مضخة التدفق المختلط ذات العمود القابل للتعديل بالكامل هي نوع من المضخات متوسطة وكبيرة القطر، تستخدم مُعدِّل زاوية الشفرات لتدويرها، مما يُغيِّر زاوية وضعها لتحقيق تغييرات في التدفق والضغط. وسيط النقل الرئيسي هو الماء النظيف أو مياه الصرف الصحي الخفيفة عند درجة حرارة تتراوح بين 0 و50 درجة مئوية (تشمل الوسائط الخاصة مياه البحر ومياه النهر الأصفر). تُستخدم هذه المضخة بشكل أساسي في مشاريع الري والصرف الصحي وتحويل المياه، كما تُستخدم في العديد من المشاريع الوطنية مثل مشروع تحويل المياه من الجنوب إلى الشمال ومشروع تحويل مياه نهر اليانغتسي إلى نهر هواي.
تتعرض شفرات مضخات التدفق المحوري والمختلط للتشوه المكاني. فعندما تنحرف ظروف تشغيل المضخة عن نقطة التصميم، تتغير نسبة السرعة المحيطية للحواف الداخلية والخارجية للشفرات، مما يؤدي إلى عدم تساوي قوة الرفع المتولدة من الشفرات (الأسطح الانسيابية) عند أنصاف أقطار مختلفة، وبالتالي يصبح تدفق الماء في المضخة مضطربًا وتزداد خسائره. وكلما ابتعدنا عن نقطة التصميم، زادت درجة اضطراب تدفق الماء وزادت خسائره. تتميز مضخات التدفق المحوري والمختلط بانخفاض ضغطها وضيق نطاق كفاءتها العالية نسبيًا. لذا، فإن تغيير ضغط التشغيل فيها يؤدي إلى انخفاض ملحوظ في كفاءتها. لذلك، لا يمكن عادةً استخدام الخنق أو الدوران أو غيرها من طرق الضبط لتغيير أداء التشغيل في مضخات التدفق المحوري والمختلط؛ وفي الوقت نفسه، نظرًا لارتفاع تكلفة تنظيم السرعة، نادرًا ما يُستخدم تنظيم السرعة المتغيرة في التشغيل الفعلي. نظراً لأن مضخات التدفق المحوري والمختلط تتميز بجسم محور أكبر، فمن السهل تركيب شفرات وآليات توصيل الشفرات التي تسمح بتعديل الزاوية. لذلك، عادةً ما يتم ضبط ظروف تشغيل مضخات التدفق المحوري والمختلط عن طريق تعديل الزاوية المتغيرة، مما يُمكّنها من العمل في أفضل ظروف التشغيل.
عندما يزداد فرق منسوب المياه بين المنبع والمصب (أي يزداد صافي الارتفاع)، تُعدّل زاوية وضع الشفرات إلى قيمة أصغر. مع الحفاظ على كفاءة عالية نسبيًا، يُخفّض معدل تدفق المياه بشكل مناسب لمنع تحميل المحرك فوق طاقته. وعندما يقل فرق منسوب المياه بين المنبع والمصب (أي يقل صافي الارتفاع)، تُعدّل زاوية وضع الشفرات إلى قيمة أكبر لتحميل المحرك بالكامل والسماح لمضخة المياه بضخ كمية أكبر من المياه. باختصار، يُمكّن استخدام مضخات العمود والمضخات ذات التدفق المختلط التي تسمح بتغيير زاوية الشفرات من تشغيلها في أفضل حالة تشغيل، مما يجنّبها التوقف القسري ويحقق كفاءة عالية وقدرة ضخ عالية للمياه.
بالإضافة إلى ذلك، عند بدء تشغيل الوحدة، يمكن ضبط زاوية وضع الشفرة إلى الحد الأدنى، مما يقلل من حمل بدء تشغيل المحرك (حوالي 1/3 إلى 2/3 من الطاقة المقدرة)؛ قبل الإيقاف، يمكن ضبط زاوية الشفرة إلى قيمة أصغر، مما يقلل من سرعة التدفق العكسي وحجم المياه المتدفقة في المضخة أثناء الإيقاف، ويقلل من أضرار تأثير تدفق المياه على المعدات.
باختصار، يُعدّ تأثير تعديل زاوية الشفرة بالغ الأهمية: ① يُسهّل تقليل الزاوية بدء التشغيل والإيقاف؛ ② يزيد زيادة الزاوية من معدل التدفق؛ ③ يُحسّن تعديل الزاوية من كفاءة تشغيل وحدة المضخة. يتضح مما سبق أن مُعدِّل زاوية الشفرة يحتل مكانة هامة في تشغيل وإدارة محطات الضخ المتوسطة والكبيرة.
يتكون الجسم الرئيسي لمضخة التدفق المختلط ذات العمود القابل للتعديل بالكامل من ثلاثة أجزاء: رأس المضخة، والمنظم، والمحرك.
Ⅰ رأس المضخة
تتراوح السرعة النوعية لمضخة التدفق المختلط المحورية القابلة للتعديل بالكامل بين 400 و1600 دورة في الدقيقة (بينما تتراوح السرعة النوعية التقليدية لمضخة التدفق المحورية بين 700 و1600 دورة في الدقيقة)، (بينما تتراوح السرعة النوعية التقليدية لمضخة التدفق المختلط بين 400 و800 دورة في الدقيقة)، ويتراوح الارتفاع العام بين 0 و30.6 متر. يتكون رأس المضخة بشكل أساسي من بوق مدخل الماء (وصلة تمدد مدخل الماء)، وأجزاء الدوار، وأجزاء حجرة المروحة، وجسم ريش التوجيه، ومقعد المضخة، والمرفق، وأجزاء عمود المضخة، وأجزاء الحشو، وغيرها. مقدمة عن المكونات الرئيسية:
١. يُعدّ الدوّار المكوّن الأساسي في رأس المضخة. ويتكوّن من شفرات، وجسم الدوّار، وقضيب السحب السفلي، والمحمل، وذراع التدوير، وإطار التشغيل، وقضيب التوصيل، وأجزاء أخرى. بعد التجميع الكامل، يُجرى اختبار توازن ثابت. يُفضّل أن تكون مادة الشفرات من نوع ZG0Cr13Ni4Mo (صلابة عالية ومقاومة جيدة للتآكل)، ويتم تصنيعها باستخدام آلات CNC. أما مادة الأجزاء المتبقية فهي في الغالب من نوع ZG.
٢. تُفتح مكونات حجرة المروحة بشكل متكامل من المنتصف، وتُثبّت بمسامير وتُوضع في مكانها بواسطة دبابيس مخروطية. يُفضّل استخدام مادة ZG المتكاملة، وبعض الأجزاء مصنوعة من ZG + الفولاذ المقاوم للصدأ المُبطّن (هذا الحل معقد التصنيع وعرضة لعيوب اللحام، لذا يجب تجنبه قدر الإمكان).
3. جسم ريشة التوجيه. بما أن المضخة القابلة للتعديل بالكامل هي في الأساس مضخة متوسطة إلى كبيرة الحجم، فقد أُخذت صعوبة الصب وتكلفة التصنيع وجوانب أخرى في الاعتبار. عمومًا، المادة المفضلة هي ZG+Q235B. تُصب ريشة التوجيه كوحدة واحدة، بينما تُصنع شفة الغلاف من صفيحة فولاذية Q235B. ثم يُلحم الجزآن ويُعالجان.
4. عمود المضخة: عادةً ما يكون عمود المضخة القابل للتعديل بالكامل مجوفًا ومزودًا بحواف في كلا الطرفين. يُفضل أن يكون مصنوعًا من الفولاذ المطروق 45 مع غلاف من فولاذ 30Cr13. يُستخدم الغلاف عند محمل توجيه الماء والحشو بشكل أساسي لزيادة صلابته وتحسين مقاومته للتآكل.
ثانياً: مقدمة عن المكونات الرئيسية للمنظم
في الوقت الحاضر، يُستخدم منظم زاوية الشفرة الهيدروليكي المدمج بشكل أساسي في السوق. ويتكون بشكل رئيسي من ثلاثة أجزاء: جسم دوار، وغطاء، وصندوق نظام عرض التحكم.
1. الجسم الدوار: يتكون الجسم الدوار من مقعد داعم، وأسطوانة، وخزان وقود، ووحدة طاقة هيدروليكية، ومستشعر زاوية، وحلقة انزلاق لإمداد الطاقة، وما إلى ذلك.
يُوضع الجسم الدوار بالكامل على عمود المحرك الرئيسي ويدور بشكل متزامن معه. ويتم تثبيته بمسامير في الجزء العلوي من عمود المحرك الرئيسي من خلال شفة التثبيت.
يتم توصيل شفة التثبيت بالمقعد الداعم.
يتم تركيب نقطة قياس مستشعر الزاوية بين قضيب المكبس وجلبة قضيب الربط، ويتم تركيب مستشعر الزاوية خارج أسطوانة الوقود.
يتم تركيب حلقة الانزلاق الخاصة بمصدر الطاقة وتثبيتها على غطاء خزان الوقود، ويدور الجزء الدوار منها (الدوار) بشكل متزامن مع الجسم الدوار. يتم توصيل طرف الإخراج على الدوار بوحدة الطاقة الهيدروليكية، ومستشعر الضغط، ومستشعر درجة الحرارة، ومستشعر الزاوية، ومفتاح الحد؛ ويتم توصيل الجزء الثابت من حلقة الانزلاق الخاصة بمصدر الطاقة بمسمار التوقف الموجود على الغطاء، ويتم توصيل مخرج الجزء الثابت بالطرف الموجود في غطاء المنظم.
يتم تثبيت قضيب المكبس بقضيب ربط مضخة الماء.
توجد وحدة الطاقة الهيدروليكية داخل خزان الوقود، والتي توفر الطاقة اللازمة لتشغيل أسطوانة الوقود.
يوجد حلقتان للرفع مثبتتان على خزان الزيت لاستخدامهما عند رفع المنظم.
2. الغطاء (ويُسمى أيضًا الجسم الثابت): يتكون من ثلاثة أجزاء. الجزء الأول هو الغطاء الخارجي؛ والجزء الثاني هو غطاء المحرك؛ والجزء الثالث هو نافذة المراقبة. يُثبّت الغطاء الخارجي أعلى الغطاء الخارجي للمحرك الرئيسي ويُغطي الجسم الدوار.
3. صندوق نظام عرض التحكم (كما هو موضح في الشكل 3): يتكون من وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)، وشاشة لمس، ومرحل، وموصل، ومصدر طاقة تيار مستمر، ومقبض، ومؤشر ضوئي، وغيرها. تعرض شاشة اللمس زاوية الشفرة الحالية، والوقت، وضغط الزيت، وغيرها من المعايير. يتميز نظام التحكم بوظيفتين: التحكم المحلي والتحكم عن بُعد. يتم التبديل بين وضعي التحكم عبر المقبض ثنائي الوضع الموجود على صندوق نظام عرض التحكم (المشار إليه فيما يلي بـ "صندوق عرض التحكم").
3. مقارنة واختيار المحركات المتزامنة وغير المتزامنة
أ. مزايا وعيوب المحركات المتزامنة
المزايا:
1. الفجوة الهوائية بين الدوار والجزء الثابت كبيرة، والتركيب والتعديل مريحان.
2. تشغيل سلس وقدرة عالية على تحمل الأحمال الزائدة.
3. السرعة لا تتغير بتغير الحمل.
4. كفاءة عالية.
٥. يمكن تحسين معامل القدرة. يمكن تزويد شبكة الكهرباء بالقدرة التفاعلية، مما يُحسّن جودتها. إضافةً إلى ذلك، عند ضبط معامل القدرة على ١ أو ما يقاربه، ستنخفض قراءة الأميتر لانخفاض المكون التفاعلي في التيار، وهو أمر غير ممكن في المحركات غير المتزامنة.
العيوب:
1. يجب تزويد الدوار بالطاقة بواسطة جهاز إثارة مخصص.
2. التكلفة مرتفعة.
3. الصيانة أكثر تعقيداً.
ب. مزايا وعيوب المحركات غير المتزامنة
المزايا:
1. لا يحتاج الدوار إلى أن يكون متصلاً بمصادر طاقة أخرى.
2. هيكل بسيط، وزن خفيف، وتكلفة منخفضة.
3. سهولة الصيانة.
العيوب:
1. يجب سحب الطاقة التفاعلية من شبكة الطاقة، مما يؤدي إلى تدهور جودة شبكة الطاقة.
2. الفجوة الهوائية بين الدوار والجزء الثابت صغيرة، والتركيب والتعديل غير مريحين.
ج. اختيار المحركات
ينبغي تحديد اختيار المحركات ذات القدرة المقدرة 1000 كيلوواط والسرعة المقدرة 300 دورة في الدقيقة بناءً على المقارنات الفنية والاقتصادية وفقًا للظروف المحددة.
1. في قطاع الري، يُفضّل استخدام المحركات غير المتزامنة عندما تكون القدرة المركبة أقل من 800 كيلوواط. أما عندما تكون القدرة المركبة أكبر من 800 كيلوواط، فيُفضّل استخدام المحركات المتزامنة.
2. الفرق الرئيسي بين المحركات المتزامنة والمحركات غير المتزامنة هو وجود ملف إثارة على الدوار، ويجب تكوين شاشة إثارة الثايرستور.
3. تنصّ إدارة إمداد الطاقة في بلدي على أن معامل القدرة عند مصدر الطاقة الخاص بالمستخدم يجب أن يتجاوز 0.90. تتميز المحركات المتزامنة بمعامل قدرة عالٍ، ما يُمكّنها من تلبية متطلبات إمداد الطاقة؛ بينما تتميز المحركات غير المتزامنة بمعامل قدرة منخفض، ما يجعلها غير قادرة على تلبية هذه المتطلبات، وبالتالي يلزم تعويض القدرة التفاعلية. لذلك، تحتاج محطات الضخ المجهزة بمحركات غير متزامنة عمومًا إلى تجهيزها بشاشات تعويض القدرة التفاعلية.
4. يتميز تصميم المحركات المتزامنة بتعقيد أكبر من تصميم المحركات غير المتزامنة. لذا، عند تصميم محطة ضخ تتطلب مراعاة توليد الطاقة وتعديل الطور، يجب اختيار المحركات المتزامنة.
مضخات تدفق مختلط محورية قابلة للتعديل بالكاملتُستخدم على نطاق واسع في الوحدات الرأسية (ZLQ، HLQ، ZLQK)، والوحدات الأفقية (المائلة) (ZWQ، ZXQ، ZGQ)، ويمكن استخدامها أيضًا في وحدات الرفع المنخفض والوحدات ذات القطر الكبير.
تاريخ النشر: 18 أكتوبر 2024