العلاقة بين ضغط مدخل/مخرج المضخة والارتفاع

الصيغة الأساسية (الأكثر أهمية)

الارتفاع (H) = (ضغط مخرج المضخة - ضغط مدخل المضخة) / (كثافة السائل × تسارع الجاذبية الأرضية)

ممثلة بالرموز:

H = (P2 - P2) / (ρ × g)

أين:

H: الارتفاع الناتج عن المضخة، مقاسًا بالأمتار (م).

P₂: الضغط المطلق عند شفة مخرج المضخة، وعادة ما يكون بوحدة باسكال (با).

P₁: الضغط المطلق عند شفة مدخل المضخة، وعادة ما يكون بوحدة باسكال (با).

ρ: كثافة السائل المضخوخ، بالكيلوغرام لكل متر مكعب (كجم/م³). بالنسبة للماء عند درجة حرارة الغرفة، ρ ≈ 1000 كجم/م³.

g: التسارع الناتج عن الجاذبية، حوالي 9.81 م/ث².

شرح المفاهيم الأساسية

ما هو الرأس؟

ليس الارتفاع: لا يُقصد بالارتفاع هنا مجرد الارتفاع الفعلي للرفع، بل هو مفهوم للطاقة، يُمثل إجمالي الطاقة الميكانيكية التي تُنقل إلى وحدة وزن من السائل بواسطة المضخة. ووحدته هي المتر (م)، والذي يُمكن فهمه على أنه الارتفاع النظري الذي يُمكن للمضخة رفع السائل إليه.

بغض النظر عن نوع السائل: يُعدّ الارتفاع أحد معايير أداء المضخة نفسها. فالمضخة نفسها، عند السرعة نفسها، ستُنتج قيمة الارتفاع (H) نفسها سواءً كانت تضخ الماء أو الزيت أو أي سائل آخر. ومع ذلك، سيختلف استهلاك الطاقة والضغط الناتج.

ما هو الضغط؟

الضغط هو القوة لكل وحدة مساحة. ويعكس ضغط مقياس المخرج الناتج عن المضخة بشكل بديهي مقدار قوة دفعها.

يرتبط الضغط ارتباطًا وثيقًا بالوسط: وفقًا للمعادلة P = ρ × g × H، يعتمد الضغط (P) الناتج عن المضخة بشكل مباشر على كثافة السائل (ρ). فضخ سائل أكثر كثافة (مثل الزيت) سينتج عنه ضغط أكبر عند نفس الارتفاع.

الاختلاف والترابط الأساسيان

الضغط هو السبب، والضغط هو النتيجة. تحدد خصائص المضخة مقدار الضغط الذي يمكنها توفيره. هذا الضغط، المؤثر على سائل ذي كثافة محددة، يظهر في النهاية على شكل فرق الضغط بين المدخل والمخرج.

فكر في الرأس على أنه تصنيف قدرة المضخة، والضغط على أنه التأثير الناتج عندما تعمل تلك القدرة على جسم معين (سائل معين).

مثال تطبيقي (باستخدام الماء، مبسط مع ρ ≈ 1000 كجم/م³، g ≈ 10 م/ث²)

افترض أن المضخة لديها رأس ضغط يبلغ 100 متر.

احسب فرق الضغط الناتج عنه:

ΔP = ρ × g × H = 1000 كجم/م³ × 10 م/ث² × 100 م = 1,000,000 باسكال = 1 ميجا باسكال ≈ 10 بار

وهذا يعني أنه إذا كان ضغط المدخل هو الضغط الجوي (مقياس 0 بار)، فسيكون ضغط مقياس المخرج حوالي 10 بار.

رئيس قسم التقديرات في الموقع:

إذا قمت بالقياس في الموقع، فإن مقياس مخرج المضخة يقرأ 0.8 ميجا باسكال (8 بار)، ومقياس المدخل يقرأ 0.1 ميجا باسكال (1 بار).

ثم فرق الضغط ΔP = 0.8 - 0.1 = 0.7 ميجا باسكال = 700,000 باسكال.

احسب الارتفاع: H = ΔP / (ρ × g) = 700,000 / (1000 × 10) = 70 مترًا.

يمثل هذا الارتفاع البالغ 70 متراً الارتفاع الفعال الذي توفره المضخة فعلياً في ظل ظروف التشغيل الحالية.

ملاحظات هامة

يجب استخدام الضغط المطلق في الحساب: يُمثل كل من P₁ و P₂ في الصيغة، نظريًا، ضغطًا مطلقًا. مع ذلك، في التطبيقات الهندسية العملية، عند قياس ضغطي المدخل والمخرج باستخدام مقاييس تعتمد على نفس المرجع (عادةً الضغط الجوي المحلي)، فإن استخدام فرق ضغط المقياس يُعطي نتيجة دقيقة تمامًا. أي أن: H = (ضغط مقياس المخرج - ضغط مقياس المدخل) / (ρ × g).

يجب أن يتجاوز ضغط المدخل متطلبات صافي ضغط السحب الموجب (NPSH): إذا كان ضغط المدخل (P₁) منخفضًا جدًا، فسيتبخر السائل داخل المضخة، مما يُسبب التكهف، الذي يُلحق ضررًا بالغًا بالمضخة. يُعد صافي ضغط السحب الموجب المطلوب (NPSHr) على منحنى أداء المضخة هو المعيار الأساسي لضمان أن يكون P₁ مرتفعًا بما فيه الكفاية.

تحدد مقاومة النظام نقطة التشغيل: يتحدد ضغط مخرج المضخة الفعلي في نظام الأنابيب بنقطة تقاطع منحنى تدفق المضخة مع منحنى مقاومة نظام الأنابيب. وتُعدّل المضخة خرجها حتى يتساوى الضغط الذي تولده تمامًا مع المقاومة المطلوبة للنظام عند معدل التدفق هذا (بما في ذلك فرق الارتفاع، واحتكاك الأنابيب، ومقاومة الصمامات، وما إلى ذلك).