أنواع مضخات الإزاحة الموجبة

تعمل مضخات الإزاحة الموجبة على تحريك السوائل عن طريق حصر حجم ثابت داخل حجرة ودفعه من المدخل إلى المخرج. وعلى عكس المضخات الطاردة المركزية التي تعتمد على السرعة لتوليد التدفق، فإن كل دورة أو شوط لمضخة الإزاحة الموجبة يوفر حجمًا ثابتًا بغض النظر عن ضغط المصب. هذا الاختلاف الجوهري يجعل مضخات الإزاحة الموجبة الخيار الأمثل للسوائل عالية اللزوجة، والقياس الدقيق، والتطبيقات التي يكون فيها ثبات التدفق أهم من الحجم الخام.

توجد مضخات إزاحة موجبة من نوعين رئيسيين: الدوارة والترددية. وضمن هذين النوعين، طوّرت الصناعة تصاميم مضخات متميزة مُحسّنة لتناسب مختلف الوسائط والضغوط ومتطلبات العمليات. يؤدي اختيار النوع الخاطئ إلى التآكل المبكر، أو عدم دقة الجرعات، أو توقف النظام. يُفصّل هذا الدليل كل نوع من أنواع مضخات الإزاحة الموجبة من حيث مبدأ العمل، والتصميم الهيكلي، وخصائص الأداء، ومدى ملاءمتها للتطبيقات العملية، مما يمنح المهندسين وفرق المشتريات الأساس التقني لاختيار المضخة المناسبة.

ما هي مضخة الإزاحة الموجبة؟

تعمل مضخة الإزاحة الموجبة وفق مبدأ ميكانيكي بسيط: عنصر متحرك - سواء كان ترسًا أو ريشة أو لولبًا أو مكبسًا أو غشاءً - يُحدث تجاويف متمددة ومنكمشة داخل جسم المضخة. عندما يتمدد التجويف من جهة السحب، يُسحب السائل إلى الداخل. وعندما ينكمش من جهة التفريغ، يُدفع السائل إلى الخارج. يبقى حجم السائل المزاح في كل دورة ثابتًا، لذا فإن معدل التدفق يتناسب طرديًا مع سرعة التشغيل، وهو مستقل إلى حد كبير عن ضغط التفريغ.

تمنح هذه الخاصية التشغيلية مضخات الإزاحة الموجبة عدة سمات مميزة. يبقى معدل التدفق ثابتًا حتى مع تغير مقاومة النظام، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات القياس والجرعات. كما أنها تتعامل مع مواد عالية اللزوجة لا تستطيع المضخات الطاردة المركزية تحريكها بكفاءة. معظم التصاميم ذاتية التحضير، أي أنها قادرة على إخراج الهواء من خطوط السحب دون مساعدة خارجية. ولأنها تحجز أحجامًا محددة، فإنها تولد تدفقًا نابضًا بدرجات متفاوتة حسب نوع المضخة.

يقارن الجدول التالي مضخات الإزاحة الموجبة بفئات المضخات الرئيسية الأخرى لتوضيح مكان مضخات الإزاحة الموجبة في نظام التصنيف الأوسع.

أنواع مضخات الإزاحة الموجبة

تشترك جميع مضخات الإزاحة الموجبة في نفس المبدأ الأساسي - وهو حصر وإزاحة حجم ثابت من السائل في كل دورة - لكنها تحقق ذلك من خلال حركات ميكانيكية مختلفة تمامًا. يصنفها القطاع إلى نوعين من مضخات الإزاحة الموجبة بناءً على كيفية حركة عنصر الإزاحة: الدورانية والترددية.

تستخدم المضخات الدورانية ذات الإزاحة الموجبة عناصر دوارة - كالتروس أو الفصوص أو اللوالب أو الريش - تعمل على دفع السائل باستمرار من المدخل إلى المخرج. أما المضخات الترددية ذات الإزاحة الموجبة فتستخدم حركة خطية ذهابًا وإيابًا - كالمكابس أو الغطاسات أو الأغشية - التي تسحب السائل وتطرده بالتناوب عبر صمامات الفحص. هذا الاختلاف في الحركة يحدد كل شيء بدءًا من نبضات التدفق وقدرة الضغط وصولًا إلى متطلبات الصيانة وتوافق السوائل.

مضخات الإزاحة الموجبة الدوارة

تقوم مضخات الإزاحة الموجبة الدورانية بتحريك السوائل من خلال الدوران المستمر لعنصر واحد أو أكثر داخل غلاف ذي دقة عالية. يدخل السائل إلى المضخة، ويُحصر في الفراغات بين العنصر الدوار وجدار الغلاف، ثم يُنقل من مدخل السحب إلى مخرج المضخة مع دوران العنصر. ولأن الحركة مستمرة وليست متقطعة، فإن مضخات الإزاحة الموجبة الدورانية تُنتج تدفقًا أكثر سلاسة مع نبضات أقل مقارنةً بنظيراتها الترددية.

تشمل الخصائص المشتركة بين أنواع المضخات الدوارة صغر الحجم مقارنةً بحجم التدفق، والقدرة على التحضير الذاتي، والتشغيل الهادئ، وملاءمتها للوسائط اللزجة. تعمل هذه المضخات عمومًا عند ضغوط أقل من المضخات الترددية، ولكنها توفر معدلات تدفق أعلى ضمن نفس المساحة. الأنواع الخمسة الرئيسية للمضخات الدوارة ذات الإزاحة الموجبة هي: مضخات التروس، ومضخات الريش، والمضخات اللولبية، ومضخات الفصوص، والمضخات التمعجية.

مضخة تروس

تُعدّ مضخات التروس أكثر أنواع مضخات الإزاحة الدورانية الموجبة استخدامًا في التطبيقات الصناعية. تعمل هذه المضخات على نقل السوائل عن طريق حصرها في الفراغات بين أسنان التروس المتشابكة وغلاف المضخة، ثم نقلها حول محيط التروس من المدخل إلى المخرج. وعندما تتشابك الأسنان مرة أخرى على جانب المخرج، يُضغط السائل للخارج إلى الأنابيب المتجهة إلى المصب.

يوجد نوعان هيكليان. تستخدم مضخات التروس الخارجية ترسين متطابقين متشابكين يدوران في اتجاهين متعاكسين، ويتم تشغيلهما بواسطة عمود واحد يمر عبر الآخر. أما مضخات التروس الداخلية فتستخدم ترسًا أصغر (ترس وسيط) يدور داخل ترس حلقي أكبر، مع وجود حاجز هلالي الشكل يفصل منطقتي السحب والتفريغ.

تتميز مضخات التروس بقدرتها الفائقة على التعامل مع السوائل عالية اللزوجة، بل إن كفاءتها الحجمية تتحسن مع ازدياد اللزوجة، لأن السائل الأكثر كثافة يُحكم إغلاق الفراغات بين التروس والهيكل بشكل أفضل. ويتراوح نطاق اللزوجة النموذجي من 1 سنتي بواز إلى أكثر من مليون سنتي بواز، وذلك حسب الطراز والسرعة.

المزايا: تدفق دقيق يتناسب مع السرعة (مثالي للقياس)، تشغيل ذاتي، اتجاه تدفق قابل للعكس، تصميم صغير الحجم، تكلفة منخفضة نسبيًا. العيوب: غير مناسب للسوائل الكاشطة أو المحملة بالمواد الصلبة (أسنان التروس دقيقة للغاية)، يولد حرارة مع الوسائط عالية اللزوجة عند السرعات العالية، والإزاحة الثابتة تعني عدم إمكانية ضبط التدفق دون تغيير السرعة.

تشمل التطبيقات النموذجية نقل زيوت التشحيم، وتوزيع الراتنج والمواد اللاصقة، ومعالجة زيت الوقود، وقياس المواد الكيميائية، ومعالجة البوليمرات، وأنظمة الطاقة الهيدروليكية.

ملاحظة تشغيلية: تتطلب مضخات التروس أن يوفر السائل المضخوخ تزييتًا بين أسنان التروس وتجويف الغلاف. تشغيل مضخة التروس جافة أو باستخدام سوائل ذات قدرة تزييت منخفضة يؤدي إلى تآكل سريع. يجب إدارة ظروف السحب بعناية، حيث أن ضغط المدخل غير الكافي يسبب التكهف ويسرع تلف سطح التروس.

مضخة ريشية

تستخدم المضخات الريشية مجموعة من الشفرات المسطحة المزودة بنابض، والمثبتة في فتحات على دوار. يوضع الدوار بشكل لا مركزي داخل غلاف دائري. مع دوران الدوار، تدفع قوة الطرد المركزي وضغط النابض الريش للخارج باتجاه جدار الغلاف، مما يُنشئ حجرات محكمة الإغلاق بين الريش المتجاورة. تتمدد هذه الحجرات من جهة السحب (لسحب السائل إلى الداخل) وتنكمش من جهة التفريغ (لدفع السائل إلى الخارج).

توفر المضخات الريشية تدفقًا سلسًا ومنخفض النبضات، وهي مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب ضغطًا متوسطًا إلى عاليًا بمعدلات تدفق منخفضة نسبيًا. وتُستخدم عادةً في نقل الوقود، وأنظمة التوجيه المعزز للسيارات، والأنظمة الهيدروليكية، وأنظمة تبريد معدات التنظيف عالية الضغط.

المزايا: تدفق سلس مع نبضات منخفضة للغاية، تشغيل ذاتي، قدرة شفط جيدة، تصميم صغير الحجم، وضوضاء منخفضة. العيوب: رؤوس الريش تتآكل وتحتاج إلى استبدال دوري، يتراجع الأداء مع الوسائط الكاشطة أو المحملة بالجسيمات، وهي أقل كفاءة من مضخات التروس عند اللزوجة العالية جدًا.

يمكن تصنيف المضخات الريشية إلى مضخات ذات إزاحة ثابتة (لا مركزية ثابتة) أو مضخات ذات إزاحة متغيرة (لا مركزية قابلة للتعديل)، على الرغم من أن النوع المتغير أكثر شيوعًا في تطبيقات الطاقة الهيدروليكية منه في نقل السوائل في العمليات الصناعية.

ملاحظة تشغيلية: مضخات الريش حساسة لنظافة السائل. فالجسيمات الموجودة في السائل تُسرّع من تآكل طرف الريشة وجدار المضخة، مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة الحجمية. يجب مراقبة درجة حرارة السائل، فالحرارة الزائدة تُليّن مادة الريشة وتُضعف التلامس المانع للتسرب. توفر السوائل النظيفة ذات اللزوجة المنخفضة إلى المتوسطة أفضل أداء وأطول عمر تشغيلي.

مضخة لولبية

تستخدم المضخات اللولبية لولبًا واحدًا أو أكثر يدور داخل غلاف دقيق للغاية لتحريك السائل محوريًا على طول أسنان اللولب. يملأ السائل الأخاديد اللولبية عند طرف السحب، ويُحمل في جيب مغلق ومستمر باتجاه طرف التفريغ. لا تضغط اللوالب السائل، بل تنقله فقط، ولهذا السبب تُنتج المضخات اللولبية أنعم تدفق بين جميع أنواع مضخات الإزاحة الموجبة الدوارة، مع نبضات شبه معدومة.

تهيمن ثلاثة تصميمات هيكلية على السوق. تستخدم المضخات أحادية اللولب (وتسمى أيضًا مضخات التجويف التدريجي) دوارًا حلزونيًا واحدًا يدور داخل جزء ثابت مطاطي مزدوج الحلزون، مما يُنشئ تجاويف محكمة الإغلاق تدريجيًا. أما المضخات ثنائية اللولب فتستخدم لولبين متشابكين يدوران في اتجاهين متعاكسين، حيث يُنقل السائل في الفراغات بين شفرات اللولب والهيكل. بينما تستخدم المضخات ثلاثية اللولب لولبًا دافعًا واحدًا ولولبين وسيطين، حيث يُنقل السائل في القنوات بين اللوالب الثلاثة المتشابكة.

المزايا: تدفق سلس للغاية، يكاد يخلو من النبضات؛ يتعامل مع السوائل عالية اللزوجة والحساسة للقص دون تدهور؛ قادر على التعامل مع السوائل التي تحتوي على مواد صلبة عالقة (مضخة لولبية أحادية)؛ تشغيل هادئ؛ قدرة شفط عالية. العيوب: تكلفة أعلى من مضخات التروس؛ تآكل الجزء الثابت في التصاميم اللولبية الأحادية (خاصة مع الوسائط الكاشطة)؛ ويتطلب استبدال البرغي جهد صيانة أكبر.

التطبيقات النموذجية: نقل النفط الخام، ومعالجة البوليمرات، ومعالجة المنتجات الغذائية (الشوكولاتة، ومعجون الطماطم)، وحمأة مياه الصرف الصحي، والجرعات الكيميائية، وزيت الوقود البحري، وأنظمة التشحيم.

ملاحظة تشغيلية: في المضخات أحادية اللولب، يُعدّ الجزء الثابت المطاطي المكوّن الرئيسي المُعرّض للتآكل، وهو حسّاس للتوافق الكيميائي ودرجة الحرارة ومحتوى المواد الكاشطة. يُعدّ اختيار السرعة أمرًا بالغ الأهمية، إذ يؤدي التشغيل بسرعة عالية جدًا مع وسائط عالية اللزوجة إلى تراكم حرارة زائدة في الجزء الثابت. أما في تصميمات المضخات ثنائية وثلاثية اللولب، فإن الحفاظ على التوقيت الصحيح للولب وحالة المحامل أمر بالغ الأهمية لتجنب الاحتكاك المباشر بين المعادن.

مضخة الفص

تستخدم مضخات الفصوص دوارين أو أكثر من الدوارات ذات الفصوص التي تدور في اتجاهين متعاكسين ومتزامنين دون أن تتلامس. يدخل السائل إلى المضخة عندما تبتعد الفصوص عن بعضها عند المدخل، ويُحجز في الفراغات بين الفصوص والهيكل، ثم يُنقل إلى المخرج حيث تدفع الفصوص المتشابكة السائل إلى الخارج.

يتمثل الاختلاف الهيكلي الرئيسي بين مضخة الفصوص ومضخة التروس في أن فصوصها لا تتلامس أبدًا، إذ تُدار بواسطة تروس توقيت خارجية. هذا التصميم الذي لا يتلامس يجعل مضخات الفصوص مناسبة للتطبيقات الصحية، لعدم وجود احتكاك معدني داخل منطقة التلامس، كما يمكن تنظيفها وتعقيمها في مكانها (CIP وSIP) دون الحاجة إلى تفكيكها.

تتضمن تصميمات الفصوص تصميمات ثنائية الفصوص (فصان لكل دوار)، وثلاثية الفصوص (ثلاثة فصوص)، ومتعددة الفصوص. تُنتج الدوارات ثلاثية الفصوص تدفقًا أكثر سلاسة مع نبضات أقل. بينما تتعامل الدوارات ثنائية الفصوص مع أحجام أكبر لكل دورة وتمرر المواد الصلبة اللينة الأكبر حجمًا.

المزايا: مثالية للتطبيقات الصحية والنظيفة، متوافقة مع أنظمة التنظيف والتعقيم في المكان (CIP/SIP)، تتعامل مع المواد الصلبة اللينة والوسائط عالية اللزوجة، لطيفة على السوائل الحساسة للقص، قابلة للعكس، وسهلة الصيانة بفضل تصميم التحميل الأمامي. العيوب: نبضات أعلى من المضخات اللولبية أو الترسية، كفاءة أقل مع السوائل منخفضة اللزوجة (انزلاق داخلي)، وتكلفة أعلى من المضخات الترسية المماثلة.

التطبيقات النموذجية: معالجة الأغذية (الألبان، والصلصات، والمشروبات)، وتصنيع الأدوية، ومستحضرات التجميل، وحمأة مياه الصرف الصحي، والتكنولوجيا الحيوية.

ملاحظة تشغيلية: تعتمد مضخات الفصوص على لزوجة السائل للحفاظ على كفاءتها الحجمية. مع السوائل الرقيقة الشبيهة بالماء، يصبح الانزلاق الداخلي بين الفصوص والهيكل كبيرًا، مما يقلل من الإنتاج. تتطلب تروس التوقيت فحصًا دوريًا وتزييتًا مناسبًا. يجب أن يتناسب اختيار مادة الدوار - سواء كان مغطى بالمطاط أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو مطليًا بمادة PTFE - مع نوع السائل وظروف درجة الحرارة.

مضخة تمعجية

تعمل المضخات التمعجية (وتسمى أيضًا مضخات الخراطيم أو مضخات الأنابيب) عن طريق ضغط أنبوب أو خرطوم مرن بواسطة بكرات أو أحذية دوارة. عندما تضغط البكرة الأنبوب عند نقطة معينة، فإنها تُنشئ جيبًا مغلقًا من السائل أمامها. ومع تحرك البكرة على طول الأنبوب، يتقدم الجيب نحو المخرج. خلف البكرة، يستعيد الأنبوب شكله الكروي، مما يُحدث شفطًا يسحب سائلًا جديدًا.

تتمثل الميزة الأساسية لهذا التصميم في أن السائل المضخوخ لا يلامس سوى السطح الداخلي للأنبوب، فلا تتعرض أي موانع تسرب أو صمامات أو أجزاء دوارة للسائل. وهذا ما يجعل المضخات التمعجية مثالية للتعامل مع السوائل المسببة للتآكل أو الكاشطة أو المعقمة أو الحساسة للقص، حيث يجب التخلص من التلوث أو التلوث المتبادل.

المزايا: احتواء كامل للسوائل (بدون مانعات تسرب)، التعامل مع المواد المسببة للتآكل والكاشطة، مثالي للتطبيقات المعقمة وعالية النقاء، قياس دقيق عند معدلات تدفق منخفضة، سهولة استبدال الأنابيب، التشغيل الذاتي، وإمكانية التشغيل الجاف دون تلف. العيوب: الأنبوب/الخرطوم هو الجزء الأكثر عرضة للتلف وله عمر افتراضي محدود (خاصة تحت ضغط عالٍ أو مع مواد كيميائية قوية)، معدل التدفق محدود بقطر الأنبوب، وقد يكون النبض ملحوظًا في التصاميم أحادية البكرة.

التطبيقات النموذجية: الجرعات المختبرية، وإنتاج المستحضرات الصيدلانية، والجرعات الكيميائية لمعالجة المياه، ونقل مخلفات التعدين، والجرعات الغذائية، ومعالجة أحبار الطباعة.

ملاحظة تشغيلية: يُعد اختيار مادة الأنبوب العامل الأهم في أداء المضخة التمعجية وعمرها الافتراضي. يجب أن يقاوم الأنبوب كلاً من التآكل الكيميائي الناتج عن الوسط المحيط والإجهاد الميكانيكي الناتج عن الضغط المتكرر. يُعد المطاط الطبيعي والسيليكون والنوربرين والهايبالون من الخيارات الشائعة، ولكل منها تصنيفات كيميائية وحرارية مختلفة. يؤثر ضغط التشغيل بشكل مباشر على عمر الأنبوب، حيث يُسرّع الضغط العالي من تلفه نتيجة الإجهاد.

مضخات الإزاحة الموجبة الترددية

تستخدم مضخات الإزاحة الموجبة الترددية حركة خطية ذهابًا وإيابًا لإزاحة السوائل. يتحرك مكبس أو غطاس أو غشاء في اتجاه واحد لتوسيع حجرة (مما يُحدث شفطًا لسحب السائل عبر صمام فحص المدخل)، ثم ينعكس لضغط الحجرة (دافعًا السائل للخارج عبر صمام فحص المخرج). تُخرج كل شوط حجمًا ثابتًا.

بالمقارنة مع المضخات الدوارة، تولد المضخات الترددية ضغوطًا أعلى - إذ تصل بعض مضخات المكبس إلى أكثر من 1000 بار - لكن مخرجاتها تتسم بالنبض بطبيعتها لأن السائل لا يُزاح إلا خلال شوط التفريغ. وتُقلل التكوينات متعددة الأسطوانات (ثنائية وثلاثية) من النبض من خلال تداخل الأشواط. كما تعتمد المضخات الترددية على صمامات عدم الرجوع للتحكم في الاتجاه، مما يجعلها أقل ملاءمة للسوائل عالية اللزوجة أو المحملة بالمواد الصلبة التي قد تُسبب انسداد مقاعد الصمامات.

الأنواع الرئيسية الثلاثة هي مضخات المكبس، ومضخات الغاطس، ومضخات الحجاب الحاجز.

مضخة مكبسية

تستخدم المضخات المكبسية مكبسًا أسطوانيًا يتحرك ذهابًا وإيابًا داخل تجويف الأسطوانة. يُحكم إغلاق المكبس على جدار الأسطوانة بواسطة حلقات أو موانع تسرب (تتحرك مانعة التسرب مع المكبس). خلال شوط السحب، يتحرك المكبس للخلف، مما يؤدي إلى زيادة حجم الأسطوانة وسحب السائل عبر صمام عدم الرجوع. خلال شوط التفريغ، يتحرك المكبس للأمام، ضاغطًا السائل ودافعًا إياه للخارج عبر صمام عدم الرجوع.

تتوفر مضخات المكبس بنوعين: أحادية الفعل (حيث يُزاح السائل من جانب واحد فقط) وثنائية الفعل (حيث يُزاح السائل من جانبي المكبس). وتتميز المضخات ثنائية الفعل بتدفق أكثر سلاسة لأنها تُفرغ السائل في كلا اتجاهي شوط المكبس.

المزايا: القدرة على توليد ضغوط عالية (عادةً من 100 إلى 700 بار)، كفاءة حجمية جيدة، تقنية راسخة ومتوفرة على نطاق واسع، ومعدل تدفق قابل للتعديل عبر طول الشوط أو السرعة. العيوب: يتطلب التدفق النبضي استخدام مخمدات للعمليات الحساسة اللاحقة، تآكل مستمر للأختام (خاصةً عند الضغوط العالية)، غير مناسب للوسائط الكاشطة أو المسببة للتآكل، ومساحة أكبر من المضخات الدوارة عند معدلات تدفق مماثلة.

التطبيقات النموذجية: أنظمة الطاقة الهيدروليكية، والتنظيف والغسيل عالي الضغط، ومياه تغذية الغلايات، وحقن رؤوس آبار النفط والغاز، وأجهزة الاختبار التي تتطلب إخراج ضغط عالٍ يتم التحكم فيه.

ملاحظة تشغيلية: تُعدّ موانع تسرب المكابس الجزء الأكثر عرضة للتآكل. يعتمد عمر مانع التسرب على ضغط التشغيل، ودرجة تشحيم الوسط، ودرجة الحرارة. يؤدي التشغيل بسوائل جافة أو قليلة التشحيم إلى تدهور موانع التسرب بسرعة. في التطبيقات التي تستخدم وسائط أكالة، يجب اختيار مادة مانع التسرب بعناية فائقة، حيث قد تتلف المواد المطاطية القياسية في غضون ساعات في البيئات الكيميائية القاسية. تُعدّ ظروف المدخل بالغة الأهمية: فعدم كفاية صافي ضغط السحب الموجب (NPSH) يُسبب تجويفًا يُلحق الضرر بالمكبس والأسطوانة ومقاعد الصمامات.

مضخة مكبسية

تعمل المضخات الغاطسة وفقًا لمبدأ الحركة الترددية نفسه الذي تعمل به المضخات المكبسية، ولكن مع اختلاف هيكلي جوهري: فالمكبس عبارة عن قضيب صلب ذي سطح أملس يتحرك عبر مانع تسرب ثابت (حشوة). في المضخة المكبسية، يتحرك مانع التسرب مع المكبس، بينما في المضخة الغاطسة، يبقى مانع التسرب ثابتًا وينزلق المكبس من خلاله. هذا الاختلاف يسمح للمضخات الغاطسة بتحقيق ضغوط أعلى بكثير، لأن الحشوة الثابتة يمكن أن تكون أكثر سمكًا ومتانة دون إضافة كتلة متحركة.

تُعدّ المضخات الغاطسة الخيار الأمثل لتطبيقات الضغط العالي للغاية. تعمل المضخات الغاطسة الصناعية عادةً عند ضغط يتراوح بين 500 و1500 بار، بينما تصل التصاميم المتخصصة إلى 4000 بار وما فوق لتطبيقات القطع بنفث الماء.

المزايا: أعلى قدرة ضغط بين جميع أنواع مضخات الإزاحة الموجبة، وكفاءة حجمية ممتازة حتى عند الضغوط القصوى، وإمكانية استبدال الحشوة دون الحاجة إلى تفكيك المضخة (في العديد من التصاميم)، وإمكانية التحكم الدقيق في معدل التدفق. العيوب: تذبذب في التدفق الخارج (تقلل التكوينات الثلاثية من هذا التذبذب بشكل ملحوظ)، وتتطلب الحشوة ضبطًا واستبدالًا دوريًا، وهي غير مناسبة للوسائط الكاشطة (حيث تتسبب الجزيئات في خدش سطح المكبس، مما يؤدي إلى تلف مانع التسرب)، وتكلفتها أعلى من مضخات المكبس لنفس معدل التدفق عند الضغوط المتوسطة.

التطبيقات النموذجية: القطع بنفث الماء، وإزالة الترسبات تحت ضغط عالٍ في مصانع الصلب، والحقن الكيميائي في إنتاج النفط والغاز، وضخ تغذية التناضح العكسي، والاختبار تحت ضغط عالٍ والاختبار الهيدروستاتيكي.

ملاحظة تشغيلية: يُعدّ تشطيب سطح المكبس بالغ الأهمية. فأي خدوش أو تآكل أو حفر على سطح المكبس يُضعف فورًا إحكام غلق الحشوة، مما يؤدي إلى التسرب وفقدان الضغط. تُستخدم المكابس المطلية بالسيراميك أو المصنوعة من السيراميك الصلب في التطبيقات الشاقة نظرًا لمقاومتها الفائقة للتآكل. يُعدّ عمر الحشوة هو الشاغل الرئيسي للصيانة - لذا يُنصح بربط حشوات منع التسرب تدريجيًا، واستبدال مجموعات الحشوات على فترات زمنية محددة بدلًا من انتظار ظهور التسرب.

مضخة غشائية

تستخدم المضخات الغشائية غشاءً مرنًا (غشاءً) ينثني ذهابًا وإيابًا لتوسيع وضغط حجرة الضخ بالتناوب. يفصل الغشاء السائل المضخوخ تمامًا عن آلية التشغيل، مما يوفر تشغيلًا خاليًا من التسرب - فلا يوجد مانع تسرب للمحور قد يتعطل ويتسبب في تسرب مواد خطرة إلى البيئة.

يوجد نوعان رئيسيان من أنظمة الدفع. تستخدم مضخات الحجاب الحاجز المزدوجة التي تعمل بالهواء المضغوط (AODD) الهواء المضغوط لثني غشائين متصلين بعمود مشترك بالتناوب، مما يُنشئ نظامًا متوازنًا ذاتي التنظيم. أما مضخات الحجاب الحاجز التي تعمل ميكانيكيًا فتستخدم عمود مرفق أو كامة مدفوعة بمحرك لدفع الحجاب الحاجز، مما يوفر تحكمًا أكثر دقة في التدفق، ولكنه يتطلب محركًا ونظام دفع ميكانيكي.

المزايا: تصميم خالٍ تمامًا من موانع التسرب يمنع خطر التسرب، ويتعامل مع السوائل المسببة للتآكل والكاشطة والمحملة بالجسيمات، ويتميز بالتحضير الذاتي مع قوة شفط عالية، ويمكن تشغيله جافًا دون تلف (نوع AODD)، وهو سهل النقل والتركيب (AODD)، وآمن بطبيعته (AODD - لا يتطلب توصيلات كهربائية في المناطق الخطرة). العيوب: تدفق نابض، غشاء المضخة جزء قابل للتآكل وله عمر افتراضي محدود، معدل التدفق محدود مقارنةً بالمضخات الدوارة، يستهلك نوع AODD كميات كبيرة من الهواء المضغوط (يستهلك طاقة عالية)، ويتطلب القياس الدقيق تخميد النبضات.

التطبيقات النموذجية: نقل المواد الكيميائية (الأحماض والمذيبات والمواد الكاوية)، ونقل الطلاء والطلاء، ومعالجة مياه الصرف الصحي، ومعالجة دفعات الأدوية، والتعامل مع مكونات الأغذية، وملاط التعدين.

ملاحظة تشغيلية: يؤثر اختيار مادة غشاء المضخة بشكل مباشر على عمرها وموثوقيتها. تتميز أغشية PTFE بمقاومتها لمعظم المواد الكيميائية، ولكن عمرها الافتراضي أقل من الأغشية المطاطية. يوفر كل من سانتوبرين وبونا-إن مقاومة جيدة للإجهاد، ولكن نطاق مقاومتهما للمواد الكيميائية محدود. بالنسبة لمضخات AODD، تُعد جودة الهواء المُزوَّد بالغ الأهمية، حيث يؤدي وجود الرطوبة والزيت فيه إلى تلف صمام الهواء والغشاء. كما أن الحماية من التجمد ضرورية عند ضخ السوائل المائية في البيئات الباردة، لأن تكون الجليد قد يُؤدي إلى تمزق الغشاء.

كيفية اختيار مضخة الإزاحة الموجبة المناسبة

يبدأ اختيار المضخة بنوع السائل، وليس المضخة نفسها. فكل المعايير الأخرى - الضغط، ومعدل التدفق، والمواد، ونوع مانع التسرب - تُحدد بناءً على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للسائل المراد ضخه. غالبًا ما ينتهي المطاف بالمهندسين الذين يكتفون بتصفح كتالوجات المضخات قبل تحديد خصائص السائل بدقة، بمضخة تبدو مناسبة نظريًا، لكنها تتعطل عمليًا في غضون أشهر.

ابدأ بخصائص السوائل

تُعدّ اللزوجة العامل الأول في عملية الترشيح. عند لزوجة أقل من 100 سنتي بواز، تعمل معظم أنواع مضخات الإزاحة الموجبة بكفاءة مقبولة. أما عند لزوجة تتراوح بين 100 و10000 سنتي بواز، فتُصبح مضخات التروس والمضخات اللولبية الخيار الأمثل، إذ تتحسن كفاءتها مع زيادة اللزوجة. وعند لزوجة أعلى من 10000 سنتي بواز، تُصبح مضخات التروس الداخلية ومضخات التجويف التدريجي هي الخيارات العملية الوحيدة في الغالب. وتتعامل مضخات الفصوص بكفاءة مع اللزوجة المتوسطة، لكنها تفقد كفاءتها مع السوائل شديدة السيولة أو شديدة الكثافة.

يُعدّ محتوى المواد الصلبة عامل الترشيح الثاني. فإذا احتوى السائل على جزيئات كاشطة صلبة، تُستبعد مضخات التروس والمضخات الريشية، إذ تتآكل أسطحها الدقيقة بسرعة. أما مضخات الحجاب الحاجز والمضخات التمعجية ومضخات اللولب الأحادي (التجويف التدريجي) فتتحمل المواد الكاشطة. وتتعامل مضخات الفصوص مع المواد الصلبة اللينة (مثل جزيئات الطعام والرواسب) ولكنها لا تتعامل مع المواد الكاشطة الصلبة.

تُحدد التوافقية الكيميائية اختيار المواد لجميع الأجزاء الملامسة للسائل. وتؤدي الأحماض والمذيبات المسببة للتآكل إلى استبعاد العديد من المواد القياسية. وتُستخدم مضخات الحجاب الحاجز المبطنة بمادة PTFE، ومضخات التروس المغناطيسية المبطنة بمادة الفلوروبلاستيك، والمضخات ذات الأجزاء الداخلية الخزفية في البيئات الكيميائية القاسية. كما تُقيّد درجات الحرارة القصوى خيارات المواد، إذ أن للأختام المطاطية، والأجزاء الثابتة، والحجاب الحاجز حدودًا قصوى لدرجات الحرارة يجب عدم تجاوزها.

تحديد متطلبات العملية

يُقلل معدل التدفق المطلوب من نطاق أحجام المضخات. ويُحدد ضغط التفريغ المطلوب نوع المضخة - تعمل مضخات التروس والريش عادةً حتى 25 بار، والمضخات اللولبية حتى 80 بار، ومضخات المكبس حتى 700 بار، ومضخات الغاطس حتى 1500 بار وما فوق.

تُعدّ دقة القياس بالغة الأهمية في تطبيقات الجرعات. توفر مضخات التروس ومضخات الحجاب الحاجز الميكانيكية أفضل دقة (±1% أو أفضل). أما مضخات AODD فهي الأقل دقة (±5-10%). كما يجب مراعاة تحمل النبضات؛ فإذا كانت العمليات اللاحقة حساسة لتغيرات التدفق، يُفضّل استخدام المضخات اللولبية ومضخات التروس الداخلية لضمان سلاسة تدفقها.

ضع في اعتبارك بيئة التشغيل

قد يتطلب تصنيف المناطق الخطرة استخدام مضخات ذات محرك مغناطيسي (بدون مانع تسرب) للقضاء تمامًا على تسرب مانع التسرب في العمود. وتُفضّل قيود المساحة التصاميم الدوارة المدمجة على المضخات الترددية. وينبغي أن تؤثر إمكانية الصيانة في الموقع على الاختيار؛ إذ يمكن صيانة مضخات AODD ميدانيًا باستخدام أدوات بسيطة، بينما تتطلب المضخات اللولبية المزدوجة فنيين مدربين وإجراءات محاذاة.

يوفر الجدول التالي مصفوفة اختيار مرجعية سريعة لأنواع مضخات PD الرئيسية.

اتجاهات تكنولوجيا مضخات الإزاحة الموجبة

تتحرك صناعة المضخات ذات الإزاحة الموجبة في ثلاثة اتجاهات في وقت واحد: ابتكار المواد للبيئات القاسية، وتحسين كفاءة نظام القيادة، والتكامل الأكثر ذكاءً مع أنظمة التحكم في العمليات.

على صعيد المواد، تحلّ البوليمرات الهندسية مثل PEEK (بولي إيثر إيثر كيتون) وPPS (بولي فينيلين سلفيد) محل المعادن التقليدية في مكونات المضخات المعرضة للتآكل ودرجات الحرارة العالية. تحافظ مراوح PEEK وأكمام العزل على ثبات أبعادها عند درجات حرارة تتشوه عندها مادة PTFE، مع توفير مقاومة كيميائية فائقة مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ. تُستخدم سبائك هاستيلوي في تطبيقات لا يستطيع حتى الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي القياسي تحمل التآكل فيها. تعمل المحامل الخزفية وأكمام العزل على منع احتكاك المعدن بالمعدن في مضخات الدفع المغناطيسي، مما يطيل عمرها التشغيلي في التطبيقات الكيميائية ذات التشغيل المستمر. تُستخدم هذه المواد المتقدمة بالفعل في الإنتاج - على سبيل المثال، تستخدم شركة Aulank مكونات من السيراميك وPEEK وPPS وهاستيلوي في خطوط إنتاج مضخات التروس والمضخات الريشية الخاصة بها للعمل في درجات حرارة وظروف كيميائية قاسية تتراوح من -196 درجة مئوية إلى +400 درجة مئوية.

تتجه تقنية المحركات نحو استخدام المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم والوصلات المغناطيسية، مما يُلغي الحاجة إلى مانع تسرب العمود - الذي كان تاريخيًا أكثر مكونات المضخات عرضةً للأعطال. تُحقق تصميمات المحركات المغناطيسية عديمة مانع التسرب أداءً مثاليًا خالٍ من التسرب، وهو شرط تنظيمي وتشغيلي في العمليات الكيميائية وأشباه الموصلات والصناعات الدوائية. تُقلل تقنية التروس الحلزونية في مضخات الإزاحة الموجبة من نبضات النقل وتُطيل عمر التروس مقارنةً بالتروس المستقيمة.

تتطلب عمليات تكامل الأنظمة الآن أن تكون المضخات مزودة بمحركات متغيرة التردد كمعيار أساسي، وليس كخيار إضافي. يتيح التحكم بمحركات متغيرة التردد ضبط التدفق في الوقت الفعلي دون الحاجة إلى تغييرات ميكانيكية، مما يحسن كفاءة الطاقة ويقلل التآكل عند الأحمال الجزئية. ويجري دمج أنظمة مراقبة الحالة - التي تشمل مستشعرات الاهتزاز ومجسات درجة الحرارة وتتبع استهلاك الطاقة - في أنظمة المضخات لتمكين الصيانة التنبؤية بدلاً من الاستجابة التفاعلية للأعطال.

الاختيار من واقع الحياة: سيناريوهات حالات

السيناريو 1: تدوير الزيت الحراري بدرجة حرارة عالية عند 350 درجة مئوية

يحتاج مصنع معدات التحكم الحراري إلى مضخة لتدوير زيت حراري اصطناعي عند درجة حرارة 350 درجة مئوية عبر غلاف المفاعل. تنخفض لزوجة الزيت إلى حوالي 0.5 سنتي بواز عند درجة حرارة التشغيل، ويتطلب النظام 5 لترات/دقيقة عند ضغط 3 بار مع عدم وجود أي هامش للتسرب لأن الزيت قابل للاشتعال.

عند هذه الدرجة من الحرارة، تتلف موانع التسرب المطاطية في غضون أسابيع. تتطلب مضخة مانع التسرب الميكانيكي نظام مانع تسرب مزدوج مكلف مع سائل حاجز. الحل العملي هو مضخة تروس ذات محرك مغناطيسي مزودة بمواد مغناطيسية عالية الحرارة ومحامل سيراميكية. يزيل التصميم الخالي من موانع التسرب خطر التسرب تمامًا، وتتحمل المحامل السيراميكية انخفاض تشحيم الزيت الرقيق الساخن، بينما يوفر هيكل مضخة التروس تدفقًا ثابتًا بدقة قياس. هذا حل إزاحة موجبة دوراني مدفوع بمتطلبات انعدام التسرب وقيود درجة الحرارة، وليس باللزوجة أو الضغط.

السيناريو الثاني: المعالجة الكيميائية بحمض الكبريتيك المركز

تحتاج محطة معالجة المياه إلى ضخ حمض الكبريتيك المركز (98% H₂SO₄) بمعدل 500 مل/دقيقة بدقة ±2% في خزان التعادل. يُهاجم هذا الحمض معظم المعادن والمطاطات، لذا يجب منع ملامسته للمشغلين.

تستطيع مضخات التروس ذات الأجزاء المبللة المبطنة بمادة PTFE أو PFA التعامل مع التوافق الكيميائي، ولكن دقة القياس عند هذا المعدل المنخفض للتدفق تتطلب خلوصات داخلية ضيقة. توفر مضخة قياس غشائية تعمل ميكانيكيًا، مزودة بغشاء PTFE وصمامات فحص خزفية، الدقة المطلوبة ±1% مع منع أي تسرب. بدلاً من ذلك، توفر مضخة تروس ذات محرك مغناطيسي وهيكل مبطن بالفلوروبلاستيك تدفقًا مستمرًا بدلاً من التدفق النبضي، وهو ما قد يكون مفضلًا إذا كانت العملية حساسة لتغيرات التدفق.

السيناريو 3: توزيع المادة اللاصقة بقوة 50000 سنتي بواز

يحتاج مصنع مواد لاصقة إلى نقل مادة لاصقة ذائبة ساخنة بقوة 50,000 سنتي بواز من خزان تسخين إلى آلات التعبئة. المادة اللاصقة نظيفة (خالية من المواد الصلبة) وتتطلب معدل تدفق ثابت لضمان وزن موحد للعبوات. درجة الحرارة 120 درجة مئوية.

عند لزوجة 50,000 سنتي بواز، تصبح المضخات الطاردة المركزية غير مناسبة، فهي عاجزة عن ضخ هذا السائل. أما المضخات الريشية، فستتوقف عن العمل أو تتعرض للتجويف. الخيار هنا بين مضخة تروس داخلية ومضخة تجويف متدرج. كلاهما يتعامل مع اللزوجة بكفاءة. تتفوق مضخة التروس من حيث الحجم (أصغر حجمًا)، وثبات التدفق (نبضات أقل من المضخة أحادية اللولب)، والنظافة (لا تحتوي على مطاط ثابت يتساقط منه جزيئات في المادة اللاصقة). توفر مضخة التروس الداخلية ذات الغلاف المُسخّن والمحرك المغناطيسي الحل الأمثل والأكثر نظافة لهذا التطبيق.

السيناريو 4: اختبار حراري للبطارية باستخدام زيت السيليكون عند درجات حرارة تتراوح من -40 درجة مئوية إلى +150 درجة مئوية

يحتاج مُصنِّع معدات اختبار بطاريات السيارات الكهربائية إلى مضخة لتدوير سائل نقل الحرارة المصنوع من السيليكون عبر حجرات اختبار وحدات البطارية. تتذبذب لزوجة السائل بشكل كبير عبر نطاق درجات الحرارة، من أكثر من 20,000 سنتي بواز عند -40 درجة مئوية إلى أقل من 5 سنتي بواز عند +150 درجة مئوية. يتطلب النظام تدفقًا ثابتًا بمعدل 2-8 لتر/دقيقة بغض النظر عن تغيرات اللزوجة، وانعدام التسريب (مختبر الاختبار بيئة نظيفة)، وتشغيلًا متواصلًا على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع لآلاف دورات الاختبار.

يُلغي هذا التطبيق معظم أنواع مضخات الإزاحة الموجبة فورًا. فالمضخات الريشية لا تستطيع التعامل مع السوائل عالية اللزوجة في الطرف البارد. وتفتقر المضخات الغشائية إلى دقة القياس اللازمة لأنظمة التحكم الحراري. أما المضخات اللولبية فهي كبيرة الحجم بالنسبة لنطاق التدفق هذا. كما أن استخدام مضخة ذات مانع تسرب ميكانيكي في بيئة مختبرية نظيفة يُشكل خطرًا كبيرًا للتسرب عند انخفاض لزوجة السائل في درجات الحرارة العالية.

الحل هو مضخة تروس ذات محرك مغناطيسي، مزودة بمواد مغناطيسية تتحمل نطاقًا واسعًا من درجات الحرارة، ومحامل سيراميكية، ومكونات داخلية من مادة PEEK أو PPS. يحافظ تصميم مضخة التروس على كفاءتها الحجمية عبر نطاق اللزوجة الكامل، بل وتتحسن الكفاءة عند درجات الحرارة المنخفضة واللزوجة العالية. يلغي المحرك المغناطيسي مانع التسرب تمامًا، مما يفي بمتطلبات منع التسرب. تتحمل المحامل السيراميكية كلاً من الزيت الساخن ذي التزييت المنخفض وظروف بدء التشغيل البارد تحت الأحمال العالية دون حدوث احتكاك معدني. في هذه الحالة، يتطلب كل من التذبذب الشديد في درجات الحرارة وتغير اللزوجة استخدام مضخة دوارة ذات إزاحة موجبة بتصميم بدون مانع تسرب، حيث تُعد هندسة المواد بنفس أهمية التصميم الهيدروليكي.

تعرف على المزيد حول هذا التطبيق: حلول مضخات الاختبار الحراري لبطاريات السيارات الكهربائية.

سلسلة مضخات الإزاحة الموجبة من أولانك

مضخة الإزاحة الموجبة من شركة أولانك يشمل هذا الخط مضخات التروس والمضخات الريشية بتكوينات مصممة للعمل في درجات حرارة عالية وبيئات كيميائية قاسية. تستخدم جميع طرازات مضخات التروس محركًا مغناطيسيًا أو مانع تسرب ميكانيكيًا مع أنظمة مواد متطورة تشمل أكمام عزل سيراميكية، ومراوح PEEK/PPS، وتروس فولاذية حلزونية من 42CrMo، ومحامل سيراميكية.

للحصول على معلومات محددة حول ظروف التشغيل واختيار الطراز المناسب، يرجى الاتصال بـ فريق الهندسة في أولانك مع تحديد نوع الوسائط، ونطاق درجة الحرارة، ومعدل التدفق، ومتطلبات الضغط.

الأسئلة الشائعة

ما هي الأنواع الرئيسية لمضخات الإزاحة الموجبة؟

تنقسم مضخات الإزاحة الموجبة إلى فئتين رئيسيتين: دوارة وترددية. تشمل الأنواع الدوارة مضخات التروس، والمضخات الريشية، والمضخات اللولبية، والمضخات الفصية، والمضخات التمعجية، حيث تستخدم حركة دورانية مستمرة لتحريك السوائل. أما الأنواع الترددية فتشمل مضخات المكابس، ومضخات الغاطس، ومضخات الحجاب الحاجز، حيث تستخدم حركة خطية ذهابًا وإيابًا مع صمامات عدم الرجوع للتحكم في اتجاه التدفق. إجمالًا، هناك ثمانية أنواع شائعة الاستخدام من مضخات الإزاحة الموجبة في مختلف التطبيقات الصناعية.

ما الفرق بين المضخات الدورانية والمضخات الترددية ذات الإزاحة الموجبة؟

يكمن الاختلاف الأساسي في كيفية حركة عنصر الإزاحة. ففي المضخات الدوارة، تدور التروس أو البراغي أو الفصوص باستمرار، مما ينتج عنه تدفق سلس نسبيًا مع نبضات منخفضة. أما في المضخات الترددية، فيتحرك مكبس أو غطاس أو غشاء ذهابًا وإيابًا، مما ينتج عنه تدفق نابض ولكنه يحقق ضغوطًا أعلى بكثير. تُفضل المضخات الدوارة عادةً للسوائل اللزجة والنقل المستمر. بينما تُفضل المضخات الترددية لتطبيقات الضغط العالي وحقن المواد الكيميائية بدقة. تتميز التصاميم الدوارة عمومًا بأنها أكثر إحكامًا وأقل ضجيجًا، في حين توفر التصاميم الترددية قدرة ضغط أكبر - إذ يمكن أن تتجاوز مضخات الغطاس 1500 بار.

ما هي الأنواع الثلاثة للمضخات؟

تُصنّف المضخات في الهندسة إلى ثلاث فئات أساسية: مضخات الإزاحة الموجبة، والمضخات الطاردة المركزية (المضخات الدورانية)، ومضخات التدفق المحوري. تعمل مضخات الإزاحة الموجبة على حصر حجم ثابت من السائل ودفعه عبر النظام، مما يضمن تدفقًا ثابتًا بغض النظر عن الضغط. أما المضخات الطاردة المركزية، فتستخدم دافعًا دوارًا لتحويل السرعة إلى ضغط، ويتغير تدفقها تبعًا لمقاومة النظام. بينما تستخدم مضخات التدفق المحوري دافعًا يشبه المروحة لتحريك أحجام كبيرة من السوائل عند ضغط منخفض. وفي التطبيقات الصناعية، تُشكّل مضخات الإزاحة الموجبة والمضخات الطاردة المركزية غالبية المنشآت.

ما هي مضخة الإزاحة الموجبة الأكثر استخداماً؟

تُعدّ مضخة التروس أكثر أنواع مضخات الإزاحة الموجبة شيوعًا في القطاعات الصناعية. ويعود انتشارها إلى عدة عوامل، منها: تصميمها البسيط ذو الأجزاء المتحركة القليلة، وأداؤها الموثوق به ضمن نطاق واسع من اللزوجة، ودقة قياسها الممتازة، وحجمها الصغير، وتكلفتها المنخفضة نسبيًا مقارنةً بأنواع مضخات الإزاحة الموجبة الأخرى. وتُهيمن مضخات التروس الخارجية على تطبيقات زيت الوقود والتشحيم والهيدروليكا، بينما تُستخدم مضخات التروس الداخلية على نطاق واسع في المعالجة الكيميائية وإنتاج الأغذية وتطبيقات القياس الدقيق.

هل المضخة الطاردة المركزية هي مضخة إزاحة موجبة؟

لا. المضخة الطاردة المركزية هي مضخة حركية (ديناميكية دورانية)، وليست مضخة إزاحة موجبة. تعمل المضخاتان وفق مبادئ مختلفة تمامًا. تستخدم المضخة الطاردة المركزية دافعًا دوارًا لزيادة سرعة السائل، ثم تحول هذه السرعة إلى ضغط عبر غلاف حلزوني أو ناشر. يعتمد معدل تدفقها على ضغط النظام - فكلما زاد الضغط العكسي، انخفض التدفق. أما مضخة الإزاحة الموجبة، فتحجز حجمًا ثابتًا وتدفعه فعليًا عبر النظام، لذا يظل التدفق ثابتًا بغض النظر عن تغيرات الضغط. تعمل المضخات الطاردة المركزية بكفاءة عالية مع السوائل منخفضة اللزوجة، الشبيهة بالماء، عند معدلات تدفق عالية، بينما تُفضل مضخات الإزاحة الموجبة للسوائل اللزجة، وتطبيقات الضغط العالي، والقياس.

ما هو نوع مضخة الإزاحة الموجبة الأنسب للسوائل عالية اللزوجة؟

بالنسبة للسوائل عالية اللزوجة التي تتجاوز 10000 سنتي بواز، تُعد مضخات التروس الداخلية ومضخات التجويف التدريجي (ذات اللولب الواحد) الخيارات الأكثر فعالية. توفر مضخات التروس الداخلية قصًا منخفضًا وتدفقًا سلسًا، وتتحسن كفاءتها مع ازدياد اللزوجة. أما مضخات التجويف التدريجي فتتفوق عندما يحتوي السائل اللزج على مواد صلبة أو يكون حساسًا للقص. بالنسبة للسوائل متوسطة اللزوجة (100-10000 سنتي بواز)، تُعد مضخات التروس الخارجية ومضخات اللولب المزدوج خيارات قوية أيضًا. تؤدي مضخات الريش ومضخات الفصوص أداءً مقبولًا في نطاق اللزوجة المنخفضة إلى المتوسطة، لكنها تفقد كفاءتها عند اللزوجة العالية جدًا.

هل يمكن لمضخة الإزاحة الموجبة أن تعمل وهي جافة؟

لا يمكن تشغيل معظم مضخات الإزاحة الموجبة بأمان وهي جافة. تعتمد مضخات التروس، والمضخات الريشية، والمضخات اللولبية، ومضخات الفصوص على السائل المضخوخ لتزييت وتبريد الأسطح الداخلية، ويؤدي التشغيل الجاف إلى ارتفاع درجة الحرارة بسرعة، وتلف الأجزاء الداخلية، وتوقفها عن العمل. ويُستثنى من ذلك مضخات الحجاب الحاجز التي تعمل بالهواء (AODD) والمضخات التمعجية، التي يمكنها العمل جافة دون تلف لأن عناصر الضخ فيها (الحجاب الحاجز والأنبوب، على التوالي) لا تعتمد على تزييت السوائل. تتضمن بعض مضخات الدفع المغناطيسي المتخصصة ميزات حماية من التشغيل الجاف تسمح بتشغيل جاف محدود، ولكن هذه ميزة خاصة بتصميمها، وليست سمة عامة لمضخات الإزاحة الموجبة.

لماذا تحتاج مضخات الإزاحة الموجبة إلى صمامات تخفيف الضغط؟

تُضخ مضخات الإزاحة الموجبة كمية ثابتة من السائل في كل دورة بغض النظر عن ظروف التدفق. في حال إغلاق صمام التصريف أو انسداد الخط، تستمر المضخة في ضخ السائل إلى نظام مغلق، مما يؤدي إلى تراكم الضغط حتى يحدث عطل ما - كوصلة أنبوب، أو مانع تسرب، أو غلاف المضخة، أو حتى زيادة الحمل على المحرك. يوفر صمام تخفيف الضغط مسارًا جانبيًا يُفتح عند ضغط محدد مسبقًا، لإعادة توجيه التدفق إلى جانب السحب أو إلى خزان الإرجاع. يُعد هذا شرطًا أساسيًا للسلامة في جميع تركيبات مضخات الإزاحة الموجبة، وليس اختياريًا. أما المضخات الطاردة المركزية فلا تتطلب هذه الحماية لأن تدفقها ينخفض ​​تلقائيًا إلى الصفر عند إغلاق الصمام.