كفاءة المضخات مهمة في التطبيقات الصناعية. هذه الأنواع من المضخات مصممة لتحويل معظم طاقة الإدخال إلى قدرة توصيل وبالتالي خفض التكاليف وتحسين الأداء في المقابل. ولذلك، تصبح مقارنة مضخة التروس مقابل المضخة الفصية ضرورية لأي صناعة تبحث عن أفضل الحلول المناسبة. يضمن الاختيار الصحيح التحكم الدقيق في الضغط بالإضافة إلى المعالجة اللطيفة للسوائل أثناء مرورها. يجب أن يعرف المحترفون كيف يعمل كل واحد منهما بكفاءة مختلفة عن الآخر بمستويات صيانة فعالة وأين يمكن تطبيقها بشكل مناسب.
فهم مضخات التروس
التعريف والخصائص الأساسية
وتُعرف هذه المضخات أيضًا باسم Gerotor التي تستخدم ترسًا داخليًا مع تروس خارجية ذات هندسة خاصة بحيث يتلامس مكونان بشكل وثيق ولكن لا يتلامسان مع بعضهما البعض في جميع النقاط في وقت واحد وبالتالي تحقيق ضغط أعلى إلى جانب أداء أفضل مما قد يقدمه أي نوع آخر بمفرده أو معًا. ويمكنها قياس السوائل أو المواد اللزجة بدقة بسبب التشابك المثالي بين تروسها مما ينتج عنه حجم محدد لكل دورة تقوم بها.
كيف تعمل مضخات التروس
يتم نقل السوائل عن طريق مضخات التروس باستخدام تروس أو تروس دوارة؛ مما يؤدي إلى إحكام إغلاق السائل حول العنصر الدوار على غلاف المضخة وبالتالي التسبب في حدوث شفط عند نقطة دخوله. وبمجرد دخول السائل إلى الداخل يلتف حول التجاويف التي تشكلها الأسنان على الجانبين المتقابلين بينما يتم نقله ميكانيكياً نحو جانب التفريغ من خلال نفس مناطق الأسنان هذه التي تنتج معدل تدفق منتظم سلس يتناسب طردياً مع عدد الدورات التي تتم في كل وحدة زمنية.
أنواع مضخات التروس (الخارجية مقابل الداخلية)
توجد فئتان رئيسيتان هما الخارجية والداخلية.
- مضخات التروس الخارجية: يتكون هذا النوع بشكل أساسي من ترسين متطابقين يتشابكان مع بعضهما البعض مدعومين بأعمدة منفصلة. ولديها القدرة على تحمل ضغوط أعلى نسبيًا تصل إلى 7500 رطل في البوصة المربعة لأن دعامة العمود أكثر صلابة بسبب الحفاظ على تفاوتات أكثر دقة أثناء عملية التصنيع.
- مضخات التروس الداخلية: بها ترس يدور داخل ترس آخر مع اختلاف أحجامهما ولكنهما لا يزالان متشابكين معًا. هذه المضخات جيدة في امتصاص السوائل لأن قدرتها على الشفط عالية؛ خاصة تلك ذات اللزوجة العالية التي قد تتكسر بسهولة عند تعرضها لقوى القص مثل تلك التي تولدها هذه المضخات.
مزايا مضخات التروس
مناولة الضغط العالي
تتمتع مضخات التروس بالقدرة على توليد ضغوط عالية جدًا مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في الضغط. يمكن استخدامها حتى 7500 رطل في الثانية عند الضرورة.
تصميم مدمج
هذه الأنواع من المضخات صغيرة الحجم نسبيًا نظرًا لقلة الأجزاء المتحركة التي تشتمل عليها؛ وهذا يجعلها بالتالي أكثر موثوقية ويسهل تركيبها في أنظمة مختلفة دون أي مشكلة. كما أن صغر حجمها يسمح بتركيبها حيثما كانت المساحة محدودة أو غير متوفرة تماماً.
عيوب مضخات التروس
مستويات الضوضاء
بالمقارنة مع تقنيات المضخات الأخرى، تميل مضخات التروس إلى إنتاج مستويات أعلى من الضوضاء. تسبب التروس المتداخلة أثناء الدوران صوتًا ميكانيكيًا قد يصبح مزعجًا خاصةً إذا تم استخدامها بالقرب من المناطق الهادئة مثل المناطق السكنية خلال ساعات الليل.
البلى والتلف
مع الاستخدام لفترات طويلة، عادة ما تتعرض تروس مضخة التروس للتآكل وبالتالي تؤدي إلى صعوبات في الصيانة. في بعض الأحيان يصبح من الصعب إجراء الصيانة على هذه الآلات حيث يتعين على المرء تفكيك كل شيء مما يستغرق الكثير من الوقت وكذلك الطاقة؛ بالإضافة إلى ذلك يجب إجراء فحوصات متكررة للحفاظ على أعلى مستوى أداء ممكن لهذه الآليات.
فهم المضخات الفصية
التعريف والخصائص الأساسية
تستخدم المضخات الفصية الدوارة أو ببساطة مضخات الفص الدوارة فصين أو أكثر تدور داخل غلاف مما يخلق غرفًا محكمة الغلق يتم من خلالها نقل السائل من جانب إلى آخر. وهي مصممة للتعامل مع السوائل عالية اللزوجة مثل المعاجين والحمأة وما إلى ذلك، وبالتالي يمكن استخدامها على نطاق واسع في العديد من الصناعات التي تتعامل مع أنواع مختلفة من المواد السميكة. تضمن البنية القوية موثوقية طول العمر حتى في ظل ظروف العمل القاسية بحيث لا تتعطل بسهولة أثناء العمليات الشاقة.
كيف تعمل المضخة الفصية
داخل غلاف مضخات الفصتوجد فصوص دوارة. عندما تدور هذه الفصوص، فإنها تشكل سلسلة من الغرف المغلقة التي تدفع السائل من المدخل إلى المخرج. وعلاوة على ذلك، يضمن هذا النوع من المضخات معالجة لطيفة للسوائل الحساسة للقص لأن فصوصها لا تلامس بعضها البعض أثناء الحركة وبالتالي تقلل من أي ضرر على المنتج مما يجعلها قابلة للتطبيق في الحالات التي تتطلب نقل سائل دقيق.
أنواع المضخات الفصية
هناك العديد من التصميمات المتاحة للمضخات الفصية لتلبية الاحتياجات الصناعية المختلفة. وتشمل الفئات الرئيسية ما يلي:
- مضخات أحادية الفص: تستخدم هذه المضخات فص واحد فقط من أجل تحريك السوائل. تعمل بشكل أفضل مع السوائل منخفضة اللزوجة.
- مضخات متعددة الفصوص: يحتوي هذا النوع على أكثر من فصين مما يزيد من الكفاءة والقدرة على التعامل مع أنواع مختلفة من السوائل بما في ذلك تلك التي تحتوي على جزيئات أكبر أو لزوجة أعلى.
مزايا المضخات الفصية
التعامل الآمن مع السوائل
وحقيقة أنها تتعامل مع السوائل بلطف تجعلها مثالية للتطبيقات التي تتضمن مواد حساسة لقوى القص. بالإضافة إلى ذلك، فإن الطبيعة غير الملامسة بين فصوصها تقلل من فرص إتلاف المواد الهشة أثناء عملية الضخ مثل المواد الغذائية والأدوية وغيرها من المواد المستخدمة في صناعة مستحضرات التجميل.
تعدد الاستخدامات في التطبيقات
يمكن استخدام المضخات الفصية في مختلف القطاعات نظرًا لقدرتها على التعامل مع مجموعة واسعة من خصائص السوائل. وتتمتع هذه المضخات بالقدرة على إدارة السوائل عالية اللزوجة والعجائن وكذلك تلك التي تحتوي على جزيئات صلبة معلقة داخلها دون التسبب في أي ضرر مما يجعلها مناسبة للعديد من الصناعات.
عيوب المضخات الفصية
نطاق الضغط المحدود
ومن الناحية النسبية، قد تعمل مضخات التروس بضغوط أعلى بكثير من المضخات الفصية لأن تصميم المضخة الأخيرة يعطي الأولوية على الأولى لمعالجة السوائل برفق على حساب التحكم الدقيق في الضغط الذي تحتاجه بعض التطبيقات إذا لزم الأمر.
متطلبات الحجم الأكبر
نظرًا لأن المتانة هي جزء مما يجعل بناء المضخة المتينة جزءًا من بناء المضخة، فإن هذا النوع يشغل عمومًا مساحة أكبر مقارنةً بغيره. قد تكون الحاجة إلى مساحة إضافية مشكلة أثناء التركيب حيث توجد قيود على الحجم ولكن عادةً ما تبرر الأحجام الأكبر نفسها من خلال مزايا الكفاءة وطول العمر.
مضخة التروس مقابل المضخة الفصية: دراسة مقارنة
الكفاءة في التطبيقات المختلفة
السوائل اللزجة
يمكن التعامل مع المواد عالية اللزوجة مثل الدهانات والزيوت والراتنجات وما إلى ذلك على أفضل وجه بواسطة مضخات التروس التي لديها القدرة على قياس هذه المواد بدقة وبالتالي الحفاظ على معدلات تدفق ثابتة؛ وعلاوة على ذلك، تظل هذه المضخات فعالة حتى عند التعامل مع السوائل عالية اللزوجة وبالتالي فهي قادرة على تلبية متطلبات الصناعة للتحكم الصارم في الضغط في جميع الأوقات.
الشيء الجيد الآخر في المضخات الفصية هو أنها تعمل بفعالية مع مثل هذه الأنواع من السوائل أيضًا لأن تصميمها يسمح لها بالعمل بسرعات عالية أثناء عكس الاتجاهات أثناء عملية النقل مما يجعلها مثالية للصناعات العاملة في معالجة الأغذية والمستحضرات الصيدلانية حيث تكون المناولة اللطيفة للسوائل أكثر أهمية.
السوائل الحساسة للقص
في الحالات التي تصبح فيها حساسية القص مصدر قلق، قد لا تكون مضخة التروس هي الخيار الصحيح دائمًا لأن التروس المتداخلة تخلق ضغوطًا ميكانيكية يمكن أن تؤدي إلى تدهور المواد الحساسة وبالتالي تسبب تغيرات غير مرغوب فيها في المنتجات داخل التطبيقات التي تتعامل مع المواد الحساسة.
لهذا السبب يفضل الكثير من الناس استخدام المضخات الفصية على الأنواع الأخرى من المضخات خاصة عند نقل مستحضرات التجميل أو المنتجات التكنولوجية الحيوية التي تتطلب الحذر في نقل السوائل دون أن يلحق بها أي ضرر بسبب هشاشتها.
استهلاك الطاقة
متطلبات الطاقة
وعلى الرغم من فعالية المضخات الفصية إلا أنها فعالة وقوية بسبب بنيتها شديدة التحمل وزيادة معدلات التدفق. تضمن القوة المضافة أن النظام يمكن أن يعمل مع السوائل اللزجة وتلك التي تحتوي على جزيئات دون المساس بكفاءته. إن تنوع السوائل التي يمكن معالجتها باستخدام المضخات الفصية يبرر فعالية استخدام الطاقة.
التكاليف التشغيلية
تتميز مضخات التروس بتكاليف تشغيل منخفضة لأنها بسيطة التصميم وتتطلب صيانة أقل. وهذا يعني أن مضخات التروس سهلة الصيانة مما يوفر الكثير من المال على المدى الطويل لأنها لا تحتاج إلى إصلاحات أو استبدال متكرر. لهذا السبب، يوصى بمضخات التروس للصناعات التي تبحث عن حلول فعالة من حيث التكلفة.
على الرغم من ارتفاع متطلبات الطاقة الأولية، إلا أن المضخات الفصية لها تكاليف تشغيلية تنافسية. ويُعزى ذلك إلى سهولة صيانتها ومتانتها مما يقلل من وقت التوقف عن العمل وبالتالي توفير التكاليف على المدى الطويل. أيضًا، يمكن أن تعمل هذه الأنواع من المضخات لفترات أطول دون صيانة نظرًا لقدرتها على التعامل مع السوائل المختلفة دون انسداد وبالتالي تعتبر استثمارات قيمة.
الصيانة والمتانة
تواتر الصيانة
يجب أن تخضع مضخات التروس للصيانة الدورية لأن التروس تتآكل من خلال تلامسها مع بعضها البعض أثناء التشغيل. وبالتالي هناك حاجة لإجراء فحوصات دورية بحيث يمكن استبدال الأجزاء البالية وبالتالي زيادة عدد المرات التي يجب فيها صيانة مضخة التروس ولكن الأمر بسيط لأن أجزاء قليلة فقط تحتاج إلى عناية.
الفصوص غير الملامسة تجعل المضخة الفصية أسهل في الصيانة مقارنةً بمضخة التروس حيث يوجد تلامس بين ترسين متشابكين مما يؤدي إلى التآكل والتلف بعد فترة من الاستخدام. يقلل هذا التصميم أيضًا من عدد مرات التزييت اللازمة وبالتالي يقلل من عدد المرات التي يتطلب فيها التشحيم أو التزييت المطلوب من هذا النوع من الماكينات مثل هذا النوع يمكن أن يتم على مدى فترة معينة بدلاً من التزييت المستمر كل يوم كما لو كان الأمر كذلك إذا تم استخدام نوع آخر مما يجعلها أكثر موثوقية من غيرها من حيث الحفاظ عليها جاهزة للعمل دائمًا حتى عند استخدامها بشكل مستمر في ظل ظروف قاسية حيث تتعطل الأنواع الأخرى بسبب الخدمة المتكررة المطلوبة بسبب التشغيل المستمر الجاف الذي يفضل العديد من الصناعات.
العمر الافتراضي والموثوقية
مضخات التروس موثوقة ولكن قد يكون عمرها الافتراضي أقصر لأن التروس تتآكل بسبب الاحتكاك الميكانيكي. إذا تمت صيانتها بانتظام، فيمكن إطالة عمرها المتوقع على الرغم من أن هذا لا يمكن أن يتجاوز حدًا معينًا تحدده طبيعة التصميم نفسه الذي يؤثر على مدة استمرار مضخة التروس قبل أن تتعطل تمامًا، إلا أنها تظل أفضل جهاز للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في الضغط عند استخدامها بشكل مناسب ضمن حدودها.
تدوم المضخات الفصية لفترة أطول من مضخات التروس نظرًا لعدم وجود اتصال مادي بين الأجزاء إلا أثناء التركيب أو التفكيك مما يعني حدوث تآكل أقل وبالتالي ستعمل المضخة الفصية لسنوات طويلة دون حدوث أي مشكلة شريطة استخدامها بشكل صحيح حتى لا تتلف الأسطح التي تتلامس فيها الفصوص مع بعضها البعض في حالة عكس اتجاه التدفق. تضمن هذه المتانة أنه حتى إذا كانت المواد الكاشطة تمر عبرها بشكل متكرر على مدى فترات طويلة لا يتآكل أي منها مما قد يؤثر على مستويات الأداء في البيئات القاسية مثل تلك الموجودة في البيئات الصناعية التي تتعامل مع المواد المسببة للتآكل حيث يجب التركيز على المتانة بشكل أكبر مع شروط الموثوقية التي تعمل باستمرار طوال العملية بأكملها دون توقف بسبب تعطلها في مكان ما على طول الخط بسبب عدم قدرتها على تحمل التأثيرات التي تسببها هذه المواد الكيميائية على المواد المستخدمة في بنائها مما يجعلها مرشحة مثالية للتعامل مع أنواع مختلفة من السوائل في مختلف الصناعات.
الاعتبارات العملية
التطبيقات الخاصة بالصناعة
صناعة الأغذية والمشروبات
يجب أن تكون المضخات المستخدمة في صناعة الأغذية قادرة على الحفاظ على جودة المنتج مع ضمان استيفاء معايير النظافة الصحية. المضخات الفصية هي الأكثر ملاءمة لهذه الأغراض لأنها لا تعرض السوائل الحساسة للقص لقوى ميكانيكية قوية أثناء الضخ. كما تساعد الحركة اللطيفة للفصوص غير الملامسة أيضًا في الحفاظ على منتجات الألبان الحساسة والصلصات والمشروبات وما إلى ذلك، والتي قد تتعرض سلامتها للخطر بسبب مستويات التقليب العالية التي تسببها أنواع أخرى من الآلات المصممة بهذه الطريقة خاصة المشروبات التي تحتوي على مواد صلبة مثل العصائر الممزوجة بقطع اللب أو الجسيمات العالقة داخل السائل نفسه إلى جانب تلبية متطلبات التعقيم اللازمة للتنظيف المكاني (CIP) بعد الانتهاء من الاستخدام على عكس النوع الآخر.
يمكن أن تجد مضخات التروس أيضًا تطبيقًا في قطاع الأغذية حيث يلزم القياس الدقيق إلى جانب القدرة على التعامل مع الضغوط العالية التي تنطوي عليها عملية الإنتاج. فمضخات التروس الخارجية، على سبيل المثال، أثبتت فعاليتها في التعامل مع الزيوت والعصائر ذات اللزوجة المختلفة من بين المكونات الأخرى المستخدمة في عمليات تصنيع الأغذية. ومع ذلك، قد لا تتوافق بعض المنتجات الغذائية مع الحركة الميكانيكية التي تنقلها مضخة التروس بسبب حساسيتها تجاه قوى القص التي تحدث عند المرور عبر الفجوات الضيقة بين العناصر الدوارة لهذه الأجهزة مما يتسبب في تأثيرات غير مرغوب فيها على سمات الجودة مثل الملمس والمظهر والمذاق وما إلى ذلك.
المعالجة الكيميائية
تتطلب المعالجة الكيميائية مضخات يمكنها التعامل مع مجموعة واسعة من السوائل بما في ذلك السوائل المسببة للتآكل أو عالية اللزوجة. مضخات التروس مفيدة هنا لأنها تسمح بضخ المذيبات بضغوط عالية جدًا مع الحفاظ على معدلات تدفق دقيقة مطلوبة للراتنجات وأنواع مختلفة من المواد الكيميائية التي تتم معالجتها داخل الصناعات التي تتعامل مع هذا النوع من الأنشطة من بين أمور أخرى كما تجدر الإشارة إلى أن تصميمها المضغوط يجعل الاندماج في الأنظمة المعقدة أسهل من أي نوع آخر حتى لو كانت المساحة محدودة لا يزال من الممكن تركيبها حيثما دعت الحاجة إليها دون بذل الكثير من الجهد في التعديلات التي تتطلبها الأحجام الكبيرة المرتبطة بتطبيقات المضخات الفصية في جميع أنحاء العالم ولكن ليس كل الأماكن تناسب كل الأحجام ومن هنا يأتي سبب تفضيل اختيار مضخة التروس.
تشتهر المضخات الفصية بقدرتها على العمل مع السوائل التي تحتوي على جسيمات وكذلك تلك التي لها لزوجة مختلفة في مصانع المعالجة الكيميائية حيث توجد حاجة للتعامل مع المواد الكاشطة أو التعامل مع المواد العدوانية التي يمكن أن تتسبب في تآكل الأجزاء العادية المستخدمة بسهولة مثل هذه البيئات إلى جانب امتلاكها لقدرات تدفق عكسية تجعلها متعددة الاستخدامات بما يكفي لتكييف العمليات المتنوعة التي تتضمن مثل هذه المواد الكيميائية في جميع أنحاء الصناعة
تحليل التكاليف والفوائد
التكلفة الأولية
تؤدي بساطة التصميم وقلة عدد الأجزاء في مضخات التروس إلى انخفاض الاستثمار الأولي. هذه القدرة على تحمل التكاليف تجعلها مناسبة للمؤسسات ذات الميزانيات المحدودة. وعلاوة على ذلك، تتميز مضخات التروس بميزات موفرة للمساحة مما يقلل من رسوم التركيب.
من ناحية أخرى، قد تبدو المضخات الفصية أكثر تكلفة للوهلة الأولى، ولكنها تقدم فوائد طويلة الأجل تفوق تكاليفها الأولية المرتفعة. تتمتع هذه المضخات بهياكل قوية قادرة على التعامل مع مختلف السوائل دون أن تتآكل بسهولة. تزيد هذه الصفات من مستويات الموثوقية وبالتالي تجد معظم الصناعات أن الأمر يستحق الاستثمار الأولي فيها.
التوفير بمرور الوقت
توفر مضخات التروس المال على المدى الطويل من خلال انخفاض رسوم التشغيل وكذلك انخفاض متطلبات الصيانة؛ وذلك لأن حجمها صغير الحجم وكفاءتها العالية في استهلاك الطاقة. بالإضافة إلى استهلاك طاقة أقل بسبب قابلية النقل الجيدة للطاقة الناتجة عن صغر حجمها، أي يمكن تحقيق معدلات نبض منخفضة أثناء عملية القياس باستخدام أقل قدر ممكن من الطاقة وبالتالي خفض التكاليف على مدار سنوات. ومن المفيد أيضًا أن تتلقى هذه الماكينات صيانة منتظمة لأنها تطيل عمرها الافتراضي مع الحفاظ على الأداء الأمثل دائمًا.
لا تزال مضخات الفص قادرة على تحقيق وفورات كبيرة على الرغم من زيادة الطلب على الطاقة الكهربائية أثناء مراحل بدء التشغيل عند مقارنتها بأنواع أخرى مثل المضخات اللولبية أو الطرد المركزي. والسبب وراء ذلك هو أن الرعاية السهلة تفسح المجال لتقليل أوقات التوقف عن العمل إلى جانب الإصلاحات الميسورة التكلفة بالنظر إلى طبيعتها القوية إلى جانب قدرتها على التعامل مع السوائل المختلفة دون استبدال متكرر للأجزاء مما يؤدي إلى عمر أطول وبالتالي المزيد من التوفير خاصة لأولئك الذين يبحثون عن حلول ضخ صناعية موثوقة.
كل فئة لها نقاط القوة الخاصة بها والتي تتضح بعد مقارنة مضخة التروس مقابل أنظمة المضخات الفصية. على سبيل المثال، تعمل وحدات التروس بشكل أفضل في ظل الظروف التي تكون فيها مستويات الضغط أعلى مع قدرتها أيضًا على تقديم خدمات موفرة للطاقة أثناء عمليات القياس منخفضة النبض. ومع ذلك، فإن الأجهزة من النوع الفصي تتفوق في معالجة السوائل الحساسة للقص بلطف وكذلك إدارة اختلافات اللزوجة واسعة النطاق من بين أشياء أخرى كثيرة جدًا لا مجال لذكرها هنا ولكن جميعها تهدف إلى ضمان حصول العملاء على قيمة مقابل أموالهم عند شراء هذه الآلات. لذلك، من المهم تحديد الاحتياجات والتطبيقات المحددة قبل الاختيار بين المضخات المختلفة. يوصى باستخدام نماذج التروس في الحالات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في الضغط بأقل تكلفة بينما تعمل وحدات الفص بشكل أفضل في الحالات التي تنطوي على سوائل نقل حساسة بكفاءة عالية. كما يمكن استخدامها أيضًا في الأماكن التي قد تكون هناك حاجة لاستخدام كلتا الطريقتين لتحقيق الأهداف المرجوة بشكل أسرع من استخدام طريقة واحدة فقط.
عند تحديد النظام الذي سيعمل بشكل أفضل من حيث الكفاءة والصيانة والملاءمة يجب النظر في الكفاءة والصيانة والملاءمة من أجل التوصل إلى الحل الأنسب لتطبيق أو صناعة معينة.
