المضخة العمودية متعددة المراحل: مبدأ العمل والتطبيقات

تم تصميم المضخة العمودية متعددة المراحل للتطبيقات التي تحتاج إلى ضغط مرتفع نسبيًا ولكن لا تتوفر بها مساحة أرضية كبيرة. يتم استخدامه بشكل شائع في بناء إمدادات المياه، وتعزيز الضغط الصناعي، ومعالجة المياه، وتغذية الغلايات، والري، وأنظمة التبريد، ومشاريع التبريد السائلة لمراكز البيانات -المحددة.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين هذه المضخة ومضخة الطرد المركزي-المرحلة الواحدة في عدد الدفاعات. تحتوي المضخة متعددة المراحل على عدة دافعات مرتبة على التوالي. ومع انتقال السائل من مرحلة إلى أخرى، يزداد ضغطه.

وهذا يجعل المضخة مناسبة للمهام التي لا تستطيع فيها مضخة -مرحلة واحدة إنتاج ما يكفي من الرأس. ومع ذلك، فإن الضغط العالي لا يعني تلقائيًا أداءً أفضل. لا يزال يتعين على المضخة أن تتوافق مع التدفق الفعلي، ومقاومة النظام، وظروف الدخول، وخصائص السائل.

A مضخة عمودية متعددة المراحلهي عبارة عن مضخة طرد مركزي غير ذاتية التشغيل-يتم ترتيب المحرك والعمود والمراحل الهيدروليكية رأسيًا.

في مضخة CDL أو CDLF النموذجية، يقوم المحرك بتشغيل عمود المضخة من خلال أداة التوصيل. يتم تثبيت الدفاعات والناشرات داخل أسطوانة الضغط. توجد وصلات الشفط والتفريغ في الجزء السفلي من المضخة، وعادةً على نفس المستوى الأفقي. هذا الترتيب يجعل من السهل نسبيًا توصيل المضخة بخط أنابيب موجود.

مصطلح المضخة العمودية متعددة المراحل هو الوصف الفني القياسي. يمكن للمشترين أيضًا البحث عن مضخة عمودية متعددة المراحل أو مضخة مرحلة رأسية، على الرغم من أن هذه الأشكال أقل شيوعًا في الوثائق الفنية.

نظرًا لأن المضخة ليست ذاتية التحضير-، فيجب ملؤها بالسائل قبل أن تبدأ. يحتاج المدخل أيضًا إلى أن يظل مغمورًا بالمياه أو تحت ضغط إيجابي كافٍ. قد يؤدي تشغيل المضخة جافة إلى إتلاف الختم الميكانيكي خلال فترة زمنية قصيرة.

يدخل السائل إلى وسط المكره الأول. عندما يقوم المحرك بتدوير العمود، تقوم المكره بنقل الطاقة إلى السائل وتحركها إلى الخارج بقوة الطرد المركزي.

ثم يمر السائل من خلال الناشر. يقوم الناشر بإبطاء التدفق وإعادة توجيهه، وتحويل جزء من سرعته إلى ضغط قبل توجيهه إلى المكره التالي.

وتتكرر نفس العملية في كل مرحلة. يظل التدفق مستمرًا على نطاق واسع، بينما يتم إضافة الرأس الناتج عن كل دافعة إلى إجمالي رأس المضخة. بعد المرحلة النهائية، يدخل السائل المضغوط إلى غرفة التفريغ ويتدفق إلى النظام.

زيادة عدد المراحل يؤدي عادة إلى زيادة الرأس المتاح. لا يزيد بالضرورة التدفق المقنن. تؤثر المزيد من المراحل أيضًا على قوة المحرك، وارتفاع المضخة، والحمل المحوري، والحد الأقصى لضغط العمل، لذلك يجب اختيار عدد الدفاعات من نقطة التشغيل المطلوبة بدلاً من معاملتها كمقياس عام لجودة المضخة.

البناء الرئيسي

تتكون المضخة العمودية متعددة المراحل CDL/CDLF عادةً من محرك، وقارنة توصيل، وعمود المضخة، وختم ميكانيكي، وأسطوانة ضغط، ودفاعات، وموزعات، ومحامل، وغرفة شفط وتفريغ مدمجة.

يحدد الكتالوج محركًا مغلقًا تمامًا ومبردًا بمروحة-ومحرك ثنائي القطب مع حماية IP55 وعزل من الفئة F. تعتمد منحنيات الأداء القياسية 50 هرتز على سرعات تبلغ حوالي 2900 أو 2950 دورة في الدقيقة.

بالنسبة لمشروع التصدير، يجب التأكد من التردد والجهد قبل الاختيار. لا ينبغي أن تكون المضخة المختارة من منحنى 50 هرتز متصلة ببساطة بمصدر 60 هرتز. سيؤثر التغير في السرعة على التدفق والرأس والطاقة الممتصة وNPSH.

الختم الميكانيكي يستحق الاهتمام أيضًا. بالنسبة للمياه النظيفة العادية، قد يكون الختم القياسي كافيا. قد يتطلب الماء الساخن ومخاليط الجليكول والمياه المالحة ومواد التنظيف الكيميائية والسوائل الخاصة الأخرى ختمًا أو مطاطيًا مختلفًا.

الفرق الرئيسي بين مضخات CDL وCDLF هو بناء القسم المبلل.

تجمع نماذج CDL عمومًا بين الدفاعات والناشرات وأسطوانات الضغط المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ مع غرف الشفط أو غرف التفريغ أو رؤوس المضخات أو القواعد المصنوعة من الحديد الزهر، اعتمادًا على حجم المضخة. وهي مخصصة بشكل أساسي للسوائل النظيفة وغير المسببة للتآكل-.

تستخدم نماذج CDLF كمية أكبر من الفولاذ المقاوم للصدأ في القسم المبلل وهي مناسبة بشكل أفضل لتنظيف السوائل ذات خصائص التآكل الخفيفة، بشرط فحص المواد مقابل السائل الفعلي.

تشتمل مواد الكتالوج الشائعة على الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 304 للدفاعات والناشرات وأسطوانات الضغط. اعتمادًا على الطراز، قد يكون العمود AISI 304، أو AISI 316L، أو درجة أخرى محددة.

بالنسبة للتطبيقات الأكثر تطلبًا، يمكن تقديم المكونات المبللة في الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج SS304 أو SS316 أو 2205. يعتمد الاختيار الصحيح على درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، ومحتوى الكلوريد، والتركيز الكيميائي، والضغط، ووقت التشغيل.

من الناحية العملية، فإن عبارة "مضخة الفولاذ المقاوم للصدأ" لا تخبرنا بما يكفي. ما زلنا بحاجة إلى معرفة المواد المستخدمة في غرفة الشفط، وغرفة التفريغ، والعمود، والختم الميكانيكي، واللدائن. وهذا مهم بشكل خاص للمياه المالحة في حمامات السباحة، ومياه البحر، والمياه المعالجة كيميائيًا.

• بناء إمدادات المياه وتعزيز الضغط

تستخدم المضخات العمودية متعددة المراحل على نطاق واسع في المباني السكنية والفنادق والمستشفيات ومباني المكاتب وغيرها من المرافق حيث لا يكون ضغط التيار الكهربائي المتاح كافياً.

ويمكن تركيبها في -مجموعات تعزيز الضغط الثابت، وأنظمة إمداد الخزانات على السطح-، ومناطق الضغط في-المباني الشاهقة.

يجب حساب الرأس المطلوب من الارتفاع الثابت، وفواقد الأنابيب، ومقاومة المعدات، والضغط المطلوب عند المخرج النهائي. غالبًا ما يؤدي اختيار المضخة من عدد الطوابق فقط إلى زيادة الضغط أو انخفاضه جدًا.

إذا تغير طلب النظام بشكل كبير خلال اليوم، فغالبًا ما تكون مضختان أو أكثر أصغر حجمًا مع التحكم في السرعة-المتغيرة خيارًا أفضل من مضخة واحدة كبيرة.

• المياه الصناعية وتعزيز الضغط

تشمل الواجبات الصناعية النموذجية معالجة-إمدادات المياه، وتعزيز خط الإنتاج-، وغسل المعدات، وتغذية نظام الفلتر-، والتنظيف-بالضغط العالي.

غالبًا ما تحتوي هذه الأنظمة على أكثر من حالة تشغيل واحدة. على سبيل المثال، قد يتطلب خط التنظيف تدفقًا عاليًا لفترات قصيرة ولكنه يتطلب تدفقًا أقل بكثير أثناء الإنتاج العادي. في مثل هذه الحالات، يجب فحص المضخة عند نقطة التشغيل العادية وكذلك عند الحد الأقصى للطلب.

إذا كان التدفق المطلوب مرتفعًا ولكن الرأس منخفض نسبيًا، فعادةً ما نقوم بمقارنة المضخة متعددة المراحل بمضخة شفط -مرحلة واحدة مضمنة أو نهائية-. لا تعد المضخة متعددة المراحل الخيار الأكثر كفاءة تلقائيًا لكل نظام مياه صناعي.

• أنظمة معالجة المياه والأغشية

تُستخدم المضخات العمودية متعددة المراحل بشكل شائع في الترشيح، والترشيح الفائق، ومعدات المياه النقية-، وأنظمة التناضح العكسي -، وعمليات معالجة المياه - الأخرى.

يمكن استخدام المضخة لتغذية المرشحات، أو الحفاظ على الضغط قبل قسم الغشاء، أو تعميم المياه من خلال جزء من نظام المعالجة.

ويعتمد واجبها على تدفق المعالجة المطلوبة ومقاومة المرشحات والصمامات ووحدات الأغشية والأنابيب.

مقاومة الفلتر لا تبقى ثابتة. عندما يقوم المرشح بجمع التلوث، يرتفع انخفاض ضغطه. ولذلك ينبغي فحص المضخة للتأكد من ظروف الفلتر النظيفة والقذرة. تعتبر مراقبة الضغط التفاضلي- مفيدة لأنها تظهر متى يلزم التنظيف أو الاستبدال.

بالنسبة لتحلية مياه البحر، يمكن النظر في مضخات CDL/CDLF لإمدادات المعالجة المسبقة، أو الدوران المساعد، أو تغذية الأغشية حيث يكون الضغط والمواد مناسبين. لا ينبغي افتراض أن النموذج القياسي مناسب للتناضح العكسي لمياه البحر ذات الضغط العالي-. تتطلب الملوحة العالية وتركيز الكلوريد وضغط التشغيل والخدمة المستمرة مراجعة منفصلة للمواد والضغط.

• تجمع المياه المالحة والمياه المالحة

قد تتعامل المضخة العمودية متعددة المراحل مع المياه المالحة في حوض السباحة إذا كانت المواد والختم الميكانيكي وظروف التشغيل مناسبة.

المعلومات التي نحتاجها عادة تشمل الملوحة، وتركيز الكلوريد، ودرجة الحموضة، ودرجة حرارة الماء، والمطهرات، وساعات العمل. يجب إزالة الشعر والرمل والألياف وغيرها من الحطام قبل وصول الماء إلى المضخة.

يمكن للفلتر أو الغشاء حماية المضخة من الجزيئات، لكنه لا يمنع تآكل الكلوريد. قد يكون SS304 مقبولاً في بعض التطبيقات التي تحتوي على نسبة منخفضة من الكلوريد-، ولكنه ليس خيارًا عالميًا للمياه المالحة. قد تكون هناك حاجة إلى الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج SS316 أو 2205 أو مادة أخرى اعتمادًا على تحليل المياه الفعلي.

• تغذية الغلايات والماء الساخن والمكثفات

يمكن استخدام نطاق CDL/CDLF لواجبات الغلايات المحددة-والماء الساخن-والتكثيف.

يقدم الكتالوج نطاق درجة حرارة السائل من -15 درجة إلى 70 درجة للإصدارات القياسية و-15 درجة إلى 120 درجة لإصدارات الماء الساخن. لا يزال الحد الدقيق يعتمد على النموذج المحدد والختم والضغط وظروف المدخل.

يحتاج الماء الساخن إلى اهتمام خاص لأن ضغط بخاره أعلى. قد تلبي المضخة ضغط التفريغ المطلوب وتستمر في التجويف إذا كان ضغط المدخل منخفضًا جدًا. بالنسبة لتطبيقات تغذية الغلايات والمكثفات-، يجب دائمًا فحص NPSH والحد الأدنى من ضغط المدخل.

• التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتبريد الصناعي

يمكن استخدام المضخات العمودية متعددة المراحل في أنظمة التبريد-المائية، ودوائر تكييف الهواء-، وحلقات المبادل الحراري-، والأنظمة الأخرى ذات المقاومة العالية نسبيًا.

في الدائرة المغلقة، تتغلب المضخة بشكل أساسي على الاحتكاك وفقدان ضغط المعدات. لا تحتاج عادةً إلى رفع المياه عبر الارتفاع الكامل للمبنى. يمكن أن يؤدي التعامل مع ارتفاع المبنى كرأس مضخة في حلقة مغلقة إلى زيادة كبيرة في الحجم.

بالنسبة لدائرة التبريد-الكبيرة والضغط المنخفض-، قد تكون مضخة المرحلة الواحدة-الخيار الأفضل. يجب أن يحدد منحنى النظام نوع المضخة.

• التبريد السائل لمركز بيانات الذكاء الاصطناعي

تتمتع بعض أنظمة التبريد السائلة في مراكز البيانات{0}}بفقدان ضغط كافٍ لتبرير استخدام مضخة عمودية متعددة المراحل. تشمل الواجبات المحتملة تدوير وحدة CDU، وحلقات المبادل الحراري للوحة-، وتشغيل الأنابيب الطويلة، وتعزيز ضغط الفروع-، ومجموعات مضخات التبريد الزائدة عن الحاجة.

تكون المضخة عادةً جزءًا من دائرة أكبر تحتوي على وحدات CDU ومبادلات حرارية وألواح تبريد ومرشحات وصمامات تحكم وخراطيم وموصلات سريعة. يجب أن يتم تضمين فقدان الضغط من خلال كل هذه المكونات في الحساب. بالنسبة لفروع الحامل المتوازية، يجب أيضًا فحص الفرع غير المناسب هيدروليكيًا.

خصائص المبرد لا تقل أهمية عن التدفق والرأس. تتمتع مخاليط جليكول الماء- بلزوجة أعلى من الماء، خاصة عند درجات الحرارة المنخفضة. يؤدي ذلك إلى زيادة مقاومة الأنابيب ويمكن أن يغير أداء المضخة والطلب على طاقة المحرك.

يطرح الماء منزوع الأيونات والمبردات العازلة أسئلة مختلفة حول التآكل، والتوصيل، والأختام، واللدائن. لذلك، لا ينبغي تحديد مضخة مياه نظيفة-قياسية لمشروع تبريد سائل-دون مراجعة سائل التبريد الفعلي.

الموثوقية هي اعتبار رئيسي آخر. قد تتطلب المرافق الحيوية تكرار N+1 أو 2N، والتغيير التلقائي للمضخة، والتحكم في السرعة المتغيرة-، واكتشاف التسرب، والاتصال بالمبنى أو نظام إدارة مركز البيانات.

• الري والخدمات الصناعية العامة

ويمكن أيضًا استخدام النطاق لري الأراضي الزراعية، وأنظمة الرش، والري بالتنقيط، وإمدادات المياه للمعدات، وغيرها من رسوم السوائل النظيفة-.

يجب تصفية المياه التي تحتوي على رمل أو ألياف أو مواد صلبة معلقة كبيرة قبل دخولها إلى المضخة. مضخات CDL/CDLF القياسية ليست مضخات صرف صحي ولا ينبغي استخدامها للسوائل الكاشطة أو الملوثة بشدة.

وفقًا لكتالوج CDL/CDLF، فإن المضخة القياسية مخصصة للسوائل النظيفة والرفيعة وغير -الاشتعال وغير المتفجرة- التي لا تحتوي على جزيئات أو ألياف صلبة.

الحدود العامة هي:

• درجة حرارة السائل القياسية: -15 درجة إلى 70 درجة؛
• نسخة الماء الساخن-: -15 درجة إلى 120 درجة؛
• الحد الأقصى لدرجة الحرارة المحيطة: 40 درجة؛
• ارتفاع التثبيت القياسي: يصل إلى 1000 متر.
• درجة الحرارة المحيطة التي تزيد عن 40 درجة أو ارتفاع 1000 متر، تؤثر كثافة الهواء المنخفضة على تبريد المحرك. قد يحتاج المحرك إلى خفض كفاءته أو استبداله بوحدة ذات تصنيف أعلى-.

الحد الأقصى لضغط العمل

لا يوجد معدل ضغط واحد لمجموعة CDL/CDLF الكاملة.

اعتمادًا على الطراز وترتيبات الاتصال، يسرد الكتالوج الحد الأقصى لضغوط العمل التي تبلغ 16 أو 20 أو 25 أو 30 بار. تتطلب بعض القيم الأعلى الموضحة بين قوسين تكوينًا خاصًا.

عند فحص ضغط النظام، يجب أخذ ضغط المدخل والضغط الناتج عن المضخة-في الاعتبار معًا. يجب أيضًا تضمين إيقاف-الرأس وارتفاع الضغط المؤقت.

وهذا أمر مهم في أنظمة التبريد الغشائية والسوائل- لأن المرشحات، ومبيتات الأغشية، ووحدات CDU، والمبادلات الحرارية، والألواح الباردة، والخراطيم، والموصلات السريعة قد يكون لها معدلات ضغط أقل من المضخة نفسها.

NPSH وشروط المدخل

يحدث التجويف عندما يصبح الضغط عند مدخل المكره منخفضًا جدًا لدرجة حرارة السائل. قد يتسبب ذلك في حدوث ضوضاء واهتزاز وتدفق غير مستقر وانخفاض الرأس وتلف المكره أو الختم الميكانيكي.

يكون الخطر أعلى عندما:

• السائل ساخن.
• يتم سحب المضخة من خزان-منخفض المستوى؛
• أنبوب الإدخال طويل أو صغير جدًا؛
• تعمل المضخة بالقرب من نهاية التدفق-العالي لمنحناها؛
• التثبيت على علو شاهق.
• تم حظر عامل التصفية؛
• السائل لديه لزوجة أعلى من الماء.

إن أنبوب الإدخال القصير ذو الحجم المناسب مع عدد قليل من القيود العملية عادة ما يوفر ظروف دخول أفضل. يجب مراقبة المرشحات من أجل انخفاض الضغط بحيث لا يؤدي الانسداد التدريجي إلى تجويع المضخة.

يبدأ الاختيار الموثوق بالتدفق المطلوب والرأس الإجمالي. عندما يتغير الطلب، فمن الأفضل توفير الحد الأدنى والعادي والحد الأقصى للتدفق بدلاً من رقم ذروة واحد.

بالنسبة للنظام المفتوح، يتضمن الرأس الإجمالي عادةً الرفع الساكن، واحتكاك الأنابيب، وفقدان الصمامات والتركيبات، ومقاومة المعدات، وضغط المخرج المطلوب. في الحلقة المغلقة، يعتمد الحساب بشكل أساسي على مقاومة الأنابيب والمعدات.

تجنب إضافة رأس زائد "للسلامة". غالبًا ما تعمل المضخة كبيرة الحجم بصمام خانق، وتستهلك المزيد من الطاقة، وتعمل بعيدًا عن أفضل-منطقة كفاءة لها.

وينبغي بعد ذلك تعريف السائل بشكل صحيح. إلى جانب اسمه، نحتاج إلى درجة الحرارة والكثافة واللزوجة ودرجة الحموضة والتركيز الكيميائي ومحتوى المواد الصلبة. بالنسبة للمياه المالحة، يعد تركيز الكلوريد ضروريًا. للتبريد السائل، يجب توفير نوع وتركيز الجليكول أو سائل التبريد الآخر.

وأخيرًا، يجب التحقق من نقطة التشغيل المقترحة على منحنى المضخة الفعلي. التدفق والرأس وحدهما لا يكفيان. يجب أيضًا مراجعة الكفاءة والطاقة الممتصة وNPSH وإيقاف التشغيل-ونطاق التشغيل المسموح به.

مشاكل الاختيار الشائعة

تظهر عدة أخطاء بشكل متكرر في استفسارات المضخة:

• الاختيار بواسطة قوة المحرك بدلاً من التدفق والرأس؛
• على افتراض أن المزيد من المراحل تعني دائما مضخة أفضل؛
• تجاهل ضغط المدخل وNPSH؛
• التعامل مع جميع درجات الفولاذ المقاوم للصدأ على قدم المساواة؛
• تطبيق منحنى 50 هرتز على مشروع 60 هرتز؛
• بافتراض أن الفلتر سيحل مشكلة التآكل؛
• تجاهل ارتفاع الضغط عبر مرشح قذر؛
• الاختيار فقط لذروة الطلب؛
• نسيان الضغط الناتج عند إيقاف التشغيل-؛
• استخدام تكوين قياسي لمضخة مياه-لسائل تبريد غير معروف.

يمكن تجنب معظم هذه المشاكل إذا تم توفير واجب النظام والبيانات السائلة قبل اختيار نموذج المضخة.

المعلومات التي يجب تضمينها في الاستفسار

لتطبيق المياه العادية، يرجى تقديم:

• التدفق والرأس المطلوبان؛
• درجة حرارة السائل والتشغيل.
• ضغط المدخل أو ظروف الشفط؛
• الحد الأقصى لضغط النظام.
• الجهد والتردد.
• المواد المفضلة
• حجم الاتصال والمعيار؛
• تركيب داخلي أو خارجي؛
• عملية مستمرة أو متقطعة.
• متطلبات -السرعة المتغيرة أو المتعددة-للمضخة.

بالنسبة لتطبيقات تبريد المياه المالحة أو الأغشية أو المواد الكيميائية أو السائلة-، قم أيضًا بتوفير تركيبة السائل ومحتوى الكلوريد واللزوجة وفقدان ضغط الفلتر وساعات التشغيل ومتطلبات التحكم والتكرار المطلوب.

A مضخة عمودية متعددة المراحليبني الضغط عن طريق تمرير السائل من خلال عدة دافعات على التوالي. إن حجمه الصغير وإمكاناته العالية- تجعله خيارًا عمليًا لإمدادات المباني، وتعزيز الصناعة، ومعالجة المياه، وخدمة المياه الساخنة-، والري، والتبريد، ومشروعات مختارة لتحلية المياه أو مراكز البيانات.

مضخات CDL مخصصة بشكل عام للسوائل النظيفة-غير المسببة للتآكل. تستخدم مضخات CDLF المزيد من الفولاذ المقاوم للصدأ في القسم المبلل ويمكنها التعامل مع السوائل المسببة للتآكل بشكل طفيف عند التأكد من توافق المواد. اعتمادًا على التطبيق، يمكن اعتبار الفولاذ المقاوم للصدأ SS304، SS316، أو 2205 مزدوجًا.

وينبغي أن يستند القرار النهائي إلى نقطة العمل الفعلية وظروف التشغيل. يجب أن يتوافق التدفق والرأس ودرجة الحرارة وضغط المدخل وNPSH والمواد وبيانات المحرك والحد الأقصى لضغط النظام مع منحنى المضخة المحدد.

عادةً ما يعطي هذا الأسلوب نتيجة أفضل من اختيار المضخة بناءً على قوة المحرك، أو حجم الأنبوب، أو عدد المراحل وحدها.