المضخات الهيدروليكية

• اذا ما قورن النظام الهيدروليكي بجسم الانسان فان المضخه هي بمثابة القلب للنظام الهيدروليكي حيث تقوم بتحويل الطاقه الميكانيكيه الى زيادة في الطاقه الهيدروليكية للسائل.
• تتم إدارة المضخه بواسطة عمود ياخذ حركته من مصدر للطاقه الميكانيكيه سواء كان محرك احتراق داخلي او محرك كهربي او حتى توربينة رياح.
• تعمل المضخه على سحب السائل الهيدروليكي من الخزان ، ولكى يتدفق الزيت خارجاً من الخزان وصولاً إلى مدخل المضخه يجب أن يكون الضغط عند الخزان أكبر من الضغط عند المدخل الى المضخة، حيث أن إتجاه تدفق السائل يكون من منطقة الضغط المرتفعة إلى منطقة الضغط المنخفضة. فتعمل المضخه على خلق منطقة ضغط منخفضة عند المدخل لها، حيث يكون الضغط عند المدخل للمضخه أقل من الضغط الجوي، ويكون ضغط السائل في الخزان مساوياً للضغط الجوي فيسمح هذا للضغط الجوي بدفع السائل الهيدروليكي من الخزان إلى خط السحب الى مدخل المضخة، ثم تقوم المضخه بدفع الزيت خارجاً منها إلي النظام الهيدروليكي.

1.      تصنيفات المضخات:

تُصنّف المضخات حسب مبدأ عملها إلى ثلاث انواع رئيسية المضخات الإزاحية الموجبه، والمضخات الديناميكية الدوارة، والمضخات ذات الأغراض الخاصه.

1.1.  المضخات الديناميكية  (Rotodynamic Pumps).

• وهى مضخات شائعة الاستخدام حيث تستخدم في التطبيقات التى تحتاج سوائل بمعدلات تدفق كبيرة وضغوط منخفضه حيث أن هذه الأنواع من المضخات لا تستطيع أن تتحمل الضغوط العالية ويظهر هذا في منحنى الخصائص للمضخة characteristic curve ، لذلك لا تستخدم هذه الأنواع من المضخات في الأنظمة الهيدروليكية.
• ومن التطبيقات التي تحتاج مضخات من هذا النوع هي غسّالةالملابس، او غسّالة الاطباق، او لرفع المياه لتصل إلي الطوابق العليا في المبانى، او المضخه التي تكون موجوده في منظومه التبريد في محرك السيارة، او في نظام التكييف المركزي حيث المضخه المستخدمة لتحريك المياه بين المكثف وبرج التبريد، او المضخه المستخدمة لتحريك المياه بين المبخر لدائرة التبريد وملف التبريد في وحده مناولة الهواء في نظام التكييف المركزي ، أو المضخات التى تستخدم في محطة توليد الكهرباء باستخدام التوربينات الغازية حيث تستخدم لضخ المياه من المكثف إلي الغلاية، وغيرها من التطبيقات والتى يظهر فيها ان المضخة تم استخدامها لمجرد نقل السائل من مكان الي مكان اخر بدون توليد طاقة ميكانيكة من السائل. ومن الامثلة على هذه الانواع من المضخات هي مضخه الطرد المركزية و المضخة المحورية.
• تعمل مضخه الطرد المركزيه علي سحب السائل في إتجاه موازى لمحور الدوران لها وطرده في اتجاه عمودى علي محور الدوران، بينما تعمل المضخة المحورية علي سحب السائل وطرده في إتجاه موازى لمحور الدوران.
• تتكون مضخه الطرد المركزيه من الجزء الثابت يسمى casingوالجزء الدوّار ويسمى impeller. تتم إدارة الجزء الدوّار بواسطة عمود يأخذ حركته من الموتور، حيث ان وظيفة الجزء الدوار هى زيادة الطاقة الحركية للسائل بينما يقوم الجزء الثابت بتحويل الزيادة في الطاقة الحركية إلي زيادة في الضغط. يقوم الجزء الدوار بسحب السائل داخلاً إلي المضخة في إتجاه محور الدوران ، ثم يخرج السائل من الجزء الدوار في الاتجاه الشعاعى (radial direction)   بفعل قوة الطرد المركزية ، ويخرج من الجزء الدوار مكتسباً طاقة حركية عالية، ويتدفق السائل خلال الجزء الثابت او casingالداخلي للمضخة ، حيث يحدث زيادة تدريجية في مساحة مقطع الcasing  فتقل سرعة السائل تدريجياً مع زيادة مساحة مقطع التدفق طبقا لمعادلة الاستمرارية وبالتبعية تقل طاقة الحركة لأنها تتناسب طرديا مع مربع السرعة، ومع نقصان طاقة الحركة للسائل يزيد الضغط له طبقاً لمعادلة برنولى.

1.2.  المضخات ذات الإزاحة الموجبة (Positive Displacement Pumps)

• المضخات موجبة للإزاحة ، وهي المضخات المستخدمة في النظام الهيدروليكي ، حيث تقوم هذه الأنواع من المضخات بتحريك السائل في النظام الهيدروليكي مع توليد الطاقة الميكانيكية منه. وتتميز هذه الأنواع من المضخات انها تتحمل الضغوط العالية للسائل الناتج عن زيادة الحمل حيث انها تتحمل ضغوط تصل ل 700 بار، كما انها تتميز بحجمها الصغير وكفاءتها الحجمية العالية وكذلك تغير الكفاءة يكون صغير مع تغير الضغط.
• يمكن وضع تصنيف داخلي تحت تصنيف المضخات ذات الازاحه الموجبة، وهي المضخات ثابته الازاحه والمضخات متغيره الازاحه.
• حيث تقوم المضخات ثابته الازاحة بضخ السائل في نظام الهيدروليك في معدل تدفق ثابت، فتحافظ علي سرعة ثابتة لحركة الحمل مع زيادة قيمته.
• بينما تقوم المضخات متغيرة الازاحة بتغيير معدل تدفق السائل في نظام الهيدروليك بناءً على تغير الحمل، فمع زيادة الحمل يزيد ضغط السائل ويقل معه معدل تدفقه في النظام الهيدروليكى، ومع استمرار زيادة ضغط السائل نتيجة زيادة الحمل يقل معدل التدفق تدريجياً إلي أن يصل لقيمة الصفر عندما يزيد ضغط السائل للقيمة التى يمكن ان تسبب ضرر للمضخة، وبهذا تقوم المضخات متغيرة الأزاحة بتوفير حماية لها من الضغوط العالية.
• ومن الأمثله على المضخات ثابتة الإزاحه جميع المضخات الترسية (gear pumps)، سواء المضخات الترسية التي يتم تعشيق التروس خارجياً (external gear pumps) او المضخات الترسية التي يتم تعشيق التروس داخلياً (internal gear pumps) ، وكذلك من الامثله ايضا المضخات الريشيه المتوازنة (balanced vane pumps), والمضخات المكبسية الترددية (reciprocating piston pumps).
• ومن الامثلة على المضخات متغيرة الازاحة المضخات المكبسية الدورانية المحورية (rotary axial piston pumps), والمضخة الريشة الغير متوازنة ((unbalanced vane pumps.
• ويمكن وضع تصنيف اخر تحت تصنيف المضخات ذات الإزاحة الموجبة، وهى المضخات الإزاحية الترددية reciprocating pumps، والمضخات الإزاحية الدورانية (rotary pumps).
• تضم المضخات الإزاحية الترددية مجموعة من المضخات مثل: المضخة المكبسية الترددية (reciprocating piston pump)، مضخة الحجاب الحاجز(diaphragm pump) .
• تضم المضخات الإزاحية الدورانية مجموعة من المضخات مثل: المضخات الترسية (gear pumps)، المضخات الريشية (vane pumps), و المضخات المكبسية الدورانية (rotary piston pumps).

1.3.  المضخات ذات الأغراض الخاصة ( Special Effect Pumps)

وهى مضخات غير شائعة الاستخدام، فهي لا تصنف تحت المضخات موجبة الإزاحة ولا تحت المضخات الديناميكية، ولكنها صممت لأغراض خاصة، مثل مضخة الخرسانة…

2.      ظاهرة التكهف (Cavitation)

• ظاهرة التكهف او cavitation هي ظاهرة بيتعاظم حدوثها في المضخات بيحدث فيها تنقير وخدش في الأجزاء المعدنية المضخة المقابلة للسائل بيؤدى بعد فترة الي تلف الاجزاء.
• في طبيعة الحال لكى يتم سحب السائل الي داخل المضخة يجب ان يتم خلق منطقة ضغط منخفضة عند المدخل للمضخة هذه ليست المشكلة ،لكن المشكلة تظهر  عندما يدخل السائل الي المضخة بضغط منخفض اكثر من اللازم بحيث يصبح ضغط السحب مساوياً للضغط البخاري للسائل عند درجة حرارته المكتسبة له، فيحدث تكوُّن لفقاعات غازية في السائل، هذه الفقاعات الغازية تُنقل مع السائل إلى منطقة الضغط المرتفع وذلك بالقرب من مخرجه من المضخة، فيحدث ان ضغط السائل يصبح اعلي من الضغط البخاري له  فيحدث تكثيف سريع للفقاعات البخارية المتكونة فيضغط السائل علي هذه الفقاعات بضغط مرتفع جدا مما  يؤدى مباشرة الي انهيارها  او collapsation.
• لو حدث اللإنهيار  لهذة الفقاعات بالقرب من الأسطح المعدنية  للمضخة ، يحدث تنقير وخدش فيها وبمرور الزمن يتزايد هذا التنقير والخدش مما يؤدى الي تأكل الاجزاء ولا تصلح المضخة للاستخدام.
• حل هذه المشكلة يكمن في منع حدوث مسبباتها المختلفة والتى تؤول في نهاية الأمر الي نقصان زائد عن اللازم لضغط السائل عند مدخله للمضخة.

نحل المشكلة عبر:

• استخدام ماسورة سحب بقطر كبير.
• استخدام ماسورة سحب بطول قصير اي ان المضخة بالقرب من خزان السائل.
• تقليل سرعة تدفق السائل في ماسورة السحب .
• تقليل ال fittings علي خط السحب.
• الحرص علي نعومة السطح الدخلي لمساورة السحب
• تجنب وضع فلتر للسائل عند المدخل للمضخة، بل يفضل وضعه عند خط السائل الراجع للخزان من الدايرة الهيدروليكية
• استخدام خران للسائل يكون مضغوط
• استخدام مضخة مساعدة للمضخة الرئيسية تكون ملامسة للخزان وذلك في حالة الحاجة لزيادة طول ماسورة السحب