في أنظمة نقل المواد الطينية، يعتبر ضغط المضخة أحد المعايير الرئيسية المستخدمة لتحديد مضخة المواد الطينية المناسبة.

يفهم الكثيرون ببساطة أن ارتفاع المضخة يعني "مدى قدرة المضخة على رفع المواد الصلبة"، لكن الوضع في الواقع أكثر تعقيدًا. يمثل ارتفاع المضخة الطاقة المكتسبة من وحدة وزن السائل أثناء مروره عبر المضخة. في نظام النقل الفعلي، يرتبط الارتفاع الذي يجب أن توفره المضخة بمستويات السائل، وفقدان الضغط في الأنابيب، وظروف الضغط، وظروف تشغيل النظام.

من المهم أيضًا ملاحظة أن مصنعي مضخات الطين يقدمون عادةً منحنيات أداء تستند إلى أداء الماء النقي . ومع ذلك، فإن السائل الفعلي المنقول عادةً ما يكون طينًا يحتوي على جزيئات صلبة. لذلك، لا يمكن اعتبار منحنى أداء الماء النقي مؤشرًا مباشرًا على أداء المضخة النهائي في ظروف تشغيل الطين الفعلية.

تشرح هذه المقالة المفهوم الأساسي لرأس مضخة الطين، وحساب رأس المضخة، وكيفية قراءة منحنيات أداء المياه الصافية، والعوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها عند اختيار مضخة الطين لخدمة الطين الفعلية.

1. ما هو رأس مضخة الطين؟

رأس المضخة هو الطاقة المكتسبة بواسطة وحدة وزن من السائل أثناء مرورها عبر المضخة، ويتم التعبير عنه عادة بأمتار عمود السائل (م).

بناءً على إجمالي الضغط عند مدخل ومخرج المضخة، يمكن التعبير عن ضغط المضخة على النحو التالي:

H = H₂ − H₁

أين:

• H — رأس المضخة (م)

• H₂ — إجمالي الارتفاع عند مخرج المضخة (م)

• H₁ — إجمالي الارتفاع عند مدخل المضخة (م)

لذلك، فإن ضغط المضخة لا يساوي ببساطة ارتفاع الرفع الرأسي.

في نظام نقل المواد اللزجة الفعلي، ترتبط الطاقة التي تحتاج المضخة إلى توفيرها أيضًا بفقدان الضغط الاحتكاكي، وفقدان الضغط المحلي، وفقدان ضغط سرعة المخرج في خطوط أنابيب المدخل والمخرج.

2. كيف يتم تحديد إجمالي الضغط عند المدخل والمخرج؟

وفقًا للبيانات الفنية لمضخة الطين، يمكن تحديد إجمالي الضغط الداخل من ظروف خط الأنابيب الداخل، بما في ذلك العوامل التالية:

• فقدان الضغط الناتج عن الاحتكاك في خط أنابيب المدخل (م)

• إجمالي فقدان الضغط الموضعي في خط أنابيب المدخل (م)

• ارتفاع مستوى السائل الداخل

بالنسبة للمضخة الأفقية ، يُقاس ارتفاع مستوى السائل الداخل من محور عمود المضخة إلى مستوى السائل الخارج. إذا كان مستوى السائل أقل من محور عمود المضخة، تكون القيمة سالبة.

بالنسبة للمضخة العمودية ، تكون نقطة المرجع هي الحافة الخارجية لشفرة المروحة عند مدخلها. إذا كان مستوى السائل أقل من حافة المروحة عند المدخل، تكون القيمة سالبة.

وبالمثل، يتم تحديد إجمالي الضغط عند المخرج من خلال:

• فقدان الضغط الناتج عن الاحتكاك في خط أنابيب المخرج (م)

• إجمالي فقدان الضغط المحلي في خط أنابيب المخرج (م)

• فقدان ضغط سرعة المخرج

• ارتفاع مستوى السائل في المخرج

بالنسبة للمضخة الأفقية ، يتم قياس ارتفاع مستوى السائل الخارج من خط مركز عمود المضخة إلى مستوى السائل الخارج.

بالنسبة للمضخة العمودية ، يتم قياسها من الطرف الخارجي لحافة مدخل شفرة المروحة إلى مستوى السائل الخارج.

من وجهة نظر هندسية، هذا يعني أن حساب ضغط المضخة لا يمكن أن يعتمد فقط على فرق الارتفاع . يجب مراعاة الظروف الهيدروليكية الكاملة عند مدخل ومخرج المضخة.

3. ما الفرق بين رأس المضخة والضغط؟

الضغط والارتفاع ليسا نفس المعيار.

يتم التعبير عن ارتفاع المضخة عادةً بأمتار عمود السائل، بينما يتم التعبير عن الضغط عادةً بوحدات Pa أو kPa أو bar أو وحدات ضغط أخرى.

يمكن التعبير عن العلاقة بين فرق الضغط ورأس المضخة على النحو التالي:

ΔP = ρgH

أين:

• ΔP — فرق الضغط

• ρ — كثافة الوسط المنقول

• g — التسارع الناتج عن الجاذبية

• H - رأس المضخة

لذلك، عند نفس رأس المضخة، ستنتج السوائل ذات الكثافات المختلفة فروق ضغط مختلفة.

يُعد هذا الأمر بالغ الأهمية بالنسبة لمضخات الطين لأن كثافة الطين تكون عموماً أعلى من كثافة الماء الصافي.

ومع ذلك، من المهم أن نفهم ما يلي:

إن زيادة الكثافة النوعية للمادة اللزجة لا تعني بالضرورة أن ضغط المضخة سيزداد بشكل متناسب.

تؤثر الكثافة النوعية للملاط بشكل رئيسي على متطلبات الضغط والطاقة، بينما يتأثر أداء الملاط الفعلي أيضًا بتركيز المواد الصلبة وحجم الجسيمات واللزوجة وخصائص الجسيمات.

4. ما هو إجمالي الضغط الديناميكي (TDH)؟

رأس المضخة هو الرأس الذي توفره المضخة فعليًا في ظل ظروف تشغيل محددة، بينما يمثل الرأس الديناميكي الكلي (TDH) إجمالي الرأس المطلوب من قبل نظام النقل عند معدل تدفق محدد.

ببساطة:

• TDH يشير ذلك إلى مقدار الطاقة التي يحتاجها النظام.

• يشير ضغط المضخة إلى مقدار الضغط الذي يمكن أن توفره المضخة.

أثناء اختيار مضخة الطين، يجب أن تكون المضخة قادرة على تلبية إجمالي الارتفاع الحراري المطلوب عند معدل التدفق المستهدف .

5. ما الفرق بين أداء المياه الصافية وأداء الملاط الفعلي؟

قد تختلف منحنيات الأداء في المياه الصافية عن أداء الطين الفعلي.

يُستخدم الماء الصافي عادةً لاختبار أداء المضخات والتحقق منه. لذلك، تعتمد منحنيات أداء CNSME® بشكل عام على الأداء في الماء الصافي .

عند التعبير عن ضغط المضخة بوحدة ضغط السائل، فإنه يمثل بشكل أساسي الطاقة التي توفرها المضخة لكل وحدة وزن. في ظل نفس نوع المضخة وسرعتها وظروف التدفق، لا يؤدي تغير كثافة السائل إلى تغير ضغط المضخة بشكل متناسب.

ومع ذلك، عندما يتغير الوسط المنقول من الماء الصافي إلى مادة طينية تحتوي على جزيئات صلبة، فإن عوامل مثل تركيز المادة الطينية، وحجم الجسيمات، واللزوجة، وشكل الجسيمات، وخصائص الترسيب يمكن أن تؤثر على الأداء التشغيلي الفعلي للمضخة.

بشكل عام، عند ضخّ مواد طينية عالية التركيز أو ذات جزيئات خشنة، قد يكون ضغط المضخة وكفاءتها الفعليان أقل من أدائها عند ضخّها بالماء النقي. وفي الوقت نفسه، تؤثر خاصية الكشط في المادة الطينية بشكل رئيسي على تآكل وعمر خدمة مكونات الجزء المبلل.

لذلك، فإن منحنى أداء الماء الصافي يمثل أساسًا مهمًا لاختيار مضخة الطين، ولكن لا ينبغي اعتباره بشكل مباشر الأداء النهائي للمضخة في ظل ظروف تشغيل الطين الفعلية.

على سبيل المثال، تم تحديد منحنى أداء مضخة الطين CNSME 4/3 AH كما يلي:

PERFORMANCE FOR CLEAR WATER

وهذا يعني أن المنحنى يمثل الأداء الأساسي للمضخة في ظل ظروف المياه الصافية، بما في ذلك:

• معدل التدفق

• رأس

• السرعة (دورة في الدقيقة)

• كفاءة

• NPSHr

ومع ذلك، فإن الوسط التشغيلي الفعلي عادة ما يكون عبارة عن ملاط ​​معدني أو مخلفات أو ملاط ​​آخر يحتوي على جزيئات صلبة.

يمكن أن تؤثر خصائص المادة الطينية التالية على أداء المضخة الفعلي:

• الكثافة النوعية للملاط (سم)

• تركيز المواد الصلبة

• حجم الجسيمات الصلبة

• اللزوجة

• شكل الجسيمات وخصائصها

• خصائص الاستقرار

بالمقارنة مع المياه الصافية، فإن ضخ الملاط عالي التركيز ذي الجسيمات الخشنة قد يؤدي إلى انخفاض كبير في ضغط المضخة الفعلي وكفاءتها.

بالنسبة لبعض المواد المعلقة ذات الجسيمات الدقيقة، قد تزداد كفاءة المضخة في ظل ظروف معينة.

لذلك:

يُعد منحنى أداء المياه الصافية أساسًا مهمًا لاختيار مضخة الطين، ولكن لا يمكن اعتباره بشكل مباشر الأداء النهائي في ظل ظروف تشغيل الطين الفعلية.

ينبغي أن يقيّم اختيار المضخة الفعلية أداء الملاط وفقًا لخصائص الملاط المحددة وظروف التشغيل.

6. كيفية قراءة منحنى أداء مضخة الطين 4/3 AH

يتم استخدام منحنى أداء مضخة الطين CNSME 4/3 AH هنا كمثال.

يساعد المنحنى المستخدمين على فهم العلاقات الأساسية لأداء مضخة الطين.

معدل التدفق

يمثل المحور الأفقي معدل التدفق، والذي يتم التعبير عنه عادةً بوحدة م³/ساعة .

يشير ذلك إلى قدرة المضخة على نقل المواد في ظل ظروف التشغيل المقابلة.

رأس

يمثل المحور الرأسي ضغط المضخة، معبراً عنه بالمتر .

عند نفس السرعة، يرتبط معدل التدفق وضغط المضخة عادةً بعلاقة طردية. ومع تغير معدل التدفق التشغيلي، يتغير الضغط الذي يمكن أن توفره المضخة أيضاً.

لذا، لا ينبغي أن تنظر فقط إلى أقصى ارتفاع للمضخة. بل يجب أن تحدد مقدار الارتفاع الذي يمكن أن توفره المضخة عند معدل التدفق المطلوب.

RPM

يحتوي منحنى الأداء على بيانات أداء المضخة عند سرعات دوران مختلفة.

بعد تحديد معدل التدفق المستهدف والضغط المطلوب، يمكن تحديد سرعة التشغيل المناسبة من منحنى الأداء لتتوافق مع نقطة التشغيل المطلوبة.

كفاءة

تشير مناطق الكفاءة على المنحنى إلى كفاءة المضخة في ظل ظروف تشغيل مختلفة.

أثناء عملية الاختيار الفعلية، يجب أن تعمل المضخة ضمن نطاق تشغيل معقول. ينبغي مراعاة الكفاءة، والتآكل، وقيمة NPSH، والتغييرات المحتملة في النظام، بدلاً من مجرد السعي وراء أعلى نقطة كفاءة.

NPSHr

يحتوي منحنى أداء 4/3 أمبير/ساعة على علامات مثل:

3 م، 4 م، 6 م، 8 م، 10 م

تتوافق هذه القيم مع بيانات NPSHr (صافي ضغط الشفط الموجب المطلوب) .

أثناء اختيار المضخة الفعلي، يجب مقارنة NPSHr للمضخة مع NPSHa المتاح من النظام، مع توفير هامش هندسي مناسب لتقليل خطر التكهف.

يمثل NPSHa صافي ضغط السحب الإيجابي الفعال المتاح من النظام، بينما يمثل NPSHr صافي ضغط السحب الإيجابي المطلوب من المضخة في ظل ظروف تشغيل محددة.

أداء المياه الصافية

هناك نقطة أخيرة ذات أهمية خاصة:

منحنى أداء 4/3 AH هو منحنى أداء للمياه الصافية.

إذا كان التطبيق الفعلي يتضمن ملاط ​​معدني عالي التركيز، أو ملاط ​​ذو جسيمات خشنة، أو ظروف ملاط ​​خاصة أخرى، فلا ينبغي التعامل مع أداء المياه الصافية الموضح على المنحنى بشكل مباشر على أنه أداء التشغيل الفعلي.

7. ما هي نقطة تشغيل المضخة؟

يتم تحديد نقطة تشغيل المضخة عادةً من خلال:

معدل التدفق + الارتفاع

على سبيل المثال، قد يتطلب نظام نقل المواد السائلة ما يلي:

• معدل تدفق مستهدف محدد

• ضغط النظام المقابل عند معدل التدفق هذا

يمثل هذا المزيج من معدل التدفق والضغط نقطة تشغيل مهمة لاختيار المضخة.

في النظام الفعلي، يجب أن يتطابق أداء المضخة مع متطلبات النظام.

لذلك:

إن أقصى ارتفاع للمضخة ليس هو نفسه ارتفاع التشغيل الفعلي لها.

قد تكون المضخة قادرة على تحقيق أقصى ارتفاع للضغط نسبياً، ولكنها قد لا تكون قادرة على توفير نفس الضغط عند معدل التدفق المستهدف.

ولهذا السبب يجب أن يأخذ اختيار مضخة الطين في الاعتبار كلاً من معدل التدفق والضغط .

8. كيفية اختيار مضخة الطين بناءً على معدل التدفق والضغط

يمكن عموماً اتباع الخطوات التالية لاختيار مضخة الطين.

① تحديد معدل التدفق المطلوب

أولاً، حدد سعة النقل المطلوبة للنظام:

Q = معدل التدفق المطلوب

٢- حساب رأس النظام المطلوب

احسب ضغط النظام المطلوب وفقًا لظروف المدخل وظروف المخرج ونظام الأنابيب.

تشمل العوامل الرئيسية ما يلي:

• ارتفاع مستوى السائل

• طول خط الأنابيب

• قطر الأنبوب

• خسائر الاحتكاك

• الخسائر المحلية

• ظروفه

③ تحديد نقطة التشغيل

يُعرِّف:

معدل التدفق + الارتفاع المطلوب

باعتبارها نقطة التشغيل الأساسية لاختيار المضخة.

④ إجراء المطابقة الأولية باستخدام منحنى الأداء

استخدم منحنى أداء الشركة المصنعة لتحديد نوع المضخة وسرعة التشغيل القادرة على تغطية نقطة التشغيل المستهدفة.

⑤ تقييم الأداء الفعلي للملاط

لا يمكن استخدام منحنى الأداء في المياه الصافية إلا كأساس أولي للاختيار.

ينبغي أن يراعي الاختيار الفعلي أيضًا معايير التشغيل مثل:

• الكثافة النوعية للملاط (Sm)

• تركيز المواد الصلبة

• أقصى حجم للجسيمات

• اللزوجة

• خصائص الجسيمات

• خصائص الاستقرار

تُستخدم هذه المعايير لتقييم أداء المضخة في ظل ظروف الطين الفعلية.

⑥ تأكيد التكوين الميكانيكي

بعد تحديد معدل التدفق والضغط وظروف المادة اللزجة، يجب أيضًا التأكد من التكوين الميكانيكي للمضخة، بما في ذلك:

• المكره

• مكونات الطرف الرطب

• إطار/قوس المضخة

• مجموعة المحامل

• رمح

• ترتيب القيادة

• قوة المحرك

بالنسبة لمضخات الطين الأفقية، يجب أن تتطابق دعامة المضخة ومجموعة المحامل مع قدرة التحميل الميكانيكي وقطر العمود وتكوين المحرك وظروف التشغيل.

لذلك، فإن دعامة المضخة هي أيضاً جزء من عملية اختيار المضخة النهائية ، بدلاً من كونها شيئاً يمكن تحديده فقط من أحجام مدخل ومخرج المضخة.

9. لماذا لا يمكن اختيار مضخة الطين بناءً على الارتفاع فقط؟

"اختر مضخة يصل أقصى ارتفاع لها إلى عدد الأمتار المطلوبة" هو نهج شائع، لكن هذه الطريقة لا تضمن أن المضخة ستلبي ظروف التشغيل الفعلية.

يرتبط أداء مضخة الطين ارتباطًا وثيقًا بمعدل التدفق والضغط والسرعة وخصائص الطين والتكوين الميكانيكي للمضخة.

بالنسبة لنفس متطلبات التدفق والضغط، قد تتطلب تركيزات الملاط المختلفة وأحجام الجسيمات والخصائص الكاشطة أنواعًا مختلفة تمامًا من المضخات وسرعات التشغيل والمراوح ومكونات الطرف الرطب.

لذلك، ينبغي مراعاة ما يلي عند اختيار مضخة الطين:

معدل التدفق + الضغط + خصائص المادة اللزجة + أداء المضخة + التكوين الميكانيكي

بدلاً من اختيار المضخة ببساطة وفقًا لأقصى ارتفاع لها.

10. ما هي البيانات التي يجب تقديمها لاختيار مضخة الطين؟

إذا كنت بحاجة إلى شركة مصنعة لمضخات الطين لإجراء عملية اختيار المضخة، فمن المستحسن أن تقدم بيانات التشغيل الأساسية التالية:

كلما كانت بيانات التشغيل أكثر اكتمالاً، كان من الأسهل على الشركة المصنعة تحديد نوع المضخة المناسب، وسرعة التشغيل، ومكونات الطرف الرطب، وقوس المضخة، وتكوين المحرك .