ما هي خصائص مضخات الفراغ من نوع الحلقة المائية وأنظمة سحب الفراغ بالبخار، وفي أي ظروف يمكن استخدام كل منهما؟

أكبر ميزة لمضخة الفراغ ذات الحلقة المائية هي عدم استهلاكها للبخار! أكبر عيب لرش البخار هو استهلاك البخار، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة التسخين!

مزايا مضخة الحلقة المائية: تركيبها بسيط، ولا تتطلب دقة عالية في التصنيع، كما أنها سهلة التصنيع. تصميمه مدمج، وسرعة دوران المضخة عالية، ويمكن عادةً توصيلها مباشرة بالمحرك دون الحاجة إلى جهاز تخفيض السرعة. لذلك، يمكن الحصول على سعة تفريغ كبيرة باستخدام أبعاد هيكلية صغيرة، كما أن المساحة المطلوبة لتركيبه تكون صغيرة أيضًا. الغاز المضغوط هو في الأساس غاز متساوي التبريد، أي أن درجة حرارته لا تتغير كثيرًا أثناء عملية الضغط. نظرًا لعدم وجود أسطح احتكاك معدنية داخل تجويف الضخ، لا حاجة لتزييت الضخ، كما أن التآكل ضئيل جدًا. يمكن تحقيق الختم بين الأجزاء المتدويرة والأجزاء الثابتة مباشرةً عبر استخدام ختم مائي. الشفط متساوٍ، والعمل مستقر وموثوق، والتشغيل سهل، والصيانة ميسورة. العيوب: كفاءة منخفضة، تبلغ عادةً حوالي 30%، ويمكن أن تصل إلى 50% في الحالات الأفضل. انخفاض الضغط الفراغي، وذلك ليس فقط بسبب القيود الهيكلية، بل الأهم من ذلك هو القيود الناتجة عن الضغط البخاري المشبع للسائل المستخدم في العملية. عند استخدام الماء كسائل عمل، لا يمكن الوصول إلا إلى ضغط أقصى يتراوح بين 2000 و4000 باسكال. باستخدام الزيت كسائل عمل، يمكن الوصول إلى 130 باسكال. باختصار، نظرًا لأن عملية ضغط الغاز في مضخة الحلقة المائية تتم في درجة حرارة ثابتة، فإنه من الممكن سحب الغازات القابلة للاشتعال والانفجار. نظرًا لعدم وجود صمامات تفريغ وأسطح احتكاك، يمكن سحب الغازات الملوثة بالغبار، والغازات القابلة للتكثيف، بالإضافة إلى خليط الغاز والماء. مع هذه الميزات البارزة، وعلى الرغم من انخفاض كفاءته، إلا أنه لا يزال يُستخدم على نطاق واسع. قبل بدء تشغيل التوربين في الحالة الباردة، وبسبب وجود كمية كبيرة من الهواء داخله، فإن عدم إجراء عملية الشفط سيؤدي إلى المخاطر التالية: (1) أثناء بدء التشغيل، يلزم وجود كمية كبيرة من البخار للتغلب على مقاومة الاحتكاك في المحامل وقوة القصور الذاتي للروتور، مما يزيد من قوة الضغط الناتجة عن البخار على الشفرات. (2) بسبب وجود الهواء داخل الأسطوانة، يزداد تأثير الاحتكاك الناتج عن حركة الشفرات الطويلة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الغازات الخارجة. (3) بسبب وجود الهواء داخل جهاز التكثيف، يقل تبادل الحرارة بين البخار والماء داخل الجهاز، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة البخار الخارج، وبالتالي تشوه المعدن المكون لأسطوانات الضغط؛ كما يؤدي ذلك إلى ارتخاء وصلات أنابيب النحاس في جهاز التكثيف، مما يسبب تسرب المياه. (4) بسبب عدم تكثف الهواء، يرتفع ضغط الغازات الخارجة من التوربين، مما يؤدي إلى فتح أبواب الأمان في جهاز التكثيف. للأسباب المذكورة أعلاه، يجب سحب الفراغ أولاً قبل تشغيل التوربينات ذات التكثيف. الأمر كالتالي: عند البدء في التشغيل في درجة حرارة منخفضة، يجب أولاً خلق فراغ، ثم تركيب ختم المحور. إذا تم تركيب ختم المحور أولاً ثم شفط الفراغ، فسوف يدخل البخار المستخدم في ختم المحور مباشرة إلى داخل الأسطوانة، وخاصة في الأسطوانات ذات الضغط المنخفض. وهذا سيؤدي إلى عدم توزيع متساوٍ للحرارة في الأسطوانة والروتور، بالإضافة إلى اختلاف كبير في درجة الحرارة بين الجزء العلوي والسفلي من الأسطوانة، مما قد يتسبب في انحناء الروتور نتيجة الحرارة، وكذلك في تشوه الأسطوانة على شكل قوس. علاوة على ذلك، إذا تم تركيب ختم المحور أولاً ثم شفط الفراغ، فسوف يؤدي ذلك إلى تسخين الروتور في منطقة الختم وتمدده، وكلما طال الوقت، كان التسخين أشد، مما قد يؤدي إلى تجاوز الحدود المسموح بها أثناء عملية التشغيل. وحتى لو لم يتم تجاوز الحدود، فإن ذلك سيؤدي إلى تقليل سرعة إضافة الحمل وإطالة وقت التسخين. أما في حالة وحدات الطاقة التي تعمل بالفحم، فإن ذلك سيؤدي إلى زيادة استهلاك الوقود المستخدم في الاحتراق. لذلك، عادةً ما يتم تركيب ختم المحور قبل نصف ساعة من بدء التشغيل. كما أن ذلك يُعد وسيلة لمنع حدوث تفاعل في باب الأمان الخاص بالأسطوانة ذات الضغط المنخفض نتيجة تفعيل ختم المحور مبكرًا.