ما هو الفقد الهيدروليكي والفقد الحجمي والفقد الميكانيكي لمضخة الطرد المركزي؟

في عملية تحويل الطاقة أمضخة الطرد المركزي، لا يمكن تحويل كل الطاقة المدخلة بشكل فعال إلى طاقة الضغط والطاقة الحركية للسائل. في التشغيل الفعلي، يوجد دائمًا فقدان لا مفر منه للطاقة. وفقًا للآلية الفيزيائية لفقد الطاقة، يتم تقسيم فقدان مضخة الطرد المركزي عادةً إلى ثلاث فئات: الخسارة الهيدروليكية والخسارة الحجمية والخسارة الميكانيكية. تحدد هذه الأنواع الثلاثة من الخسارة بشكل مشترك الكفاءة الإجمالية للمضخة.

I. الخسارة الهيدروليكية

التعريف: يشير الفقد الهيدروليكي، المعروف أيضًا بفقد التدفق، إلى فقدان الطاقة المتولد عندما يتدفق السائل عبر مكونات التدفق داخل المضخة. ومن حيث النتائج، يتجلى ذلك في الفرق بين الرأس النظري والرأس الفعلي للمضخة. هذا هو العامل الرئيسي الذي يؤثر على كفاءة المضخة.

الأسباب: يتكون الفقد الهيدروليكي بشكل أساسي من الجوانب الثلاثة التالية:

1. فقدان الصدمة: عندما يدخل السائل أو يتدفق خارج المكره، إذا كان اتجاه تدفقه غير متوافق مع الاتجاه المصمم للشفرات أو ممرات التدفق، سيحدث تأثير وتغير مفاجئ في الاتجاه، مما يؤدي إلى فقدان الصدمة. ويبرز هذا الموقف بشكل خاص عندما تعمل المضخة بعيدًا عن أفضل نقطة كفاءة (BEP).
2. فقدان الاحتكاك: السائل نفسه له لزوجة. عندما يتدفق من خلال الجدران الداخلية الخشنة لغرفة الشفط، وممرات تدفق المكره، والمكونات الحلزونية وغيرها، سيتم إنشاء مقاومة الاحتكاك، وسيتم تحويل هذا الجزء من الطاقة إلى طاقة حرارية وفقدانها. كلما كان مرور التدفق أطول وأكثر خشونة، كلما زاد فقدان الاحتكاك.
3. فقدان الدوامة: نظرًا للعدد المحدود من شفرات المكره، فمن المستحيل توجيه السائل بالكامل بشكل مثالي. سيولد جزء من السائل تدفقًا متداولًا (دوامة نسبية) داخل المكره، مما يؤدي إلى استهلاك الطاقة. وفي الوقت نفسه، فإن تغيير شكل ممر التدفق سيؤدي أيضًا إلى حدوث دوامات محلية ويؤدي إلى خسائر.

يؤثر حجم الخسارة الهيدروليكية بشكل مباشر على رأس المضخة، ويمكننا قياس درجة تأثيرها من خلال الكفاءة الهيدروليكية (ηh).

ثانيا. الخسارة الحجمية

التعريف: الخسارة الحجمية، والمعروفة أيضًا بخسارة التسرب، هي فقدان الطاقة الناتج عن تسرب التدفق. على وجه التحديد، لا يتم توصيل جزء من السائل عالي الضغط المضغوط بواسطة المكره بشكل فعال إلى مخرج المضخة، ولكنه يتسرب مرة أخرى إلى منطقة الضغط المنخفض (مثل مدخل المكره) من خلال الخلوصات المختلفة داخل المضخة.

الأسباب:

1. تسرب تخليص حلقة الختم: هذا هو الجزء الرئيسي من الخسارة الحجمية. لمنع الاحتكاك بين المكره الدوارة عالية السرعة وغلاف المضخة الثابتة، يجب ترك فجوة (أي خلوص حلقة التآكل) بينهما. سوف يتسرب السائل عالي الضغط عند مخرج المضخة إلى المدخل من خلال هذا الخلوص.
2. تسرب جهاز الموازنة: في المضخات متعددة المراحل أو بعض المضخات أحادية المرحلة المصممة لموازنة القوة المحورية، ستتسبب الهياكل مثل فتحات التوازن أو أقراص التوازن أو أنابيب التوازن أيضًا في تدفق جزء من السائل عالي الضغط إلى الخلف، مما يؤدي إلى حدوث خسائر.
3. تسرب ختم العمود: قد تتسرب أيضًا كمية صغيرة من السائل من ختم العمود، والذي، على الرغم من أنه يمثل نسبة صغيرة، يتم تضمينه أيضًا في الخسارة الحجمية.

تؤدي الخسارة الحجمية إلى أن يكون تدفق الإخراج الفعلي للمضخة أقل من تدفقها النظري. يتم قياس حجمها بواسطة الكفاءة الحجمية (ηv). مع تآكل المضخة، فإن خلوص حلقة الختم سيزداد تدريجيًا، وسيزداد أيضًا فقدان الحجم وفقًا لذلك.

ثالثا. الخسارة الميكانيكية

التعريف: يشير الفقد الميكانيكي إلى الطاقة التي يستهلكها عمود المضخة للتغلب على الاحتكاكات الميكانيكية المختلفة أثناء الدوران. ويتبدد هذا الجزء من الطاقة أخيرًا على شكل طاقة حرارية.

الأسباب:

1. فقدان احتكاك القرص: يحدث احتكاك شديد بين صفائح الغطاء الخارجي (ألواح الغطاء الأمامية والخلفية) للدافع الدوار عالي السرعة والسائل الموجود في تجويف المضخة، وهو الجزء الرئيسي من الفقد الميكانيكي.
2. فقدان احتكاك المحمل: المحامل الدوارة أو المحامل المنزلقة المستخدمة لدعم عمود المضخة ستولد قوة احتكاك أثناء التشغيل.
3. فقدان احتكاك ختم العمود: سواء كان ختم التعبئة أو الختم الميكانيكي، فإن جهاز الختم سوف يحتك بعمود المضخة أو غلاف العمود، مما يستهلك جزءًا من الطاقة.

الخسارة الميكانيكية تعني أن جزءًا من قوة العمود المنقولة من المحرك يُستهلك قبل أن يصل إلى المكره للقيام بعمل على السائل. يتم قياس حجمها بالكفاءة الميكانيكية (ηm).

خاتمة

إن فهم الخسارة الهيدروليكية والخسارة الحجمية والخسارة الميكانيكية لمضخات الطرد المركزي ليس فقط الأساس للتعلم المهني لآلات السوائل، ولكنه أيضًا وسيلة تقنية مهمة لتحقيق أهداف "الكربون المزدوج" وتعزيز الحفاظ على الطاقة وتقليل الاستهلاك في المجال الصناعي. من خلال التصميم العلمي والتشغيل والصيانة المحسّنة والتحكم الذكي، نحن قادرون تمامًا على تقليل هذه "الخسائر غير المرئية" وإطلاق أقصى إمكانات نظام المضخة. في المستقبل،تيفيكوستستمر في تعميق أبحاثها في مجال حلول السوائل عالية الكفاءة، والمساعدة في الارتقاء بالصناعة الخضراء، وتسخير كل الطاقة المتدفقة معك.