المضخة

مضخه

Pump - Pompe

المضخة

المضخة pump هي آلة هيدروليكية تقوم بتقديم الطاقة للسائل أو الغاز في أثناء مروره عبرها؛ مما يؤدي إلى رفع ضغط السائل أو الغاز أو زيادة سرعته أو رفع السائل من مستوى معين إلى مستوى آخر أعلى منه.

تستخدم المضخات على نطاق واسع في مختلف مجالات الهندسة: في محطات ضخ مياه الري ومياه الصرف الصحي ومياه الشرب، وفي محطات توليد الطاقة الكهربائية وفي مصانع النفط وحقوله ومصافي التكرير، وفي ضغط الهواء والغازات (وعندئذٍ تسمى ضواغط compressors)، وفي تخزين الطاقة وذلك عن طريق ضخ الماء إلى خزان علوي ومن ثم الاستفادة من طاقته الكامنة في تدوير عنفة مائية لتوليد الكهرباء مثلاً.

يسمى الارتفاع الذي ترفع المضخة السائلَ المار عبرها إليه بضاغط المضخة head ويعطى بالعلاقة الآتية:

حيث:

p₁ و v₁ وz₁: الضغط والسرعة والمستوى عند النقطة 1 على الترتيب.

p₂ وv₂ وz₂: الضغط والسرعة والمستوى عند النقطة 2 على الترتيب.

h: الارتفاع أو فواقد الاحتكاك التي يتعرض لها السائل عند انتقاله من النقطة (1) إلى النقطة (2).

g: تسارع الثقالة الأرضية.

γ: كثافة السائل.

ويسمى حجم الماء أو الغاز الذي تضخه المضخة في واحدة الزمن بالغزارة، ويعطى باللترات أو الأمتار المكعبة في واحدة الزمن (1/s) أو (m³/s).

تحتاج المضخة إلى مصدر للطاقة لتشغيلها وتوفير الطاقة المطلوب تقديمها للسائل أو الغاز الذي سيمر عبرها. فإذا كانت المضخة ترفع 1كغ من السائل أو الغاز المار عبرها إلى مسافة H (m)، وعندما تمر في المضخة الغزارة الحجمية Q (m³/s) أو الغزارة الوزنية γQ (kg/s) فإن الطاقة الكلية التي تقدمها المضخة للسائل المار عبرها في واحدة الزمن (أي الاستطاعة P) تساوي: pH = γ Q H

ولوجود فواقد في المضخة وفي محركها، فإن الاستطاعة المطلوب توفيرها يجب أن تكون أكبر من الاستطاعة التي تقدمها المضخة إلى السائل أو الغاز بما يعادل مردود المضخة η_P ومردود محرك المضخة η_E. وبالتالي تعطى الاستطاعة النهائية التي تحتاج إليها المضخة بالعلاقة:

تصنيف المضخات

تصنف المضخات وفق مبدأ عملها، إلى: مضخات الإزاحة والمضخات النابذة والمضخات المحورية إضافة إلى مضخات خاصة صناعية.

1- مضخات الإزاحة:

وهي تعتمد في عملها على إنقاص حجم السائل المحصور داخل المضخة وبالتالي رفع ضغطه، ويتم تغيير الحجم إما نتيجة لحركة مكبس داخل الأسطوانة (كما في المضخات المكبسية) وإما نتيجة تغيير الحجم المحصور بين جنيحات منزلقة تدور داخل أسطوانة، وعندئذٍ تدعى المضخات الحجمية الدورانية. ويميز فيها الأنماط الآتية:

المضخة المكبسية: وتتألف من مكبس يتحرك بشكل ترددي في أسطوانة تحتوي في أعلاها على فتحتين تغلقهما دسامات (صمامات). تتصل الفتحة الأولى بأنبوب الامتصاص وتتصل الفتحة الثانية بأنبوب الدفع. عند تحريك المكبس إلى الأسفل (الشكل-1) ينشأ في الأسطوانة ضغط منخفض يؤدي إلى فتح صمام الامتصاص وبالتالي امتصاص السائل عبر أنبوب الامتصاص. وعندئذٍ يبدأ المكبس بالصعود، فيدفع السائل الذي تم امتصاصه في شوط الامتصاص رافعاً ضغط السائل ومغلقاً صمام الامتصاص وفاتحاً صمام الدفع حيث يقوم المكبس بدفع السائل عبره إلى أنبوب الدفع.

الشكل (1)

	الشكل (2) مضخة حجمية دورانية
	الشكل (3) مضخة المسننات

مما ورد أعلاه يظهر أن الغزارة التي تضخها المضخة إلى أنبوب الدفع ليست ثابتة بل تتناسب مع سرعة المكبس. كما تنعدم الغزارة خلال شوط الامتصاص.

المضخة الحجمية الدورانية: تتألف من أسطوانة تدور داخلها أسطوانة متوضعة بشكل لا مركزي، وتحتوي هذه الأسطوانة على شقوق طولية تنزلق فيها صفيحات إلى الخارج عند تعرضها للقوة النابذة عند دوران الأسطوانة (الشكل-2). تدور الأسطوانة حول محور يختلف عن محور الأسطوانة الخارجية مما يولد تغيراً في الحجم المحصور بين الصفائح. عندما يتزايد هذا الحجم يتم امتصاص السائل عبر أنبوب الامتصاص، وعندما يتناقص هذا الحجم إلى قيمته الدنيا يتم تفريغ السائل المضغوط إلى أنبوب الدفع.

تتميز المضخة بإمكانية التحكم بالغزارة المضخوخة عن طريق تغيير لا مركزية الأسطوانة مع جسم المضخة.

مضخة المسننات: تتألف من دولابين مسننين يدوران باتجاهين متعاكسين ضمن غلاف له شكل معين، وعند دوران المسننين تدفع الأسنان أمامها كمية من السائل المطلوب ضخه وتنقله من طرف امتصاص المضخة إلى طرف دفعها كما في (الشكل-3).

المضخة اللولبية: تتألف من محور مائل مثبتة على جداره صفيحة حلزونية (الشكل-4). عندما يدور المحور يبدأ الماء بالتسلق على جدار الحلزون. يتميز هذا النوع من المضخات بالبساطة والوثوقية وبالمقدرة على ضخ المياه المالحة المحملة بالمواد الصلبة. وغالباً ما يميل محور المضخة اللولبية عن الأفق بزاوية بنحو30 ْ.

لقد استخدمت المضخة اللولبية قديماً من قبل المصريين واليونانيين لرفع الماء من النهر إلى مستوى أعلى وكانت تدار باليد.

2- المضخات النابذة centrifugal pumps

لفهم عمل المضخات النابذة نفترض وجود وعاء دائري مغلق يحتوي على سائل يدور بسرعة زاوية ثابتة نتيجة الدوران. وتَعَرُّض جزيئات السائل للقوة النابذة فإن توزعاً للضغط سوف يحدث في هذا السائل بحيث يزداد بشكل يتناسب مع مربع نصف القطر.

تتألف المضخة النابذة عموماً من الأجزاء الآتية:

ـ دولاب المضخة impeller: وهو العنصر الرئيسي المتحرك في المضخة والذي تتم بحركته الدورانية عملية الجريان. ويحتوي الدولاب عدداً من الريش لها شكل منحنٍ محدد تفرضه المواصفات المطلوبة من المضخة (الشكل-5) (ضاغط H، غزارة Q عند عدد دوران محدد n).

ـ المُوَجِّه guide vane: وهو عنق ثابت يوضع مباشرة بعد الدولاب لتقويم التيار المائي بعد خروجه من الدولاب، ولتأمين الدخول الناظمي للجريان إلى دولاب المضخة التالي (في المضخات النابذة متعددة المراحل (الشكل 6)، يتألف الموجّه من مجموعة من الريش ذات شكل انسيابي محدد).

الشكل (6) مقطع في مضخة نابذة

ـ المجمع أو الحلزون volute: وهو قناة متزايدة المقطع تحيط بدولاب المضخة وتقوم بتجميع السائل بعد خروجه من الدولاب وإيصاله إلى طرف دفع المضخة.

ـ الهيكل الخارجي casing: وهو الجزء الذي يحتوي في داخله دولاب المضخة والموجّه، ويحتوي على فتحة يمر من خلالها محور نقل الحركة من المحرك إلى الدولاب.

توجد من المضخات النابذة حسب عدد الدواليب وتوضعها الأنماط الآتية:

ـ مضخة ذات مرحلة واحدة one stage centrifugal pump (الشكل-7) وتحتوي على دولاب واحد.

الشكل (7) مضخة ذات مرحلة واحدة

ـ مضخة متعددة المراحلmulti- stage centrifugal pump: (الشكل 8) تحتوي على عدة دواليب موصولة على التسلسل. يستخدم هذا النوع من المضخات عند الحاجة إلى ضاغط كبير.

	الشكل (9) مضخة نابذة عمودية		الشكل (10) مضخة غاطسة

ويمكن أن تُصنف المضخات النابذة حسب طريقة توضع المضخة ومحركها كما يأتي:

1 ًـ مضخة نابذة أفقية: تكون المضخة ومحركها في مستوى أفقي.

2 ًـ مضخة نابذة عمودية: تكون المضخة ومحركها في مستويين مختلفين، ويكون محور نقل الحركة شاقولياً (الشكل-9).

3 ًـ مضخة نابذة غاطسة: حيث يشكل محرك المضخة الكهربائي مع المضخة كتلة واحدة تركب تحت الماء عند بداية أنبوب الضخ (الشكل-10).

3- المضخات المحورية axial flow pumps

يكون - في هذا النوع من المضخات (الشكل-11) - دخول السائل إلى دولاب المضخة وخروجه منه موازياً لمحور الدولاب. يتألف دولاب العنفة المحورية من جسم مركزي موصول بمحور التدوير، ويثبت على هذا الجسم عدد من الجنيحات (3-6 جنيحات) ذات شكل انسيابي، تكون ثابتة أو قابلة للحركة وذلك للتحكم بغزارة المضخة. وتوجد بعد دولاب المضخة مباشرة ريش توجيه تتولى إعطاء الجريان الخارج من المضخة الاتجاه المحوري المناسب.

4- مضخات خاصة صناعية

ـ المضخة النفاثة:

تعتمد المضخة النفاثة (الشكل-12) على إجبار تيار من الماء على الخروج عبر فتحة صغيرة على شكل تيار سريع؛ مما يؤدي إلى خفض الضغط في تلك المنطقة ,ويستفاد من هذا الانخفاض في الضغط لامتصاص سائل من مستوى منخفض إلى مستوى أعلى. ولهذا النوع من المضخات استخدام كبير في الصناعات الكيمياوية وفي منشآت تحلية المياه المالحة حيث يستخدم البخار بدلاً من الماء لتوليد الضغط المنخفض المطلوب.

الشكل (12) مضخة نفاثة

ـ المضخة الهوائية:

تقوم المضخة الهوائية (الشكل-13) بمزج كمية من الهواء أو الغاز بالماء مما يشكل مزيجاً وزنه النوعي أقل من الوزن النوعي للماء. ويؤدي هذا الاختلاف إلى رفع مزيج الماء والهواء أو الغاز إلى مستوى أعلى. وغالباً ما توجد هذه المضخات بالقرب من منابع البترول حيث يتوفر الغاز الذي يستخدم لمزجه بالماء المطلوب ضخه.

ـ مضخات تخلية الهواء:

غالباً ما يستخدم هذا النوع من المضخات في صناعة الأنابيب الإلكترونية التي تتطلب تفريغاً كبيراً من الهواء، كما تستخدم في بعض الصناعات الكيمياوية. وهناك العديد من أنواع مضخات التخلية، لكن أكثرها انتشاراً هي مضخة التخلية ذات الحلقة السائلة التي تولد حجماً متغيراً لدى دوران المضخة، وعند تزايد الحجم المحصور بين الحلقة السائلة والجنيحات ينخفض الضغط، ويستفاد من ذلك في عملية التخلية (الشكل-14).

الشكل (14) مضخة تخلية ذات الحلقة السائلة

ـ مضخات التبريد:

تعمل مضخات التبريد المستخدمة في أجهزة التبريد على رفع ضغط غاز مناسب (فريون أو…) وتحويله إلى سائل. وعندما يصل هذا السائل إلى حجرة التبريد يسمح له بالتمدد، وبالتالي يتبخر ممتصاً الحرارة اللازمة للتبخير من حجرة التبريد.

ـ المضخة الكهرمغنطيسية:

وتعمل على ضخ السائل الكهرمغنطيسي (بلازما) من خلال تمرير تيار كهربائي عبره وتعريضه في الوقت نفسه لحقل مغنطيسي مناسب؛ مما يولد قوة محركة تؤثر في جزيئات البلازما وتحركها بالاتجاه المناسب.

مردود المضخات

يعرف مردود المضخة η_p بأنه النسبة بين الطاقة E_p المقدمة إلى السائل من قبل دولاب المضخة (طاقة حركية + طاقة ضغط + طاقة كامنة) إلى الطاقة E_m التي يقدمها محرك المضخة إليها.

يتغير مردود المضخة بدلالة كل من الضاغط والغزارة اللذين تقدمهما المضخة وبدلالة عدد دورات المضخة وهذا ما يوضحه الشكل (15).

معن العظمة

ـ معن العظمة، المضخات ومحطات الضخ (جامعة دمشق، 1995).

ـ معن العظمة، الآلات الهيدروليكية (جامعة دمشق، 1990).

ـ أمجد زينو وقتيبة السعدي، محطات الضخ (جامعة دمشق، 2001).

التصنيف : الكيمياء و الفيزياء

النوع : علوم

المجلد: المجلد الثامن عشر

رقم الصفحة ضمن المجلد : 840

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية