مقدمة موجزة عن المضخات الدوارة
المضخات الدوارة هي أجهزة ميكانيكية تُستخدم لنقل السوائل، حيث تُستخدم الطاقة الدورانية لنقل سائل أو غاز من جزء من النظام إلى جزء مختلف. وخلافاً للأنواع الأخرى من المضخات التي يتم تنشيطها عادةً عن طريق فروق الضغط أو نشاط الإزاحة الميكانيكية، تعمل مضخة الدوران عن طريق الدوران المستمر لمكوناتها الهيكلية الداخلية. يمكّنها نظام بنائها الداخلي من استيعاب عدد من السوائل مثل الغازات السميكة، مما يجعلها مفيدة في مجموعة من التطبيقات الصناعية. إن موثوقيتها وفعاليتها هي بعض العوامل التي تساهم في اتساع نطاق استخدام المضخات في النفط والغاز والمواد الكيميائية وحتى في معظم المنازل حيث يتم استخدام الأجهزة بشكل متكرر. لا يمكن إنكار أن المضخات الدوارة تشكل جزءًا مهمًا من معظم الصناعات. وغالبًا ما تُستخدم كمكونات رئيسية في مرافق نقل السوائل، مما يساعد على الحفاظ على التدفق والضغط المطلوبين ضمن الحدود المقبولة للعمليات الفعالة. ومع تقدم الصناعة، لم تنخفض الحاجة إلى المضخات الدوارة كحل أمثل لإدارة السوائل. فهي لا تزال مرتفعة، وذلك بسبب الطريقة التي تنمو بها الصناعات. يتناول القسم الأخير من هذا الفصل المضخات الدوارة.
تحديد المشكلات وعزلها
تعريفات المضخات الدوارة وتفسيرات أساسية للمصطلحات: المضخات الدوارة هي مضخات إزاحة موجبة تستخدم لنقل السائل أو السائل عن طريق تشكيل حجم مغلق يحتوي على كمية معينة من السائل وتحريكه في أنبوب التفريغ. وتجدر الإشارة إلى أن هذه المضخات تعمل على البديهية الأساسية المتمثلة في دوران أجزائها حول الأسلاك. هذا الدوران مسؤول عن إحداث فرق في الضغط الذي يحرك السوائل.
وظيفة المضخات الدوارة
من الواضح تقريباً أن تشغيل المضخات الدوارة بسيط. يتم إنشاء غرفة تحتوي على سائل عندما يدور دوار المضخة، مما يجعل من الممكن سحب السائل من جانب المدخل. يتم بعد ذلك نقل هذا السائل الذي تم حصره إلى جانب التفريغ مع تحرك دوار المضخة إلى جانب آخر. يضمن هذا التصميم تدفقاً ثابتاً للسائل إلى الخارج وبالتالي فهو مثالي للعمليات التي تتطلب مخرجات ثابتة.
العناصر الرئيسية
وترتبط المكونات الرئيسية للمضخات الدوارة بالدوار والجزء الثابت ومنافذ المدخل والمخرج وموانع التسرب. بينما يساعد الدوار في إحداث حركة للسائل، يعمل الجزء الثابت بشكل أساسي كداعم. توجه منافذ المدخل والمخرج تدفق السوائل إلى داخل النظام وخارجه، في حين أن موانع التسرب هي ميزات لمنع تسرب السوائل من أجل التشغيل الفعال.
التطور مع مرور الوقت
يمكن إرجاع تاريخ المضخة الدوارة إلى الأيام القديمة، ويعود تاريخ بعض المضخات الدوارة إلى مصر القديمة. وقد نشأت مع المضخات الدوارة الأولى. ومع ذلك، كانت هذه المضخات بدائية للغاية وتعتمد على مفاهيم ميكانيكية بسيطة شائعة. وبمرور السنين، أدى التحسن فيما يتعلق بالمواد وكذلك الهندسة إلى ابتكار تصميمات أكثر تعقيداً. وتشمل مجالات التقدم الهامة الثورة الصناعية الثانية وصولاً إلى إدخال مضخات التروس والريشة في القرن التاسع عشر. وقد أدت هذه التحسينات إلى زيادة معايير التشغيل وكفاءة المضخات الدوارة مما ساهم في سرعة استيعابها في العديد من القطاعات.
أنواع المضخات الدوارة
مضخات التروس
من بين الأنواع الأكثر شيوعًا للمضخات الدوارة مضخات التروس، والتي تحتوي على تروس دوارة متشابكة تنقل السائل داخل المضخة.
مضخات التروس الداخلية
يمكن وصف مضخات التروس الداخلية بأنها ترس داخل ترس آخر أكبر حيث يتم ضخ السوائل. كفاءة هذه الوحدة رائعة للغاية وهي الأنسب لنقل السوائل السميكة.
مضخات التروس الخارجية
تحتوي مضخات التروس الخارجية على ترسين متشابكين، تروس مضادة للدوران إلى حد ما. وهي تستحث السوائل في المضخة وهي مناسبة للسوائل ذات اللزوجة المنخفضة وكذلك عند الحاجة إلى كميات كبيرة من السوائل.
مضخات الريشة
عادةً ما يكون مدخل المضخة ذات الريشة مزودًا بدوارات منزلقة تمتد للخارج وتشكل تجويفًا داخل المضخة أثناء دوران الدوار، مما يؤدي إلى شفط لسحب السوائل.
مضخات الريشة المنزلقة
وتحتوي هذه المضخات الخاصة على دوارات منزلقة يمكن استخدامها للسوائل منخفضة اللزوجة، ولكنها تواجه تدفقات متغيرة. ومن ثم تسمح لها دواراتها القابلة للتعديل بأن تكون فعالة عندما تتغير لزوجة السائل.
مضخات الريشة المرنة
تستخدم المضخات ذات الريشة المرنة دوارات مرنة قادرة على استيعاب نطاق اللزوجة الضيق للسوائل، مما يجعلها قابلة للتطبيق في كل من التطبيقات الكاشطة وغير الكاشطة.
المضخات اللولبية
بدلاً من استخدام التعبئة، يتم استخدام برغي واحد أو أكثر لنقل السائل عبر المضخة.
المضخات اللولبية المفردة
تستخدم هذه المضخات برغي حلزوني واحد يحرك السائل عبر وعاء أسطواني. وتستخدم بشكل رئيسي حيث يتم التعامل مع السوائل ذات اللزوجة العالية جداً.
المضخات اللولبية المزدوجة
يتم تكوين المضخات اللولبية المزدوجة بحيث يقطع اللولبان بعضهما البعض ومن ثم يتم نقل السوائل بواسطة هذين اللولبين. وهي مفضلة لأنها تنقل أنواعًا مختلفة من السوائل مع القليل من النبض.
الوظائف والتطبيقات
الاستخدامات الصناعية
المضخات الدوارة مهمة جداً في مختلف الصناعات.
صناعة النفط والغاز
في صناعات النفط والغاز، يتم تسهيل نقل النفط الخام والمواد الهيدروكربونية الأخرى بواسطة المضخات الدوارة. وهناك، تعد الدقة في الضخ المذبذب أمراً بالغ الأهمية في حركة السوائل اللزجة.
المعالجة الكيميائية
بالنسبة للمعالجة الكيميائية، تستخدم المضخات الدوارة لضخ السوائل الخطرة والمسببة للتآكل. القوة وكذلك الموثوقية مهمة في تقليل التأخير وزيادة السلامة.
مجالات الاستخدام اليومي
تُستخدم المضخات الدوارة أيضاً في الأدوات العادية.
السيد والسيدة موتورز
في السيارات، عادةً ما يتم دمج المضخات الدوارة في حاقنات الوقود في السيارات لضمان إمداد المحرك بالوقود بشكل ثابت من أجل العمل الفعال.
أجهزة الاستخدام العام
تستخدم العديد من الأجهزة ذات الاستخدام العام التي تشمل الغسالات وغسالات الصحون استخدام المضخات الدوارة للتحكم في تدفق المياه، مما يصور استخداماتها حتى في الأنشطة العادية.
المزايا والعيوب
فوائد المضخات الدوارة
تأتي العديد من الفوائد مع استخدام المضخات الدوارة.
الكفاءة والموثوقية
من المعرفة المتأصلة أن هذه المضخات فعالة وموثوقة في الأداء، حيث أنها قادرة على تحمل التشغيل الشاق لفترات طويلة من الزمن. ومما يعزز استخدامها أنها قادرة على التعامل مع مجموعة واسعة من السوائل.
تعدد الاستخدامات في التطبيقات
لا تقتصر المضخات الدوارة على صناعة واحدة أو تطبيق واحد، فهي تُستخدم في العديد من التطبيقات على سبيل المثال التعامل مع السوائل اللزجة ونقل المواد الكيميائية المسببة للتآكل وغيرها الكثير.
العيوب المحتملة
ومع ذلك، هناك بعض العيوب المحتملة.
متطلبات الصيانة
من الممارسات القياسية النظر في صيانة المضخات الدوارة. وقد ينطوي ذلك على تغيير الموانع ومراقبة الأسطح الداخلية للتآكل.
القيود في ظروف معينة
هناك حالات لا تعمل فيها المضخات الدوارة بشكل جيد في الضغوط العالية أو أنواع معينة من السوائل، وبالتالي تتطلب اختيارًا دقيقًا فيما يتعلق بمتطلبات التطبيق.
مقارنة مع أنواع المضخات الأخرى
المضخات الدوارة مقابل مضخات الطرد المركزي
من من منظور المضخات الدوارة مقابل مضخات الطرد المركزي، يتم استخدام القدرات بشكل مختلف.
