كل ما تحتاج إلى معرفته عن المضخات الهيدروليكية

بعبارات بسيطة، ما هي المضخة الهيدروليكية؟

تعمل المضخة الهيدروليكية كقلب للنظام الهيدروليكي. تستقبل الطاقة الميكانيكية من محرك كهربائي أو محرك احتراق داخلي وتحولها إلى طاقة هيدروليكية. وعندما تتحرك المكونات الميكانيكية للمضخة، تنشئ منطقة منخفضة الضغط تسمح للضغط الجوي بدفع المائع إلى داخل المضخة؛ ثم تزيح المكونات المتحركة المائع وترسله إلى أجزاء أخرى من النظام الهيدروليكي. ويصف المصدر أيضًا القدرة الهيدروليكية المتولدة في المضخة بأنها تتحول في النهاية مرة أخرى إلى عمل ميكانيكي بواسطة النظام. المضخات الهيدروليكية لا تنشئ الضغط بنفسها؛ بل تولد التدفق، بينما يتكون الضغط عندما يواجه التدفق مقاومة من الحمل. ويمكن تقسيم المضخات إلى فئتين رئيسيتين:

• مضخات غير موجبة الإزاحة (مضخات هيدروديناميكية)
• مضخات موجبة الإزاحة

المضخات غير موجبة الإزاحة غير مصممة لتحمل ضغوط عالية جدًا وتُستخدم أساسًا لنقل موائع مختلفة في التطبيقات الصناعية. ومن مزاياها انخفاض تكلفة الصيانة نسبيًا وانخفاض الضوضاء. أما في مضخات الإزاحة الموجبة، فتعتمد كمية المائع المزاح على دوران عمود المضخة. ويقسم المصدر هذه المضخات إلى أربع مجموعات موضحة أدناه.

• مضخات التروس الهيدروليكية
• المضخات الهيدروليكية الريشية
• المضخات الهيدروليكية المكبسية
• المضخات الهيدروليكية اليدوية

مضخات التروس الهيدروليكية

تنقسم مضخات التروس إلى نوعين: مضخات تروس داخلية ومضخات تروس خارجية.

1. مضخة التروس الداخلية

من حيث البنية، تُشبَّه مضخة التروس الداخلية غالبًا بترتيب القمر والنجمة. تستطيع هذه المضخات تحمل ضغط مرتفع نسبيًا، وهي ميزة تشغيلية مهمة. وقد تستخدم جسمًا مدمجًا من الألومنيوم مع تروس من الفولاذ أو النحاس الأصفر حسب الطراز، ما يجعلها مناسبة للآلات الأعلى قيمة. ومن الخصائص المفيدة أيضًا إمكانية ربط أقسام مضخة بإزاحات مختلفة، بما في ذلك الترتيبات متعددة المراحل. وتشمل مزاياها الأخرى الكفاءة العالية وانخفاض معدل الأعطال نسبيًا. وباختصار، تُختار مضخات التروس الداخلية لقدرتها على الضغط العالي وانخفاض فاقد التدفق والبلى والضوضاء، مع ضرورة مراعاة سعرها المرتفع نسبيًا.

2. مضخة التروس الخارجية

تستخدم مضخات التروس الخارجية عادةً ترسين من الفولاذ وتوفر قدرة متوسطة على الضغط مع كفاءة تشغيل جيدة. يصف المصدر نسخًا بأجسام من الألومنيوم أو الحديد المصبوب، وفي بعض التكوينات من دون محامل للعمود. وكما في المضخات الداخلية، يمكن ربط عدة أقسام بإزاحات مختلفة معًا. وبالمقارنة مع مضخات التروس الداخلية، تكون كفاءة مضخات التروس الخارجية متوسطة عمومًا وقد يكون معدل أعطالها أعلى. وعند الضغط العالي قد تتعرض لخسائر أكبر وتُستخدم كثيرًا لملء الأسطوانات. وهي عادةً أعلى ضوضاء من المضخات الداخلية، لكنها أقل تكلفة. وتُستخدم على نطاق واسع في الآلات والمعدات الصناعية ومعدات إنشاء الطرق.

المضخة الهيدروليكية الريشية

تعمل المضخات الريشية باستخدام ريش أو شفرات داخل خرطوشة. تدفع القوة الطاردة المركزية الريش إلى الخارج، فتسحب المائع من المدخل وتحمله نحو المخرج. وبما أن الخرطوشة تقع داخل جسم المضخة، تُسمى هذه الوحدات أيضًا مضخات هيدروليكية خرطوشية؛ وبسبب استخدامها للريش تُعرف كذلك بالمضخات الريشية أو ذات الشفرات. يكون الجسم عادةً من الحديد المصبوب، بينما تستخدم الخرطوشة سبائك مختلفة، ما يجعل تصميم الخرطوشة وتقنية تصنيعها مهمين خصوصًا. وتعد الريش وبنيتها من المكونات الأساسية التي تتحمل الضغط. من مزاياها انخفاض الضوضاء وفاقد الضغط نسبيًا. كما أنها سهلة واقتصادية في الصيانة، إذ إن استبدال الخرطوشة يمكن أن يعيد جزءًا كبيرًا من مجموعة التشغيل في المضخة. وفي بعض التصاميم يمكن تغيير تدفق الخرج بتغيير موضع الحلقة في الخرطوشة. وباختصار، قد تكون المضخة الريشية خيارًا مناسبًا للآلات التي تتطلب ضغطًا وتكلفة متوسطين، وضوضاء منخفضة، وسهولة في الإصلاح.

المضخة الهيدروليكية المكبسية

تسحب المضخة المكبسية المائع من أحد الجانبين وتدفعه من الجانب الآخر بواسطة حركة مكابسها وترتيبها الزاوي. وتولد الإزاحة الموجبة داخل كتلة أو أسطوانة تدفقًا في النظام الهيدروليكي. يختلف بناء المضخة المكبسية حسب ترتيب المكابس وزاويتها ويمكن تقسيمه إلى ثلاثة تصاميم رئيسية:

• مضخة هيدروليكيةمضخة مكبسية شعاعية
• مضخة هيدروليكية مكبسية بمحور مائل
• مضخة هيدروليكية مكبسية بصفيحة مائلة

إحدى خصائص المضخات المكبسية هي بناؤها المعقد نسبيًا. يسمح ترتيب المكابس ومواد الجسم بتحمل ضغوط مرتفعة، ويمكنها الحفاظ على تدفق الخرج بخسارة منخفضة نسبيًا أثناء قمم الضغط القصيرة. وباختصار، توفر قدرة عالية على الضغط وضوضاء منخفضة. ومع مائع نظيف ومناسب يمكنها أيضًا توفير عمر خدمة طويل. وفي تصاميم الإزاحة المتغيرة يُضبط تدفق الخرج بتغيير هندسة المضخة بحيث تتغير الإزاحة لكل دورة. وتنتمي هذه الوحدات إلى عائلة المضخات الهيدروليكية موجبة الإزاحة.

عوامل يجب مراعاتها عند اختيار المضخة

• مقاس مدخل المضخة (وصلة الأنبوب)

يجب تحديد مقاس الوصلة في خط السحب ومقاس المخرج المتصل بخط الضغط.

• تصنيف ضغط مخرج المضخة (ضغط التشغيل – المخرج)

يشير هذا إلى أقصى ضغط صُممت المضخة لتحمله. المضخات تنتج التدفق؛ أما الضغط فيتولد عندما توضع مقاومة في مسار التدفق. ويُحدد الضغط عادةً بوحدة البار.

• تصنيف ضغط مدخل المضخة (ضغط التشغيل – المدخل)

يشير هذا إلى الضغط عند مدخل المضخة، حيث يدخل المائع من خط السحب.

• سرعة دوران المضخة

ترتبط سرعة الدوران بالتدفق الحجمي الذي تنتجه المضخة، وتُحدد عادةً بعدد الدورات في الدقيقة (rpm).

• إزاحة المائع

• معدل التدفق الفعلي

يستخدم المصدر مصطلح التدفق الفعلي لوصف التدفق المُسلَّم عند سرعة دوران ولزوجة ودرجة حرارة تشغيل محددة. ويُعبر عنه عادةً باللتر في الدقيقة (L/min).

• متطلبات قدرة المضخة

• درجة حرارة الزيت الهيدروليكي

لكي تقدم المضخة التدفق المطلوب بفعالية، ينبغي أن تبقى درجة حرارة الزيت ضمن نطاق مناسب. يذكر المصدر نطاقًا يقارب -20°م إلى +70°م للزيوت المعدنية.

• الترشيح

الترشيح هو عملية فصل الجسيمات الصلبة المعلقة من المائع. يحجز المرشح المناسب الجسيمات وفق حجمها ويمنعها من دخول الأجزاء الحساسة في النظام. وتُحدد درجات الترشيح عادةً بالميكرون.

معايير اختيار المضخة الهيدروليكية

ينبغي مراعاة العوامل التالية عند اختيار المضخة:

أقصى ضغط مسموح للمضخة

يجب تحديد أقصى ضغط مطلوب في الدائرة. وتكون المضخات ذات تصنيفات الضغط الأعلى أغلى عمومًا. ويربط المصدر أيضًا التصنيفات الأعلى بأحجام مضخات أكبر وتدفق متاح أكبر. وعند الضغط العالي قد تصبح قابلية انضغاط المائع أكثر أهمية وقد تؤثر سلبًا في أنظمة التحكم الدقيق.

أقصى تدفق للخرج

من عوامل الاختيار الأساسية قدرة المضخة على توفير التدفق المطلوب. فإذا كان تدفق الدائرة ثابتًا يمكن استخدام مضخة ثابتة الإزاحة. وإذا كانت هناك حاجة إلى معدلات تدفق مختلفة كثيرًا، يمكن دمج عدة مضخات لتحقيق كفاءة أفضل. أما إذا كان المطلوب اختلافًا محدودًا فقط، فيمكن النظر في مضخة متغيرة الإزاحة.

سرعة عمود المضخة

يدير محرك كهربائي أو محرك احتراق داخلي عمود المضخة. وبوجه عام تزيد زيادة سرعة عمود الدخول من تدفق خرج المضخة، لكن لكل مضخة سرعات دنيا وعليا محددة من الشركة المصنعة. وقد تقصر السرعة المفرطة للعمود عمر المضخة.

نوع مائع المضخة

تُصمم المضخات للعمل مع موائع ضمن نطاقات لزوجة محددة. وتشيع الموائع القائمة على الزيوت المعدنية. وقد تقلل بعض الموائع المائية عمر المضخة ولا توفر القدرة نفسها على تزييت المكونات الداخلية.

مستوى ضوضاء المضخة

عامل آخر يُقيَّم عند اختيار المضخة هو الضوضاء، وتقاس بوحدة الديسيبل (dB). قد تنتج كمية معينة من الضوضاء عن الاهتزاز الطبيعي وحركة مكونات المضخة، بينما قد تشير الضوضاء المفرطة إلى عطل في المضخة أو المكونات المرتبطة بها. غالبًا ما تكون المضخات الهيدروليكية نفسها مدمجة نسبيًا وقد تنتج ضوضاء أقل من مكونات أكبر مثل المحركات الكهربائية. ويصف المصدر المضخات ثابتة الإزاحة عمومًا بأنها أهدأ من المضخات متغيرة الإزاحة. كما تؤثر طريقة التركيب واستراتيجية التحكم في الضغط على الضوضاء، وعادةً ما تزيدها السرعة والضغط الأعلى. ويمكن تقليلها باستخدام سرعة دوران أقل واختيار حجم المضخة ومتطلبات الضغط بصورة صحيحة. التجويف مصدر مهم آخر للضوضاء. يحدث التجويف عندما تتشكل فقاعات بخار أو غاز في المائع. صُممت المضخات الهيدروليكية للعمل مع مائع غير قابل للانضغاط بدرجة كبيرة، لذلك يمكن للهواء المحبوس أن يعطل السلوك الطبيعي ويولد الضوضاء. وقد تنهار الفقاعات المتكونة عند المدخل أو في مناطق الضغط المنخفض عندما تصل إلى مناطق ضغط أعلى، فتولد صدمة وضوضاء وقد تقصر عمر المضخة.

لتقليل تكون الفقاعات والتجويف، ينبغي مراعاة النقاط التالية:

• يذكر المصدر أن سرعة السحب ينبغي أن تبقى أقل من 5 tf/cc؛ وقد أُبقيت هذه الوحدة كما وردت في المصدر.
• ينبغي إبقاء خط المدخل إلى المضخة قصيرًا قدر الإمكان، لأن الطول الزائد لخط السحب قد يشجع تكوّن الفقاعات.
• استخدم أقل عدد عملي من الوصلات في جهة المدخل.
• ضع المضخة بالقرب من الخزان قدر الإمكان.
• استخدم مرشحات ذات هبوط ضغط منخفض ومؤشر انسداد أو تلوث حتى يمكن استبدالها عند اتساخها.
• استخدم زيتًا مناسبًا للمضخة واتبع توصيات الشركة المصنعة. ويشير المصدر إلى أن زيادة درجة الحرارة تزيد احتمال تكون الفقاعات ويوصي بدرجة تشغيل تقارب 120°F إلى 150°F لتحقيق توازن بين خطر التجويف ولزوجة المائع.

  استبدال المضخات الهيدروليكية

  يمثل استبدال مضخة قديمة بطراز جديد تحديًا شائعًا مع تقادم المعدات. قد تصبح المضخة الأصلية غير قابلة للإصلاح أو لا يعود الطراز نفسه متاحًا، لذلك قد يلزم تعديل الدائرة لتناسب البديل. تشمل العوامل المهمة تصنيف ضغط المضخة وسعة تدفق الخرج ونوع الصمامات المركبة عليها وما إذا كانت متعددة الأقسام واتجاه الدوران والشكل والأبعاد الفعلية مثل العمود والـ pilot والفلنجة وطراز المضخة وغيرها من تفاصيل التركيب.

  من العوامل المهمة في اختيار المضخة نوعها، بما في ذلك مضخات التروس والمضخات الريشية والمضخات المكبسية.