مضخة ED 101
كيف يمكن لانخفاض الكفاءة أن يقلل من التكلفة الإجمالية – عمل دوامة
جو إيفانز ، دكتوراه
عندما نبدأ عملية اختيار المضخة لتطبيق معين ، فإن أحد مخاوفنا الرئيسية هو الكفاءة. إذا استوفت عدة طرز مختلفة ، ذات جودة مماثلة ، شروطنا ، فسنقوم عادة باختيار النموذج الذي يتمتع بأعلى كفاءة. بعد كل شيء ، تقلل الكفاءة العالية من تكلفة الطاقة الكهربائية. ومع ذلك ، هناك أوقات يمكن أن تأخذ فيها الكفاءة المقعد الخلفي إلى التكلفة الإجمالية الحقيقية للتشغيل.
وتعد مضخات مناولة المواد الصلبة المستخدمة في التطبيقات البلدية والصناعية مثالا جيدا. يمكن لمضخات الصرف الصحي الكبيرة استخدام دفعات التدفق المختلط أو التدفق الشعاعي مع القليل من الاهتمام بالتوصيل أو الانسداد بسبب الحجم المتأصل لممرات التدفق. ومع انخفاض حجم التفريغ والريشة ، تزداد إمكانية الانسداد. في أوائل عام 1900 ، تم تطوير تصميم جديد للمكره بواسطة A.B. Wood من مجلس الصرف الصحي والمياه في نيو أورليانز. تعرف باسم المكره “غير المسدود” ، وتتألف من ريشتين مع حواف أمامية حادة سمحت بمرور مواد صلبة أكبر وقللت من فرصة تراكم المواد الخيطية عند دخول الريشة . اليوم ، تستخدم معظم مضخات مناولة المواد الصلبة ، مع تصريفات أصغر من 10 بوصات ، بعض الاختلافات في هذا التصميم.
أولئك منا على دراية بهذه المضخات يعرفون أنه لا يوجد شيء اسمه غير انسداد – – “نادرا ما يكون الانسداد” مصطلحا أفضل. ولكن ، مع انخفاض حجم التفريغ إلى 4 بوصات أو أصغر ، يمكن أن يصبح “الانسداد في كثير من الأحيان” هو الوصف المفضل. الآن ، يمكن لبعض المضخات مقاس 3 و 4 بوصات تمرير مادة صلبة كروية كاملة مقاس 3 بوصات ، لكن بعض التطبيقات لا يمكنها استيعاب التدفقات الأعلى التي تنتجها ويمكن أن تسبب التركيزات العالية من المواد الخيطية مشاكل. إذا كان أداء غير انسداد صغير جيدا في أحد التطبيقات ، فمن المحتمل أن يكون الخيار الأفضل ، ولكن إذا كان التوصيل مشكلة مستمرة ، فقد ترغب في التفكير في بديل.
عادة ما تعتبر مضخة الدوامة ، والمعروفة أيضا باسم مضخة المكره المريحة ، عضوا في عائلة الطرد المركزي. هذا ليس دقيقا تماما ، ولكن نظرا لعدم وجود شيء اسمه قوة الطرد المركزي ، فمن المحتمل ألا يهم على أي حال. ومع ذلك ، فهي مضخة ديناميكية لأنها تضفي الطاقة باستمرار على السائل الذي تضخه. على عكس مضخة الطرد المركزي النموذجية ، فإن عمل الضخ الخاص بها هو عملية من مرحلتين. تنتج المكره ، التي تقع خارج منطقة تدفق الفلوت ، دوامة أولية أو حركة دوامة في الماء الموجود في ريشاتها وحولها. تخلق هذه الدوامة دوامة ثانوية في الفلوت الذي ينتج التدفق. ويوضح الشكل 1 هذه العملية. يوفر عمل الضخ لمضخة الدوامة العديد من المزايا الهامة. نظرا لأن المكره مستريح ، فإنه لا يلامس سوى القليل من غالبية الضخ. حتى عندما تتصل المواد الصلبة بالمكره ، فإنها لا تضطر إلى اجتياز الريشات بحيث يتم تقليل احتمال التآكل بشكل كبير. بالإضافة إلى تقليل التآكل ، يسمح موقعه المريح أيضا بمرور مواد صلبة أكبر ومواد خيطية قد تسد مضخة طرد مركزي حقيقية. تقريبا أي مادة صلبة يمكن أن تدخل الشفط ستخرج من المواد المتقلبة والخيطية التي تمر دون تشابك. لا تزال ميزة أخرى هي انخفاض في القوى الشعاعية التي تعمل على المكره . بسبب هذا الانخفاض ، يمكن للعديد من مضخات الدوامة العمل بتدفقات منخفضة جدا أو حتى إيقاف تشغيلها لفترات طويلة دون ضرر.
لسوء الحظ ، فإن عملية الضخ المكونة من خطوتين لها أيضا عيب – – كفاءة هيدروليكية أقل بكثير. تميل هذه المقايضة إلى أن تكون مقبولة في العديد من الأسواق الصناعية ، ولكن لسوء الحظ ، فإنها غالبا ما تقضي على مضخة الدوامة من الاعتبار من قبل بعض المهندسين المحددين في الساحة البلدية. تم تصنيف كلاهما لتمرير المواد الصلبة الكروية مقاس 3 بوصات والوصول إلى ذروة كفاءتهما عند نقطة التصميم (450 جم/دقيقة @ 46 بوصة). عند هذه النقطة ، يتطلب عدم الانسداد حوالي 7.4 حصان (eff = 70٪) بينما تتطلب مضخة الدوامة حوالي 10.7 حصان (eff = 48٪). من الواضح أن هذه الزيادة بنسبة 45٪ تقريبا في حصان يمكن أن يكون لها تأثير كبير إلى حد ما على التكاليف الكهربائية على المدى الطويل ، ولكن ، هل ستجعل هذه الزيادة دائما من غير الانسداد الخيار الأفضل؟ دعونا نلقي نظرة على مثال البلدية الفعلي.
قامت بلدية صغيرة في غرب الولايات المتحدة بتركيب محطة رفع دوبلكس ، مع أقطاب غير قابلة للطي مقاس 4 بوصات بالتناوب ، لخدمة مجمع للبيع بالتجزئة. يتكون المجمع من محلات البيع بالتجزئة وسوبر ماركت / متجر متعدد الأقسام والعديد من المطاعم. المحطة لديها في المتوسط من ستة إلى سبعة يبدأ يوميا ووقت التشغيل لكل دورة هو ما يقرب من خمس دقائق. بالإضافة إلى النفايات البشرية والغذائية العادية ؛ الحفاضات التي تستخدم لمرة واحدة ، والمنتجات الأنثوية ، والمناشف الورقية عالية الألياف هي أيضا حدث يومي. أدى مزيج النفايات هذا إلى مضخات موصولة جزئيا كان لا بد من سحبها للتنظيف كل سبعة إلى عشرة أيام. في أواخر الصيف الماضي ، تم استبدال غير القباقيب بمضخات دوامة مقاس 4 بوصات أنتجت خصائص مماثلة لسعة الرأس. منذ بدء تشغيل المضخات الجديدة ، لم يحدث أي انصطاق.
على الرغم من أن مضخات الدوامة تستهلك ما يقرب من 38٪ من القدرة الحصانية أكثر من السدادات غير التي حلت محلها ، إلا أن إجمالي الطاقة المستهلكة لا يزال صغيرا نسبيا لأن المضخات لا تعمل أكثر من 35 دقيقة يوميا (213 ساعة / سنة). من ناحية أخرى ، يتطلب تنظيف السدادات الأصلية غير (أكثر من الصيانة العادية) ما معدله 12 ساعة شهريا (144 ساعة / سنة). أدى الاستبدال إلى توفير تكاليف العمالة التي فاقت بكثير التكلفة الكهربائية الإضافية ، والأهم من ذلك ، جعلت محطة الضخ موثوقة تماما.
هناك أوقات يتعين علينا فيها النظر إلى ما هو أبعد من الكفاءة وتأثيرها على الاستهلاك الكهربائي خاصة إذا كانت ساعات التشغيل منخفضة. في المثال أعلاه ، والعديد من الأمثلة المشابهة له ، يمكن أن تكون التكلفة الإجمالية والموثوقية اعتبارات أكثر أهمية.