مضخة محورية التدفق
المضخة محورية التدفق هي أحد أنواع المضخات الشائعة. تتكون أساساً من مروحة دافعة (دفاعة محورية) موضوعة في أنبوب.
يُمكن أن تُدارالمروحة الدافعة مباشرة عن طريقمحرك كهربائي معزول وموضوع في الأنبوب، أو عن طريق محرك كهربائي خارجي أومحرك ديزل أو محرك بنزين متصل بالأنبوب من الخارج، أو بواسطة عمود إدارة قائم الزاوية يثقب الأنبوب.
لا تغير جسيمات المائع مواضعها الشعاعية خلال تدفقها في المضخة، حيث أن التغير في قطر المروحة عند الدخول (السحب) والخروج (الطرد) يكون صغير جداً، لذلك تُسمى المضخة محورية التدفق.
تحتوي المضخة محورية التدفق على مروحة دافعة تعمل بداخل حاوية. يتولد الضغط في المضخة محورية التدفق نتيجة تدفق المائع على شفراتالمروحة الدافعة.
يُدفع المائع في اتجاه موازي لعمود دوران المروحة الدافعة، لذلك لا تغير جسيمات المائع مواضعها الشعاعية خلال تدفقها في المضخة.
يسمح تصميم المروحة الدافعة بدخول المائع للمضخة موازياً لعمود دوران المروحة (محوري) ويخرج بشكل شبه محوري.
تُدارالمروحة الدافعة للمضخة محورية التدفق بواسطة محرك كهربائي.يُمكن التعبير عن الشغل المبذول على المائع لكل وحدة وزن باستخدام المعادلة التالية:
formula_2
حيث:
عند حدوث أقصى انتقال للطاقة من الألة إلى المائع تكون formula_4، لذلك تكون زاوية تدفق المائع عند الدخول formula_5
مما سبق، ومن مثلث السرعات عند الخروج نحصل على المعادلة التالية:
formula_6
لذلك تصبح الطاقة القصوى المنتقلة للمائع لكل وحدة وزن بواسطة المضخة محورية التدفق:
formula_7
يوجد قطاع في شفرات المضخة محورية التدفق على شكل جُنيح، يتدفق عليه المائع ويتكون الضغط. عند ثبوت معدل تدفق المائع نحصل على العلاقة التالية:
formula_8
لذلك تصبح الطاقة القصوى المنتقلة إلىالمائع لكل وحدة وزن:
formula_9
يجب أن تكون المعادلة السابقة ثابتة لكل قيم formula_10 عند ثبوت انتقال الطاقة على الريشة بأكملها، لكن formula_11 ستزداد بزيادة formula_10 (نصف قطر ريشة المروحة الدافعة)، لذلك للمحافظة على ثبوت قيمة المعادلة يجب أن يكون هناك زيادة متساوية للمقدار formula_13، وحيث أن formula_14 ثابتة فيجب أن تزيد formula_15 (مقلوب ظل الزاوية β) بزيادة formula_10، لذلك تلتوي الريشة كلما تغير نصف القطر
يوضح الرسم المقابل خصائص أداء المضخة محورية التدفق.
كما يظهر في الرسم فإن الارتفاع الهيدروليكي عند معدل تدفق مساوياً للصفر يُمكن أن يزيد حتى يساوي ثلاثة أضعاف الارتفاع الهيدروليكي عند نقطة أفضل كفاءة للمضخة.
تزداد أيضاً القدرة المستهلكة بانخفاض معدل التدفق، وتكون أقصى قدرة مستهلكة عندما يساوي معدل التدفق صفر.
تعاكس هذه الخاصية مثيلتها فيمضخة الطرد المركزي شعاعية التدفق، حيث تزدادالقدرة المستهلكة بزيادة معدل التدفق.
تزداد أيضاً القدرة المستهلكة والارتفاع الهيدروليكي بزيادةزاوية ميل الريشة، وبالتالي يسمح للمضخة بالتكيف حسب شروط النظام لاعطاء أفضل كفاءة.
إن الميزة الرئيسية للمضخة محورية التدفق أنها تنتج معدل تدفق مرتفع عند ارتفاع هيدروليكي منخفض نسبياً.
تستطيع المضخة محورية التدفق مقارنة بمضخة الطرد المركزي أن تنتج على سبيل المثال تدفق من المياه والموائع الأخرى يصل إلى ثلاثة أضعاف من أعماق أقل من 4 أمتار.
تستطيع أيضاً أن تُعدل بسهولة لتعمل عند الكفاءة العظمى عند التدفق المنخفض أو الضغط المرتفع والتدفق المرتفع أو الضغط المنخفض، وذلك بتغيير زاوية ميل ريش المروحة الدافعة (بعض الطرازات فقط).
لا يكون هناك تأثير كبير لدوران المائع في المضخة محورية التدفق، ويكون أيضاً طول شفرات المروحة الدافعة قصير. يؤدي هذا إلى مفاقيد هيدروديناميكية صغيرة وكفاءة مرحلة أكبر.
تُعتبر هذه المضخة أصغر المضخات بين المضخات التقليدية المتاحة، وتتناسب مع الارتفاعات الهيدروليكية المنخفضة والتدفق المرتفع.
أحد التطبيقات الشائعة للمضخة محورية التدفق هو التعامل مع مياه الصرف الصحي من المصادر التجارية والمحلية والصناعية.
تُستخدم أيضاً المضخات محورية التدفق فيمضخات النقل المسُتخدمة لموازنة السفن الشراعية. كما تُستخدم أيضاً في محطات الطاقة لضخ المياه من خزان أو نهر أوبحيرة أو بحر لتبريد المكثف الرئيسي.
تُستخدم المضخات محورية التدفق في الصناعات الكيميائية لتدوير كميات كبيرة من السائل، مثلما يحدث فيالمبخرات وأجهزة التبلور.
تُستخدم المضخة محورية التدفق في معالجة مياه الصرف الصحي، لإعادة تدوير المحلول المائي الممزوج داخلياً (تنقل المحلول الممزوج بالنترات من منطقة التهوية إلى منطقة نزع النيتروجين).
تُستخدم مضخات محورية التدفق ذات قدرة كبيرة جداً في الزراعة ومصائد الأسماك لرفع المياه بغرض الري والصرف. تُستخدم ملايين الوحدات المحمولة ذات القدرات الصغيرة (6-20 حصان) في شرق أسيا، وتُشغل غالباً بمحركات ديزل أوبنزين أحاديةالأسطوانة. تُستخدم هذه المضخات بواسطة صغار المزارعين لري المحاصيل والصرف ومصائد الأسماك.
تحسنت تصاميم المروحة الدافعة، وأدى ذلك لرفع كفاءة عملية الزراعة بالإضافة إلى تخفيض التكاليف. كانت التصاميم السابقة ذات أطوال أقل 2 متر، لكنها زادت إلى 6 متر أو أكثر في هذه الأيام مما سمح بوضع مصدر الطاقة (غالباجرار ذو عجلتين) في أماكن أكثر أمناً.