المضخة ( Pump )

---

المضخَّة نبيطة (أداة) لنقل أو ضغط السوائل والغازت. وتستخدم المضخات في مجموعة من الآلات والنبائط الأخرى، التي تتضمن أنظمة التدفئة المنزلية، والثلاجات، وآبار الزيت، وآبار المياه، والمحركات التوربينية النفاثة ومحركات السيارة. وتتراوح الموائع، (الغازات أو السوائل) التي تُنقل بالمضخات ما بين الهواء لنفخ إطارات الدراجات والصوديوم السائل والبوتاسيوم السائل لتبريد المفاعلات النووية. وتصنع معظم المضخات من الفولاذ، ولكن بعضها مصنوع من الزجاج أو اللدائن (البلاستيك). كما تسمى مضخات الغاز ضواغط، أو مراوح، أو نفاخات.

وهناك طرازان رئيسيان من المضخات: مضخات دينامية ومضخات إزاحة موجبة. تحافظ المضخة الدينامية على تدفق مُُطرد للسائل. وعلى العكس من ذلك، فإن مضخات الإزاحة الموجبة تحبس أجزاء منفردة من السائل التي تكون في حيز مُغلق قبل نقلها.

المضخَّات الدينامية

المضخة النابذة تتألف من آلة دوارة تسمى الدفاعة المروحية وتكون داخل إطار دائري. يدخل السائل إلى المضخة قرب مركز الدفاعة المروحية التي تدفعه إلى ماسورة الإخراج.

المضخَّة النابذة:

يتكون من نبيطة شبه مروحية تسمى الدفَّاعة المروحية. وهذه النبيطة (الأداة) تدار بمحرك ويكون محتواها داخل إطار دائري. وهي تتكون من عجلة من الريش أو الشفرات المقوسة تدور على محور. وقبل أن تبدأ معظم المضخات النابذة في ضخ السائل يجب أن تُسقى (تُملأ بالسائل). وعندما تدور الدفاعة المروحية تحدث مصًّا يضمن تدفقًا مستمرًا للسائل عبر ماسورة الإدخال. ويدخل السائل المضخة عند مركز الدفاعة المروحية، ويرتحل للخارج محاذيًا الريش. وتجرف أطراف الريش المقوسة السائل إلى فتحة الخروج.

والمضخات النابذة قليلة التكلفة، ويمكنها استيعاب كميات كبيرة من السائل. وهي مستعملة بكثرة في مصانع المعالجة الكيميائية ومعامل تكرير الزيت.

مضخَّات الدفق المحوري:

لها عضو دوَّار يُدَار بمحرك، ويوجه السائل عبر مسار موازٍ لمحوره. وعلى ذلك ينتقل السائل في مسارٍ مستقيم نسبيًا من ماسورة الإدخال عبر المضخة إلى ماسورة الإخراج.

وتستخدم مضخات الدفق المحوري في أغلب الأحيان بمثابة ضواغط في المحركات التوربينية النفاثة. وتستخدم المضخات النابذة أيضًا لهذا الغرض، ولكن مضخات الدفق المحوري تكون أكثر فعالية. وتتكون ضواغط الدفق المحوري من صفوف متعاقبة من أعضاء دوارة وريش ثابتة. وتنتج الريش والأعضاء الدوارة ارتفاعًا في الضغط في الهواء عندما ينتقل خلال ضاغط الدفق المحوري. وعندئذ يخرج الهواء من الضاغط تحت ضغط عالٍ ★ تَصَفح: الدفع النفاث.

المضخات النافورية:

تشتق اسمها من الطريقة التي تحرك بها المائع. فهي تعمل على أساس أن المائع ذا السرعة العالية سوف يحمل معه أي مائع آخر يمر خلاله. وترسل معظم المضخات النافورية نافورة بخار أو ماء خلال المائع المطلوب نقله. وتحمل النافورة المائع معها مباشرة داخل ماسورة الإخراج، وفي نفس الوقت، تخلق تفريغًا يسحب مائعًا زائدًا إلى داخل المضخة. وتعادل كمية المائع المنقولة بوساطة معظم المضخات النافورية أضعاف كمية النافورة نفسها.

ويمكن استخدام المضخات النافورية لرفع الماء من الآبار الأعمق من 60 م. وفي هذه الأحوال، تُمدّ مضخة نابذة عند مستوى الأرض الماء إلى مضخة نافورية عند قاع البئر. وتحمل المضخة النافورية ماء البئر معها إلى أعلى إلى المستوى الأرضي. كما تستخدم المضخات النافورية أيضًا في المضخات الفراغية عالية الانتشار لتحدث فراغًا في حيز مُغلق. وفي المضخات الفراغية العالية الانتشار، تُرْسَل نافورة عالية السرعة من بخار الزئبق أو الزيت إلى داخل الحيز المغلق. وتصطدم جزيئات البخار بجزيئات الهواء وتدفعها بقوة خارج فتحة الخروج.

المضخات الكهرومغنطيسية:

تستخدم أساسًا لتنقل الصوديوم السائل والبوتاسيوم السائل، اللذين يستخدمان مبردات في المفاعلات النووية. وتتكون هذه المضخات من موصلات كهربائية ومواسير ممغنطة. وتبعث الموصلات تيارًا خلال المائع، الذي يصبح بذلك مغنطيسيًا كهربائيًا. ويتحرك المائع عندئذ بوساطة التجاذب المغنطيسي والتنافر (الدفع بعيدًا) بين المجال المغنطيسي للسائل وتلك المواسير، ولذا يتحرك المائع في مضخة كهرومغنطيسية على نفس المنوال الذي يتحرك فيه عضو الإنتاج في محرك كهربائي. ★ تَصَفح: المحرك الكهربائي.

المضخات ذات الإزاحة الموجبة

المضخات الدوارة:

هي المضخات ذات الإزاحة الموجبة التي تستخدم على نطاق واسع. فهي تستخدم في الغالب لضخ السوائل اللزجة مثل زيت المحركات والعصير المركز والدهان. وهناك ثلاثة طرز رئيسية من المضخات الدوارة. وهذه الطرز هي: 1- المضخات ذات التروس، 2- المضخات ذات النتوء، 3- المضخات ذات الريش المنزلقة.

المضخات ذات التروس. تتكون من تُرسين يدوران ضد جدران إطار دائري. وتكون فتحتا الدخول والخروج عند الجانبين المتقابلين للإطار، على خط واحد مع النقطة التي تتوافق عندها أسنان التُرسين معًا. ويحبس المائع الذي يدخل المضخة بوساطة أسنان التُرس، التي تجرف المائع عبر جدران المضخة إلى فتحة الخروج.

المضخات ذات النتوء تعمل على نهج مشابه للمضخات ذات التروس. ولكن بدلاً من الترسين، تكون المضخات ذات النتوء مزودة بدفاعات مروحية لها نتوءات مستديرة متوافقة معًا. والمضخات ذات النتوء يمكنها تصريف كميات كبيرة من السائل عند ضغط منخفض.

المضخات ذات الريش المنزلقة تتكون من دفَّاعة مروحية مشقوقة مركبة حائدة عن المركز داخل غلاف دائري. وتتحرك الريش المنزلقة إلى داخل وخارج الشقوق. وعندما تدور الريش بوساطة فتحة الدخول، تجرف المائع وتحبسه ضد جدار المضخة. وتضيق المسافة بين الدفاعة المروحية وجدار المضخة بالقرب من فتحة الخروج. وعندما يُحمل المائع حول هذه الفتحة، تُدفع الريش إلى الداخل وينضغط المائع. ويهرع عندئذ المائع المضغوط إلى الخارج من فتحة الخروج.

المضخات الترددية:

تتكون من مكبس يتحرك إلى الخلف وإلى الأمام داخل أسطوانة. توجد فتحة لأحد طرفي الأسطوانة يمر عبره ذراع التوصيل للمكبس. والطرف الآخر للأسطوانة، المُسمى الطرف المغلق له صمام دخول أو صمام خروج، أو كلاهما، وفق طراز المضخة. وفي بعض المضخات الترددية، يكون صمام الدخول أو صمام الخروج مركبًا على المكبس. وتتضمن المضخات الترددية الشائعة المضخات الرافعة، والمضخات الدافعة، ومضخات إطار الدراجة.

كيف تعمل المضخة الرافعة تستخدم المضخات الرافعة لسحب الماء من بعض الآبار. يكون صمام الخروج على مكبس، حيث يتحرك إلى أعلى وإلى أسفل داخل أسطوانة المضخة. ويكون صمام الدخول عند الطرف المفتوح من الأسطوانة.

المضخات الرَّّافعة تسحب المياه من الآبار. يكون صمام الدخول عند نهاية الأسطوانة المغلقة ويكون صمام الخروج على المكبس. وعندما يُرفع المكبس، تُسحب المياه إلى أعلى خلال صمام الدخول. وعندما يتحرك المكبس إلى أسفل، ينغلق صمام الدخول، دافعًا الماء خلال صمام الخروج إلى أعلى فوق المكبس. وعندما يُرفع المكبس ثانيًا، ينغلق صمام الخروج ويُرفع الماء إلى فتحة، حيث يترك الماء المضخة. وفي نفس الوقت يُسحب ماء أكثر خلال صمام الدخول. ومن الممكن نظريًا للمضخة الرافعة أن ترفع الماء من بئر عمقها عشرة أمتار بكل تأكيد. وعلى كل حال، وبسبب التسرب والمقاومة، لا تستطيع المضخة الرافعة أن ترفع ماء يكون على عمق أكثر من حوالي 7,5م.

مضخة إطار الدراجة فيها مكبس يتحرك إلى أعلى وإلى أسفل. وعند رفع المكبس ينزل الهواء الموجود فوقه إلي أسفل المضخة، وعند دفع المكبس إلى أسفل يندفع الهواء إلى خارج الأنبوب.

المضخات الدّافعة تشبه المضخات الرافعة. ويكون صمام الدخول وصمام الخروج مركبين عند طرف الأسطوانة المغلق. وعندما يتحرك المكبس بعيدًا عن الطرف المغلق، يدخل السائل في الأسطوانة. وعندما يتحرك المكبس تجاه الطرف المغلق، يُدفع المائع إلى خارج صمام الخروج.

مضخات إطار الدراجة تختلف في عدد ومكان الصمامات التي بها، وفي الطريقة التي يدخل بها الهواء في الأسطوانة. وبعض مضخات إطارات الدراجة يكون بها صمام الدخول مركبًا على المكبس وصمام الخروج عند الطرف المغلق للأسطوانة. ويدخل الهواء المضخة بالقرب من النقطة حيث تمر ذراع التوصيل خلال الأسطوانة. وعندما تدفع الذراع إلى الخارج، يمر الهواء من خلال المكبس ويملأ المساحة بين المكبس وصمام الخروج. وعندما يُدْفع الذراع إلى الداخل، ينغلق صمام الدخول، ويدفع المكبس الهواء خلال صمام الخروج.

نبذة تاريخية

كانت وسائل الضخ أهم طريقة لنقل الموائع لآلاف السنين. استخدم قدماء المصريين نواعير (سواقي) ذات قواديس مركبة عليها لتنقل الماء لأغراض الري. تغرف القواديس الماء من الآبار والأنهار وترسبُها في قنوات لتحملها إلى الحقول. وفي القرن الثالث ق.م، صنع المكتشف اليوناني ستيسيبيوس الإسكندري مضخة ترددية لضخ الماء. وفي الوقت نفسه تقريبًا اكتشف أرخميدس ـ عالم الرياضيات اليوناني ـ مضخة مُلَولبة تُسمى الطنبور مركبة من لولب يدور داخل أسطوانة. ★ تَصَفح: أرخميدس. وقد استخدم هذا الطراز من المضخة لصرف وري وادي النيل.

لم يتم تطوير المضخات النابذة الحقيقية حتى أواخر القرن السابع عشر الميلادي، عندما صنع المكتشف الفرنسي المولد، دينس بابن مضخة ذات أرياش مستقيمة. ثم أدخل المكتشف البريطاني، جون أبولد مضخة نابذة ذات ريش مقوسة في عام 1851م. وكان أول استخدام للضواغط ذات الدفق المحوري على المحركات التوربينية النفاثة في الأربعينيات من القرن العشرين الميلادي.

★ تَصَفح أيضًا: معدات البناء ؛ الحلابة ؛ البئر.