لا يعمل منحنى المضخة كدليل للمهندسين عند تصميم حلول نقل السوائل فحسب، بل يوفر أيضًا معلومات للمستخدمين لإجراء الصيانة الوقائية على المضخات.
تشرح هذه المقالة منحنيات مضخة الطرد المركزي، وتناقش كيفية قراءتها واستخدامها. إذا كنت ترغب في فهمٍ شاملٍ لمنحنيات مضخة الطرد المركزي، يُرجى قراءة هذه المقالة.
ما هو منحنى مضخة الطرد المركزي؟
مخطط منحنى المضخة هو منحنى يمثل العلاقة بين معلمات الأداء المختلفة للمضخة، ويظهر أداء وحالة عمل مضخة المياه في ظل ظروف مختلفة.
يحتوي مخطط منحنى أداء المضخة على المعلومات التالية:
🔸رأس المضخة
🔸معدل التدفق
🔸NPSH (رأس الشفط الإيجابي الصافي)
🔸حجم المكره وأداء المضخة
🔸منحنى كفاءة المضخة
🔸RPM (دورات في الدقيقة)
🔸BEP (أفضل نقطة كفاءة)
منحنى مضخة الطرد المركزي ليس فقط أداة مهمة لاختيار المضخة، بل هو أيضًا مرجع في أعمال الصيانة للتحقق مما إذا كانت حالة نقاط التشغيل المختلفة للمضخة تنحرف عن القيم الموصى بها بواسطة منحنى خصائص المضخة.
الشكل. يمثل المحور Y الرأس بالأمتار، ويمثل المحور X معدل التدفق بالمتر المكعب/ساعة، أو لتر/ثانية.
يمثل الخط الأحمر نطاق الكفاءة الأمثل للمضخة، حيث تحقق المضخة كفاءة عالية وتقلل من التآكل.
كيفية قراءة منحنى أداء المضخة؟
يستخدم المهندسون عادةً منحنيات أداء المضخات لاختيار المضخة المناسبة. باستخدام المعلومات الواردة في منحنى أداء المضخة، مثل رأس المضخة ومعدل التدفق، وتقاطعهما، يُمكننا اختيار طراز المضخة بشكل تقريبي.
لفهم منحنى أداء المضخة، يجب عليك أولاً فهم معايير أدائها المختلفة. يُرجى متابعة قراءة المحتوى التالي لفهم منحنى أداء المضخة بشكل شامل.
1. رأس المضخة
يمثل المحور الصادي لمنحنى المضخة رأس المضخة، والذي يمثل الارتفاع الذي تستطيع المضخة ضخ السائل إليه. ببساطة، هو المسافة الرأسية بين مخرج المضخة وارتفاع الضخ النهائي. في الحسابات الفعلية، يجب أيضًا مراعاة عوامل مثل خسائر الكوع واحتكاك الأنابيب.
فيما يلي شرح أكثر تفصيلاً لرأس المضخة، إجمالي رأس الديناميكية.
إجمالي رأس الديناميكية
ما هو تي دي اتش في منحنى المضخة؟ ببساطة، نستخدم عادةً المحور الصادي لمنحنى المضخة لتمثيل TDH. إجمالي الضغط الديناميكي للمضخة هو مجموع الرفع الساكن، وضغط الضغط، وقوة الضغط، وفقدان الاحتكاك، وعوامل أخرى للمضخة. يمكن فهمه على أنه الارتفاع الذي تستطيع المضخة رفع السائل إليه بعد مراعاة العوامل المذكورة أعلاه. يُعبَّر عنه عادةً بالأمتار أو البوصات.
كيفية حساب إجمالي الرأس الديناميكي؟
TDH = الرفع الثابت + رأس الضغط + رأس السرعة + فقدان الاحتكاك
- الرفع الثابت: يشير الرفع الثابت إلى الفرق في الارتفاع بين منفذ شفط المضخة وسطح السائل عندما تكون المضخة ثابتة.
- رأس الضغط: هو الضغط الساكن الذي يوفره السائل، أي أنه يُشير إلى الرأس الناتج عن ضغط السائل في خط الأنابيب. تتولد رؤوس ضغط مختلفة عند طرفي السحب والتفريغ للمضخة. كلما زاد ضغط السائل، زاد رأس الضغط.
- رأس السرعة: هو الارتفاع الذي ترفعه الطاقة الحركية للسائل أثناء جريانه. كلما زادت سرعة السائل، زاد رأس السرعة.
- فقدان الاحتكاك: فقدان الاحتكاك هو فقدان الطاقة الناتج في المرافق والصمامات والأنابيب في خط الأنابيب عندما تقوم المضخة بنقل السوائل.
صيغة الرأس الديناميكي الكلي
TDH=H ثابت + ح ضغط + ح سرعة + ح احتكاك
2. معدل التدفق
يمثل المحور X لمنحنى أداء المضخة معدل التدفق، والذي يُعرّف بأنه حجم السائل الذي تستطيع المضخة ضخه في وحدة الزمن. ويُعبّر عنه عادةً بالمتر المكعب في الساعة (م³/ساعة) أو باللتر في الثانية (لتر/ثانية).
3. أفضل نقطة كفاءة لمنحنى المضخة
تتمتع المضخة بأعلى كفاءة وأقل تآكل في حالة التشغيل هذه.
4. حجم المكره وأداء المضخة
يؤثر حجم المكره على أداء المضخة. فزيادة حجم المكره تزيد من معدل تدفق المضخة، لأن المكره الأكبر يسمح بدفع المزيد من السوائل. ووفقًا لقانون التقارب: H ∝ D²، حيث D هو قطر المكره، فإن زيادة حجم المكره تزيد أيضًا من ارتفاع المضخة.
مع ذلك، من المهم مراعاة أن مجرد زيادة حجم المكره لا يُحسّن الكفاءة بالضرورة. فالمكره الأكبر يتطلب محركًا أعلى قدرة للحفاظ على الدوران. يجب تحديد نقطة الكفاءة المثلى على منحنى المضخة.
5. منحنى كفاءة المضخة
يعد منحنى كفاءة المضخة أمرًا بالغ الأهمية في تحليل المضخة لأنه يخبرنا بمدى كفاءة تشغيل المضخة في ظل ظروف مختلفة - أي مقدار الطاقة المدخلة للمحرك المستخدمة لتحريك السائل.
يساعدنا منحنى كفاءة المضخة أيضًا في تحديد أفضل نقطة كفاءة (BEP) ونطاق الكفاءة العالية. ويُعرّف نطاق الكفاءة العالية بأنه النقطة التي تحقق فيها المضخة أقصى أداء مع تقليل التآكل.
6. دورة في الدقيقة
لسرعة المضخة تأثير كبير على ضغط الماء ومعدل التدفق أثناء التشغيل الفعلي. يجب مراعاة السرعة عند أفضل نقطة كفاءة عند اختيار المضخة.
7. NPSH
يُعدّ رأس الشفط الإيجابي الصافي مؤشرًا مهمًا لمنع التجويف أثناء تشغيل المضخة. يحتوي رأس الشفط الإيجابي الصافي على معاملين.
- إن بي إس إتش أ:NPSH المطلوبة للمضخة في التشغيل الفعلي.
- إن بي إس إتش ر:الحد الأدنى من NPSH المطلوب لتشغيل المضخة.
عند تصميم حل توصيل المضخة، NPSH أ > إن بي إس إتش ر يجب التأكد من وجود ضغط كافٍ عند نهاية شفط المضخة لمنع حدوث التجويف في المضخة.
كيفية قراءة NPSH على منحنى المضخة؟
على منحنى المضخة، NPSH هو الخط المتقطع العمودي على المحور X.
يمكننا أن نرى أن المواضع المختلفة لها قيم NPSH مختلفة. في المحتوى أعلاه، ذكرنا أن NPSH يتضمن NPSH أ (NPSH مطلوب فعليًا أثناء التشغيل) وNPSH ر (الحد الأدنى من NPSH المطلوب للتشغيل). يرجى ملاحظة أن NPSH أ > إن بي إس إتش ر يجب التأكد من عدم حدوث تجويف في المضخة.
لقد حددنا موقع النقطة A، ويمكننا أن نرى أن النقطة A تقع بالقرب من نطاق NPSH ر من 8 أمتار. لذا يمكننا تحديد أنه عند تصميم نظام توصيل المضخة، يجب علينا التأكد من أن NPSH أ >8م لمنع التجويف بشكل أفضل.
على الرغم من أن منحنيات المضخة التي يوفرها كل منها شركة تصنيع المضخات ليست متطابقة تمامًا، إذا تمكنت من فهم معنى المعلمات المختلفة في منحنى أداء المضخة، فيمكنك إجراء اختيار بسيط للمضخة بناءً على منحنيات المضخة التي يوفرها المصنع.
كيفية استخدام منحنى اختيار المضخة؟
بفضل الشرح السابق، أصبح لدى الجميع فهم أساسي لمنحنيات المضخات. والآن، يمكننا استخدامها لاختيار نماذج المضخات.
- باستخدام معدل التدفق المطلوب وبيانات الرأس، نحدد نقطة تشغيل المضخة.
- يتم العثور على أفضل نقطة كفاءة (BEP) بالقرب من نقطة التشغيل.
- يسمح لنا BEP بتحديد قوة المحرك المثالية من منحنى المضخة.
نصائح الخبراء:
💡 عند اختيار مضخةحاول اختيار واحد عند أو بالقرب من أفضل كفاءة للطاقة للتأكد من أنه يقع ضمن نطاق الكفاءة العالية وتعظيم عمره الافتراضي.
💡 باستخدام منحنيات المضخات التي يوفرها مصنعوها، يُمكننا إجراء صيانة للمضخات الحالية. على سبيل المثال، بناءً على أداء المضخة الأمثل (BEP)، يُمكننا تعديل حجم المروحة أو الأنابيب والوصلات لتقليل التآكل وتحسين الكفاءة.
تأثير الجاذبية النوعية واللزوجة على المضخة
1. كيف يتغير منحنى المضخة مع الجاذبية النوعية؟
تؤثر الكثافة النوعية للسائل على قدرة المضخة. كلما زادت الكثافة النوعية، زادت الطاقة التي تستهلكها المضخة.
وفقًا للعلاقة بين الكثافة النوعية للسائل وكثافته، كلما زادت الكثافة، زادت مقاومة نظام المضخة لنقله، ما يتطلب طاقة أكبر.
عندما تقوم المضخة بتوصيل سائل ذو كثافة نوعية أكبر من المتوقع، فإن ذلك سيؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة للمضخة، مما يجعل تدفق المضخة غير مستقر، ويسرع التآكل، ويقلل من كفاءة وعمر خدمة نظام المضخة.
2. تأثير اللزوجة على أداء المضخة
يؤثر تغير لزوجة السائل على قوة المضخة ومعدل تدفقها وضغطها. فعندما تزداد لزوجة السائل، ينخفض معدل التدفق، وتزداد قوتها وضغطها.
عندما تزداد لزوجة السائل الذي تنقله المضخة، تزداد مقاومة تدفقه في خط الأنابيب، مما يؤدي إلى انخفاض سيولته، وبالتالي انخفاض معدل التدفق. وللحفاظ على معدل التدفق نفسه، يحتاج نظام المضخة إلى زيادة طاقته، مما يؤدي إلى استهلاكها المزيد من الطاقة.
عندما تزداد لزوجة السائل، تزداد مقاومة تدفقه في خط الأنابيب. وللتغلب على هذه المقاومة، يتطلب نظام المضخة قوة (رأس) أكبر لنقل السائل، مما يؤدي إلى زيادة رأس المضخة.
لذا يمكننا أن نستنتج أنه عندما تزيد لزوجة السائل، تحتاج المضخة إلى المزيد من الطاقة لنقل السائل، مما يؤدي إلى انخفاض معدل التدفق، وزيادة قوة المضخة، وانخفاض كفاءة المضخة.
خاتمة
باختصار، يُمكن لمنحنى المضخة أن يُوفر بيانات بالغة الأهمية أثناء اختيارها وصيانتها. بناءً على بيانات مثل معدل التدفق، والضغط، والطاقة، يُمكننا تحديد نطاق التشغيل الفعال للمضخة، واتخاذ القرار الصحيح أو الصيانة المُثلى لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة.
الأسئلة الشائعة
منحنى مضخة الإزاحة الإيجابية
تعتمد مضخات الإزاحة الإيجابية على التغييرات الدورية في الحجم داخل المضخة لتوصيل السوائل، لذلك في منحنى مضخة الإزاحة الإيجابية، لا يتغير معدل التدفق مع الضغط.
في الرسم البياني لمضخة الإزاحة الإيجابية، يكون منحنى التدفق مقابل الضغط أفقيًا تقريبًا.
منحنى طاقة المضخة مقابل معدل التدفق
تزداد قوة المضخة بشكل كبير مع زيادة معدل التدفق.
عندما يزداد معدل التدفق، سينتج السائل مقاومة أكبر في الأنبوب، وستحتاج المضخة إلى زيادة المزيد من الطاقة لدفع السائل.
كيف يؤثر محرك التردد المتغير على منحنى المضخة؟
يمكن لنظام VFD ضبط سرعة المحرك وفقًا لتغيرات الحمل في نظام المضخة، وبالتالي تغيير سرعة المضخة.
من خلال ضبط سرعة المضخة من خلال نظام VFD، يمكن التحكم بدقة في تدفق نظام المضخة ورأسه، ويمكن توفير الطاقة، ويمكن تقليل الخسائر غير الضرورية، ويمكن للمضخة دائمًا الحفاظ على التشغيل عالي الكفاءة، ويمكن تمديد عمر خدمة المضخة، ويمكن تقليل تكاليف الصيانة.
منحنى المضخة ومنحنى النظام
يُظهر منحنى مقاومة نظام المضخة التغيرات في المقاومة ومعدل التدفق التي يحتاج نظام المضخة بأكمله إلى التغلب عليها لدفع السائل. تشمل هذه المقاومات احتكاك الأنابيب، وفقدان الانحناء، وفقدان الصمام، وغيرها.
في منحنى مقاومة نظام المضخة، يتناقص منحنى المضخة تدريجيًا مع زيادة معدل التدفق، ويزداد منحنى نظام المضخة تدريجيًا مع زيادة معدل التدفق. نقطة تقاطع هذين المنحنيين هي نقطة عمل نظام المضخة. في هذه الحالة، يتوازن ضغط المضخة ومقاومتها، وهي نقطة العمل المثلى لنظام المضخة.
