ما هي تركيبات مضخة الطرد المركزي لتعويض القوى المحورية؟

Thread Content

إذا لم يتم التخلص من القوة المحورية التي تؤثر على الدوار (والتي تنتقل إلى المحور) أو موازنتها، فإن هذه القوة ستدفع الدوار للتحرك في الاتجاه المحوري، مما يؤدي إلى احتكاكه بالأجزاء الثابتة، وبالتالي تلف أجزاء الضخ وعدم قدرتها على العمل. عادةً، يتم استخدام الطرق التالية لتحقيق توازن القوى المحورية للمضخة. ١. محامل الدفع: بالنسبة للمضخات الصغيرة التي لا تتعرض لقوى محورية كبيرة، يتم استخدام محامل الدفع لتحمل هذه القوى، وهي طريقة بسيطة واقتصادية عادةً. حتى مع استخدام أجهزة توازن أخرى، ونظرًا لوجود قوة محورية متبقية دائمًا، يتم أحيانًا تركيب محامل الدفع. 2. فتحة التوازن أو أنبوب التوازن: كما هو موضح في الشكل 1، يتم تركيب حلقة ختم على لوحة الغطاء الخلفية للدوار، وعادةً ما يكون قطر حلقة الختم مساويًا لقطر حلقة الختم الأمامية. كما يتم فتح فتحة في الجزء السفلي من لوحة الغطاء الخلفية، أو يتم استخدام أنبوب اتصال خاص للربط بجانب الشفط. نظرًا لفقدان المقاومة الناتج عن مرور السائل عبر فجوات حلقة الختم، ينخفض ضغط السائل أسفل الختم، مما يقلل من القوة المحورية المؤثرة على اللوحة الخلفية. يعتمد مقدار تقليل القوة المحورية على عدد الثقوب وحجم قطرها. في هذه الحالة، لا يزال هناك 10 إلى 15% من القوى المحورية غير المتوازنة. لتحقيق توازن كامل للقوى المحورية، يجب زيادة قطر حلقة الختم بشكل أكبر. ومن الجدير بالذكر أن حلقة الختم وفتحة التوازن تعملان معًا؛ فلا يمكن تحقيق التوازن للقوى المحورية باستخدام حلقة الختم وحدها دون وجود فتحة التوازن ； يتم استخدام فتحات توازن فقط دون استخدام حلقات ختم، والنتيجة هي كمية تسرب كبيرة، مع قدرة ضئيلة جدًا على تعويض القوى المحورية. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B1.png الشكل 1: رسم توضيحي لفتحات التوازن. يمكن استخدام هذه الطريقة لتقليل الضغط على أجزاء الإغلاق، لكن عيبها هو زيادة فقدان الحجم (حيث يكون معدل التسرب من فتحات التوازن عادةً بين 2% و5% من معدل التدفق المصمم). بالإضافة إلى ذلك، فإن تيار التسرب الذي يمر عبر فتحات التوازن يصطدم بتيار السائل الرئيسي الذي يدخل إلى المروحة، مما يؤدي إلى اختلال الحالة التدفقية الطبيعية، وهو ما يقلل من قدرة الضخ على مقاومة ظاهرة التآكل الناتجة عن البخار. لهذا السبب، يتم عمل فتحات في جسم الضخ، ويتم ربطها بأنابيب الشفط عبر أنابيب، لكن هذا يجعل التركيبة أكثر تعقيدًا. باستخدام طريقة التوازن المذكورة أعلاه، لا يمكن تحقيق توازن كامل للقوى المحورية، ويجب على محامل الضخ أن تتحمل القوى المحورية المتبقية. تُستخدم الهياكل التي تعتمد على فتحات التوازن لتعويض القوى المحورية على نطاق واسع، ليس فقط في المضخات الطاردة المركزية ذات المرحلة الواحدة، بل أيضًا في المضخات الطاردة المركزية متعددة المراحل. لكن نظرًا لعدم إمكانية تعويض القوى المحورية بالكامل، لا يزال من الضروري استخدام محامل دفع، وبسبب إضافة حلقة إضافية، فإن الأبعاد المحورية للمضخة تزداد، ولذلك تُستخدم هذه المضخات فقط في المضخات ذات الارتفاع المنخفض والأبعاد الصغيرة. ٣. مرفق الضخ ذو الشفرتين: عند استخدام مرفق ضخ ذو شفرتين في المضخات أحادية المرحلة، وبما أن المرفق متماثل، فإن القوى المحورية على جانبي المرفق تلغي بعضها البعض. لكن في الواقع، وبسبب الفروق في فجوات الختم على جانبي الدوار، أو بسبب عدم تماثل موقع الدوار بالنسبة لمركز الغرفة، يظل هناك قوة محورية صغيرة، ويجب على المحامل أن تتحمل هذه القوة. ٤. شفرات الجزء الخلفي: تُضاف شفرات الجزء الخلفي للمضخة على الجانب الخارجي للغطاء الخلفي، أي بمعنى أنها تشبه شفرات دوارة إضافية موجودة في الجزء الخلفي من الدوار الرئيسي، وتكون في الاتجاه المعاكس لاتجاه السحب، كما هو موضح في الشكل ٢. ومن أجل تسهيل عملية التصنيع، فإن هذه الشفرات عادةً ما تكون على شكل شعاعي، ولكن يمكن أن تكون مقوسة أيضًا. بعد إضافة الشفرات الخلفية للمروحة، تجبر هذه الشفرات السائل على الدوران، مما يزيد من سرعة دوران السائل. وهذا بدوره يغير توزيع ضغط الماء على اللوح الخلفي، وبالتالي يقلل من القوى غير المتوازنة. لا يزال يتعين على المحامل تحمل القوة المحورية المتبقية. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B2.png الشكل 2: رسم توضيحي للأوراق الخلفية. تعمل الأوراق الخلفية على تعويض القوى المحورية، كما أنها تساعد في تقليل ضغط السائل أمام الختم المحوري. يزداد ارتفاع الضغط في المضخة ذات شفرات الدفع بنسبة تقارب 1–2%، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة المضخة بنسبة 2–3%. تؤدي الأوراق الخلفية أيضًا وظيفة منع دخول الشوائب إلى ختم المحور، وغالبًا ما تُستخدم في المضخات التي تنقل سوائل تحتوي على شوائب. 5. ترتيب المراوح بشكل متماثل، يُستخدم هذا الأسلوب بشكل أساسي في المضخات ذات العديد من المراحل. يتم توزيع جميع شفرات المضخة بشكل متساوٍ في اتجاهين، سواء بحيث تكون مواجهة لبعضها البعض أو متقابلة، وذلك وفقًا لترتيب معين (كما في الشكل 3)، وهو ما يساعد على تعويض القوى المحورية بعضها البعض. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B3.png
رسم توضيحي لترتيب شفرات التوربين بشكل متماثل. مبادئ ترتيب شفرات التوربين هي: (1) يجب ألا تكون مسارات التدفق بين المراحل معقدة، وذلك لتسهيل عملية الصب وتقليل فقدان المقاومة ； (2) يجب ترتيب مرحلة الضغط المنخفض على جانبي أغلاق المحور، وذلك لتقليل الضغط الواقع على أغلاق المحور ； (3) يجب ألا يكون الفارق في الارتفاع بين المرحلتين المتجاورتين من التوربين كبيرًا، وذلك لتقليل الفرق في الضغط بين المرحلتين، وبالتالي تقليل التسرب بينهما. يمكن للترتيب المتماثل للمضخات القسمية أن يوازن القوى المحورية، لكنه يزيد من التسرب بين المراحل. يمكن تحقيق التوازن الكامل في ترتيب شفرات المروحة بشكل متماثل، وذلك فقط في حالة كون الهيكل متطابقًا تمامًا. أما عندما لا تكون محاور العجلات في المستويات المختلفة متساوية، فإن ذلك سيؤدي إلى ظهور قوى محورية معينة. ٦. طبلة التوازن: طبلة التوازن عبارة عن جسم أسطواني، يتم تركيبها خلف الشفرات في المرحلة الأخيرة، وتدور مع الروتور. يتكون فجوة شعاعية بين السطح الخارجي المستدير لطبلة التوازن وهيكل الضخ. أمام طبلة التوازن توجد كاميرة الضخ الخلفية للمرحلة الأخيرة من المروحة، وخلفها توجد غرفة التوازن المتصلة بفتحة الشفط. وبهذه الطريقة، يخلق الفرق في الضغط المؤثر على الطبلة المتوازنة قوة توازن تتجه نحو اليمين، وتُستخدم هذه القوة لتعويض القوة المحورية المؤثرة على الروتور. كما هو موضح في الشكل 47، فإن القرص الموازن يمكنه تعويض القوى المحورية تلقائيًا وبشكل كامل في ظروف تشغيل مختلفة، ولذلك يُستخدم على نطاق واسع في مضخات الطرد المركزي متعددة المراحل. كما هو موضح في الشكل 5، يوجد فجوة بين الغلاف المحوري وجسم الضخ، كما يوجد فجوة محورية bo بين سطح القرص وجسم الضخ. وخلف القرص الموازن، يوجد غرفة موازنة متصلة بفتحة الشفط في الضخ. الضغط قبل الفجوة الشعاعية b هو ضغط الجانب الخلفي للمرحلة الأخيرة من التوربين، وهو p. بعد مرور السائل عبر الفجوة b، ينخفض الضغط إلى p’، ويكون انخفاض الضغط في الفجوة الشعاعية △p1 = p – p’. بعد مرور السائل عبر الفجوة المحورية b0، ينخفض الضغط مرة أخرى إلى po، ويكون انخفاض الضغط عند طرفي الفجوة المحورية △p2 = p’ – po، حيث أن قيمة po تقارب قيمة الضغط عند فتحة الشفط في الضخ. يصبح انخفاض الضغط في جهاز القرص المتوازن كله △p=△p1+△p2. وبهذه الطريقة، يتم تطبيق قوة توازن على القرص المتوازن، واتجاه هذه القوة معاكس لاتجاه القوة المحورية للمضخة. http://www.b-fz.com/UploadFiles/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%B3%B5%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E8%BD%B4%E5%90%91%E5%8A%9B%E7%9A%84%E7%BB%93%E6%9E%84%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B5.png الشكل 5: رسم توضيحي للقرص الموازن. مبدأ عمل القرص الموازن هو أنه عندما تكون القوة المحورية أكبر من قوة التوازن التي يوفرها القرص، فإن الجزء الدوار في المضخة الطاردة المركزية يتحرك نحو اليسار، وبالتالي يقل الفجوة المحورية bo، مما يزيد من مقاومة تدفق السائل عبر هذه الفجوة، وبالتالي يزداد معامل المقاومة الكلي للجهاز الموازن بأكمله. لكن، نظرًا لأن △p ثابت، فإن كمية التسرب q تقل، ونتيجة لذلك يقل △p1 بينما يزداد △p2، مما يؤدي إلى زيادة القوة المتوازنة. ومع استمرار حركة الجزء الدوار إلى اليسار، تستمر القوة المتوازنة في الزيادة، حتى يصل الأمر إلى نقطة يصبح فيها التوازن بين القوة المتوازنة والقوة المحورية متحققًا. عندما تكون القوة المحورية أقل من القوة المتوازنة، فإن الجزء الدوار يتحرك نحو اليسار، وهو ما يعكس العملية المذكورة سابقًا، ويؤدي ذلك أيضًا إلى تحقيق حالة توازن محوري للمضخة الطاردة المركزية. لذلك، فإن المضخات الطاردة المركزية المزودة بأجهزة التوازن لا تُزود عادةً بمحامل الدفع.