كيفية عمل مضخة الماء

مبدأ عمل مضخات الإزاحة

يعتمد مبدأ عمل مضخات الإزاحة الإيجابية (بالإنجليزية: Positive Displacement Pumps) على تحريك الموائع، عن طريق الإحاطة بحجم ثابت منها، ومن ثم نقلها ميكانيكًا عبر حوض الإفراغ في النظام على نحو متكرر، وتتم عملية ضخ الموائع بواسطة مكابس؛ أو ضواغط؛ أو تروس؛ أو بكرات؛ أو مراوح.^[١]

تُصنّف مضخات الإزاحة ضمن فئتين، هما:^[١]

• مضخات الإزاحة الترددية

(بالإنجليزية: Reciprocating Positive Displacement Pumps) وفيها تُضخ الموائع في النظام بفعل تحرُّك المكبس أو الضاغط، بحركة متذبذبة شبيهة بالضربات، فعندما يبدأ المكبس حركته يُفتح صمام الدخول ساحبًا المائع إلى داخله فيما يُعرف بعملية الشفط.

وعندما تنعكس حركة المكبس يُفتح صمام الخروج مفرغًا ما سحبه، وتُعد مضخة نفخ عجلات الدراجة الهوائية أحد استخدامات هذا النوع.

• مضخات الإزاحة الدوارة

(بالإنجليزية: Rotary Positive Displacement Pumps) وفيها تُنقل الموائع بفعل الحركة الدورانية الناتجة عن دوران التروس أو البكرات، إذ يُسحب المائع بواسطة الشفرات التي تدفعه إلى حوض التفريغ بعد سحبه.

ويشيع استخدام مثل هذه المضخات في ضخ السوائل عالية اللزوجة في الصناعات البتروكيماوية؛ والكيميائية؛ والغذائية كالزيوت والدهانات.

مبدأ عمل مضخات الدفع

تُعتبر مضخات الدفع (بالإنجليزية: Impulse Pumps) أحد التقنيات الحديثة التي توظف خاصية انتشار موجات الضغط في ضخ السوائل، فيُنقل السائل من جوف الحوض عن طريق محرك يوضع في فوهة الحوض، ويولد موجات ضغط نابضة تؤدي إلى اندفاع السائل إلى الفوهة عن طريق خط ناقل.^[٢]

يندفع السائل من جوف الحوض إلى فوهته بفعل فرق الضغط الذي تُنتجه المضخة، إذ يكون الضغط المتولد في قاع الحوض أعلى من الضغط في فوهته، ووفقًا للقوانين الفيزيائية، ينتقل السائل من مناطق الضغط المرتفع إلى المنخفض، وتًستخدم مثل هذه المضخات في مضخات النفط؛ ومضخات الرفع الاصطناعي في الآبار العميقة.^[٢]

مبدأ عمل مضخات السرعة

يعتمد مبدأ عمل مضخات السرعة (بالإنجليزية: Kinetic/ Dynamic Pumps) حسب نوعها، إذ يُصنّف هذا النوع من المضخات ضمن فئتين، هما:^[٣]

• مضخات الطرد المركزي

(بالإنجليزية: Centrifugal Pumps) يستخدم هذا النوع من المضخات على نطاق واسع يصل إلى 95%، وتتكون في أبسط أشكالها من محرك يدور داخل غلاف يمتد خارجه محور، يحتوي المحور على شفرات تولد طاقة حركية متسارعة.

وبفعل دوران المحور تتحول الطاقة الحركية المتولّدة إلى طاقة ضغط لاحقًا تؤدي إلى تدفق السوائل عبر النظام، يشيع استخدام مثل هذه المضخات في الآبار العميقة ومضخات الحريق ومضخات إمداد المياه ذات الضغط المرتفع.

• المضخات المحيطية

(بالإنجليزية: Peripheral Pumps) وتُعرف كذلك بالمضخات التوربينية أو المتجددة، وفيها تتشابه عملية ضخ السوائل مع مضخات الطرد المركزي، باستثناء أن هذه المضخات تمتلك القدرة على تفريغ السوائل ضمن معدلات ضغط وتدفق منخفضة.

حتى يستطيع هذا النوع من المضخات القيام بعمله يجب أن تكون السوائل قليلة اللزوجة وخالية من المواد الكاشطة، وتشتمل استخداماتها على الصناعات التي تتطلب حدًا منخفضًا من الضغط، إذ يجري التحكم بالأحمال الكهربائية والضغوط الناتجة عن طريق صمامات للتنفيس.

مبدأ عمل مضخات الجاذبية

تعمل مضخة الجاذبية (بالإنجليزية: Gravity Pump) على ضخ السوائل عن طريق توظيف الطاقة الكامنة في الماء كقوة دافعة لها، لذلك تعتبر صديقة للبيئة، ظهرت مثل هذه المضخات إلى الوجود وابتُكرت بسبب الحاجة إلى توليد ضغوط مرتفعة لتوصيل المياه إلى مشاريع إمداد المناطق الريفية بالمياه.^[٤]

أما مبدأ عملها فعندما يتدفق الماء عبر أنبوب إلى المضخة، يولّد تدفقه طاقة حركية تُستخدم لضخ جزء من الماء هذا إلى ارتفاع قد يصل إلى عدة أضعاف ارتفاع مصدر المياه الأصلي نتيجة تولد ضغوط مرتفعة، لذلك تستخدم في ضخ مياه الآبار الإرتوازية.^[٤]

مبدأ عمل مضخات البخار

تتميز مضخات البخار (بالإنجليزية: Steam Pumps) بمرونتها العالية، فهي تعمل بطاقة بخار الماء، إذ بإمكانها العمل ضمن قيم مختلفة من الضغط، ويتدفق الماء فيها وفقًا لنطاق خصائص تصميم المضخة، وهي مضخات تعمل بنظام مزدوج، إذ تنقل الطاقة فيها عبر السائل، بفعل القوة التي يولدها السائل على مكبس المضخة.^[٥]

غالبًا ما تكون القوة الدافعة لهذه المضخات هي بخار الماء، ولكنها قد تعمل أحيانًا بالهواء أو الغاز، ولها طرفين أحدهما يحتوي على اسطوانتين ومكبس بخار ذو صمام منزلق يتحكم بدخول البخار الذي يولد قوة ضاغطة تنتقل عبر أنبوب بعد إغلاق الصمام إلى الطرف الآخر حيث يوجد السائل.^[٥]

عندما يصل بخار الماء إلى الطرف الآخر، يعكس الصمام المنزلق تدفقه منظمًا بذلك ضغط البخار وحركته، ويبدأ عمل مكبسي الطرف السائل على شفط السائل وتفريغه لتكتمل عملية ضخ السائل، ويشيع استخدام مثل هذه المضخات في أجهزة تزويد المراجل والمواقد؛ وفي مصانع البتروكيماويات؛ وفي المصافي.^[٥]

مبدأ عمل مضخات عديمة الصمام

تحتوي المضخات عديمة الصمام (بالإنجليزية: Valveless Piston Pumps) على مكبس سيراميكي يُحدث حركة دورانية تغني عن وجود الصمام، وعند دوران المكبس، تُضخ السوائل في اتجاه واحد دون السماح بتدفقها عكسيًا، وهنا يتشابه مبدأ عمل هذه المضخة مع المضخة التقليدية.^[٦]

خلال عملية دوران المكبس باتجاه واحد، يُسحب السائل مباشرة إلى حجرة المضخة ويُدفع خارجها مع استمرار عملية الدوران، ويقوم المكبس بدور الصمام كذلك فلا توجد حاجة إلى تفقُّد الصمامات في هذه المضخات، وتُستخدم كثيرًا في عمليات معالجة مياه الصرف الصحي منخفضة التدفق.^[٦]

أتوماتيك مضخة الماء

يُعرف جهاز ضغط الماء الأوتوماتيكي (بالإنجليزية: Automatic Water Pump) بأنه نظام ذكي واقتصادي مُصمم للتحكم بضغط المياه، إذ يساهم في الحد من حالات تأخر إمدادات المياه وتقليل تذبذبها والتحكم الدقيق بتلك الإمدادات، ويتألف من ستة أجهزة عالية الكفاءة، هي:^[٧]

• خزان الضغط.
• مفتاح الضغط.
• الصمام.
• مقياس الضغط.
• منظم خماسي الاتجاهات.
• مفتاح عائم.

تُدمج الأجهزة الست السابقة لتُشكل معًا أوتوماتيك مضخة الماء، ويوضع الجهاز في خزانات المياه، ويعمل تلقائيًا فور انخفاض مستوى المياه في الخزان، ويعتمد على ضغط الماء كقوة دافعة لعمله، ويحتوي على مضخة تدير تدفق المياه في أحواض الاستحمام والرشاشات وغيرها.^[٧]

إن عملية تركيب مضخة المياه الأوتوماتيكية بسيطة، وتقتصر فقط على وصلها بمدخل المياه ومخرجها في الخزان، مع الأخذ بعين الاعتبار اختلاف طرق التوصيل وفق نوع المضخة، وقد يحتاج بعضها إلى إمدادات كهربائية خارجية، بينما يحتوي بعضها على نظام كهربائي داخلي مُسبق التركيب.^[٧]

المراجع

1. ^ ^{أ ب} "Useful information on positive displacement pumps", Michael Smith Engineers, 1/1/2021, Retrieved 15/11/2021. Edited.
2. ^ ^{أ ب} Benjamin Pierre, Jon Steinar Gudmundsson (1/9/2010), "Impulse pumping modelling and simulation", Research Gate, Retrieved 15/11/2021. Edited.
3. ↑ "Kinetic Pumps- Centrifugal, Peripheral and Special Pumps", Piping Engineering Knowledge base, 1/1/2021, Retrieved 15/11/2021. Edited.
4. ^ ^{أ ب} B Young (1/2/2003), "The gravity pump: A new approach to a natural energy water pump", SAGE Journals, Retrieved 15/11/2021. Edited.
5. ^ ^{أ ب ت} "Steam Driven Pumps", peroni pompe, Retrieved 15/11/2021. Edited.
6. ^ ^{أ ب} Herb Werner (9/3/2015), "Valveless Piston Pumps Complete Denitrification of Effluent Wastewater", pumps and systems, Retrieved 15/11/2021. Edited.
7. ^ ^{أ ب ت} Vince Barbatano Vince (1/1/2020), "Automatic Pump Pressure Controllers: Applications, Benefits & Troubleshooting", Hills Irrigation, Retrieved 15/11/2021. Edited.