ما هو الفرق بين مضخة الطرد المركزي ومضخة التدفق المحوري الرأسي؟

في عالم معالجة السوائل، تلعب المضخات دورًا حاسمًا في نقل السوائل من نقطة إلى أخرى. هناك نوعان شائعان من المضخات المستخدمة في الصناعات المختلفة وهما المضخات الطاردة المركزية ومضخات التدفق المحوري الرأسي. وفي حين أن كليهما يخدمان غرض نقل السوائل، إلا أنهما يختلفان بشكل كبير في تصميمهما وتشغيلهما وتطبيقهما.

اتجاه التدفق

أحد أهم الفروق الأساسية بين المضخات الطاردة المركزية والمضخات ذات التدفق المحوري الرأسي يكمن في اتجاه تدفق السوائل عبر المضخة. هذا التمييز ليس مجرد مسألة تصميم ولكنه يؤثر بشكل كبير على خصائص أداء المضخة وملاءمتها للتطبيقات المختلفة.

تستخدم المضخات الطاردة المركزية، كما يوحي اسمها، قوة الطرد المركزي لتحريك السوائل. في هذه المضخات، يدخل السائل إلى المضخة في مركز المكره الدوار. عندما يدور المكره، فإنه يمنح السائل طاقة حركية، ويقذفه للخارج في اتجاه شعاعي. ثم يتم تحويل هذه الحركة الشعاعية للسائل إلى ضغط عندما يخرج السائل من المكره ويدخل غلاف المضخة. عادة ما يتم تصميم الغلاف على شكل حلزوني، يُعرف باسم الحلزون، مما يساعد على زيادة الضغط بشكل أكبر وتوجيه السائل نحو مخرج التفريغ.

على النقيض من ذلك، تحرك المضخات ذات التدفق المحوري الرأسي السائل في اتجاه محوري، موازيًا لعمود المضخة. في هذه المضخات، تم تصميم المكره بشكل يشبه المروحة، مع شفرات تدفع السائل على طول محور الدوران. عندما يدور المكره، فإنه يخلق منطقة منخفضة الضغط أمامه، مما يسحب السائل إلى الداخل، ومنطقة عالية الضغط خلفه، مما يدفع السائل للخارج.

اتجاه التدفق المحوري في هذه المضخات مفيد بشكل خاص لنقل كميات كبيرة من السوائل ضد ضغوط الرأس المنخفضة نسبيًا. وهذا يجعل مضخات التدفق المحوري مثالية لتطبيقات مثل التحكم في الفيضانات، وأنظمة الري، ودوران مياه التبريد في محطات الطاقة، حيث يكون المتطلب الأساسي هو نقل كمية كبيرة من السوائل بدلاً من توليد ضغوط عالية.

رأس

يشير مفهوم "الرأس" في أنظمة الضخ إلى الارتفاع المكافئ الإجمالي الذي يتم ضخ السائل فيه، مع مراعاة عوامل مثل الضغط والسرعة والارتفاع. إنه معلمة حاسمة في اختيار المضخة وتصميم النظام، لأنه يتعلق بشكل مباشر بكمية الطاقة المطلوبة لتحريك السائل. تختلف المضخات الطاردة المركزية ومضخات التدفق المحوري الرأسي بشكل كبير في قدرتها على توليد الرأس، مما يؤثر على ملاءمتها لتطبيقات مختلفة.

تشتهر المضخات الطاردة المركزية بقدرتها على توليد رؤوس عالية. تنبع هذه القدرة من تصميمها، الذي يحول بكفاءة الطاقة الحركية التي يمنحها الدافع الدوار إلى طاقة ضغط. عندما يتم دفع السائل للخارج بواسطة الدافع، فإنه يكتسب سرعة. ثم يتم تحويل هذه السرعة إلى ضغط مع تباطؤ السائل في غلاف المضخة. يساعد الشكل الحلزوني للغلاف (اللولب) بشكل أكبر في تحويل الضغط هذا.

من ناحية أخرى، تم تصميم المضخات ذات التدفق المحوري الرأسي عادةً لتطبيقات ذات رأس أقل. إن تصميم التدفق المحوري أكثر كفاءة في تحريك أحجام كبيرة من السوائل ولكنه أقل فعالية في توليد ضغوط عالية. في هذه المضخات، يتحرك السائل بالتوازي مع عمود المضخة، ويتم توليد الضغط في المقام الأول من خلال تسريع السائل وليس من خلال العمل الطردي المركزي.

إن الرأس الذي تولدها مضخات التدفق المحوري الرأسي أقل عمومًا من رأس المضخات الطردية المركزية، ويتراوح عادةً من بضعة أمتار إلى حوالي 20 مترًا في التصميمات ذات المرحلة الواحدة. وبينما قد يبدو هذا مقيدًا، فمن المهم ملاحظة أن العديد من التطبيقات تتطلب نقل أحجام كبيرة من السوائل مقابل رؤوس منخفضة نسبيًا، وفي هذه السيناريوهات، تتفوق مضخات التدفق المحوري الرأسي.

على سبيل المثال، في تطبيقات التحكم في الفيضانات، فإن المتطلب الأساسي هو نقل حجم كبير من الماء بسرعة، وغالبًا مع وجود فرق ارتفاع صغير فقط. وبالمثل، في أنظمة التبريد لمحطات الطاقة، يتركز التركيز على تداول كميات كبيرة من الماء بدلاً من توليد ضغوط عالية. في هذه الحالات، لا تشكل قدرة الرأس المنخفضة لمضخات التدفق المحوري الرأسي قيدًا بل ميزة تسمح بالتشغيل الفعال.

معدل التدفق

معدل التدفق، الذي يشير إلى حجم السائل الذي يمكن للمضخة تحريكه في فترة زمنية معينة، هو عامل حاسم آخر يميز المضخات الطاردة المركزية عن المضخات ذات التدفق المحوري الرأسي. تؤثر هذه الخاصية بشكل كبير على ملاءمة المضخة لتطبيقات مختلفة وتلعب دورًا رئيسيًا في تصميم النظام واختيار المضخة.

عادةً ما يتم تصميم المضخات ذات التدفق المحوري الرأسي للتعامل مع معدلات تدفق أعلى مقارنة بالمضخات الطاردة المركزية ذات الحجم المماثل. تنبع هذه القدرة من تصميم التدفق المحوري، والذي يسمح بمسار أكثر مباشرة وأقل تقييدًا للسائل عبر المضخة. في المضخة ذات التدفق المحوري الرأسي، تم تصميم شفرات الدافع لتحريك حجم كبير من السائل على طول محور عمود المضخة. يقلل هذا التصميم من التغييرات في اتجاه التدفق ويقلل من الاضطرابات، مما يسمح بالحركة الفعالة لكميات كبيرة من السائل.

تجعل قدرة معدل التدفق العالي للمضخات ذات التدفق المحوري الرأسي منها مثالية للتطبيقات حيث يكون نقل أحجام كبيرة من السائل هو المتطلب الأساسي. على سبيل المثال، في أنظمة التحكم في الفيضانات، يمكن لهذه المضخات تحريك كميات هائلة من المياه بسرعة لمنع الفيضانات. في أنظمة الري، يمكنها توزيع المياه بكفاءة على مساحات كبيرة. في أنظمة تبريد محطات الطاقة، غالبًا ما تُستخدم مضخات التدفق المحوري الرأسي لتدوير كميات كبيرة من مياه التبريد.

ليس من غير المألوف أن تتعامل مضخات التدفق المحوري الرأسي الكبيرة مع معدلات تدفق تصل إلى عشرات الآلاف من الجالونات في الدقيقة أو حتى أكثر. تعد هذه القدرة على الحجم الكبير ذات قيمة خاصة في السيناريوهات حيث يكون نقل السوائل السريع أمرًا بالغ الأهمية، مثل حالات التحكم في الفيضانات الطارئة أو في العمليات الصناعية التي تتطلب دورانًا مستمرًا للسوائل بحجم كبير.

على الرغم من قدرة المضخات الطاردة المركزية على التعامل مع مجموعة واسعة من معدلات التدفق، إلا أنها مصممة عمومًا لمعدلات تدفق أقل مقارنة بمضخات التدفق المحوري الرأسي ذات الحجم المماثل. يمكن أن يؤدي تصميم التدفق الشعاعي للمضخات الطاردة المركزية، على الرغم من كفاءته في توليد الضغط، إلى إدخال المزيد من المقاومة للتدفق مقارنة بالتصميم المحوري. وذلك لأن السائل يجب أن يغير اتجاهه عندما يدخل المضخة محوريًا ثم يخرج شعاعيًا.

ان بي اس اتش

يعتبر رأس الشفط الإيجابي الصافي (NPSH) مفهومًا بالغ الأهمية في تشغيل المضخة، ويتعلق بالحد الأدنى من الضغط المطلوب عند مدخل المضخة لمنع التجويف. التجويف هو ظاهرة تتشكل فيها فقاعات البخار في السائل بسبب انخفاض الضغط ثم تنهار، مما قد يتسبب في تلف المضخة. يعد فهم متطلبات رأس الشفط الإيجابي الصافي لأنواع المضخات المختلفة أمرًا ضروريًا لضمان تشغيل المضخة بشكل موثوق وفعال.

عادةً ما يكون لمضخات التدفق المحوري الرأسي متطلبات رأس شفط إيجابي صافي أقل مقارنة بالمضخات الطاردة المركزية. هذه الخاصية هي واحدة من المزايا الرئيسية لمضخات التدفق المحوري الرأسي في تطبيقات معينة.

يرجع انخفاض متطلبات رأس الشفط الإيجابي الصافي لمضخات التدفق المحوري الرأسي في المقام الأول إلى تصميمها. في هذه المضخات، غالبًا ما يتم وضع الدافع بالقرب من سطح الماء أو أسفله، مما يوفر بشكل طبيعي رأس شفط إيجابي. يقلل هذا الترتيب من خطر التجويف من خلال ضمان وجود ضغط كافٍ دائمًا عند مدخل المضخة.

يساهم تصميم التدفق المحوري أيضًا في تقليل متطلبات رأس شفط إيجابي صافي. يدخل السائل إلى المضخة موازيًا للعمود ويحافظ على هذا الاتجاه من خلال الدافع. يؤدي مسار التدفق المستقيم هذا إلى انخفاض أقل في الضغط عند المدخل مقارنة بمسار التدفق الأكثر تعقيدًا في المضخات الطاردة المركزية، حيث يجب أن يغير السائل اتجاهه من محوري إلى شعاعي.

تجعل متطلبات NPSH المنخفضة لمضخات التدفق المحوري الرأسي منها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات حيث يكون رأس الشفط المتاح محدودًا. على سبيل المثال، في أنظمة التحكم في الفيضانات أو الري حيث تحتاج المضخة إلى العمل بأقل قدر من الغمر، يمكن لمضخات التدفق المحوري الرأسي أن تعمل بشكل فعال دون خطر التجويف.

من ناحية أخرى، تتمتع مضخات الطرد المركزي عمومًا بمتطلبات NPSH أعلى. ويرجع هذا إلى عدة عوامل تتعلق بتصميمها وتشغيلها. في مضخة الطرد المركزي، يدخل السائل محوريًا في مركز الدافع ثم يتم تسريعه شعاعيًا إلى الخارج. يمكن أن يؤدي هذا التغيير في الاتجاه والسرعات العالية المعنية إلى مناطق ضغط منخفض موضعية، مما يزيد من خطر التجويف.

مصنعي مضخات التدفق المحوري الرأسي

عندما يتعلق الأمر باختيار مضخة التدفق المحوري الرأسي، فإن اختيار شركة مصنعة ذات سمعة طيبة أمر بالغ الأهمية لضمان الموثوقية والكفاءة والأداء على المدى الطويل. ومن بين هذه الشركات المصنعة التي أسست سمعة قوية في الصناعة شركة Tianjin Kairun.

بالنسبة لأولئك الذين يبحثون عن مضخات التدفق المحوري الرأسي، ترحب شركة Tianjin Kairun بالاستفسارات وهي مستعدة للمساعدة في اختيار المضخة المناسبة لتطبيقات محددة. ويمكن الاتصال بهم على catherine@kairunpump.com لمزيد من المعلومات حول منتجاتهم وخدماتهم.

مراجع:

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

2. Gülich, J. F. (2020). Centrifugal Pumps (3rd ed.). Springer.

3. Tuzson, J. (2000). Centrifugal Pump Design. John Wiley & Sons.

4. Lobanoff, V. S., & Ross, R. R. (2013). Centrifugal Pumps: Design and Application (2nd ed.). Elsevier.