تعريف المضخة
هي جهاز يستخدم لرفع السائل من مصادر الأرض إلى السطح العلوي أو لنقله من مكان إلى آخر، ومن حيث المبدأ تعمل المضخات بآلية دورانية ترددية تستهلك الطاقة أثناء أداء العمل الميكانيكي المتمثل بنقل السوائل، ويكون ذلك من خلال العديد من موارد الطاقة التي تشمل التشغيل اليدوي والكهرباء والمحرك وطاقة الرياح وغيرها، وللمضخات العديد من الاستخدامات بدءًا من الحياة اليومية إلى التطبيقات الصناعية.[1]
انواع المضخات واستخداماتها
تنقسم المضخات الى نوعين رئيسيين، المضخات الديناميكية ومضخات الازاحة:[2]
المضخات الديناميكية
تشمل أنواع المضخات الديناميكية على:
- مضخات الطرد المركزي: يعد هذا النوع من المضخات أحد أكثر الأنواع شيوعًا في العالم، وتمتاز بأنها قوية وفعالة إضافة إلى سعرها المنخفض الى حد ما، ويتمثل عملها بزيادة ضغط السائل من مدخل المضخة إلى مخرجها ما يؤدي إلى دفع السائل، وتنتج هذه المضخات تعزيزًا للقوة عن طريق نقل الطاقة الميكانيكية من المحرك الكهربائي إلى السائل عبر الريش الدوارة، كما تعمل قوة الطرد المركزي على زيادة سرعة السائل.
- مضخات الطرد المركزي العمودية: تحتوي هذه المضخات على محور موجه عموديًا، وتعرف أيضًا بمضخات التدفق الرأسي (cantilever pumps)، وتتميز بتصميمها الذي يسمح لها بأن تكون داخل حجم السائل كاملًا، ويعد هذا النوع من المضخات مثاليًا للاستعمال في المنزل والقطاعات المدنية، خصوصًا مضخات الغسيل وانظمة معالجة المياه.
- مضخات الطرد المركزي الأفقية: يعد الاختلاف الأكثر وضوحًا في هذا النوع من المضخات هو اتجاه العمود حيث يكون في وضع أفقي، ويكون عادةً بين المحامل أو فوقها، ويمتاز هذا النوع بتوفير كفاءة تشغيلية ممتازة، وتعدد استخداماتها عندما يتعلق الأمر بالضغوط وتدفق السائل، ومن جهة أخرى، تأخذ مضخة الطرد المركزي الأفقية مساحة أكبر نسبيًا، كما تكون درجة حرارة العمل والضغط أقل فيها مقارنة بالبدائل الرأسية.
- المضخات الغاطسة: تعرف هذه المضخات أيضًا بمضخات مياه الأمطار ومضخات الصرف الصحي، وتشتمل تطبيقاتها بشكل أساسي على خدمات البناء، والاستعمالات المنزلية والصناعية والتجارية وعمليات إعادة تدوير مياه الأمطار.
- مضخات إطفاء الحريق: تتميز هذه المضخات بأنها عالية القوة، وتهدف بشكل أساسي إلى تعزيز قدرة مكافحة الحرائق عن طريق زيادة القوة داخل خراطيم المياه، وتشمل تطبيقات هذا النظام الري ونقل المياه.
مضخات الإزاحة الجانبية
وتشمل أنواعها على:
- المضخات التمعجية: تسمى هذه المضخات أيضًا بالمضخات الأنبوبية، وهي واحدة من مضخات الإزاحة الإيجابية، ويستعمل هذا النوع في عمليات معالجة الصناعات الكيميائية والغذائية ومعالجة المياه، حيث تعمل على تدفق المواد بشكل مستقر للقياس والمزج، كما يمكنها ضخ مجموعة متنوعة من السوائل وجميع أنواع المواد الكيميائية.
- مضخات الفص: يمكن لهذا النوع من المضخات التعامل مع السوائل عالية السماكة والمواد الصلبة دون الإضرار بها، ويُذكر أن عمل هذا النوع من المضخات مرتبط بعمل مضخات التروس، إذا صُرف النظر عن الفصوص التي لا تتلامس مع بعضها البعض، بالإضافة إلى أنها تتضمن غرف ضخ ممتازة مقارنة بمضخات التروس، وتمتلك هذه المضخات خصائص مختلفة مثل الكفاءة العالية الممتازة، ومقاومة الصدأ، والصفات الصحية والموثوقية.
- مضخات المكبس: يستجيب المحرك عالي القوة في هذا النوع من المضخات من خلال المكبس، وتشمل تطبيقاتها على الري وفي الأعمال التي تتطلب ضغطًا عاليًا وأنظمة توصيل لنقل بعض المواد مثل الشوكولاتة أوالطلاء وغيرها.
- مضخات الحجاب الحاجز: تعرف هذه المضخات باسم المضخات الغشائية، وهي من الأنواع الأكثر شيوعًا من فئة مضخات الإزاحة الإيجابية، وفيها تعتمد عملية الضخ عل مجموعة من العمل الترددي للحجاب الحاجز المصنوع من البلاستيك الحراري أو المطاط مع الصمامات المقابلة (الصمامات الكروية، وصمامات الرفرفة، وصمامات الفراشة أو أي نوع آخر) على جانبي الحجاب الحاجز، ويندرج تحت هذا النوع مضخات أغشية تعمل بالهواء(Airoperated diaphragms "AOD") ، ومضخات تعمل بالهواء المضغوط (Air operated double- "AODD" diaphragms)، وتشمل تطبيقات هذه المضخات بشكل أساسي على التطبيقات المستمرة مثل المصانع العامة والصناعية والتعدين، كما تستخدم مضخات "AOD" بشكل خاص في الأماكن التي لا تتوفر بها مصادر الطاقة وفي نقل المواد الكيميائية وتصنيع الأغذية ومناجم الفحم تحت الارض، حيث تتضمن هذه المضخات غشاءين يتم تشغيلهما بالهواء المكثف، ثم يوجه الهواء بواسطة صمام النقل بالتناوب نحو الحجاب الحاجز؛ حيث يحتوي كل غشاء على مجموعة من الكرات أو صمامات الفحص، ومنها ما يتطلب غشاء مفتوح واحد أو أكثر لضخ السوائل على كلا الجانبين، حيث ينحني الغشاء مرة أخرى ويتغير الحجم.
- مضخات التروس: تعد هذه المضخات من أكثر مضخات الإزاحة الإيجابية انتشارًا، حيث تستخدم هذه المضخات المدمجة عالية الضغط والانكماش والتمدد لتحريك السوائل بمعدل ثابت يضاهي بعض أنواع المضخات الأخرى، وعلاوة على ذلك تستطيع هذه المضخات الضخ بقوة عالية للسوائل عالية السماكة بكفاءة.
أشهر أعطال المضخات
تتمثل أشهر أعطال المضخات على:[3]
- التكهف أو التجويف: ينتج بسبب الضغط غير الكافي عند طرف السحب للمضخة أو رأس السحب الإيجابي الصافي المتاح (NPSHa) مما يتسبب في تحول السائل في المضخة إلى بخار عند ضغط منخفض، وينتج عن ذلك فقاعات هواء تنفجر مع تحرك السائل من جانب السحب إلى جانب التوصيل، بعدها يولد انفجار فقاعة الهواء موجة صدمة تضغط على الأسطح الداخلية للمضخات مما يؤدي إلى حدوث اهتزازات وأضرار ميكانيكية، ويمكن أن يؤدي في النهاية إلى حدوث عطل، وعندما يتكرر حدوث ذلك يمكن أن يتسبب التجويف في حدوث تنقّر وكسور في شفرات المروحة والغلاف مما يؤدي إلى إضعاف المعدن، وزيادة مقاومة التدفق وتقليل كفاءة الضخ.
- التآكل: ينتج التآكل في المضخات عن تفاعل كيميائي بين المعدن والسائل الذي يتم ضخه، ويمكن أن يتسبب هذا التفاعل في حدوث تآكل موحد للأسطح الرطبة، والذي يوجد في الغالب في المضخات المصنوعة من مواد الفولاذ غير المقاوم للصدأ، أو التآكل الموضعي لجزء صغير من المكونات، والذي يحدث بشكل شائع عندما تلتصق طبقات الأكسيد بالسطح وتخمله، وعندما يحدث التآكل يمكن أن يتأثر أداء المضخة وكفاءتها مما يزيد من الحاجة إلى مزيد من الصيانة المتكررة والمزيد من التعطل، وإذا تركت دون علاج فقد يؤدي ذلك إلى الانهيار.
- الـ Fouling: يحدث هذا عندما تلتصق الجسيمات بالأسطح الداخلية للمضخة وفي خطوط التوزيع المتصلة بالمدخل أو التدفق الخارجي، وعند حدوث ذلك، تنخفض كفاءة الضخ وقدرة التدفق وقد تؤدي في النهاية إلى الفشل، وهذه المشكلة هي الأكثر انتشارًا في التطبيقات التي يحتوي فيها السائل الذي يتم ضخه على جزيئات، ومع ذلك، يمكن استخدام طرق تنظيف مختلفة للحفاظ على المضخة وتحسين الكفاءة والقدرة.