كتب construction and operation principle

تحتوى المضخة الهيدرولكية التقليدية على جزئين متحركين فقط، صمام الهدر المحمل بوزن أو بقافز أحيانا يسمى بصمام الطقطقة وصمام فحص التسليم، مما يجعلها رخيصة في بنائها، يسهل الحفاظ عليها، كما يمكن الاعتماد عليها بشكل كبير .كما أن المضخة الهيدرولكية الأب تحتوى أيضا على جزأين متحركين فقط إلا أنها ليست ميكانكية في طريقة عملها، ولكنها تعتمد على الخواص المطاطية للصمام الرئيسى وصمام الاتجاه الواحد ما يجعل من تكاليفها أقل، كما يمكن الاعتماد عليها ويسهل أيضا إستبدلها .باإضافة لوجود أنبوب نقل يعمل على نقل الماء من المصدر، وأنبوب تسليم يقوم برفع الحصة من الماء الأتية من أنبوب النقل إلى مكان أعلى من المصدر .

تسلسل العملية

يعرض الشكل 2 مضخة هيدرولكية مبسطة .بداية، ينفتح صمام الهدر [4] ويكون صمام التسليم [5] مغلق .تبدأ المياه في أنبوب المدخل في التدفق مسرعة بطاقة حركية نتيجة للجاذبية حتى يرغم السحب المتزايد صمام الهدر للانغلاق .عزم المياه المتدفقة في أنبوب المدخل [1] على صمام الهدر المغلق توا بسبب ما يسمى بالمطرقة المائية، والتي ترفع الضغط في المضخة وتعمل على فتح صمام التسليم [5] حتى ترغم بعض الماء للتدفق خلال أنبوب التسليم [3] .ولأن الماء المتدفق مرغم على الارتفاع إلى أعلى خلال أنبوب التسليم أكثر من النزول لأسفل، فإن سرعته تبدأ في التباطئ ويبدأ تدفق الماء بعكس اتجاهه نزولا ما يعمل على غلق صمام التسليم .وفي نفس الوقت، المطرقة المائية الحادثة من غلق صمام الهدر تعمل على خلق نبضات ضغطية تعيد أنبوب المدخل إلى مصدر الماء حيث تتحول إلى نبضات ماصة تلك التي تسحب أنبوب المدخل .النبضات الماصة مع الوزن أو القفز على الصمام يسحب صمام الهدر حتى ينفتح مرة أخرى وتعيد الكره من جديد . يحتوى وعاء الضغط [6] على وسادة هوائية تحدث هزة ضغط هيدرولكية عندما يغلق صمام الهدر، كما أنها تحسن من فعالية الضخ حيث تجعل التدفق ثابت خلال أنبوب التسليم .وبالرغم من إمكانية عمل المضخة نظريا بدون وعاء الضغط، إلا أن الكفاءة ممكن أن تنحدر بشدة كما أن المضخة سيكون عليها ضغوطات غير عادية ممكن أن تقصر من عمرها الإفتراضى .أحد مشكلات وعاء الضغط أن الهواء المضغوط يذوب أو يحل تدريجيا في الماء حتى لا يبقى منه شئ .وأحد الحلول لذلك أن يتم عزل الهواء عن الماء عن طريق غشاء مرن (على غرار خزان التمدد) ،ومع ذلك هذا الحل قد يكون مشكلة في البلدان النامية حيث يصعب الحصول على بدائل .وهناك حل آخر، وهو امتلاك تقنية صمام كأسى يعمل على إخال فقاعة هوائية صغيرة عندما يصل النبض الماص المذكور أعلاه إلى المضخة . وحلا آخر، وهو إدخال قناة داخلية لإطار سيارة أو عجلة (الكاوتش الداخلى) إلى وعاء الضغط ويكون مملوءا بالهواء ومغلق بصمام غلق .تلك القناة لها نقس عمل الغشاء المرن، إلا أنها تنفذ بمواد متوافرة أكثر .أما الهواء المملوء به وسادة تصادم الماء هو نفس الهواء المستخدم في أي أعمال أخرى .

الكفاءة

نسبة كفاءة الطاقة النموذجية هي 60% ،مع ذلك يمكن الوصول ل80% .وعلينا ألا نخلط بينها وبين الكفاءة الحجمية، تلك المتعلقة بحجم الماء المنقول نسبة للحجم الكلى للماء المأخوذ من المصدر .حيث أن الحصة من الماء الموجودة في أنبوب التسليم تقل بمقدر الفرق بين نسبة الماء عند نقطة المصدر والنسبة عند نقطة التسليم .وعلى هذا لوأن المصدر على ارتفاع 2متر من المضخة وأن الماء يرفع حتى 10 متر ارتفاعا عن المضخة، بمكن توافر 20% فقط من الماء المورد، أما ال80% الأخرى تخرج من صمام الهدر .تلك النسب مع فرضية أن كفاءة الطاقة 100% .لكن المياه التي يتم تسليمها فعلا ستقل إضافيا بسبب معامل كفاءة الطاقة .ففى المثال السايق مثلا، إذا كانت كفاءة الطاقة 70% ،إذا الماء الذي يتم تسليمه يكون 70% من ال20% أي تكون 14% .مع فرضية أن نسبة نقطة المورد لنقطة التسليم هي 2 إلى 1 والكفاءة 70% ،فالماء الذي يتم تسليمه سيكون 70% من 50% أي تكون 35% .كلما زادت نسب نقطة التسليم إلى نقطة المورد يسفر ذلك عن خفض لكفاءة الطاقة .وغالبا مايوفر المورديين للمضخات جداول تعطى توفعات نسب الأحجام والتي تستند على اختبارات فعلية .

النقل وتصميم أنبوب التسليم

لقد أصبح تصميم أنبوب النقل مهم جدا منذ استناد الكفاءة والفعالية على تأثيرات مطرقة الماء .أما عن طولها فهي أطول من 3 إلى 7 مرات من المسافة الرأسية بين المورد والمضخة .ولهذا لابد وأن تحتوى المضخات التجارية مدخلا متناسبا مصمم ليلائم هذا الميل المثالى . لابد وأن يتصل قطر أنبوب المورد بقطر أنبوب مدخل المضخة بشكل طبيعى، والتي بدورها تعتمد على سعتها الضخية .ولابد وأن يكون قطر والمواد الداخلة في صنع أنبوب النقل ثابتين كما يجب أن يكون مستقيما بقدر الإمكان .وإن كان ولابد من الثنى فيكون طفيف بانحناء قطرى كبير .رغم السماح بوجود لولب كبير إلا أن التكوع مرفوض تماما .يتم استعمال مادة البولى فينيل كلوريد )مادة بلاستيكية) في بعض التركيبات إلاأنه يفضل الأنابيب الحديدية بالرغم من أنها أكثر غلوا .وفي حالة استخدام صمامات تكون من نوع التدفق الحر مثل صمام الكرة أو صمام البوابة . لم يعد أنبوب التسليم خطيرا إلى حد كبير حيث أن وعاء الضغط يمنع تأثير مطرقة الماء أن تحركه من موضعه .فتصميمها العام إعتمد على انخفاض الضغط المسموح به على أساس التدفقات المتوقعة .وحجم أنبوب التسليم النموذجى يكون تقريبا نصف حجم أنبوب المورد، إلا أنه قد يزيد في المسافات الطويلة .بشكل عام الأنبوب البلاستيكية والصمامات الضرورية لا تعد مشكلة .

عملية البدأ

المضخة التي ركبت حديثا في عملية أو تلك التي توقفت دورتها توا لابدأن تبدأ كالتالى .بداية لو أن صمام الهدر كان في وضع الإغلاق أو الرفع، كماهو شائع، فيجب أن يحرك لوضع الفتح يدويا ويترك على هذا .وإذا كانت المياه كافية فأنه على الأقل سيكمل دورة واحدة .وإذا لم يكمل دورته، فيجب الضغط عليه بإستمرار حتى يكمل دورته بشكل مستمر ومن تلقاء نفسه، عادة بعد 3 أو 4 دورات يدوية .وفي حالة توقف المضخة لو أن صمام الهدر مفتوح يجب أن يرفع يدويا ويظل هكذا حتى يمتلئ أنبوب المورد بالماء أو أن تعبر أي فقاعات هوائية للمصدر .تقريبا دقيقة أو أكثر لذلك .وبعد ذلك يتم تشغيله بالضغط لأسفل عدة مرات بشكل يدوي كما هو موضح بالاعلى .ووجود صمام على أنبوب التسليم بالمضخة يجعل عملية البدأ سهلة .نغلق هذا الصمام إلا أن تبدأ المضخة في الدوران ثم نقوم بفتحه تدريجيا ليملأ أنبوب التسليم بالماء .فلو تم فتحه بسرعة ستتوقف المضخة عن الدوران .بمجرد أن تمتلئ أنبوب التسليم يمكن ترك الصمام مفتوحا .

مشاكل التشغيل الشائعة

الفشل في تسليم ماء كاف قد يكون بسبب الضبط الغير سليم للصمام، قلة الهواء الموجود بوعاء الضغط، أو ببساطة محاولة رفع الماء لمكان أعلى من من مستوى إمكانية المضخة . ممكن أن تهلك المضخة بالتجمد في الشتاء، كما أن خسارة الهواء من وعاء الضغط يؤدى إلى إفراط في الضغط على أجزاء المضخة .تلك الإخفاقات قد تحتاج للحامات أو طرق إصلاحية أخرى وممكن تحتاج لتغيير أجزاء معينة . وليس من الغريب أن تحتاج المضخة العاملة إلى إعادة تشغيل عرضى، حيث من الممكن أن يتوقف الدوران بسبب سوء ضبط صمام الهدر، أو عدم كفاية الماء المتدفق من المصدر .ومن الممكن أن يدخل الماء خلال أنبوب المورد إذا كان مستوى الماء أقل من قمة نهاية مدخلها ولو ببعض إنشات .وهناك مشكلات أخرى مثل انسداد الصمامات بالأوساخ أو التركيب الغير سليم، مثلا استخدام أنبوب مورد غير موحد القطر أو المواد المصنوع منها، به انحناءات حادة أو خشن من الداخل، أو أنها أطول أو أقصر من المنحدر، أو صنعت من مواد جامدة غير كفء .اما بالنسبة للبولى فينيل كلوريد أو أنبوب التوريد البلاستيكي فقد تستخدم في بعض التركيبات إلا أنه يفضل الحديدية .