مضخة لولبية

المضخة اللولبية هي مضخة إزاحة موجبة تستخدم لولبًا واحدًا أو عدة لوالب لنقل المواد الصلبة أو السوائل على طول محور اللولب (اللولبين).

تُعدّ المضخة اللولبية أقدم أنواع مضخات الإزاحة الموجبة. ^{[ 1 ]} تعود أولى السجلات التي تُشير إلى مضخة لولبية، أو مضخة لولبية، إلى مصر القديمة قبل القرن الثالث قبل الميلاد. ^{[ 1 ] [ 2 ]} كانت المضخة اللولبية المصرية، المستخدمة لرفع المياه من نهر النيل ، تتكون من أنابيب ملفوفة حول أسطوانة؛ ومع دوران الوحدة بأكملها، تُرفع المياه داخل الأنبوب الحلزوني إلى مستوى أعلى. وفي تصميم لاحق للمضخة اللولبية من مصر، كان هناك أخدود حلزوني محفور على السطح الخارجي لأسطوانة خشبية صلبة، ثم تُغطى الأسطوانة بألواح أو صفائح معدنية تُغطي الأسطح بين الأخاديد بإحكام. ^{[ 1 ]}

فسّرت ستيفاني دالي ^{[ 3 ]} نقشًا مسماريًا للملك الآشوري سنحاريب (704-681 قبل الميلاد) على أنه يصف صبّ مسابح مائية من البرونز قبل نحو 350 عامًا. ويتفق هذا مع ما ذكره الكاتب الكلاسيكي سترابو ، الذي وصف الحدائق المعلقة بأنها كانت تُروى بواسطة مسابح مائية. ^{[ 4 ]}

أُدخلت المضخة اللولبية لاحقًا من مصر إلى اليونان. ^{[ 1 ]} وقد وصفها أرخميدس ، ^{[ 5 ] : 242-251} بمناسبة زيارته لمصر ، حوالي عام 234  قبل الميلاد. ^{[ 6 ]} وهذا يشير إلى أن هذه الآلة كانت غير معروفة لليونانيين قبل العصر الهلنستي . ^{[ 5 ] : 242-251}

توجد ثلاثة أشكال رئيسية؛ في أبسطها ( مضخة أرخميدس اللولبية أو "اللولب المائي" )، يدور لولب واحد داخل تجويف أسطواني، فيحجز بفعل الجاذبية بعض المواد فوق جزء من اللولب كما لو كان مغرفة، وينقلها تدريجيًا على طول محور اللولب حتى تُفرغ من الأعلى. لا يزال هذا التصميم القديم يُستخدم في العديد من التطبيقات البسيطة، مثل أنظمة الري والآلات الزراعية لنقل الحبوب والمواد الصلبة الأخرى. أما الشكل الثاني فيعمل بطريقة مختلفة؛ إذ يضغط على جيب محصور من المواد مقابل لولب آخر. وهذا الشكل هو ما يُشار إليه عادةً في العصر الحديث بمصطلح "المضخة اللولبية". أما الشكل الثالث ( مضخة التجويف التدريجي أو المضخة اللولبية اللامركزية) فيضغط على جيب محصور من المواد مقابل جدران التجويف عن طريق تدوير اللولب بشكل لامركزي.

كغيرها من مضخات الإزاحة الموجبة، تعمل جميع أنواع المضخات اللولبية عن طريق حجز كمية من المادة ثم نقلها. وتتعدد طرق تشكيل اللولب أو التجويف لتحقيق هذه الوظيفة، وقد يصل عدد اللوالب العاملة معًا إلى عدة أنواع. يشير مصطلح "المضخة اللولبية" بشكل عام إلى جميع هذه الأنواع. إلا أن هذا التعميم قد يكون مضللًا، إذ يتجاهل أن لكل تكوين لولبي مزايا واعتبارات تصميمية مختلفة، مما يجعل كل نوع منها مناسبًا لحالات استخدام وأنواع مواد ومعدلات تدفق وضغوط متباينة.

يُعدّ تصميم المضخة اللولبية ثلاثية المحاور من أكثر التصاميم شيوعًا. تضغط ثلاثة محاور لولبية على بعضها لتشكيل جيوب من السائل المضخوخ في أخاديدها. ومع دوران المحاور في اتجاهين متعاكسين، يتحرك السائل المضخوخ على طول محاورها. لا يوجد فرق جوهري بين محورين أو ثلاثة أو أي عدد آخر من المحاور؛ فالجيوب تتشكل بغض النظر عن ذلك. يُستخدم ثلاثة محاور بدلًا من محورين لأن ذلك يسمح للمحور المركزي بتحمل ضغط متناظر من جميع الجهات. وهذا يضمن عدم دفع المحور المركزي جانبيًا، وعدم انحنائه، وبالتالي يُغني عن الحاجة إلى محامل شعاعية على المحور الرئيسي لامتصاص القوى الشعاعية. يمكن بعد ذلك تصميم المحورين الجانبيين كبكرات حرة الحركة مخفية داخليًا، يتم تزييتها بواسطة السائل المضخوخ نفسه، مما يُغني عن الحاجة إلى محامل على هذين المحورين. وهذا التصميم مرغوب فيه عادةً لأن موانع التسرب والمحامل في الآلات من أكثر أسباب الأعطال شيوعًا.

تُستخدم المضخات اللولبية ثلاثية المحاور في أغلب الأحيان لنقل السوائل اللزجة ذات الخصائص التشحيمية. وهي مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات مثل حقن الوقود ، ومواقد الزيت ، وتعزيز الضغط، والهيدروليكا ، والوقود، والتشحيم ، والتدوير، والتغذية، وضخ السوائل اللزجة عالية الضغط في المنشآت البحرية.

تتميز المضخات اللولبية بعدة مزايا مقارنةً بأنواع المضخات الأخرى. يتحرك السائل المضخوخ محوريًا دون اضطراب، مما يمنع تكون الرغوة التي قد تحدث في السوائل اللزجة. كما أنها قادرة على ضخ سوائل ذات لزوجة عالية دون فقدان معدل التدفق. بالإضافة إلى ذلك، فإن تغيرات فرق الضغط لا تؤثر بشكل كبير على المضخات اللولبية مقارنةً بأنواع المضخات الأخرى. كما أن حركة الدوران العكسي على محور الطاقة ضئيلة للغاية، ويكون تدفق السائل الناتج منتظمًا جدًا وخاليًا من التذبذبات.

• ضاغط لولبي دوار ، وهو ضاغط غاز مشابه للمضخة اللولبية.