كيف يعمل مضخة التدفق المختلط الغاطسة في ظل ظروف التشغيل المختلفة؟

تعتمد التطبيقات الصناعية والبلدية المتنوعة بشكل كبير على مضخات التدفق المختلط المغمورة متعددة الاستخدامات والفعالة. تجمع هذه السيفونات بين صفات كل من السيفونات المحورية والمنتشرة، مما يجعلها مناسبة للتعامل مع معدلات تدفق معتدلة إلى عالية عند رؤوس معتدلة. للحصول على أقصى استفادة من كفاءة هذه المضخات وموثوقيتها وطول عمرها، من الضروري فهم كيفية أدائها في ظل ظروف تشغيل مختلفة. تبحث هذه المقالة في طريقة تصرف سيفونات التدفق المختلط المغمورة أثناء الإشعال، وتحت نبضات التوتر والضوضاء الناجمة عن التدفق، وفي ظروف التدفق متعدد المراحل، وأثناء المهام المؤقتة.

عملية بدء التشغيل

تعتبر مرحلة بدء تشغيل مضخة التدفق المختلط الغاطسة بالغة الأهمية ولها تأثير كبير على أدائها الإجمالي وعمرها الافتراضي. أثناء الإشعال، يتغير السيفون من حالة ثابتة إلى حالة العمل المتوقعة عمومًا، ويواجه صعوبات مختلفة في الطريق.

في البداية، عندما يتم تشغيل السيفون، يجب أن يتغلب على الجزء العلوي الثابت من شريحة السائل فوقه. يتطلب هذا قدرًا كبيرًا من القوة من المحرك، والذي يمكن أن يؤدي إلى فيضان تيار عابر. توجد المبدئات الناعمة أو محركات التردد المتغير (VFDs) بشكل شائع في مضخات التدفق المختلط الغاطسة المعاصرة وتستخدم لتقليل سحب التيار الأولي والضغط الميكانيكي على مكونات المضخة.

مع دوران المكره، يجب أن يزيل أي جيوب هواء أو غاز قد تتجمع في عبوة السيفون أو أنبوب الجذب. هذه الدورة، المعروفة بالتحضير، مهمة لوضع ظروف التدفق المناسبة. تتمتع مضخات التدفق المختلط الغاطسة بفائدة بهذه الطريقة، حيث يضمن وضعها المنخفض غالبًا أنها تظل جاهزة في أي حال، عندما لا تكون قيد التشغيل.

إذا كان رأس الشفط الإيجابي الصافي المتاح (NPSHA) قريبًا من رأس الشفط الإيجابي الصافي المطلوب (NPSHR)، فقد تتعرض المضخة لتجويف مؤقت أثناء مرحلة بدء التشغيل. يمكن أن يتسبب التسارع المفاجئ للسائل وانخفاض الضغط الناتج عند مدخل المكره في حدوث ذلك. لتقليل احتمالية حدوث تجويف أثناء بدء التشغيل، من الضروري اختيار المضخة والتصميم المناسبين للنظام.

يستقر الضغط ومعدل التدفق تدريجيًا مع عودة المضخة إلى سرعتها الطبيعية. يمكن أن يتأثر طول الوقت المطلوب لهذا الاستقرار بخصائص السائل وتكوين النظام وحجم المضخة. يمكن أن يؤدي ملاحظة الحدود الرئيسية، على سبيل المثال، تيار المحرك وتوتر الإطلاق ومعدل التدفق أثناء الإشعال إلى تقديم معلومات مهمة حول أداء السيفون والمساعدة في التمييز بين أي مشكلات محتملة.

نبضات الضغط والضوضاء الناجمة عن التدفق

تتميز جميع المضخات الطاردة المركزية، بما في ذلك المضخات الغاطسة ذات التدفق المختلط، بخصائص متأصلة تتمثل في نبضات الضغط والضوضاء الناتجة عن التدفق. وإذا لم تتم إدارتها بشكل صحيح، فقد تؤثر هذه الظاهرة على أداء المضخة واستقرار النظام والكفاءة الإجمالية.

في المضخات الغاطسة ذات التدفق المختلط، يكون التفاعل بين المكره الدوار والأجزاء الثابتة للمضخة، مثل الناشر أو الحلزون، هو السبب الرئيسي لنبضات الضغط. تتسبب شفرات المكره في حدوث تغييرات دورية في ضغط السائل أثناء مرورها عبر هذه المكونات الثابتة. يرتبط تكرار هذه النبضات عادةً بنتيجة سرعة دوران السيفون وكمية الحواف الحادة للمكره.

يمكن أن تؤثر نقطة تشغيل المضخة على حجم نبضات الضغط. في الغالب، تكون النبضات أكثر وضوحًا عندما يعمل السيفون من أفضل نقطة إنتاجية (BEP). يرجع ذلك إلى أن تقلبات الضغط يمكن أن تتفاقم بسبب التشغيل غير الصحيح، مما قد يؤدي إلى فصل التدفق وإعادة التدوير وعدم الاستقرار الهيدروليكي الآخر.

في مضخات التدفق المختلط الغاطسة، تشمل الضوضاء الناتجة عن التدفق الاضطرابات والتجويف والاهتزازات الميكانيكية بالإضافة إلى نبضات الضغط. يمكن أن تساعد الفكرة المنخفضة لهذه السيفونات في تقليل جزء من الضوضاء المحمولة جواً، ولكن لا يزال من الممكن إرسال الاهتزازات عبر إقامة السيفون وقنوات الإطلاق.

لتخفيف نبضات الضغط والضوضاء الناجمة عن التدفق، يستخدم المصنعون إجراءات تصميم مختلفة. قد تتضمن هذه تبسيط تصميم حافة المروحة، والتكامل ضد الأجهزة الدوامية، واستخدام خطط حلزونية غير متساوية. علاوة على ذلك، فإن تشغيل السيفون بالقرب من أفضل كفاءة تشغيلية له وضمان التثبيت والصيانة الشرعيين يمكن أن يقلل بشكل كبير من هذه المشكلات.

ظروف التدفق متعدد المراحل

غالبًا ما تواجه مضخات التدفق المختلط الغاطسة ظروف تدفق متعدد المراحل، وخاصة في التطبيقات مثل معالجة مياه الصرف الصحي، وإنتاج النفط والغاز، وبعض الدورات الحديثة. يشير التدفق متعدد المراحل إلى الوجود المتزامن لمرحلتين على الأقل (على سبيل المثال، السائل والغاز والمواد الصلبة) في السائل المفرغ.

يمكن أن يتأثر أداء مضخات التدفق المختلط الغاطسة بشكل كبير بوجود الغاز في السائل المفرغ. مع توسع جزء حجم الغاز، ينخفض رأس السيفون وكفاءته بانتظام. هذا بسبب قابلية الغاز للضغط، والتي تحتفظ بالطاقة دون إضافة إلى تحسين الرأس العام. علاوة على ذلك، يمكن أن تتجمع جيوب الهواء الغازية في مناطق الضغط المنخفض داخل السيفون، مما يؤدي إلى قفل الغاز وفقدان محتمل للضغط.

للتكيف مع السوائل المحملة بالغاز، تم تصميم بعض مضخات التدفق المختلط الفرعي بميزات فريدة، على سبيل المثال، مراحل الحث، أو وحدات التحكم في الغاز، أو المكرهات متعددة المراحل. ستتعزز قدرة المضخة على التعامل مع الغاز المحبوس والحفاظ على التشغيل المستقر على مدى نطاق أوسع من كسور حجم الغاز من خلال هذه التعديلات.

تمثل الجسيمات القوية في السائل المفرغ اختبارًا آخر لشفاطات التيار المختلط تحت الماء. يمكن أن تتعرض مكونات المضخة، وخاصة المكره وحلقات التآكل، لتآكل متزايد نتيجة للجسيمات الكاشطة. لمعالجة هذه المشكلة، قد يستخدم المنتجون مواد صلبة أو طلاءات استثنائية للأجزاء الأساسية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحسين التصميم الهيدروليكي للمضخة لتقليل كمية المناطق منخفضة السرعة حيث يمكن أن تتراكم المواد الصلبة.

الخصائص العابرة

يمكن أن تؤثر الظروف المؤقتة في أنظمة السحب بشكل أساسي على الأداء والجودة الثابتة لمضخات التدفق المختلطة تحت الماء. تتضمن هذه الظروف أحداثًا مثل الإغلاق السريع للصمامات، وفشل الطاقة، والتغييرات غير المتوقعة في ضغط النظام.

المطرقة المائية هي موجة ضغط يمكن أن تنتقل عبر النظام عندما يغلق الصمام بسرعة. يمكن أن يؤدي هذا الفيضان من الضغط إلى تعريض السيفون والقمع المرتبط به لضغط ميكانيكي شديد. عند مقارنتها بالمضخات المثبتة على السطح، قد تكون مضخات التدفق المختلطة المغمورة أقل عرضة للتأثيرات المباشرة للمطرقة المائية. ومع ذلك، فإن الإدارة غير السليمة لموجة الضغط المنعكسة يمكن أن تؤدي مع ذلك إلى التلف.

تمثل خيبات الأمل في الطاقة حالة مؤقتة أخرى اختبارية لمضخات التدفق المختلطة تحت الماء. تبدأ المضخة في التباطؤ عندما ينقطع التيار فجأة، ويتدفق أنبوب التفريغ في الاتجاه المعاكس. يمكن أن يؤدي هذا إلى الدوران المعاكس للسيفون، مما قد يؤدي إلى تلف الاتجاه والأختام في حالة عدم تثبيت الدروع المناسبة. لتخفيف هذه المخاطرة، انظر حقًا إلى الصمامات أو صمامات عدم الرجوع التي يتم إدخالها عادةً في خط الإطلاق.

يمكن أن يتأثر أداء مضخات التدفق المختلط الغاطسة أيضًا بالتحولات المفاجئة في الطلب على النظام، مثل عندما تبدأ المضخات المتوازية في العمل أو تتوقف عن العمل. قد تجد المضخة نفسها تعمل في مناطق غير مواتية نتيجة لهذه الأحداث، مما قد يؤدي إلى تغييرات سريعة في الضغط ومعدل التدفق. يمكن أن تساعد محركات السرعة المتغيرة في التعامل مع هذه التطورات بشكل أسهل، مما يسمح للسيفون بتغيير سرعته لتتناسب مع ظروف الإطار المتغيرة.

مصنعي مضخات التدفق المختلط الغاطسة

عند اختيار مضخة تدفق مختلطة غاطسة لتطبيقك، من الضروري أن تتعامل مع شركة مصنعة ذات سمعة طيبة تضمن منتجات عالية الجودة يمكنها العمل بشكل موثوق في مجموعة متنوعة من ظروف التشغيل. شركة Tianjin Kairun، وهي شركة مصنعة معروفة للمضخات، تجري فحوصات جودة صارمة لضمان أن كل مضخة تلبي المتطلبات الصارمة وخالية من العيوب. يضمن التزامها بمراقبة الجودة موثوقية وإنتاجية السيفونات الخاصة بها في العديد من ظروف العمل.

بافتراض أنك تبحث عن سيفون تدفق مختلط غاطس وتبحث عن منتج يركز على التنفيذ والجودة، فإن شركة Tianjin Kairun تدعوك إلى تقديم طلباتك. لمزيد من البيانات حول منتجاتها وكيفية أدائها في ظل ظروف عمل مختلفة، يمكنك التواصل معهم على mailto:catherine@kairunpump.com.

مراجع:

1. Gülich, J. F. (2014). Centrifugal Pumps (3rd ed.). Springer.

2. Karassik, I. J., Messina, J. P., Cooper, P., & Heald, C. C. (2008). Pump Handbook (4th ed.). McGraw-Hill Education.

3. Nelik, L., & Brennan, J. (2011). Progressing Cavity Pumps, Downhole Pumps and Mudmotors. Gulf Publishing Company.

4. Sulzer Pumps. (2010). Centrifugal Pump Handbook (3rd ed.). Elsevier.

5. Bachus, L., & Custodio, A. (2003). Know and Understand Centrifugal Pumps. Elsevier.

6. Hydraulic Institute. (2010). ANSI/HI 9.6.6-2009 Rotodynamic Pumps for Pump Piping.