ما هي المضخات الطاردة المركزية

ما هي المضخات الطاردة المركزية

المضخات الطاردة المركزية هي نوع شائع من المضخات التي تستخدم نقل الطاقة الدورانية من المكره لزيادة ضغط ومعدل تدفق السائل. تُستخدم هذه المضخات في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك إمدادات المياه والمعالجة الكيميائية والأسواق الصناعية. المكون الرئيسي للمضخة الطاردة المركزية هو المكره، وهو قرص دوار به ريش منحنية تخلق منطقة منخفضة الضغط عند مدخل المضخة ومنطقة عالية الضغط عند المخرج.

تشتهر المضخات الطاردة المركزية بتصميمها البسيط، الذي يتكون من غلاف حلزوني يضم الدافع ويوجه تدفق السائل من منفذ الشفط إلى منفذ التفريغ. يتم تثبيت الدافع على عمود يتم تشغيله بواسطة محرك كهربائي أو مصدر طاقة آخر. عندما يدور الدافع، فإنه ينقل الطاقة الحركية إلى السائل، والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى طاقة ضغط حيث يتدفق السائل عبر الغلاف الحلزوني وخارج منفذ التفريغ.

كيف تعمل المضخات الطاردة المركزية

تعمل المضخات الطاردة المركزية عن طريق تحويل الطاقة الميكانيكية للمكره الدوارة إلى طاقة حركية، والتي تستخدم بعد ذلك لضخ السوائل. والمكره، وهو أحد المكونات الرئيسية للمضخة، يتكون من ريش منحنية تدور بسرعة داخل غلاف المضخة. ومع دوران المكره، فإنه يخلق منطقة منخفضة الضغط في المنتصف، مما يسحب السوائل إلى المضخة من خلال منفذ الشفط.

يدخل السائل إلى عين المكره ويتم التقاطه بواسطة الريش الدوارة. وبينما يتحرك السائل للخارج على طول الريش، فإنه يكتسب سرعة وضغطًا. تدفع القوة الطاردة المركزية التي تولدها المكره الدوارة السائل عبر غلاف المضخة وإلى منفذ التفريغ، حيث يخرج من المضخة عند ضغط أعلى مما كان عليه عندما دخل.

تصميم المضخات الطاردة المركزية

يختلف تصميم المضخات الطاردة المركزية حسب التطبيق المحدد ونوع السائل الذي يتم ضخه. ومع ذلك، تتكون معظم المضخات الطاردة المركزية من مكونين رئيسيين:

شكل حلزوني

الحلزون عبارة عن غلاف حلزوني الشكل يحيط بالمكره. وظيفته الأساسية هي جمع السائل المفرغ من المكره وتوجيهه نحو منفذ التفريغ. تم تصميم الحلزون لزيادة مساحة المقطع العرضي تدريجيًا، مما يساعد على تحويل سرعة السائل إلى ضغط.

الناشر

في بعض تصميمات المضخات الطاردة المركزية، يتم استخدام موزع بدلاً من الحلزون. والناشر عبارة عن مجموعة من الريش الثابتة التي تحيط بالمكره. وبينما يتحرك السائل عبر الناشر، تعمل الريش على توجيه التدفق وتساعد في تحويل سرعة السائل إلى ضغط. تُستخدم الناشرات عادةً في المضخات الطاردة المركزية متعددة المراحل.

أجزاء المضخات الطاردة المركزية

تتكون المضخات الطاردة المركزية من عدة مكونات رئيسية تعمل معًا لضمان التشغيل الفعال والموثوق به:

المكره

المكره هو المكون الدوار للمضخة الذي يولد القوة الطاردة المركزية اللازمة لتحريك السائل. وهو يتكون من مجموعة من الريش المنحنية المصممة لسحب السائل إلى الداخل وتسريعه إلى الخارج. يمكن تصنيع المكره من مواد مختلفة، مثل الحديد الزهر أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو المواد المركبة، اعتمادًا على التطبيق ونوع السائل الذي يتم ضخه.

غلاف الناشر أو الحلزوني

الغلاف الموزع أو الحلزوني هو المكون الثابت الذي يحيط بالمكره. وظيفته الأساسية هي جمع السائل المفرغ من المكره وتوجيهه نحو منفذ التفريغ. يساعد الغلاف أيضًا في تحويل سرعة السائل إلى ضغط.

العمود وأكمام العمود

العمود هو المكون الدوار الذي يربط المكره بالمحرك. وهو مدعوم بمحامل ومحكم الغلق لمنع التسرب. غالبًا ما تُستخدم أكمام العمود لحماية العمود من التآكل والتآكل، وخاصة عند ضخ السوائل الكاشطة أو المسببة للتآكل.

رمان

تُستخدم المحامل لدعم العمود وضمان الدوران السلس. ويمكن أن تكون محامل كروية أو محامل كم، وذلك حسب التطبيق ومتطلبات الحمل.

الأختام الميكانيكية

تُستخدم الأختام الميكانيكية لمنع التسرب على طول العمود. وهي تتكون من سطحين متزاوجين، أحدهما ثابت والآخر دوار، يتم تثبيتهما معًا بواسطة ضغط الزنبرك. تُستخدم الأختام الميكانيكية على نطاق واسع في المضخات الطاردة المركزية نظرًا لموثوقيتها وقدرتها على التعامل مع مجموعة واسعة من السوائل والضغوط.

أنواع المضخات

هناك نوعان رئيسيان من المضخات: مضخات الإزاحة الإيجابية ومضخات الطرد المركزي. تعمل مضخات الإزاحة الإيجابية عن طريق تحريك كمية ثابتة من السائل فعليًا مع كل دورة، بينما تستخدم مضخات الطرد المركزي الطاقة الحركية للدافع الدوار لدفع السائل عبر المضخة.

مضخة الإزاحة الإيجابية

المضخات ذات الإزاحة الإيجابية هي نوع من المضخات التي تحرك السوائل عن طريق تغليف حجم ثابت بشكل متكرر وتحريكه ميكانيكيًا عبر النظام. تُستخدم عادةً في التطبيقات ذات الضغط العالي والتدفق المنخفض ويمكنها التعامل مع السوائل اللزجة. تشمل أمثلة المضخات ذات الإزاحة الإيجابية المضخات ذات التجويف التدريجي ومضخات الحجاب الحاجز ومضخات المحرك الهوائي.

مضخة طرد مركزي

• مضخات الطرد المركزي أحادية المرحلة:تحتوي هذه المضخات على مروحة واحدة وهي مناسبة تمامًا للتطبيقات ذات الضغط المنخفض إلى المتوسط. تُستخدم عادةً في إمدادات المياه والري والأسواق الصناعية.
• مضخات الطرد المركزي متعددة المراحل:تتميز هذه المضخات بوجود عدة مراوح متسلسلة، حيث تعمل كل مرحلة على زيادة ضغط السائل. تُستخدم المضخات متعددة المراحل عندما تكون هناك حاجة إلى ضغوط أعلى، كما هو الحال في إمداد الغلايات بالمياه وتطبيقات التنظيف ذات الضغط العالي.
• مضخات الطرد المركزي ذات التدفق المحوري:تُعرف هذه المضخات أيضًا باسم المضخات ذات المروحة، وهي ذات تصميم محوري حيث تدفع المروحة السائل على طول محور العمود. تُستخدم عادةً في التطبيقات ذات معدلات التدفق العالية ومتطلبات الضغط المنخفض، مثل التحكم في الفيضانات والري.
• مضخات الطرد المركزي ذات التدفق الشعاعي:في هذه المضخات، يدخل السائل إلى الدافع محوريًا ويتم تفريغه شعاعيًا، عموديًا على العمود. المضخات ذات التدفق الشعاعي مناسبة للتطبيقات ذات الضغط العالي ويمكنها التعامل مع مجموعة واسعة من السوائل، بما في ذلك السوائل النظيفة والمواد الكيميائية والماء الساخن.

مميزات المضخات الطاردة المركزية

1. تصميم بسيط:تحتوي المضخات الطاردة المركزية على أجزاء متحركة أقل مقارنة بمضخات الإزاحة الإيجابية، مما يجعلها أسهل في التصنيع والتشغيل والصيانة.
2. كفاءة عالية:يمكن لمضخات الطرد المركزي تحقيق كفاءة عالية، وخاصة عند تشغيلها عند أفضل نقطة كفاءة (BEP).
3. مجموعة واسعة من التطبيقات:تستطيع المضخات الطاردة المركزية التعامل مع مجموعة واسعة من السوائل، بما في ذلك الماء والمواد الكيميائية، وحتى بعض السوائل اللزجة.
4. منخفضة التكلفة:بسبب تصميمها البسيط وحجم إنتاجها المرتفع، تكون مضخات الطرد المركزي أقل تكلفة بشكل عام من أنواع المضخات الأخرى.
5. تدفق سلس:توفر مضخات الطرد المركزي تدفقًا ثابتًا وغير نابض، وهو أمر ضروري للعديد من التطبيقات.

عيوب المضخات الطاردة المركزية

1. رفع الشفط المحدود:تتمتع مضخات الطرد المركزي بقدرة رفع شفط محدودة، مما يعني أنه يجب وضعها بالقرب من مصدر السائل أو تتطلب التحضير.
2. كفاءة منخفضة في ظروف غير التصميم:تتمتع المضخات الطاردة المركزية بكفاءة عالية عند تشغيلها عند أفضل نقطة كفاءة (BEP). تنخفض الكفاءة بشكل كبير عند تشغيلها بمعدلات تدفق أو ضغوط بعيدة عن أفضل نقطة كفاءة (BEP).
3. غير مناسب للسوائل ذات اللزوجة العالية:لا تعتبر مضخات الطرد المركزي مناسبة لضخ السوائل ذات اللزوجة العالية، حيث أن زيادة مقاومة السوائل يمكن أن تقلل بشكل كبير من كفاءة المضخة وأدائها.
4. خطر التجويف:المضخات الطاردة المركزية معرضة للتجويف، والذي يحدث عندما ينخفض ضغط السائل إلى ما دون ضغط بخاره، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات بخار يمكن أن تؤدي إلى إتلاف المضخة.

المضخات الطاردة المركزية مقابل المضخات ذات الإزاحة الإيجابية

عامل	مضخات الطرد المركزي	مضخات الإزاحة الإيجابية
مبدأ التشغيل	يستخدم الطاقة الحركية لتحريك السوائل عن طريق تسريعها شعاعيًا إلى الخارج	تحريك السوائل عن طريق إزاحتها فعليًا باستخدام آلية ترددية أو دوارة
معدل التدفق	يوفر تدفقًا مستمرًا ومستقرًا؛ يختلف معدل التدفق وفقًا لضغط التفريغ	يوفر معدل تدفق ثابت بغض النظر عن ضغط التفريغ
كفاءة	كفاءة عالية للسوائل ذات اللزوجة المنخفضة؛ تنخفض الكفاءة مع زيادة اللزوجة	يحافظ على كفاءة عالية لكل من السوائل ذات اللزوجة المنخفضة والعالية
ضغط	يولد ضغطًا عاليًا؛ مناسب للتطبيقات ذات الضغط العالي	يولد ضغطًا عاليًا؛ مثالي للتطبيقات ذات الضغط العالي
التعامل مع السوائل	يتعامل مع السوائل النظيفة منخفضة اللزوجة مع القليل من المواد الصلبة؛ غير مناسب للسوائل الحساسة للقص	يتعامل مع مجموعة واسعة من السوائل، بما في ذلك السوائل اللزجة والحساسة للقص والسوائل الكاشطة
صيانة	متطلبات صيانة منخفضة بسبب التصميم البسيط والأجزاء المتحركة الأقل	متطلبات صيانة أعلى بسبب التصميم الأكثر تعقيدًا والأجزاء المتحركة
يكلف	تكلفة أولية أقل واستهلاك أقل للطاقة للتطبيقات منخفضة اللزوجة	تكلفة أولية أعلى ولكنها أكثر كفاءة في استخدام الطاقة للتطبيقات ذات اللزوجة العالية
التطبيقات الشائعة	إمدادات المياه والري وأنظمة التبريد وتغذية الغلايات والتطبيقات الصناعية العامة	المعالجة الكيميائية، والنفط والغاز، والأغذية والمشروبات، والمستحضرات الصيدلانية، وتطبيقات القياس

مضخات ANSI مقابل مضخات API

عامل	مضخات ANSI	مضخات API
طلب	الصناعة العامة، المعالجة الكيميائية، معالجة المياه	النفط والغاز والبتروكيماويات والمصافي
تصميم	أبعاد موحدة وأجزاء قابلة للتبديل	مُخصصة لتطبيقات محددة
ظروف التشغيل	درجات الحرارة والضغوط المعتدلة	درجات الحرارة العالية والضغوط ومعدلات التدفق
مواد	الحديد الزهر، الفولاذ المقاوم للصدأ، الحديد المطاوع	الفولاذ الكربوني، الفولاذ المقاوم للصدأ، دوبلكس، سبيكة 20
غرفة الختم	مساحة أصغر ومحدودة للأختام والخطط المسطحة	أكبر، يستوعب مختلف الأختام والخطط المتدفقة
كفاءة	كفاءة معتدلة بسبب التصميم الموحد	كفاءة أعلى بفضل التصميم المخصص
صيانة	صيانة أسهل بفضل الأجزاء القابلة للتبديل	صيانة أكثر تعقيدًا بسبب الأجزاء المخصصة
يكلف	انخفاض التكلفة الأولية وتكلفة قطع الغيار	تكلفة أولية أعلى وتكلفة قطع غيار أعلى

مضخة الطرد المركزي مقابل المضخة المركزية

عامل	مضخة طرد مركزي	مضخة مركزية
نقل الطاقة	يحول الطاقة الدورانية إلى طاقة حركية للسائل	يحول الطاقة الحركية للسائل إلى طاقة ضغط
تصميم المكره	ريش منحنية تدفع السائل للخارج من المركز	ريش مستقيمة توجه السائل إلى الداخل نحو المركز
تدفق السوائل	التدفق الشعاعي من المركز نحو الحافة الخارجية للمكره	التدفق المحوري من الحافة الخارجية نحو مركز المكره
توليد الضغط	يولد الضغط عن طريق زيادة سرعة السائل ثم تحويله إلى ضغط في الغلاف الحلزوني أو الناشر	يولد الضغط عن طريق تحويل سرعة السائل إلى ضغط مباشرة
التطبيقات	مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك إمدادات المياه، والمعالجة الكيميائية، والأسواق الصناعية	تطبيقات محدودة، خاصة في المجالات المتخصصة مثل الفضاء وبعض العمليات الصناعية
كفاءة	كفاءة أعلى بشكل عام بسبب التحويل الفعال للطاقة الدورانية إلى طاقة حركية سائلة	كفاءة أقل مقارنة بالمضخات الطاردة المركزية بسبب التحويل المباشر للطاقة الحركية إلى ضغط
صيانة	تصميم بسيط نسبيًا، وأسهل في الصيانة والإصلاح	تصميم أكثر تعقيدًا، ويتطلب صيانة وإصلاحًا متخصصين
يكلف	بشكل عام، تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة بسبب استخدامها على نطاق واسع وتصميمها البسيط	ارتفاع التكاليف المرتبطة بطبيعتها المتخصصة وتصميمها المعقد

تطبيقات المضخات الطاردة المركزية

1. إمدادات المياه ومعالجتها:تستخدم المضخات الطاردة المركزية عادة لضخ المياه في أنظمة إمدادات المياه البلدية والري ومحطات معالجة المياه.
2. أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء:تستخدم المضخات الطاردة المركزية في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء لتدوير الماء أو غيره من سوائل نقل الحرارة.
3. المعالجة الكيميائية:تستخدم مضخات الطرد المركزي لنقل المواد الكيميائية في مختلف صناعات المعالجة، مثل البتروكيماويات، والأدوية، وتجهيز الأغذية.
4. صناعة النفط والغاز:تستخدم مضخات الطرد المركزي في تطبيقات مختلفة في صناعة النفط والغاز، مثل نقل النفط الخام، وتعزيز خطوط الأنابيب، وأنظمة الحقن.
5. توليد الطاقة:تستخدم مضخات الطرد المركزي في محطات الطاقة لأنظمة مياه التغذية، ودوران مياه التبريد، ونقل المكثفات.

العوامل التشغيلية للمضخات الطاردة المركزية

خنق معدلات التدفق

يعد الخنق طريقة شائعة تستخدم للتحكم في معدل التدفق في أنظمة المضخات الطاردة المركزية. من خلال ضبط صمام التفريغ، يمكن تقليل معدل التدفق مع الحفاظ على سرعة ثابتة للمضخة. وهذا يسمح بمرونة أكبر في تلبية متطلبات الطلب المتغيرة. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي الخنق أيضًا إلى زيادة استخدام الطاقة وانخفاض كفاءة المضخة، خاصة عند التشغيل بعيدًا عن أفضل نقطة كفاءة للمضخة (BEP).

الرأس – منحنيات التدفق

منحنى تدفق الرأس هو تمثيل بياني لأداء مضخة الطرد المركزي، يوضح العلاقة بين إجمالي الضغط ومعدل التدفق. يختلف شكل منحنى تدفق الرأس حسب نوع المضخة وتصميم المكره وعوامل أخرى. قد يؤدي تشغيل المضخة بعيدًا جدًا عن أقصى كفاءة تشغيل لها إلى انخفاض الكفاءة وزيادة التآكل والتلف المحتمل لمكونات المضخة.

اللزوجة

تعتبر لزوجة السائل الذي يتم ضخه عاملاً حاسماً آخر في تشغيل مضخة الطرد المركزي. فمع زيادة لزوجة السائل، ينخفض أداء المضخة بسبب زيادة خسائر الاحتكاك وانخفاض سرعة التدفق. وعادةً ما تكون مضخات الطرد المركزي مناسبة للسوائل ذات اللزوجة المنخفضة إلى المتوسطة، مثل الماء والزيوت وبعض المواد الكيميائية.

قوة الحصان

تعتمد متطلبات القدرة الحصانية لمضخة الطرد المركزي على عوامل مثل معدل التدفق والضغط وكثافة السوائل وكفاءة المضخة. يعد اختيار مضخة ذات تصنيف القدرة الحصانية المناسب أمرًا بالغ الأهمية لضمان التشغيل الفعال وتجنب التحميل الزائد للمحرك. قد تكون هناك حاجة إلى قدرة حصانية إضافية عند ضخ السوائل عالية اللزوجة أو عند التشغيل بمعدلات تدفق وضغوط عالية. يمكن أن يساعد الحجم المناسب واختيار المضخة والمحرك في تحسين استخدام الطاقة وتقليل تكاليف الصيانة طوال عمر النظام.

الأسئلة الشائعة

لماذا لا تستطيع المضخات الطاردة المركزية التعامل مع الهواء؟

صُممت المضخات الطاردة المركزية لضخ السوائل، وليس الغازات. عندما يدخل الهواء إلى المضخة الطاردة المركزية، فقد يتسبب ذلك في فقدان المضخة للوقود الأساسي وتوقف الضخ. وذلك لأن الهواء يعطل التدفق المستمر للسائل عبر المضخة، مما يقلل من كفاءتها وأدائها.

هل مضخة الطرد المركزي تعمل بالتيار المتردد أم المستمر؟

يمكن تشغيل المضخات الطاردة المركزية إما بمحركات التيار المتردد أو المستمر. يعتمد الاختيار بين التيار المتردد والتيار المستمر على التطبيق المحدد وتوافر مصدر الطاقة ومتطلبات التحكم. تُستخدم محركات التيار المتردد بشكل أكثر شيوعًا بسبب بساطتها وموثوقيتها وتكلفتها المنخفضة، بينما توفر محركات التيار المستمر تحكمًا أفضل في السرعة وهي مناسبة للتطبيقات التي تعمل بالبطارية.