طلمبة أوطرمبة أومضخة PUMP نبيطة (أداة) لنقل أوضغط السوائل والغازت. وتستخدم المضخات في مجموعة من الآلات والنبائط الأخرى، التي تتضمن أنظمة التدفئة المنزلية، والثلاجات، وآبار الزيت، وآبار المياه، والمحركات التوربينية النفاثة ومحركات السيارة ومياه الصرف الصحي ومياه الشرب، وفي محطات توليد الطاقة الكهربائية. 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. وتتراوح الموائع، (الغازات أوالسوائل) التي تُنقل بالمضخات ما بين الهواء لنفخ إطارات الدراجات والصوديوم السائل والبوتاسيوم السائل لتبريد المفاعلات النووية. وتصنع معظم المضخات من الفولاذ، ولكن بعضها مصنوع من الزجاج أواللدائن (البلاستيك). كما تسمى مضخات الغاز ضواغط، أومراوح، أونفاخات.

وهي آلة هيدروليكية تقوم بتقديم الطاقة للسائل أوالغاز في أثناء مروره عبرها؛ مما يؤدي إلى حمل ضغط السائل أوالغاز أوزيادة سرعته أوحمل السائل من مستوى معين إلى مستوى آخر أعلى منه.

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

حيث:

p1 وv1 وz1: الضغط والسرعة والمستوى عند النقطة 1 على الترتيب.

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

h: الارتفاع أوفواقد الاحتكاك التي يتعرض لها السائل عند انتنطقه من النقطة (1) إلى النقطة (2).

g: تسارع الثنطقة الأرضية.

γ: كثافة السائل.

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

تحتاج المضخة إلى مصدر للطاقة لتشغيلها وتوفير الطاقة المطلوب تقديمها للسائل أوالغاز الذي سيمر عبرها. فإذا كانت المضخة تحمل 1كغ من السائل أوالغاز المار عبرها إلى مسافة H (m)، وعندما تمر في المضخة الغزارة الحجمية Q (m3/s) أوالغزارة 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 حتى تكون أكبر من الاستطاعة التي تقدمها المضخة إلى السائل أوالغاز بما يعادل مردود المضخة ηP ومردود محرك المضخة ηE. وبالتالي تعطى الاستطاعة النهائية التي بحاجة إليها المضخة بالعلاقة:

تصنيف المضخات

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

المضخَّات الدينامية

المضخَّة النابذة

يتكون من نبيطة شبه مروحية تسمى الدفَّاعة المروحية. وهذه النبيطة (الأداة) تدار بمحرك ويكون محتواها داخل إطار دائري. وهي تتكون من عجلة من الريش أوالشفرات المقوسة تدور على محور. وقبل حتى تبدأ معظم المضخات النابذة في ضخ السائل يجب حتى تُسقى (تُملأ بالسائل). وعندما تدور الدفاعة المروحية تحدث مصًّا يضمن تدفقًا مستمرًا للسائل عبر ماسورة الإدخال. ويدخل السائل المضخة عند مركز الدفاعة المروحية، ويرتحل للخارج محاذيًا الريش. وتجرف أطراف الريش المقوسة السائل إلى فتحة الخروج.

والمضخات النابذة قليلة التكلفة، ويمكنها استيعاب كميات كبيرة من السائل. وهي مستعملة بكثرة في مصانع المعالجة الكيميائية ومعامل تكرير الزيت.

تتألف المضخة النابذة عموماً من الأجزاء الآتية:

ـ دولاب المضخة impeller: وهوالعنصر 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: وهوعنق 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 ، يتألف الموجّه من مجموعة من الريش ذات شكل انسيابي محدد).

ـ المجمع أوالحلزون volute: وهوقناة متزايدة المبتر تحيط بدولاب المضخة وتقوم بتجميع السائل بعد خروجه من الدولاب وإيصاله إلى طرف دفع المضخة.

ـ الهيكل الخارجي casing: وهوالجزء 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 فترة واحدة one stage centrifugal pump وتحتوي على دولاب واحد.

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

ويمكن حتى تُصنف المضخات النابذة حسب كيفية 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.

3 ًـ مضخة نابذة غاطسة: حيث يشكل محرك المضخة الكهربائي مع المضخة كتلة واحدة هجرب تحت الماء عند بداية أنبوب الضخ.

مضخَّات الدفق المحوري

لها عضودوَّار يُدَار بمحرك، ويوجه السائل عبر مسار موازٍ لمحوره. وعلى ذلك ينتقل السائل في مسارٍ مستقيم نسبيًا من ماسورة الإدخال عبر المضخة إلى ماسورة الإخراج.

ويكون - في هذا النوع من المضخات - 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 أوقابلة للحركة وذلك للتحكم بغزارة المضخة. وتوجد بعد دولاب المضخة مباشرة ريش توجيه تتولى إعطاء الجريان الخارج من المضخة الاتجاه المحوري المناسب.

وتستخدم مضخات الدفق المحوري في أغلب الأحيان بمثابة ضواغط في المحركات التوربينية النفاثة. وتستخدم المضخات النابذة أيضًا لهذا الغرض، ولكن مضخات الدفق المحوري تكون أكثر فعالية. وتتكون ضواغط الدفق المحوري من صفوف متعاقبة من أعضاء دوارة وريش ثابتة. وتنتج الريش والأعضاء الدوارة ارتفاعًا في الضغط في الهواء عندما ينتقل خلال ضاغط الدفق المحوري. وعندئذ يخرج الهواء من الضاغط تحت ضغط عالٍ

المضخات النافورية

تشتق اسمها من الكيفية التي تحرك بها المائع. فهي تعمل على أساس حتى المائع ذا السرعة العالية يفترض أن يحمل معه أي مائع آخر يمر خلاله. وترسل معظم المضخات النافورية نافورة بخار أوماء خلال المائع المطلوب نقله. وتحمل النافورة المائع معها مباشرة داخل ماسورة الإخراج، وفي نفس الوقت، تخلق تفريغًا يسحب مائعًا زائدًا إلى داخل المضخة. وتعادل كمية المائع المنقولة بوساطة معظم المضخات النافورية أضعاف كمية النافورة نفسها.

ويمكن استعمال المضخات النافورية لحمل الماء من الآبار الأعمق من 60 م. وفي هذه الأحوال، تُمدّ مضخة نابذة عند مستوى الأرض الماء إلى مضخة نافورية عند قاع البئر. وتحمل المضخة النافورية ماء البئر معها إلى أعلى إلى المستوى الأرضي. كما تستخدم المضخات النافورية أيضًا في المضخات الفراغية عالية الانتشار لتحدث فراغًا في حيز مُغلق. وفي المضخات الفراغية العالية الانتشار، تُرْسَل نافورة عالية السرعة من بخار الزئبق أوالزيت إلى داخل الحيز المغلق. وتصطدم جزيئات البخار بجزيئات الهواء وتدفعها بقوة خارج فتحة الخروج. =

المضخات الكهرومغنطيسية=

تستخدم أساسًا لتنقل الصوديوم السائل والبوتاسيوم السائل، اللذين يستخدمان مبردات في المفاعلات النووية. وتتكون هذه المضخات من موصلات كهربائية ومواسير ممغنطة. وتبعث الموصلات تيارًا خلال المائع، الذي يصبح بذلك مغنطيسيًا كهربائيًا. ويتحرك المائع عندئذ بوساطة التجاذب المغنطيسي والتنافر (الدفع بعيدًا) بين المجال المغنطيسي للسائل وتلك المواسير، ولذا يتحرك المائع في مضخة كهرومغنطيسية على نفس المنوال الذي يتحرك فيه عضوالإنتاج في محرك كهربائي.

المضخات ذات الإزاحة الموجبة

وهي تعتمد في عملها على إنقاص حجم السائل المحصور داخل المضخة وبالتالي حمل 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 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.

مما ورد أعلاه يظهر حتى 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. 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.

المضخات الدوارة

هي المضخات ذات الإزاحة الموجبة التي تستخدم على نطاق واسع. فهي تستخدم في الغالب لضخ السوائل اللزجة مثل زيت المحركات والعصير المركز والدهان. وهناك ثلاثة طرز رئيسية من المضخات الدوارة. وهذه الطرز هي:

المضخات ذات التروس (المسننات)

تتكون من تُرسين يدوران ضد جدران إطار دائري. وتكون فتحتا الدخول والخروج عند الجانبين المتقابلين للإطار، على خط واحد مع النقطة التي تتوافق عندها أسنان التُرسين معًا. ويحبس المائع الذي يدخل المضخة بوساطة أسنان التُرس، التي تجرف المائع عبر جدران المضخة إلى فتحة الخروج.

المضخات ذات النتوء

تعمل على نهج مشابه للمضخات ذات التروس. ولكن بدلاً من الترسين، تكون المضخات ذات النتوء مزودة بدفاعات مروحية لها نتوءات مستديرة متوافقة معًا. والمضخات ذات النتوء يمكنها تصريف كميات كبيرة من السائل عند ضغط منخفض.

المضخات ذات الريش المنزلقة تتكون من دفَّاعة مروحية مشقوقة مركبة حائدة عن المركز داخل غلاف دائري. وتتحرك الريش المنزلقة إلى داخل وخارج الشقوق. وعندما تدور الريش بوساطة فتحة الدخول، تجرف المائع وتحبسه ضد جدار المضخة. وتضيق المسافة بين الدفاعة المروحية وجدار المضخة بالقرب من فتحة الخروج. وعندما يُحمل المائع حول هذه الفتحة، تُدفع الريش إلى الداخل وينضغط المائع. ويهرع عندئذ المائع المضغوط إلى الخارج من فتحة الخروج.

المضخة اللولبية

تتألف من محور مائل مثبتة على جداره صفيحة حلزونية. 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 لحمل الماء من النهر إلى مستوى أعلى وكانت تدار باليد.

المضخات الترددية

تتكون من مكبس يتحرك إلى الخلف وإلى الأمام داخل أسطوانة. توجد فتحة لأحد طرفي الأسطوانة يمر عبره ذراع التوصيل للمكبس. والطرف الآخر للأسطوانة، المُسمى الطرف المغلق له صمام دخول أوصمام خروج، أوكلاهما، وفق طراز المضخة. وفي بعض المضخات الترددية،قد يكون صمام الدخول أوصمام الخروج مركبًا على المكبس. وتتضمن المضخات الترددية الشائعة المضخات الرافعة، والمضخات الدافعة، ومضخات إطار الدراجة.

المضخات الرافعة تسحب المياه من الآبار.قد يكون صمام الدخول عند نهاية الأسطوانة المغلقة ويكون صمام الخروج على المكبس. وعندما يُحمل المكبس، تُسحب المياه إلى أعلى خلال صمام الدخول. وعندما يتحرك المكبس إلى أسفل، ينغلق صمام الدخول، دافعًا الماء خلال صمام الخروج إلى أعلى فوق المكبس. وعندما يُحمل المكبس ثانيًا، ينغلق صمام الخروج ويُحمل الماء إلى فتحة، حيث يهجر الماء المضخة. وفي نفس الوقت يُسحب ماء أكثر خلال صمام الدخول. ومن الممكن نظريًا للمضخة الرافعة حتى تحمل الماء من بئر عمقها عشرة أمتار بكل تأكيد. وعلى جميع حال، وبسبب التسرب والمقاومة، لا تستطيع المضخة الرافعة حتى تحمل ماءقد يكون على عمق أكثر من حوالي 7,5م.

المضخات الدّافعة تشبه المضخات الرافعة. ويكون صمام الدخول وصمام الخروج مركبين عند طرف الأسطوانة المغلق. وعندما يتحرك المكبس بعيدًا عن الطرف المغلق، يدخل السائل في الأسطوانة. وعندما يتحرك المكبس تجاه الطرف المغلق، يُدفع المائع إلى خارج صمام الخروج.

مضخات إطار الدراجة تختلف في عدد ومكان الصمامات التي بها، وفي الكيفية التي يدخل بها الهواء في الأسطوانة. وبعض مضخات إطارات الدراجةقد يكون بها صمام الدخول مركبًا على المكبس وصمام الخروج عند الطرف المغلق للأسطوانة. ويدخل الهواء المضخة بالقرب من النقطة حيث تمر ذراع التوصيل خلال الأسطوانة. وعندما تدفع الذراع إلى الخارج، يمر الهواء من خلال المكبس ويملأ المساحة بين المكبس وصمام الخروج. وعندما يُدْفع الذراع إلى الداخل، ينغلق صمام الدخول، ويدفع المكبس الهواء خلال صمام الخروج.

مضخات خاصة صناعية

المضخة النفاثة

تعتمد المضخة النفاثة 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.

المضخة الهوائية

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

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 الكثير 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.

مضخات التبريد

تعمل مضخات التبريد المستخدمة في أجهزة التبريد على حمل 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.

مردود المضخات

يعهد مردود المضخة ηp بأنه النسبة بين الطاقة Ep المقدمة إلى السائل من قبل دولاب المضخة (طاقة حركية + طاقة ضغط + طاقة كامنة) إلى الطاقة Em التي يقدمها محرك المضخة إليها.

2500rpm<n<5000rpm

كما تظهر على الشكل خطوط تساوي المردود

يتغير مردود المضخة بدلالة جميع من الضاغط والغزارة اللذين تقدمهما المضخة وبدلالة عدد دورات المضخة وهذا ما يوضحه.

ضخ الطاقة

The power added to the fluid flow by the pump ('"`UNIQ--postMath-00000001-QINU`"'), is defined using SI units by:

'"`UNIQ--postMath-00000002-QINU`"'

where:

'"`UNIQ--postMath-00000003-QINU`"' is the output power of the pump (W)

'"`UNIQ--postMath-00000004-QINU`"' is the fluid density (kg/m³)

'"`UNIQ--postMath-00000005-QINU`"' is the gravitational constant (9.81 m/s²)

'"`UNIQ--postMath-00000006-QINU`"' is the energy Head added to the flow (m)

'"`UNIQ--postMath-00000007-QINU`"' is the flow rate (m³/s)

تاريخ

انت وسائل الضخ أبرز طريقة لنقل الموائع لآلاف السنين. استخدم قدماء المصريين نواعير (سواقي) ذات قواديس مركبة عليها لتنقل الماء لأغراض الري. تغرف القواديس الماء من الآبار والأنهار وترسبُها في قنوات لتحملها إلى الحقول. وفي القرن الثالث ق.م، خلق المكتشف اليوناني ستيسيبيوس الإسكندري مضخة ترددية لضخ الماء. وفي الوقت نفسه تقريبًا اكتشف أرخميدس ـ عالم الرياضيات اليوناني ـ مضخة مُلَولبة تُسمى الطنبور مركبة من لولب يدور داخل أسطوانة. وقد استخدم هذا الطراز من المضخة لصرف وري وادي النيل.

لم يتم تطوير المضخات النابذة الحقيقية حتى أواخر القرن السابع عشر الميلادي، عندما خلق المكتشف الفرنسي المولد، دينس بابن مضخة ذات أرياش مستقيمة. ثم أدخل المكتشف البريطاني، جون أبولد مضخة نابذة ذات ريش مقوسة في عام 1851م. وكان أول استخدام للضواغط ذات الدفق المحوري على المحركات التوربينية النفاثة في الأربعينيات من القرن العشرين الميلادي.

انظر أيضاً

المصادر

الموسوعة المعهدية الكاملة

قراءات أخرى

• Australian Pump Manufacturers' Association. Australian Pump Technical Handbook, 3rd edition. Canberra: Australian Pump Manufacturers' Association, 1987. ISBN 0731670434.
• Hicks, Tyler G. and Theodore W. Edwards. Pump Application Engineering. McGraw-Hill Book Company.1971. ISBN 07-028741-4
• Robbins, L. B. "Homemade Water Pressure Systems". Popular Science, February 1919, pages 83–84. Article about how a homeowner can easily build a pressurized home water system that does not use electricity.

وصلات خارجية

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Pumps.

• www.pumpschool.com—Pump education devoted primarily to rotary positive displacement pumps
• http://grundfos.com Danish manufacturer of pumps and pump solutions.
• Parish Pumps of Eastern Essex in the UK