المضخات-الهيدروليكية-hydraulic-pumps

مقدمة Introduction

المضخات الهيدروليكية تعتبر أحد الأجزاء المهمة في عملية بناء أي دائرة هيدروليكية تقوم بعملية ضخ الزيت إلى الأجزاء الأخرى كما هو حال القلب في جسم الإنسان عندما يضخ الدم إلى بقية أجزاء الجسم . وتختلف أنواع المضخات الهيدروليكية باختلاف مجالات التطبيق المستخدمه .

 

في هذا الموضوع سنقوم بإذن الله بشرح أكثر أنواع المضخات الهيدروليكية انتشارا وهي :

 

  1. المضخات الترسية Gear Pumps

ويعتبر هذا النوع من المضخات من أنواع المضخات ثابتة الإزاحة ، أي أن كمية الزيت ثابتة في كل دورة ، وكما قلنا سابقا بأنها من أشهر انواع المضخات الهيدروليكية بسبب سهولتها واختلاف أحجامها وارتفاع طاقتها الإنتاجية ( High Power Rating ) ، ونعطي مثال على هذا الكلام , حيث تستطيع مضخه بحجم 4 انش * 4 انش * 4 انش ( 100 ملم * 100 ملم * 100 ملم ) أن توصل بموتور طاقته 10 حصان أي (7.5 kW) .

 

وتنقسم هذه المضخات إلى نوعين :

مضخات ترسية خارجية External Gear Pump

image003 image004
مضخات ترسية خارجية External Gear Pump

 

  • كما ترون في الصورة فإن الضغط يتولد نتيجة لدوران التروس والتي تقوم بتدوير الزيت .
  • حركة الزيت داخل جسم المضخة حركة دورانية من الأطراف كما هو موضح بالأسهم الزرقاء .
  • يعتمد حجم المضخة الترسية على عدد أسنان التروس وحجم الفراغات بين الأسنان .
  • أحد المشاكل التي تعاني منها هذه المضخة هو عملية تكسر أسنان التروس أو تآكلها نتيجة لدخول حبيبات مع الزيت أو وجود شوائب آتية من الخزان الهيدروليكي يقوم الزيت بحملها إلى المضخه .
  • في حال عدم دوران الزيت في الإتجاه الصحيح نتيجة للتآكل ليس فقط في الترس وإنما في الجدران الداخلية لجسم المضخة سيقوم الزيت بعملية الرجوع مما يسبب ضعف في الضغط Low Pressure و عملية تهريب داخلي Internal Leakage .
  • تقدر الكفاءة الكلية Overall Efficiency لهذا النوع من المضخات من 70 إلى 80 بالمائه .

Overall Efficiency = Mechanical Efficiency * volumetric efficiency

  • يعرف هذا النوع من المضخات الترسية الذي بالأسفل بـ Double Helical Herringbone Gears .

 

يمكن للمضخة الترسية أن تتكون من مرحلتين أو ثلاثة أو حتى أربعة مراحل .

 image005
مضخة ترسية ثلاثية Triple Gear Pump

 

من أحد أهم أسباب حدوث التهريب الراجع وهو ما يسمى بـ Back Leakage المسافة الزائدة أو الخلوص Clearance بين رأس سنة الترس والجدار الداخلي للمضخة والذي يسمى بـ Cavity Wall . يسمى هذا التهريب الراجع بـ Slip وهو الفرق بين القيمة النظرية لكمية الزيت المتدفقة من المضخة والقيمة الفعلية Actual .

 

المضخة الترسية الداخلية Internal Gear Pump

تعتبر مضخات الترس الداخلي مناسبة لتشكيلة واسعة من التطبيقات المختلفة بسبب سرعتها المنخفضة نسبيا . وهي لا تختلف كثيرا عن المضخات الترسية الخارجيبة إلا في بعض الامور سنذكرها في سياق الشرح .

 image006  image007
المضخة الترسية الداخلية Internal Gear Pump

 

  • كما ترون في الصورة فإن المضخة مكونة من ترسين كما في النوع السابق ولكن في هذا النوع هناك ترس خارجي كبير وترس داخلي صغير .
  • تتميز هذه المضخة بأن صوت التشغيل ( الضجيج ) لديها منخفض مقارنة مع النوع الأول External Gear Pump .
  • من مميزاتها أيضا أنها تحافظ على نسبة التدفق والضغط الخارجين منها Non-pulsating Discharge.
  • كما أنها مناسبة لتطبيقات تتطلب لزوجة عالية .
  • تعمل مضخة الترس الداخلي تحت سرعات متوسطة إلى بطيئة مقارنة بمضخة الترس الخارجي ، ويمكن أن تعمل أو تدور في إتجاهين .

 

كيف تعمل المضخة الترسية الداخلية

يدخل السائل من فتحة الدخول بين أسنان الترس الكبير الخارجي والترس الصغير الداخلي) – يتم نقل السائل بين أسنان التروس . تلاحظون أيضا أن هناك شكلا هلاليا Crescent Shape موجود بين الترسين ويقوم بعمل تقسيم السائل كما أنه يعتبر كمانع تسرب Seal بين فتحة السحب والطرد ( الدخول والخروج) Suction & Discharge Ports . تتشابك أسنان التروس تماما ومع قوة الدوران تشكل قوة دفع للسائل وتجبره على الخروج من فتحة الضغط أو الطرد . وبهذا نكون من انتهينا من النوع الأول من المضخات الهيدروليكية الأكثر شيوعا وهي المضخات الترسية .

 

  1. المضخات الريشية Vane Pumps

 

يعتبر هذا النوع من المضخات أكثر تعقيدا من المضخات الترسية بسبب زيادة عدد المكونات الداخلية مقارنة بالمضخة الترسية ، ولذلك تعتبر المضخة الريشية أغلى في الثمن . من أحد مميزات هذه المضخة أنها حين التشغيل لا تصدر أصوات ضجيج بل العكس هي تعمل في مستويات الضوضاء المنخفضة بكثير ، ولذلك نجد أن كلفتها توازي بالمقابل عملها الجيد ، وهي تعمل بكفاءة جيدة في حال ارتباطها بنظام نظيف وزيت هيدروليكي صحيح .

تصنف المضخات الريشية بأنها من المضخات المتغيرة الإزاحة Variable Displacement إلا أنها قد تكون ثابتة الإزاحة Fixed Displacement وذلك في حالة التصميم المتوازن Balance Design .

 

المضخة الريشية المتوازنة Balance Vane Pump

في حالة المضخة الريشية المتوازنة نستطيع إزالة أو التقليل من حمل الضغط على الرمان بيللي Bearing الموجود في المضخة على عكس المضخة الغير متوازنة والتي نستطيع أن نلاحظ فيها أن نقطة الدوران التي بالمنتصف تكون متغيرة Centre of The Rotating Vane Block .

 

مكونات المضخة الريشية و كيفية عملها

تتكون المضخة الريشية من عدد من الريش Vanes توضع داخل فراغات في الجسم الدوار Rotor أي أنه الجزء الذي يحمل هذه الريش ، بالإضافة إلى عمود الدوران Shaft وجسم المضخة أو الغطاء Casing ، وكما هو موضح بالصور التي بالأعلى فإن الزيت يقوم بالدوران مع الريش من بداية فتحة السحب Suction إلى فتحة الطرد Discharge . عندما تبدأ المجموعة بالدوران فإن قوة الطرد المركزية تؤثر على الريش وتدفعها للخارج لملامسة الغطاء Casing .

 

آخر وأهم نوع من أنواع المضخات الهيدروليكية ، وهي:

 

  1. المضخات الكباسة Piston Pumps

هذا النوع من المضخات مشهور ومعروف خاصة في التطبيقات التي تتطلب ضغوط عالية مثل المعدات الثقيلة وغيرها ، وهي تصنف من المضخات المتغيرة الإزاحة Variable Displacement .

 

مكونات المضخة الكباسة Piston Pump Components

 image008  image009
مكونات المضخة الكباسة Piston Pump Components

 

 

تتكون هذه المضخة من مجموعة من الأجزاء الرئيسية وهي كالتالي :

  1. حامل الأسطوانات Cylinder Block : ويختلف حجمه باختلاف حجم المضخة ، وهو عبارة عن أسطوانة بها مجموعة من الفراغات الخاصة لكي تسمح بحركة الأسطوانات الصغيرة داخلها .
  2. الأسطوانات الصغيرة Pistons : وهي الأسطوانات التي تتحرك حركة ترددية داخل حامل الأسطوانات وتغطى بقطعة مسطحة تحتوي على فراغات أيضا وتسمى ب Shoe Plate ، وترتبط هذه الأسطوانات بمجموعة من Spring لعملية الحركة .
  3. القرص المتأرجح Swash Plate : يرتبط هذا الصحن برأس الأسطوانات ويتحرك حركة متأرجحة مع دخول وخروج الأسطوانات الصغيرة .

هذا بالإضافة إلى بعض الأجزاء المعروفة بها هذه المضخة مثل عمود الدوران Shaft و Valve Plate و مجموعة من Spring لتسهيل حركة الأسطوانات . نستطيع أن نرى ارتباط جميع الأجزاء المذكورة من خلال الصور التي بالأعلى ، ولكي نتخيل جميعا كيف تعمل هذه المضخة ننتقل إلى التالي آلية عمل المضخة الكباسة How Piston Pump Work .

 

كما نلاحظ في الصورة المتحركة فإن الحركة الترددية للأسطوانات الصغيرة داخل حامل الأسطوانات تسبب تغير في الحجم Volume ويكون هذا الحجم أكبر ما يمكن عند خروج أحد الأسطوانات الصغيرة إلى أقصى حد مما يسبب اختلاف في زاوية القرص المتأرجح . أيضا يمكننا الملاحظة بأن الحجم يساوي صفرا عند تساوي مستوى حركة الأسطوانات .

 

نستطيع أن نقسم المضخات الكبّاسة Piston Pump إلى ثلاثة أقسام :

  1. مضخة كبّاسة متطابقة المحاور وتسمى بـ In Line Piston Pump , بمعنى أن محور دوران العمود Shaft مطابق لمحور المضخة , وهو ما تم شرحه من قبل وتوضيحه في الصور السابقة للمضخة .
  2. مضخة كبّاسة غير متطابقة المحاور وتسمى بـ Bent – Axis Piston Pump , وهذا يعني أن محور دوران العمود غير مطابق لمحور المضخة . هذا النوع من المضخات يأخذ شكل الموز , لذلك ندعوها في بعض الأحيان بمضخة الموز Banana Pump , وكما ترون فإنه ليس هناك اختلافات جوهرية بين النوع الأول والثاني .
  3. مضخة كبّاسة دائرية وتسمى بـ Radial Piston Pump , يأخذ شكل هذه المضخة شكلا أخطبوطيا تميزها عن غيرها من المضخات , كما أن تصميم هذا النوع من المضخات ليس بالأمر السهل .
image010 image011
المضخات الكبّاسة Piston Pump

 

كما ترون فإن الأسطوانات الصغيرة تكون موزعة بشكل دائري بحيث تكون عمودية على عمود الدوران Shaft ويختلف عدد الأسطوانات بحسب تصميم المضخة ومقدار التدفق المطلوب . مداخل ومخارج الزيت Inlet and Outlet Ports تكون بمنتصف المضخة , وتتحرك الأسطوانات الصغيرة بواسطة Small Springs ياي صغير في عملية الدخول لتدفع بالمائع إلى فتحة الطرد .

من الملاحظ أن المسافة الفاصلة بين كل أسطوانة ونقطة المنتصف Center متغيرة . اختر واحدة من الأسطوانات وتابعها بنظرك , لترى كيف تتم العملية .

وفي الصورة المتحركة السابقة اللون الأزرق الغامق يدل على ضغط Pressure إطلاق الزيت للخروج , أما بالنسبة للون الأزرق الفاتح فهو Suction سحب الزيت .

أترك تعليق