التفريغ المغلق في إنتاج التدفق ويزداد الضغط في خط التفريغ حتى ينفجر الخط أو تتلف المضخة بشدة أو كليهما.

لذلك، من الضروري وجود صمام تخفيف الضغط أو صمام أمان على جانب التفريغ في مضخة الإزاحة الإيجابية. يمكن أن يكون صمام تخفيف الضغط داخليًا أو خارجيًا. عادةً ما يكون لدى الشركة المصنعة للمضخة خيار توفير صمامات تخفيف الضغط أو صمامات أمان داخلية. عادةً ما يتم استخدام الصمام الداخلي فقط كإجراء احترازي للسلامة. يوفر صمام تخفيف الضغط الخارجي في خط التفريغ، مع خط عودة إلى خط الشفط أو خزان الإمداد، مزيدًا من الأمان .

يمكن تصنيف مضخة الإزاحة الإيجابية وفقًا للآلية المستخدمة لتحريك السائل:

• الإزاحة الإيجابية من النوع الدوار : مضخة تروس داخلية وخارجية ، مضخة لولبية ، مضخة فصوصية ، كتلة مكوكية، ريشة مرنة وريشة منزلقة ، مكبس محيطي، مروحة مرنة ، جذور ملتوية حلزونية (مثل مضخة ويندلكولبن) ومضخات حلقات سائلة
• الإزاحة الإيجابية من النوع الترددي : مضخات المكبس ومضخات الغطاس ومضخات الحجاب الحاجز
• الإزاحة الإيجابية من النوع الخطي : مضخات الحبل ومضخات السلسلة

تحرك هذه المضخات السوائل باستخدام آلية دوارة تخلق فراغًا يلتقط السائل ويسحبه. ^[4]

المزايا: المضخات الدوارة فعالة للغاية ^[5] لأنها قادرة على التعامل مع السوائل عالية اللزوجة بمعدلات تدفق أعلى مع زيادة اللزوجة. ^[6]

العيوب: تتطلب طبيعة المضخة وجود مسافات قريبة جدًا بين المضخة الدوارة والحافة الخارجية، مما يجعلها تدور بسرعة بطيئة وثابتة. إذا تم تشغيل المضخات الدوارة بسرعات عالية، فإن السوائل تسبب التآكل، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة الخلوص الذي يمكن للسائل أن يمر من خلاله، مما يقلل من الكفاءة.

تنقسم المضخات الدوارة ذات الإزاحة الإيجابية إلى خمسة أنواع رئيسية:

• مضخات التروس - نوع بسيط من المضخات الدوارة حيث يتم دفع السائل حول زوج من التروس.
• مضخات اللولب - شكل الأجزاء الداخلية لهذه المضخة عادة ما يكون عبارة عن برغيين يدوران ضد بعضهما البعض لضخ السائل
• مضخات دوارة
• مضخات الأقراص المجوفة (المعروفة أيضًا باسم مضخات الأقراص اللامركزية أو مضخات الأقراص الدوارة المجوفة)، تشبه ضواغط التمرير ، ولها دوار أسطواني لامركزي محاط بغلاف دائري. وبينما يدور الدوار، فإنه يحبس السائل بين الدوار والغلاف، ويسحب السائل عبر المضخة. تُستخدم للسوائل عالية اللزوجة مثل المنتجات المشتقة من البترول، ويمكنها أيضًا دعم ضغوط عالية تصل إلى 290 رطل/بوصة مربعة. ^{[7] [8] [9] [10] [11] [12] [13]}
• تحتوي المضخات التمعجية على بكرات تضغط على جزء من الأنبوب المرن، مما يدفع السائل إلى الأمام مع تقدم البكرات. ولأنها سهلة التنظيف للغاية، فهي شائعة الاستخدام في توزيع الطعام والأدوية والخرسانة .

تحرك المضخات الترددية السائل باستخدام مكبس أو أكثر متذبذب أو مكابس أو أغشية (حجابات)، بينما تقيد الصمامات حركة السائل إلى الاتجاه المطلوب. لكي يحدث الشفط، يجب على المضخة أولاً سحب المكبس في حركة خارجية لتقليل الضغط في الحجرة. بمجرد دفع المكبس للخلف، سيزيد من ضغط الحجرة وسيؤدي الضغط الداخلي للمكبس بعد ذلك إلى فتح صمام التفريغ وإطلاق السائل في أنبوب التسليم بمعدل تدفق ثابت وضغط متزايد.

تتراوح المضخات في هذه الفئة من المضخات البسيطة ذات الأسطوانة الواحدة إلى المضخات الرباعية (أربع) أو أكثر في بعض الحالات. العديد من المضخات الترددية هي مضخات ثنائية الأسطوانة (اثنتان) أو ثلاثية الأسطوانة (ثلاثة). يمكن أن تكون إما أحادية الفعل مع الشفط أثناء اتجاه واحد لحركة المكبس والتفريغ في الاتجاه الآخر، أو مزدوجة الفعل مع الشفط والتفريغ في كلا الاتجاهين. يمكن تشغيل المضخات يدويًا أو بالهواء أو البخار أو بحزام مدفوع بمحرك. تم استخدام هذا النوع من المضخات على نطاق واسع في القرن التاسع عشر - في الأيام الأولى للدفع البخاري - كمضخات مياه تغذية الغلايات. الآن تضخ المضخات الترددية عادةً سوائل عالية اللزوجة مثل الخرسانة والزيوت الثقيلة، وتخدم في تطبيقات خاصة تتطلب معدلات تدفق منخفضة مقابل مقاومة عالية. كانت المضخات اليدوية الترددية تستخدم على نطاق واسع لضخ المياه من الآبار. تستخدم مضخات الدراجات الشائعة ومضخات القدم للنفخ الحركة الترددية.

تتميز هذه المضخات ذات الإزاحة الإيجابية بتجويف متوسع على جانب الشفط وتجويف متناقص على جانب التفريغ. يتدفق السائل إلى المضخات مع توسع التجويف على جانب الشفط ويتدفق السائل خارج التفريغ مع انهيار التجويف. يكون الحجم ثابتًا مع كل دورة تشغيل ويمكن تحقيق الكفاءة الحجمية للمضخة من خلال الصيانة الروتينية وفحص صماماتها. ^[14]

المضخات الترددية النموذجية هي:

• مضخة المكبس - مكبس ترددي يدفع السائل عبر صمام أو صمامين مفتوحين، ويغلقان عن طريق الشفط في طريق العودة.
• مضخة الحجاب الحاجز – تشبه مضخات المكبس، حيث يضغط المكبس على الزيت الهيدروليكي الذي يستخدم لثني الحجاب الحاجز في أسطوانة الضخ. تُستخدم صمامات الحجاب الحاجز لضخ السوائل الخطرة والسامة.
• مضخات الإزاحة ذات المضخة المكبسية - عادةً ما تكون أجهزة بسيطة لضخ كميات صغيرة من السائل أو الجل يدويًا. موزع الصابون اليدوي الشائع هو أحد هذه المضخات.
• مضخة المكبس الشعاعي  - شكل من أشكال المضخات الهيدروليكية حيث تمتد المكابس في اتجاه شعاعي.
• مضخة اهتزازية أو مضخة اهتزازية - شكل منخفض التكلفة بشكل خاص من مضخة المكبس، شائع الاستخدام في آلات الإسبريسو منخفضة التكلفة . ^{[15] [16]} الجزء المتحرك الوحيد هو مكبس محمل بنابض، وهو محرك الملف اللولبي . يتم تشغيل المكبس بواسطة تيار متناوب مصحح بنصف الموجة ، ويتم دفع المكبس للأمام أثناء تنشيطه، ويتم سحبه بواسطة الزنبرك خلال نصف الدورة الأخرى. نظرًا لعدم كفاءتها، لا يمكن تشغيل المضخات الاهتزازية عادةً لأكثر من دقيقة واحدة دون ارتفاع درجة الحرارة، وبالتالي فهي تقتصر على العمل المتقطع.

ينطبق مبدأ الإزاحة الإيجابية في هذه المضخات:

• مضخة الفصوص الدوارة
• مضخة تجويف التقدم
• مضخة تروس دوارة
• مضخة المكبس
• مضخة الحجاب الحاجز
• مضخة لولبية
• مضخة التروس
• مضخة هيدروليكية
• مضخة دوارة
• مضخة تمعجية
• مضخة الحبل
•  مضخة المكره المرنة

هذا هو أبسط شكل من أشكال مضخات الإزاحة الإيجابية الدوارة. وهي تتكون من ترسين متشابكين يدوران في غلاف محكم التركيب. تحبس فراغات الأسنان السائل وتدفعه حول المحيط الخارجي. لا ينتقل السائل للخلف على الجزء المشبك، لأن الأسنان تتشابك بشكل وثيق في المنتصف. تُستخدم المضخات الترسية على نطاق واسع في مضخات زيت محرك السيارة وفي مجموعات الطاقة الهيدروليكية المختلفة.

المضخة اللولبية هي نوع أكثر تعقيدًا من المضخات الدوارة التي تستخدم اثنين أو ثلاثة براغي ذات خيوط متقابلة - على سبيل المثال، يدور أحد البراغي في اتجاه عقارب الساعة والآخر عكس اتجاه عقارب الساعة. يتم تثبيت البراغي على أعمدة متوازية غالبًا ما تحتوي على تروس تتشابك بحيث تدور الأعمدة معًا ويبقى كل شيء في مكانه. في بعض الحالات، يدفع المسمار المتحرك المسمار الثانوي، بدون تروس، وغالبًا ما يستخدم السائل للحد من التآكل. تدور البراغي على الأعمدة وتدفع السائل عبر المضخة. كما هو الحال مع الأشكال الأخرى من المضخات الدوارة، فإن الخلوص بين الأجزاء المتحركة وغلاف المضخة ضئيل.

تُستخدم مضخة التجويف التقدمي على نطاق واسع لضخ المواد الصعبة، مثل حمأة الصرف الصحي الملوثة بجزيئات كبيرة، وتتكون من دوار حلزوني يبلغ طوله حوالي عشرة أضعاف عرضه. يمكن تصور ذلك على أنه قلب مركزي بقطر x مع، عادةً، ملفوف حلزوني منحني حول سمك نصف x ، على الرغم من أنه في الواقع يتم تصنيعه في صب واحد. يتناسب هذا العمود داخل غلاف مطاطي شديد التحمل، يبلغ سمك جداره عادةً x أيضًا . عندما يدور العمود، يدفع الدوار السائل تدريجيًا إلى أعلى الغلاف المطاطي. يمكن لهذه المضخات أن تولد ضغطًا مرتفعًا جدًا عند أحجام منخفضة.

تم تسمية هذه المضخة على اسم الأخوين روتس اللذين اخترعاها، وهي تعمل على تحريك السائل المحبوس بين دوارين حلزونيين طويلين، كل منهما مثبت في الآخر عندما يكون عموديًا بزاوية 90 درجة، ويدوران داخل تكوين خط إغلاق على شكل مثلث، سواء عند نقطة الشفط أو عند نقطة التفريغ. ينتج هذا التصميم تدفقًا مستمرًا بحجم متساوٍ وبدون دوامة. ويمكنه العمل بمعدلات نبض منخفضة، ويوفر أداءً لطيفًا تتطلبه بعض التطبيقات.

تتضمن التطبيقات:

• ضواغط الهواء الصناعية ذات القدرة العالية .
• الشواحن الجذرية في محركات الاحتراق الداخلي .
• علامة تجارية لصافرات الإنذار للدفاع المدني، Thunderbolt من شركة Federal Signal Corporation .

المضخة التمعجية هي نوع من المضخات ذات الإزاحة الإيجابية. تحتوي على سائل داخل أنبوب مرن مثبت داخل غلاف مضخة دائري (على الرغم من تصنيع مضخات تمعجية خطية). يضغط عدد من الأسطوانات أو الأحذية أو المساحات المرفقة بالدوار على الأنبوب المرن. عندما يدور الدوار، ينغلق جزء الأنبوب الواقع تحت الضغط (أو ينسد )، مما يجبر السائل على المرور عبر الأنبوب. بالإضافة إلى ذلك، عندما ينفتح الأنبوب إلى حالته الطبيعية بعد مرور الكاميرا، فإنه يسحب ( يعيد ) السائل إلى المضخة. تسمى هذه العملية التمعج وتستخدم في العديد من الأنظمة البيولوجية مثل الجهاز الهضمي .

المضخات ذات الغطاس هي مضخات ترددية ذات إزاحة إيجابية.

تتكون هذه المضخات من أسطوانة ذات مكبس ترددي. يتم تثبيت صمامات الشفط والتفريغ في رأس الأسطوانة. في شوط الشفط، ينسحب المكبس وينفتح صمامات الشفط مما يتسبب في شفط السائل إلى داخل الأسطوانة. في الشوط الأمامي، يدفع المكبس السائل خارج صمام التفريغ. الكفاءة والمشاكل الشائعة: مع وجود أسطوانة واحدة فقط في مضخات المكبس، يختلف تدفق السائل بين الحد الأقصى للتدفق عندما يتحرك المكبس عبر المواضع الوسطى، والتدفق الصفري عندما يكون المكبس في المواضع النهائية. يتم إهدار الكثير من الطاقة عند تسريع السائل في نظام الأنابيب. قد تكون الاهتزازات وضربات الماء مشكلة خطيرة. بشكل عام، يتم تعويض المشاكل باستخدام أسطوانتين أو أكثر لا تعملان في طور مع بعضهما البعض. المضخات الطاردة المركزية معرضة أيضًا لضربات الماء. يساعد تحليل الطفرة، وهي دراسة متخصصة، في تقييم هذا الخطر في مثل هذه الأنظمة.

تستخدم مضخات المكبس الثلاثية ثلاثة مكابس، مما يقلل من النبضات مقارنة بمضخات المكبس الترددي المفردة. يمكن أن يؤدي إضافة مثبط نبضات على مخرج المضخة إلى تنعيم تموج المضخة أو رسم التموج لمحول المضخة. تتطلب العلاقة الديناميكية بين السائل عالي الضغط والمكبس عمومًا أختام مكبس عالية الجودة. تتمتع مضخات المكبس ذات العدد الأكبر من المكابس بفائدة زيادة التدفق أو التدفق الأكثر سلاسة بدون مثبط نبضات. زيادة الأجزاء المتحركة وحمل العمود المرفقي هي أحد العيوب.

غالبًا ما تستخدم مغاسل السيارات هذه المضخات ذات الغطاس الثلاثي (ربما بدون مخمدات نبضية). في عام 1968، قلل ويليام بروجمان من حجم المضخة الثلاثية وزاد من عمرها الافتراضي بحيث يمكن لمغاسل السيارات استخدام معدات ذات مساحة أصغر. تعمل أختام الضغط العالي المتينة وأختام الضغط المنخفض وأختام الزيت وأعمدة الكرنك المقواة وقضبان التوصيل المقواة والمكابس الخزفية السميكة والمحامل الكروية والأسطوانية الأكثر قوة على تحسين الموثوقية في المضخات الثلاثية. أصبحت المضخات الثلاثية الآن في عدد لا يحصى من الأسواق في جميع أنحاء العالم.

المضخات الثلاثية ذات العمر الأقصر شائعة الاستخدام لدى المستخدمين المنزليين. فالشخص الذي يستخدم غسالة الضغط المنزلية لمدة 10 ساعات في السنة قد يرضى بمضخة تدوم 100 ساعة بين عمليات إعادة البناء. أما المضخات الثلاثية الصناعية أو ذات الخدمة المستمرة على الطرف الآخر من طيف الجودة فقد تعمل لمدة تصل إلى 2080 ساعة في السنة. ^[17]

تستخدم صناعة حفر النفط والغاز مضخات ثلاثية ضخمة يتم نقلها بواسطة مقطورة شبه مقطورة تسمى مضخات الطين لضخ طين الحفر ، والذي يبرد لقمة الحفر ويحمل القطع إلى السطح. ^[18] يستخدم الحفارون مضخات ثلاثية أو حتى خماسية لحقن الماء والمذيبات عميقًا في الصخر الزيتي في عملية الاستخراج المسماة التكسير الهيدروليكي . ^[19]

تعمل هذه المضخات بالهواء المضغوط، وهي آمنة بطبيعتها من حيث التصميم، على الرغم من أن جميع الشركات المصنعة تقدم نماذج معتمدة من ATEX للامتثال للوائح الصناعة. هذه المضخات غير مكلفة نسبيًا ويمكنها أداء مجموعة واسعة من المهام، من ضخ المياه من السدود إلى ضخ حمض الهيدروكلوريك من التخزين الآمن (حسب كيفية تصنيع المضخة - الإيلاستومرات / بناء الجسم). يمكن لهذه المضخات ذات الحجاب الحاجز المزدوج التعامل مع السوائل اللزجة والمواد الكاشطة بعملية ضخ لطيفة مثالية لنقل الوسائط الحساسة للقص. ^[20]

تم ابتكار هذه المضخات في الصين منذ أكثر من ألف عام كمضخات سلسلة ، ويمكن تصنيعها من مواد بسيطة للغاية: يكفي حبل وعجلة وأنبوب لصنع مضخة حبل بسيطة. وقد درست منظمات شعبية كفاءة المضخات الحبلية وتم تحسين تقنيات تصنيعها وتشغيلها باستمرار. ^[21]

تستخدم المضخات النبضية الضغط الناتج عن الغاز (عادة الهواء). في بعض المضخات النبضية، يتم إطلاق الغاز المحبوس في السائل (عادة الماء) ويتراكم في مكان ما في المضخة، مما يخلق ضغطًا يمكنه دفع جزء من السائل إلى الأعلى.

تتضمن المضخات النبضية التقليدية ما يلي:

• مضخات الكبش الهيدروليكية - يتم تخزين الطاقة الحركية لإمدادات المياه ذات الرأس المنخفض مؤقتًا في مجمع هيدروليكي على شكل فقاعات هوائية ، ثم يتم استخدامها لدفع المياه إلى رأس أعلى.
• مضخات النبض – تعمل بالموارد الطبيعية، عن طريق الطاقة الحركية فقط.
• مضخات النقل الجوي – تعمل بالهواء الذي يتم إدخاله في الأنبوب، والذي يدفع الماء إلى الأعلى عندما تتحرك الفقاعات إلى الأعلى

بدلاً من دورة تراكم الغاز وإطلاقه، يمكن إنشاء الضغط عن طريق حرق الهيدروكربونات. تنقل مثل هذه المضخات التي تعمل بالاحتراق النبضة مباشرة من حدث الاحتراق عبر غشاء التشغيل إلى سائل المضخة. للسماح بهذا النقل المباشر، يجب أن تكون المضخة مصنوعة بالكامل تقريبًا من مادة مرنة (مثل المطاط السيليكوني ). وبالتالي، يتسبب الاحتراق في تمدد الغشاء وبالتالي ضخ السائل خارج غرفة الضخ المجاورة. تم تطوير أول مضخة ناعمة تعمل بالاحتراق بواسطة ETH Zurich. ^[22]

المكبس الهيدروليكي عبارة عن مضخة مياه تعمل بالطاقة الكهرومائية. ^[23]

يقوم الجهاز بسحب المياه عند ضغط منخفض نسبيًا ومعدل تدفق مرتفع ويخرج المياه بضغط هيدروليكي أعلى ومعدل تدفق أقل. يستخدم الجهاز تأثير المطرقة المائية لتطوير الضغط الذي يرفع جزءًا من المياه الداخلة التي تعمل على تشغيل المضخة إلى نقطة أعلى من نقطة بدء المياه.

تُستخدم المضخات الهيدروليكية أحيانًا في المناطق النائية، حيث يوجد مصدر للطاقة الكهرومائية منخفضة الارتفاع، وهناك حاجة لضخ المياه إلى وجهة أعلى ارتفاعًا من المصدر. وفي هذه الحالة، غالبًا ما تكون المضخات الهيدروليكية مفيدة، لأنها لا تتطلب أي مصدر خارجي للطاقة بخلاف الطاقة الحركية للمياه المتدفقة.

المضخات الدورانية الديناميكية (أو المضخات الديناميكية) هي نوع من مضخات السرعة التي تضاف فيها الطاقة الحركية إلى السائل عن طريق زيادة سرعة التدفق. يتم تحويل هذه الزيادة في الطاقة إلى مكسب في الطاقة الكامنة (الضغط) عندما يتم تقليل السرعة قبل أو عندما يخرج التدفق من المضخة إلى أنبوب التفريغ. يتم تفسير تحويل الطاقة الحركية إلى ضغط من خلال القانون الأول للديناميكا الحرارية ، أو بشكل أكثر تحديدًا من خلال مبدأ برنولي .

يمكن تقسيم المضخات الديناميكية بشكل أكبر وفقًا للوسائل التي يتم بها تحقيق اكتساب السرعة. ^[24]

تتمتع هذه الأنواع من المضخات بعدد من الخصائص:

1. الطاقة المستمرة
2. تحويل الطاقة المضافة إلى زيادة في الطاقة الحركية (زيادة في السرعة)
3. تحويل السرعة المتزايدة (الطاقة الحركية) إلى زيادة في ضغط الرأس

الفرق العملي بين المضخات الديناميكية والمضخات ذات الإزاحة الموجبة هو كيفية تشغيلها في ظل ظروف الصمام المغلق. تعمل المضخات ذات الإزاحة الموجبة على إزاحة السائل فعليًا، لذا فإن إغلاق الصمام الموجود أسفل مضخة الإزاحة الموجبة ينتج عنه تراكم مستمر للضغط يمكن أن يتسبب في عطل ميكانيكي في خط الأنابيب أو المضخة. تختلف المضخات الديناميكية في إمكانية تشغيلها بأمان في ظل ظروف الصمام المغلق (لفترات قصيرة من الزمن).

يشار إلى هذه المضخة أيضًا باسم مضخة الطرد المركزي . يدخل السائل على طول المحور أو المركز، ويتسارع بواسطة المكره ويخرج بزاوية قائمة على العمود (شعاعيًا)؛ ومن الأمثلة على ذلك مروحة الطرد المركزي ، والتي تُستخدم عادةً لتنفيذ مكنسة كهربائية . نوع آخر من مضخات التدفق الشعاعي هو مضخة الدوامة. يتحرك السائل فيها في اتجاه مماس حول عجلة العمل. يأتي التحويل من الطاقة الميكانيكية للمحرك إلى طاقة التدفق المحتملة عن طريق دوامات متعددة، والتي تثيرها المكره في قناة العمل للمضخة. بشكل عام، تعمل مضخة التدفق الشعاعي عند ضغوط أعلى ومعدلات تدفق أقل من المضخة المحورية أو مضخة التدفق المختلط.

يشار إليها أيضًا باسم المضخات السائلة بالكامل . يتم دفع السائل للخارج أو للداخل لتحريك السائل محوريًا. تعمل عند ضغوط أقل بكثير ومعدلات تدفق أعلى من المضخات ذات التدفق الشعاعي (الطرد المركزي). لا يمكن تشغيل المضخات ذات التدفق المحوري بسرعة عالية دون احتياطات خاصة. إذا كان معدل التدفق منخفضًا، فإن ارتفاع الرأس الإجمالي وعزم الدوران العالي المرتبط بهذا الأنبوب يعني أن عزم الدوران الأولي يجب أن يصبح دالة على التسارع للكتلة الكاملة للسائل في نظام الأنابيب. ^[25]

تعمل المضخات ذات التدفق المختلط كحل وسط بين المضخات ذات التدفق الشعاعي والمحوري. يتعرض السائل لكل من التسارع الشعاعي والرفع ويخرج من الدافع في مكان ما بين 0 و90 درجة من الاتجاه المحوري. ونتيجة لذلك تعمل المضخات ذات التدفق المختلط عند ضغوط أعلى من المضخات ذات التدفق المحوري بينما تقدم تصريفات أعلى من المضخات ذات التدفق الشعاعي. تحدد زاوية خروج التدفق خصائص ضغط الرأس والتفريغ فيما يتعلق بالتدفق الشعاعي والمختلط.

تُعرف المضخات التوربينية المتجددة أيضًا باسم مضخات السحب أو الاحتكاك أو حلقات السائل أو المضخات الطرفية أو الجر أو الاضطراب أو الدوامة ، وهي فئة من المضخات الدورانية الديناميكية التي تعمل عند ضغوط رأس عالية، عادةً ما تكون 4-20 بار (400-2000 كيلو باسكال؛ 58-290 رطل/بوصة مربعة). ^[26]

تحتوي المضخة على دافع به عدد من الريش أو المجاديف التي تدور في تجويف. تقع منفذ الشفط ومنافذ الضغط على محيط التجويف وهي معزولة بحاجز يسمى المجرّد ، والذي يسمح فقط لقناة الطرف (السائل بين الشفرات) بإعادة الدوران، ويجبر أي سائل في القناة الجانبية (السائل في التجويف خارج الشفرات) على المرور عبر منفذ الضغط. في مضخة التوربينات المتجددة، عندما يدور السائل بشكل متكرر من ريشة إلى القناة الجانبية ثم يعود إلى الريشة التالية، يتم نقل الطاقة الحركية إلى المحيط، ^[26] وبالتالي يتراكم الضغط مع كل دوامة، بطريقة مماثلة للمنفاخ المتجدد. ^{[27] [28] [29]}

نظرًا لأن مضخات التوربينات المتجددة لا يمكن أن تصبح مغلقة بالبخار ، فإنها تُستخدم عادةً لنقل السوائل المتطايرة أو الساخنة أو المبردة. ومع ذلك، نظرًا لأن التفاوتات عادة ما تكون ضيقة، فإنها تكون عرضة للمواد الصلبة أو الجسيمات التي تسبب التشويش أو التآكل السريع. عادةً ما تكون الكفاءة منخفضة، وعادةً ما ينخفض ​​الضغط واستهلاك الطاقة مع التدفق. بالإضافة إلى ذلك، يمكن عكس اتجاه الضخ عن طريق عكس اتجاه الدوران. ^{[29] [27] [30]}

تحتوي مضخة القناة الجانبية على قرص شفط ومكره وقرص تفريغ. ^[31]

تستخدم هذه الطريقة نفاثة، غالبًا ما تكون من البخار، لخلق ضغط منخفض. يمتص هذا الضغط المنخفض السائل ويدفعه إلى منطقة ذات ضغط أعلى.

تتضمن المضخات التي تعمل بالجاذبية السيفون ونافورة هيرون . يُطلق على المكبس الهيدروليكي أحيانًا أيضًا اسم مضخة الجاذبية. في مضخة الجاذبية، يتم رفع السائل بواسطة قوة الجاذبية.

كانت المضخات البخارية محل اهتمام تاريخي منذ فترة طويلة. وهي تشمل أي نوع من المضخات التي تعمل بمحرك بخاري وكذلك المضخات التي لا تحتوي على مكبس مثل مضخة توماس سافري البخارية أو مضخة البخار بولسوميتر .

في الآونة الأخيرة، تزايد الاهتمام بمضخات البخار الشمسية منخفضة الطاقة لاستخدامها في الري في المزارع الصغيرة في البلدان النامية. في السابق، لم تكن المحركات البخارية الصغيرة مجدية بسبب انخفاض الكفاءة بشكل متزايد مع انخفاض حجم محركات البخار. ومع ذلك، فإن استخدام المواد الهندسية الحديثة إلى جانب تكوينات المحرك البديلة يعني أن هذه الأنواع من الأنظمة أصبحت الآن فرصة فعالة من حيث التكلفة.

تساعد الضخ بدون صمامات في نقل السوائل في مختلف الأنظمة الطبية والهندسية. في نظام الضخ بدون صمامات، لا توجد صمامات (أو انسدادات مادية) لتنظيم اتجاه التدفق. ومع ذلك، فإن كفاءة ضخ السوائل في نظام بدون صمامات ليست بالضرورة أقل من تلك التي تحتوي على صمامات. في الواقع، تعتمد العديد من الأنظمة الديناميكية للسوائل في الطبيعة والهندسة بشكل أو بآخر على الضخ بدون صمامات لنقل السوائل العاملة فيها. على سبيل المثال، يتم الحفاظ على الدورة الدموية في الجهاز القلبي الوعائي إلى حد ما حتى عندما تفشل صمامات القلب. وفي الوقت نفسه، يبدأ قلب الفقاريات الجنينية في ضخ الدم قبل فترة طويلة من تطور الحجرات والصمامات المميزة. على غرار الدورة الدموية في اتجاه واحد، تضخ أنظمة التنفس لدى الطيور الهواء في اتجاه واحد في الرئتين الجامدة، ولكن بدون أي صمام فسيولوجي. في مجال الموائع الدقيقة ، تم تصنيع مضخات المعاوقة بدون صمامات ، ومن المتوقع أن تكون مناسبة بشكل خاص للتعامل مع السوائل الحيوية الحساسة. تستخدم الطابعات النافثة للحبر التي تعمل على مبدأ المحول الكهرضغطي أيضًا الضخ بدون صمامات. يتم تفريغ حجرة المضخة من خلال نفاثة الطباعة بسبب انخفاض معاوقة التدفق في هذا الاتجاه وإعادة تعبئتها بواسطة الخاصية الشعرية .

إن فحص سجلات إصلاح المضخة ومتوسط ​​الوقت بين الأعطال (MTBF) له أهمية كبيرة لمستخدمي المضخة المسؤولين والضميريين. وفي ضوء هذه الحقيقة، فإن مقدمة دليل مستخدمي المضخة لعام 2006 تشير إلى إحصائيات "فشل المضخة". ومن أجل الراحة، غالبًا ما تُترجم إحصائيات الفشل هذه إلى متوسط ​​الوقت بين الأعطال (في هذه الحالة، عمر التركيب قبل الفشل). ^[32]

في أوائل عام 2005، قام جوردون باك، كبير مهندسي العمليات الميدانية في شركة جون كرين في باتون روج، لويزيانا، بفحص سجلات الإصلاح لعدد من المصافي والمصانع الكيميائية للحصول على بيانات موثوقة ذات مغزى للمضخات الطاردة المركزية. وقد تم تضمين إجمالي 15 مصنعًا عاملاً بها ما يقرب من 15000 مضخة في المسح. وكان أصغر هذه المصانع يحتوي على حوالي 100 مضخة؛ وكان لدى العديد من المصانع أكثر من 2000 مضخة. وتقع جميع المرافق في الولايات المتحدة. بالإضافة إلى ذلك، تم اعتبار بعضها "جديدًا"، وبعضها الآخر "مجددًا" وبعضها الآخر "مُنشأ". كان لدى العديد من هذه المصانع - ولكن ليس كلها - ترتيبات تحالف مع شركة جون كرين. في بعض الحالات، تضمن عقد التحالف وجود فني أو مهندس من شركة جون كرين في الموقع لتنسيق جوانب مختلفة من البرنامج.

ولكن ليس كل المصانع مصافي، وتحدث نتائج مختلفة في أماكن أخرى. ففي المصانع الكيميائية، كانت المضخات تاريخياً من العناصر التي يمكن التخلص منها، حيث يحد الهجوم الكيميائي من عمرها الافتراضي. وقد تحسنت الأمور في السنوات الأخيرة، ولكن المساحة المحدودة إلى حد ما المتاحة في صناديق التعبئة "القديمة" التي تتوافق مع معايير DIN وASME تضع قيوداً على نوع الختم المناسب. وما لم يقم مستخدم المضخة بترقية حجرة الختم، فإن المضخة لا تستوعب سوى إصدارات أكثر إحكاما وبساطة. وبدون هذا الترقية، تكون أعمار المنشآت الكيميائية عموماً حوالي 50 إلى 60 في المائة من قيم المصفاة.

غالبًا ما تكون الصيانة غير المجدولة واحدة من أكثر تكاليف الملكية أهمية، وتعد أعطال الأختام الميكانيكية والمحامل من بين الأسباب الرئيسية. ضع في اعتبارك القيمة المحتملة لاختيار المضخات التي تكلف أكثر في البداية، ولكنها تدوم لفترة أطول بين الإصلاحات. قد يكون متوسط ​​الوقت بين الأعطال لمضخة أفضل من عام إلى أربعة أعوام أطول من نظيرتها غير المحدثة. ضع في اعتبارك أن القيم المتوسطة المنشورة لأعطال المضخة المتجنبة تتراوح من 2600 دولار أمريكي إلى 12000 دولار أمريكي. هذا لا يشمل تكاليف الفرصة الضائعة . يحدث حريق مضخة واحد لكل 1000 فشل. وجود عدد أقل من أعطال المضخة يعني وجود عدد أقل من حرائق المضخة المدمرة.

وكما لوحظ، فإن عطل المضخة النموذجي، استنادًا إلى التقارير الفعلية لعام 2002، يكلف 5000 دولار أمريكي في المتوسط. وهذا يشمل تكاليف المواد والأجزاء والعمالة والنفقات العامة. إن تمديد متوسط ​​الوقت بين الأعطال للمضخة من 12 إلى 18 شهرًا من شأنه أن يوفر 1667 دولارًا أمريكيًا سنويًا - وهو ما قد يكون أكبر من تكلفة ترقية موثوقية المضخة الطاردة المركزية. ^{[32] [1] [33]}

تُستخدم المضخات في مختلف أنحاء المجتمع لأغراض متنوعة. وتشمل التطبيقات المبكرة استخدام طاحونة الهواء أو طاحونة المياه لضخ المياه. واليوم، تُستخدم المضخة في الري وإمدادات المياه وإمدادات البنزين وأنظمة تكييف الهواء والتبريد (عادةً ما يُطلق عليها ضاغط) ونقل المواد الكيميائية ونقل مياه الصرف الصحي والتحكم في الفيضانات والخدمات البحرية وما إلى ذلك.

بسبب التنوع الواسع في التطبيقات، تحتوي المضخات على مجموعة كبيرة من الأشكال والأحجام: من الكبيرة جدًا إلى الصغيرة جدًا، ومن التعامل مع الغاز إلى التعامل مع السوائل، ومن الضغط العالي إلى الضغط المنخفض، ومن الحجم العالي إلى الحجم المنخفض.

عادةً، لا تستطيع مضخة السوائل سحب الهواء ببساطة. يجب أولاً ملء خط تغذية المضخة والجسم الداخلي المحيط بآلية الضخ بالسائل الذي يتطلب الضخ: يجب على المشغل إدخال السائل في النظام لبدء الضخ. يُطلق على هذا تحضير المضخة . عادةً ما يكون فقدان التحضير بسبب ابتلاع الهواء في المضخة. عادةً ما لا تتمكن الخلوصات ونسب الإزاحة في المضخات للسوائل، سواء كانت رقيقة أو أكثر لزوجة، من إزاحة الهواء بسبب قابليته للضغط. هذه هي الحال مع معظم مضخات السرعة (الروتوديناميكا) - على سبيل المثال، مضخات الطرد المركزي. بالنسبة لهذه المضخات، يجب أن يكون موضع المضخة دائمًا أقل من نقطة الشفط، وإلا فيجب ملء المضخة يدويًا بالسائل أو استخدام مضخة ثانوية حتى يتم إزالة كل الهواء من خط الشفط وغلاف المضخة.

ومع ذلك، تميل المضخات ذات الإزاحة الإيجابية إلى أن يكون لها إحكام غلق كافٍ بين الأجزاء المتحركة والغلاف أو هيكل المضخة بحيث يمكن وصفها بأنها ذاتية التحضير . يمكن أن تعمل هذه المضخات أيضًا كمضخات تحضير ، وهي تسمى كذلك عندما تُستخدم لتلبية تلك الحاجة لمضخات أخرى بدلاً من الإجراء الذي يتخذه المشغل البشري.

كان أحد أنواع المضخات الشائعة في جميع أنحاء العالم هو مضخة المياه التي تعمل باليد، أو "مضخة الإبريق". كانت تُركَّب عادةً فوق آبار المياه المجتمعية في الأيام التي سبقت إمدادات المياه عبر الأنابيب.

في أجزاء من الجزر البريطانية، كان يُطلق عليها غالبًا مضخة الرعية . ورغم أن مثل هذه المضخات المجتمعية لم تعد شائعة، إلا أن الناس ما زالوا يستخدمون تعبير مضخة الرعية لوصف مكان أو منتدى حيث تتم مناقشة الأمور ذات الاهتمام المحلي. ^[37]

نظرًا لأن المياه من مضخات الإبريق تُسحب مباشرة من التربة، فهي أكثر عرضة للتلوث. إذا لم تتم تصفية هذه المياه وتنقيتها، فقد يؤدي استهلاكها إلى الإصابة بأمراض الجهاز الهضمي أو غيرها من الأمراض المنقولة بالمياه. ومن الحالات الشهيرة تفشي وباء الكوليرا في شارع برود عام 1854. في ذلك الوقت لم يكن معروفًا كيف تنتقل الكوليرا، لكن الطبيب جون سنو اشتبه في تلوث المياه وأزال مقبض المضخة العامة التي اشتبه في أنها تسببت في المرض؛ ثم هدأ تفشي المرض.

تعتبر المضخات اليدوية الحديثة للمجتمعات المحلية الخيار الأكثر استدامة ومنخفض التكلفة لتوفير المياه الآمنة في البيئات الفقيرة بالموارد، وغالبًا في المناطق الريفية في البلدان النامية. تفتح المضخة اليدوية الوصول إلى المياه الجوفية العميقة التي غالبًا ما تكون غير ملوثة، كما تعمل على تحسين سلامة البئر من خلال حماية مصدر المياه من الدلاء الملوثة. تم تصميم المضخات مثل مضخة أفريديف بحيث تكون رخيصة البناء والتركيب، وسهلة الصيانة بأجزاء بسيطة. ومع ذلك، فإن ندرة قطع الغيار لهذا النوع من المضخات في بعض مناطق أفريقيا قللت من فائدتها في هذه المناطق.

لقد شهدت تطبيقات الضخ متعدد المراحل، والتي يشار إليها أيضًا باسم الضخ ثلاثي المراحل، نموًا بسبب زيادة نشاط حفر النفط. بالإضافة إلى ذلك، فإن اقتصاديات الإنتاج متعدد المراحل جذابة للعمليات الأولية لأنها تؤدي إلى تركيبات أبسط وأصغر في الحقل، وتكاليف معدات أقل ومعدلات إنتاج محسنة. في الأساس، يمكن للمضخة متعددة المراحل استيعاب جميع خصائص تدفق السوائل بقطعة واحدة من المعدات، والتي لها بصمة أصغر. غالبًا ما يتم تركيب مضختين متعددتي المراحل أصغر حجمًا في سلسلة بدلاً من وجود مضخة ضخمة واحدة فقط.

مضخة دوارة ديناميكية ذات عمود واحد تتطلب مانعين ميكانيكيين، تستخدم هذه المضخة مروحة محورية من النوع المفتوح. غالبًا ما يطلق عليها اسم مضخة بوسيدون ، ويمكن وصفها بأنها مزيج بين الضاغط المحوري والمضخة الطاردة المركزية.

تتكون المضخة ذات اللولب المزدوج من برغيين متشابكين يحركان السائل المضخوخ. غالبًا ما تُستخدم المضخات ذات اللولب المزدوج عندما تحتوي ظروف الضخ على كسور حجمية عالية من الغاز وظروف مدخل متقلبة. يلزم وجود أربعة أختام ميكانيكية لإغلاق العمودين.

عندما لا يكون تطبيق الضخ مناسبًا لمضخة الطرد المركزي، يتم استخدام مضخة تجويف تدريجي بدلاً من ذلك. ^[38] مضخات تجويف تدريجي هي أنواع ذات لولب واحد تستخدم عادةً في الآبار الضحلة أو على السطح. تُستخدم هذه المضخة بشكل أساسي في التطبيقات السطحية حيث قد يحتوي السائل المضخوخ على كمية كبيرة من المواد الصلبة مثل الرمل والأوساخ. تزداد الكفاءة الحجمية والكفاءة الميكانيكية لمضخة تجويف تدريجي مع زيادة لزوجة السائل. ^[38]

هذه المضخات هي في الأساس مضخات طرد مركزي متعددة المراحل وتستخدم على نطاق واسع في تطبيقات آبار النفط كطريقة للرفع الاصطناعي. وعادة ما يتم تحديد هذه المضخات عندما يكون السائل المضخ سائلاً بشكل أساسي.

خزان التخزين المؤقت يتم تركيب خزان التخزين المؤقت غالبًا في اتجاه مجرى فوهة شفط المضخة في حالة تدفق السائل . يعمل خزان التخزين المؤقت على كسر طاقة السائل، وتنعيم أي تقلبات في التدفق الوارد، ويعمل كمصيدة للرمال.

كما يشير الاسم، يمكن أن تواجه المضخات متعددة المراحل وأختامها الميكانيكية اختلافًا كبيرًا في ظروف الخدمة مثل تغيير تركيبة سائل العملية واختلافات درجات الحرارة وضغوط التشغيل العالية والمنخفضة والتعرض للوسائط الكاشطة/التآكلية. ويتمثل التحدي في اختيار ترتيب الأختام الميكانيكية المناسب ونظام الدعم لضمان أقصى عمر للأختام وفعاليتها الإجمالية. ^{[39] [40] [41]}

يتم تصنيف المضخات عادةً حسب القدرة الحصانية ومعدل التدفق الحجمي وضغط المخرج بالأمتار (أو الأقدام) من الرأس وشفط المدخل بالأقدام (أو الأمتار) من الرأس. يمكن تبسيط الرأس على أنه عدد الأقدام أو الأمتار التي يمكن للمضخة رفع أو خفض عمود من الماء عند الضغط الجوي .

من وجهة نظر التصميم الأولية، يستخدم المهندسون غالبًا كمية تسمى السرعة المحددة لتحديد نوع المضخة الأكثر ملاءمة لمزيج معين من معدل التدفق والضغط. يعد رأس الشفط الإيجابي الصافي (NPSH) أمرًا بالغ الأهمية لأداء المضخة. له جانبان رئيسيان: 1) NPSHr (مطلوب): الضغط المطلوب لتشغيل المضخة دون مشاكل التجويف. 2) NPSHa (متاح): الضغط الفعلي الذي يوفره النظام (على سبيل المثال، من خزان علوي). للتشغيل الأمثل للمضخة، يجب أن يتجاوز NPSHa دائمًا NPSHr. وهذا يضمن أن المضخة لديها ضغط كافٍ لمنع التجويف، وهي حالة ضارة.

تزيد الطاقة الممنوحة للسائل من طاقة السائل لكل وحدة حجم. وبالتالي فإن علاقة الطاقة تكون بين تحويل الطاقة الميكانيكية لآلية المضخة وعناصر السائل داخل المضخة. وبشكل عام، يتم التحكم في ذلك من خلال سلسلة من المعادلات التفاضلية المتزامنة، والمعروفة باسم معادلات نافير-ستوكس . ومع ذلك، يمكن استخدام معادلة أكثر بساطة تتعلق فقط بالطاقات المختلفة في السائل، والمعروفة باسم معادلة برنولي . ومن ثم فإن الطاقة، P، المطلوبة من المضخة:

${\displaystyle P={\frac {\Delta pQ}{\eta }}}$

حيث Δp هو التغير في الضغط الكلي بين المدخل والمخرج (بالباسكال)، وQ، معدل التدفق الحجمي للسائل م ³ /ثانية. قد يكون للضغط الكلي مكونات جاذبية وضغط ثابت وطاقة حركية ؛ أي أن الطاقة موزعة بين التغير في طاقة الوضع الجاذبية للسائل (صعودًا أو هبوطًا)، أو التغير في السرعة، أو التغير في الضغط الثابت. η هي كفاءة المضخة، ويمكن أن تعطى من خلال معلومات الشركة المصنعة، مثل شكل منحنى المضخة، وعادة ما يتم اشتقاقها إما من محاكاة ديناميكا الموائع (أي حلول لـ Navier-Stokes لهندسة المضخة المعينة)، أو عن طريق الاختبار. تعتمد كفاءة المضخة على تكوين المضخة وظروف التشغيل (مثل سرعة الدوران وكثافة المائع واللزوجة وما إلى ذلك).

${\displaystyle \Delta p={(v_{2}^{2}-v_{1}^{2}) \over 2}+\Delta zg+{\Delta p_{\mathrm {static} } \over \rho }}$

بالنسبة لتكوين "الضخ" النموذجي، يتم نقل العمل إلى السائل، وبالتالي يكون موجبًا. بالنسبة للسائل الذي ينقل العمل إلى المضخة (أي التوربين )، يكون العمل سالبًا. يتم تحديد الطاقة المطلوبة لتشغيل المضخة عن طريق قسمة طاقة الخرج على كفاءة المضخة. علاوة على ذلك، يشمل هذا التعريف المضخات التي لا تحتوي على أجزاء متحركة، مثل السيفون .

تُعرَّف كفاءة المضخة بأنها نسبة الطاقة التي تمنحها المضخة للسائل فيما يتعلق بالطاقة المزودة لتشغيل المضخة. ولا يتم تحديد قيمتها بشكل ثابت لمضخة معينة، فالكفاءة هي دالة على التفريغ وبالتالي رأس التشغيل أيضًا. بالنسبة للمضخات الطاردة المركزية، تميل الكفاءة إلى الزيادة مع معدل التدفق حتى نقطة منتصف النطاق التشغيلي (كفاءة الذروة أو أفضل نقطة كفاءة (BEP)) ثم تنخفض مع ارتفاع معدلات التدفق بشكل أكبر. عادةً ما يتم توفير بيانات أداء المضخة مثل هذه من قبل الشركة المصنعة قبل اختيار المضخة. تميل كفاءة المضخة إلى الانخفاض بمرور الوقت بسبب التآكل (على سبيل المثال زيادة الخلوص مع تقلص حجم المكره).

عندما يتضمن النظام مضخة طرد مركزي، فإن إحدى القضايا التصميمية المهمة هي مطابقة خاصية فقدان التدفق مع المضخة بحيث تعمل عند نقطة كفاءتها القصوى أو بالقرب منها.

كفاءة المضخة هي جانب مهم ويجب اختبار المضخات بانتظام. اختبار المضخة بالديناميكية الحرارية هو إحدى الطرق.

تتطلب معظم المضخات الكبيرة حدًا أدنى للتدفق، والذي قد تتلف المضخة تحته بسبب ارتفاع درجة الحرارة أو تآكل المكره أو الاهتزاز أو فشل الختم أو تلف عمود الدفع أو ضعف الأداء. ^[42] يضمن نظام حماية الحد الأدنى للتدفق عدم تشغيل المضخة بأقل من معدل التدفق الأدنى. يحمي النظام المضخة حتى إذا كانت مغلقة أو متوقفة عن العمل، أي إذا كان خط التفريغ مغلقًا تمامًا. ^[43]

أبسط نظام تدفق أدنى هو أنبوب يمتد من خط تصريف المضخة إلى خط الشفط. تم تجهيز هذا الخط بلوحة فتحة بحجم يسمح بمرور الحد الأدنى من تدفق المضخة. ^[44] يضمن الترتيب الحفاظ على الحد الأدنى من التدفق، على الرغم من أنه مضيعة لأنه يعيد تدوير السائل حتى عندما يتجاوز التدفق عبر المضخة الحد الأدنى من التدفق.

يشتمل النظام الأكثر تطورًا، ولكن الأكثر تكلفة (انظر الرسم التخطيطي) على جهاز قياس التدفق (FE) في تصريف المضخة والذي يوفر إشارة إلى وحدة تحكم التدفق (FIC) التي تعمل على تشغيل صمام التحكم في التدفق (FCV) في خط إعادة التدوير. إذا تجاوز التدفق المقاس الحد الأدنى للتدفق، فسيتم إغلاق صمام التحكم في التدفق (FCV). إذا انخفض التدفق المقاس عن الحد الأدنى للتدفق، فسيتم فتح صمام التحكم في التدفق (FCV) للحفاظ على الحد الأدنى لمعدل التدفق. ^[42]

مع إعادة تدوير السوائل، تزيد الطاقة الحركية للمضخة من درجة حرارة السائل. بالنسبة للعديد من المضخات، يتم تبديد طاقة الحرارة المضافة هذه من خلال الأنابيب. ومع ذلك، بالنسبة للمضخات الصناعية الكبيرة، مثل مضخات خطوط أنابيب النفط، يتم توفير مبرد إعادة تدوير في خط إعادة التدوير لتبريد السوائل إلى درجة حرارة الشفط الطبيعية. ^[45] بدلاً من ذلك، يمكن إعادة السوائل المعاد تدويرها إلى المنبع من مبرد التصدير في مصفاة نفط أو محطة نفط أو منشأة بحرية .

• رابطة مصنعي المضخات الأسترالية. الدليل الفني للمضخات الأسترالية ، الطبعة الثالثة. كانبيرا: رابطة مصنعي المضخات الأسترالية، 1987. ISBN 0-7316-7043-4 . 
• هيكس، تايلر جي. وثيودور دبليو إدواردز. هندسة تطبيقات المضخات . شركة ماكجرو هيل للكتب. 1971. رقم ISBN 0-07-028741-4 
• كاراسيك، إيغور ، محرر (2007). دليل المضخة (الطبعة الرابعة). ماكجرو هيل. رقم ISBN 9780071460446.
• روبينز، إل بي، "أنظمة ضغط المياه المصنوعة منزليًا". مجلة العلوم الشعبية ، فبراير 1919، الصفحات 83-84. مقال عن كيفية تمكن صاحب المنزل من بناء نظام مياه منزلي مضغوط بسهولة ولا يستخدم الكهرباء.