مضخات الطرد المركزي مقابل مضخات الإزاحة الموجبة: مقارنة مفصلة

التعامل مع اللزوجة والاستجابة للضغط والتطبيقات

مقارنة بين مضخات الطرد المركزي ومضخات الإزاحة الإيجابية بالتفصيل

الميزات	مضخات الطرد المركزي	مضخة الإزاحة الموجبة
الكفاءة	ذروة الكفاءة عند ذروة الكفاءة القصوى عند ذروة الكفاءة القصوى، متأثرة باللزوجة	يحافظ على كفاءة ثابتة، ويتعامل مع اللزوجة العالية
معالجة اللزوجة	التفوق مع اللزوجة المنخفضة، والمعاناة مع اللزوجة العالية	يكافح مع اللزوجة المنخفضة، ويتفوق مع اللزوجة العالية
الاستجابة للضغط	حساس للتغيرات في الضغط، ويكافح من أجل الاستقرار	يتعامل مع تغيرات الضغط بفعالية، ويوفر الثبات
التطبيقات	إمدادات المياه والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء والري	القياس، والأنظمة الهيدروليكية، ونقل المواد السميكة

تُستخدم المضخات في العديد من الصناعات بما في ذلك التصنيع والمستحضرات الصيدلانية. هناك نوعان رئيسيان من المضخات؛ مضخات الطرد المركزي ومضخات الإزاحة الإيجابية. عند الاختيار بين النوعين، من المهم ملاحظة أن مضخة الطرد المركزي تستخدم مضخة الطرد المركزي مضخة دافعة تدور حولها لتوليد طاقة حركية تزيد من سرعة السائل. وعلى العكس من ذلك، تسحب مضخة الإزاحة الموجبة السائل إلى تجويف ثم تدفعه للخارج من خلال الشفط. قُدر حجم سوق المضخات الصناعية العالمية بحوالي 70 مليار دولار أمريكي في عام 2020، ومن المتوقع أن يصل إلى 85-90 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2025. سيقدم لك منشور المدونة هذا مقارنة متعمقة بين هذين النوعين من المضخات مع تطبيقاتهما وميزاتهما الفريدة.

فيديو مرجعي

التعاريف ومبادئ العمل

مضخات الطرد المركزي

التعريف: جهاز ميكانيكي مصمم لتحريك الموائع عن طريق تحويل الطاقة الحركية الدورانية إلى طاقة هيدروديناميكية حيث تستخدم دافع دوار لزيادة سرعة المائع التي تتحول فيما بعد إلى ضغط.

مبدأ العمل: في هذا النوع من نظام المضخات؛ كما هو موضح أعلاه الرسم البياني الأيسر (1)، عندما يدخل السائل من خلال العين (2) بسبب دوران المحرك الكهربائي عالي السرعة الذي يحركه محرك كهربائي يضفي قوة طرد مركزي تدفع الماء إلى الخارج من خلال دوارات منحنية وبالتالي زيادة سرعته قبل دخوله إلى الغلاف الحلزوني أو قسم الناشر حيث يتحول التدفق عالي السرعة إلى رأس ضغط أعلى مما يؤدي إلى تصريف مستمر من منفذ المخرج (3).

مضخات الإزاحة الموجبة

التعريف: هي أجهزة ميكانيكية تقوم بتحريك السوائل عن طريق حبس حجم ثابت ثم دفعها إلى أنبوب التفريغ، أي تقنية دوارة أو ترددية؛ تستخدم الدوارة أجزاء متشابكة بينما تستخدم الترددية مكابس غطاسات غطاسات الخ.

مبدأ العمل: يتم سحب السائل إلى تجويف وإزاحته ميكانيكياً من هناك من خلال جانب التوصيل باستخدام وسائل معينة مثل فصوص التروس وما إلى ذلك، وعادة ما يشار إليها بالمضخات الدوارة ولكن عندما يتعلق الأمر بالمضخات الترددية فإنها تعمل عن طريق حبس كمية معينة من السائل داخل حجرة يتم دفعها للخارج إما بمكبس أو غشاء وبالتالي ضمان معدل تدفق موحد تقريباً حتى لو تغير الضغط. يمكن لمضخات الإزاحة الإيجابية التعامل مع السوائل عالية اللزوجة بسهولة وهي مناسبة أيضًا للاستخدام في ظروف الضغط المتغير.

مقارنة الكفاءة

مضخات الطرد المركزي

الكفاءة في ظروف مختلفة: لمضخة الطرد المركزي منحنى كفاءة يبلغ ذروته عند أفضل نقطة كفاءة (BEP). تمثل هذه النقطة المكان الذي تعمل فيه الماكينة بأكبر قدر من الفعالية. تنخفض الكفاءة بشكل كبير كلما ابتعدت عن نقطة أفضل كفاءة (BEP). تؤثر السوائل عالية اللزوجة على هذا النوع من الكفاءة سلبًا لأن السوائل الأكثر سمكًا تزيد من المقاومة وبالتالي تمنع الحفاظ على تدفقات أعلى.

العوامل التي تؤثر على الكفاءة: هناك العديد من العوامل التي تؤثر على مدى كفاءة عمل مضخات الطرد المركزي ولكن تصميم المكره هو العامل الرئيسي من بينها جميعًا لأنه إذا لم يتم ذلك بشكل صحيح يمكن أن يحدث فقدان للطاقة أثناء التشغيل بسبب تكوين تيار دوامي داخل الممرات المؤدية إلى التجاويف التي توجد فيها هذه الأجهزة؛ وبالمثل يجب الحفاظ على حالة التدفق السلس في جميع أنحاء محيط الدفاعات بحيث يجب أن تكون سرعة المضخة اعتبارًا آخر لأن السرعات العالية تسرع من تآكل التآكل الذي بدوره يقلل من الفعالية الكلية على المدى الطويل اعتمادًا على خصائص السائل الذي يريد المرء أن يعرفه - تؤثر الكثافة أيضًا على الأداء بشكل مباشر نظرًا لأن هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة لتحريك السوائل الأكثر كثافة بينما توفر السوائل الأكثر سمكًا مقاومة ضد التدفق

مضخات الإزاحة الموجبة

الكفاءة في ظل ظروف مختلفة

تتميز مضخات الإزاحة الموجبة بكفاءة ثابتة تقريباً في مختلف الظروف. يمكن أن تعمل هذه المضخات مع السوائل عالية اللزوجة بفعالية مما يجعلها مناسبة للاستخدام في التطبيقات التي تتضمن مواد ثقيلة مثل الزيوت والراتنجات. إنها لا تقدم معدل التدفق الثابت هذا في جميع الأوقات على عكس مضخات الطرد المركزي، فمضخة الإزاحة الموجبة تعطي دائمًا نفس كمية السائل على الرغم من أي تغيير في الضغط. تضمن هذه الخاصية أداءً لا مثيل له حتى لو كانت هناك تقلبات في الضغط.

العوامل التي تؤثر على الكفاءة

هناك العديد من الأشياء التي تحدد مدى كفاءة مضخة الإزاحة الموجبة. يلعب تصميم الحجرة وكذلك الدقة التي صُنعت بها الأجزاء المتحركة دورًا مهمًا في تحقيق هذه الغاية. تساعد المكونات المصممة جيدًا على تقليل التسربات الداخلية إلى أدنى حد ممكن، ومن ثم ضمان حدوث تفكك مناسب للسوائل داخلها. وقد تتأثر الكفاءة أيضًا بنوع السائل الذي يتم التعامل معه؛ حيث تعمل هذه الأجهزة بشكل أفضل مع السوائل ذات اللزوجة العالية بينما يكون أداؤها ضعيفًا عند التعامل مع السوائل ذات اللزوجة المنخفضة. يجب أيضًا إجراء الصيانة المنتظمة للحفاظ على تشغيلها على النحو الأمثل حيث يجب أن يصاحب التزييت الجيد دائمًا استبدال الأجزاء البالية في الوقت المناسب.

التعامل مع لزوجة السوائل المختلفة

مضخات الطرد المركزي

الأداء مع السوائل منخفضة اللزوجة

مضخات الطرد المركزي تأتي في مكانها عندما يتعلق الأمر بالسوائل منخفضة اللزوجة. ويرجع ذلك إلى تصميم المكره الذي يسمح بحركة سهلة دون مقاومة كبيرة من هذه السوائل تجاهها. عندما يتم ضخ الماء أو الزيوت الرقيقة باستخدام هذه الماكينة، فإنها تتدفق عبر النظام بسلاسة بسبب قلة الاحتكاك الناتج عن خفة الوزن وبالتالي تحافظ على كفاءة عالية طوال فترة التشغيل حتى لو حدثت تغيرات في السرعة بشكل متكرر على طول مسارها حتى عند نقطة الخروج حيث يحتاج الرأس إلى معظم الطاقة المدخلة في الحركة مرة أخرى قبل أن يغادر أنبوب المدخل على شكل قمع يؤدي بعيدًا عن أنبوب مخرج التفريغ المتصل في مكان ما بين الخزانات الممتلئة حتى مستوى السعة الذي تم تحقيقه بعد مرور بعض الوقت منذ بدء ملء الفراغ الذي خلفه الخزان المشغول سابقًا. يضمن السحب الاحتكاكي المنخفض للدافعة تحقيق معدل التدفق الأمثل في جميع الأوقات.

الأداء مع السوائل عالية اللزوجة

تنشأ المشكلة الرئيسية في مضخات الطرد المركزي عندما يتعين عليها التعامل مع سوائل عالية اللزوجة. في مثل هذه الأوقات، يزداد سمك السائل الذي يؤدي بدوره إلى ارتفاع مماثل في السحب الاحتكاكي الذي يعمل ضد دوران الدفاعات داخلها مما يسبب قدراً كبيراً من فقدان الطاقة وبالتالي يقلل من كفاءة المضخة إلى حد كبير بحيث لا يمكن أن تستمر معدلات التدفق ورؤوس الضغط المطلوبة من قبلها بعد الآن كما هو مطلوب لتلك الأنواع من السوائل في ظل تلك الظروف الخاصة حيث يلزم قوة أكبر للتحرك من خلال هذه الآلات مقابل المقاومة التي توفرها طبيعتها الثقيلة. يحدث هذا لأنه يجب القيام بمزيد من العمل عليها بسبب زيادة المقاومة التي تعادل ضخ الشراب أو الزيت السميك من خلال أنبوب ضيق مقابل أنبوب أرق بنفس القطر ولكن بطول أطول مملوء بالماء فقط مضخات الإزاحة الإيجابية

الأداء مع السوائل منخفضة اللزوجة

تجد مضخات الإزاحة الموجبة صعوبة في العمل مع السوائل منخفضة اللزوجة. يستلزم بناؤها حبس ودفع كميات ثابتة من السائل. إن رقة السوائل مثل الماء تجعلها تتخطى الأجزاء المتحركة بسهولة مما يؤدي إلى عدم الكفاءة حيث لا يمكن للمضخة الحفاظ على معدل تدفق ثابت. تعمل هذه الأجهزة بشكل أفضل عند استخدامها للمواد السميكة. يكون التسرب أكثر وضوحًا في السوائل الرقيقة مما يؤثر على الأداء الكلي.

الأداء مع السوائل عالية اللزوجة

مضخات الإزاحة الموجبة مصممة للاستخدام مع السوائل عالية اللزوجة. ويمكنها التعامل بكفاءة مع هذا النوع من المواد من خلال حصر وإزاحة كميات محددة في أي وقت معين طوال فترة تشغيلها كما هو موضح أدناه: تتدفق المواد عالية اللزوجة مثل الزيوت أو الراتنجات بسلاسة من خلال مضخة الإزاحة الإيجابية لأنها تتمتع دائمًا بسرعة متساوية تقريبًا بغض النظر عن التغيرات التي تحدث حولها أثناء مرحلة تغيرات الضغط حيث قد تفشل الأنواع الأخرى في القيام بذلك خاصةً إذا تم تصميمها بمفردها دون نظام احتياطي يضمن استمرار الإمداد حتى عند فشل وحدة واحدة أثناء فترة الصيانة تغيرات الضغط

استقرار الضغط

تواجه مضخات الطرد المركزي مشاكل في الحفاظ على استقرار الضغط. فالسرعة التي تدور بها المكره تحدد ناتج الضغط. وأي تغيير في السرعة يؤدي إلى تغيرات مقابلة في الضغط. هذا الافتقار إلى الثبات يمكن أن يسبب مشاكل للصناعات التي تحتاج إلى تحكم دقيق في الضغط أثناء عمليات وعمليات معينة. وبالتالي، فإن مثل هذه الصناعات غالبا ما تبحث عن بدائل لمضخات الطرد المركزي عندما يتعلق الأمر بضمان استقرار أو ثبات الضغط.

مضخات الإزاحة الموجبة

الاستجابة لتغيرات الضغط

مضخات الإزاحة الموجبة جيدة في الاستجابة لتغيرات الضغط. تحافظ هذه الآلات على معدل تدفق ثابت تقريباً بغض النظر عن مدى تغير الضغط. ما يحدث هو أنها تضمن دائمًا دفع حجم السائل المحبوس للخارج بشكل منتظم. ولهذا السبب، تعمل مضخات الإزاحة الموجبة بشكل أفضل في حالة وجود تقلبات متكررة في الضغط.

استقرار الضغط

تضمن مضخات الإزاحة الإيجابية مستويات أفضل أو أعلى من الاستقرار فيما يتعلق بالضغوط. وهي تفعل ذلك من خلال حبس السوائل وإزاحتها ميكانيكيًا وبالتالي تعطي ناتجًا ثابتًا من السوائل المضغوطة، ولا تؤثر لزوجة وكثافة السائل الذي يتم ضخه على أدائها، ولهذا السبب فإن مضخة الإزاحة الإيجابية المقصودة هي المفضلة لدى العديد من الصناعات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في أنواع مختلفة من السوائل في ظل ظروف مختلفة.

التطبيقات النموذجية

مضخات الطرد المركزي

الاستخدامات الشائعة

يرجع النطاق الواسع من التطبيقات التي تخدمها مضخات الطرد المركزي إلى قدرتها على التعامل مع السوائل منخفضة اللزوجة بكفاءة. وهي مناسبة للاستخدام في أنظمة إمدادات المياه لأنها تستطيع نقل كميات كبيرة من المياه دون إهدار الطاقة. وتعتمد أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء على هذه الأجهزة لتدوير المياه والحفاظ على إعدادات درجة الحرارة داخل المباني، كما أن أنظمة الري تجدها مفيدة أيضًا لأنها توفر معدلات تدفق عالية ضرورية للتوزيع المتساوي على الحقول الزراعية الشاسعة.

أمثلة على الصناعة

تعتمد مختلف القطاعات اعتمادًا كبيرًا على مضخات الطرد المركزي في العمليات اليومية، وتستخدم المصانع الكيميائية هذه الآلات على نطاق واسع عند نقل المواد الكيميائية من مكان إلى آخر، وفي مصانع معالجة الأغذية حيث يلزم نقل السوائل الرقيقة مثل العصائر والحليب وغيرها، وتدخل قوة الطرد المركزي في الغالب، كما تعتمد صناعة النفط والغاز على هذه المعدات لنقل المنتجات البترولية وإدارة المصافي أيضًا، كما تقوم البلديات بتركيبها في محطات معالجة المياه سواء لأغراض إدارة مياه الصرف الصحي.

مضخات الإزاحة الموجبة

الاستخدامات الشائعة

تُستخدم مضخات الإزاحة الموجبة في المواقف التي تتطلب التحكم الدقيق في التدفق خاصةً عند التعامل مع السوائل عالية اللزوجة، وتعمل هذه النوعية من الآلات بشكل رائع أثناء تطبيقات القياس/المقاييس لأنها يمكن أن توفر كميات دقيقة من السائل بشكل ثابت، وتستخدم الأنظمة الهيدروليكية هذا النوع من المضخات لتوليد الضغوط العالية اللازمة لتشغيل أنواع مختلفة من الآلات، وتفضل الصناعات التي تتعامل مع نقل المواد السميكة مثل الراتنجات والزيوت والعصائر وغيرها مضخة الإزاحة الموجبة نظرًا لموثوقية الكفاءة التي تظهرها هذه الأجهزة عند التعامل مع هذه المواد.

أمثلة على الصناعة

في شركات تصنيع المستحضرات الصيدلانية، تلعب المضخات دورًا مهمًا في ضمان إعطاء المكونات النشطة للأدوية بشكل صحيح، ولن تتمكن مصانع الدهانات والطلاءات من العمل بسلاسة بدونها لأنها تساعد على تحريك السوائل الثقيلة مثل الدهانات والورنيش وما إلى ذلك، وتحتاج مصانع تجهيز الأغذية إلى هذه الوحدات خاصة خطوط إنتاج عجين الشوكولاتة والعسل، وتجد صناعات مستحضرات التجميل أنه من الضروري وجود كريمات مستحضرات الترطيب الهلامية المصنعة باستخدام مضخات الإزاحة الإيجابية لمعدلات تدفق ثابتة.

فكر في المتطلبات والميزات المحددة للتطبيق عند اختيار المضخة. بالنسبة لحالات التدفق العالي واللزوجة المنخفضة يمكن أن تكون مضخات الطرد المركزي مفيدة. تعمل مضخات الإزاحة الإيجابية بشكل أفضل مع السوائل عالية اللزوجة والتطبيقات التي تتطلب معدلات تدفق ثابتة. معرفة هذه الفروق تساعد في الاختيار المناسب للمضخات التي بدورها تزيد من الكفاءة والموثوقية أثناء العمليات الصناعية.