في استكشافي للأنظمة الهيدروليكية، توصلت إلى تقدير مبدأ عمل مضخات التروستُعد هذه المضخات أساسية لنقل السوائل في تطبيقات متنوعة بفضل موثوقيتها وكفاءتها. يتيح لي فهم كيفية عمل المضخات الترسية استكشاف الأخطاء وإصلاحها بفعالية وتحسين أداء النظام. في هذه المقالة، سأتعمق في الآليات الأساسية وراء المضخات الترسية، موضحًا تصميمها وتشغيلها ومزاياها. هدفي هو تقديم رؤى قيّمة تساعد العاملين في هذا المجال على تعزيز فهمهم وتطبيقهم لهذه التقنية الحيوية.

●المفهوم الأساسي لمضخة التروس

مفهوم مضخة التروس بسيط للغاية. أبسط أشكالها هو ترسٌّان متساويان في الحجم يتشابكان ويدوران معًا في غلافٍ مُحكم. يشبه الجزء الداخلي من الغلاف شكل الرقم "8"، ويوجد ترسان بداخله. يتطابق القطر الخارجي وجانبا الترس تمامًا مع الغلاف. تدخل مادة الطارد إلى منتصف الترسين عند منفذ الشفط، وتملأ الفراغ، ثم تتحرك على طول الغلاف مع دوران الأسنان، وتُفرّغ أخيرًا عند تتشابك الأسنان.

اصطلاحًا، تُسمى مضخة التروس أيضًا جهاز الإزاحة الموجبة، وهي تشبه المكبس في الأسطوانة. عندما يدخل سنٌّ في الفراغ السائل لسنٍّ آخر، ولأن السائل غير قابل للانضغاط، لا يمكن أن يكون السائل والسن في نفس الوقت. يشغل السائل نفس الفراغ، فيُضغط السائل ميكانيكيًا.

بسبب التشابك المستمر للأسنان، تحدث هذه الظاهرة باستمرار، مما يوفر كمية تفريغ مستمرة عند مخرج المضخة، وتكون كمية التفريغ ثابتة مع كل دورة. مع الدوران المتواصل لعمود الإدارة، تُفرّغ المضخة السائل باستمرار. يرتبط تدفق المضخة ارتباطًا مباشرًا بسرعتها.

في الواقع، هناك فقدان طفيف للسوائل في المضخة، لأن هذه السوائل تُستخدم لتزييت المحامل وجانبي التروس، ولا يمكن لجسم المضخة أن يتناسب أبدًا بدون خلوص، وبالتالي لا يمكن تفريغ السائل من مخرج 100%، لذا فإن فقدان كمية صغيرة من السوائل أمر لا مفر منه، مما يمنع كفاءة تشغيل المضخة من الوصول إلى 100%. ومع ذلك، لا تزال المضخة تعمل بشكل جيد، وبالنسبة لمعظم المواد المبثوقة، لا يزال بإمكانها الوصول إلى كفاءة تتراوح من 93% إلى 98%.

بالنسبة للسوائل التي تتغير لزوجتها أو كثافتها أثناء العملية، لن تتأثر هذه المضخة كثيرًا. في حال وجود مُخمّد، مثل مصفاة أو مُقيّد على جانب منفذ التفريغ، تدفع المضخة السائل من خلاله. إذا تغير هذا المُخمّد أثناء التشغيل، أي إذا أصبحت شاشة المرشح متسخة أو مسدودة، أو زاد الضغط الخلفي للمُحدِّد، فستحافظ المضخة على معدل تدفق ثابت حتى الوصول إلى الحد الميكانيكي لأضعف مُكوّن في الجهاز.

هناك حدٌّ لسرعة المضخة، ويعتمد ذلك بشكلٍ رئيسي على سائل العملية. عند نقل الزيت، يمكن للمضخة الدوران بسرعة عالية، ولكن عندما يكون السائل بوليمرًا منصهرًا عالي اللزوجة، يزداد هذا التقييد بشكلٍ كبير أثناء النشاط البدني.

من الضروري جدًا دفع السائل عالي اللزوجة إلى الفراغ ذي السنّين على جانب منفذ الشفط. إذا لم يُملأ هذا الفراغ، فلن تتمكن المضخة من تفريغ معدل التدفق الدقيق، لذا تُعدّ قيمة PV عاملًا مُقيّدًا آخر ومُتغيّرًا في العملية. نظرًا لهذه القيود، سيُوفّر مُصنّعو المضخات الترسية مجموعة من المنتجات، بمواصفات وإزاحات مُختلفة. ستُصمّم هذه المضخات بما يتناسب مع عملية التطبيق المُحدّدة لتحسين سعة النظام وسعره.

تم دمج ترس وعمود مضخة PEP-II، وتم اعتماد عملية تقوية كاملة للجسم لإطالة عمر التشغيل. يتميز المحمل من النوع "D" بآلية تزييت قسري، مما يسمح للبوليمر بالمرور عبر سطح المحمل والعودة إلى جانب مدخل المضخة لضمان تزييت فعال للعمود الدوار. تقلل هذه الميزة من احتمالية احتباس البوليمر وتدهوره. يمكن لجسم المضخة المُشَكَّل بدقة أن يطابق بدقة المحمل من النوع "D" مع عمود التروس لضمان عدم انحراف عمود التروس ومنع تآكل التروس. يُشكل هيكل مانع التسرب من Parkwood ومانع التسرب من PTFE معًا مانع تسرب مُبَرَّد بالماء.

هذا النوع من السدادات لا يلامس سطح العمود فعليًا. يعتمد مبدأ السداد على تبريد البوليمر إلى حالة شبه منصهرة لتشكيل سدادة ذاتية. كما يمكن استخدام سدادة ريوزال، ذات أخاديد حلزونية عكسية على السطح الداخلي لسدادة العمود، مما يسمح بضغط البوليمر عائدًا إلى المدخل. لتسهيل التركيب، صممت الشركة المصنعة سطح تثبيت بمسامير حلقية يتوافق مع تركيب الفلانشات في المعدات الأخرى، مما يُسهّل تصنيع الفلانشات الأسطوانية.

مضخة التروس PEP-II مزودة بعناصر تسخين مطابقة لمواصفاتها، ويمكن للمستخدم اختيارها، مما يضمن التسخين السريع والتحكم في درجة الحرارة. وخلافًا لطريقة التسخين في هيكل المضخة، يقتصر تلف هذه المكونات على لوحة واحدة فقط، ولا يؤثر على المضخة بأكملها.

●جهاز القيادة

تُشغَّل مضخة التروس بواسطة محرك مستقل، ما يُمكِّنها من منع نبضات الضغط العكسي وتقلبات التدفق بفعالية. ويمكن التحكم في نبضات الضغط عند مخرج مضخة التروس ضمن نطاق 1%. يُمكِن استخدام مضخة تروس على خط البثق لزيادة معدل التدفق وتقليل زمن القص وبقاء المادة في جهاز البثق.

مضخة التروس الخارجية هي أكثر مضخات التروس استخدامًا، وتُشير عمومًا إلى مضخة التروس الخارجية. يظهر هيكلها في الشكل 1، ويتكون بشكل رئيسي من ترس القيادة، وترس التشغيل، وجسم المضخة، وغطاء المضخة، وصمام الأمان. تُشكل المساحة المغلقة التي يُشكلها جسم المضخة وغطاؤها والترس غرفة عمل مضخة التروس. تُركّب محاور الترسين على التوالي في فتحات المحامل على غطائي المضخة، ويمتد عمود ترس القيادة خارج جسم المضخة، ويُدار بواسطة المحرك. تتميز مضخة التروس الخارجية بهيكل بسيط، ووزن خفيف، وتكلفة منخفضة، وموثوقية تشغيل، ونطاق استخدام واسع.

عند تشغيل مضخة التروس، تدور عجلة القيادة مع المحرك، مما يدفع عجلة القيادة للدوران. عند فصل أسنان الشبكة على أحد جانبي حجرة الشفط تدريجيًا، يزداد حجم حجرة الشفط وينخفض الضغط، فيُسحب السائل من أنبوب الشفط إلى المضخة؛ ويُدفع سائل الشفط إلى حجرة التفريغ بواسطة الترس الموجود في أخدود الأسنان بطريقتين.

بعد دخول السائل إلى غرفة التفريغ، تتشابك أسنان التروس باستمرار، مما يُخرج السائل من غرفة التفريغ إلى أنبوب التفريغ. يدور ترس القيادة وترس التشغيل باستمرار، ويمكن للمضخة امتصاص السائل وتفريغه باستمرار.

جسم المضخة مُجهّز بصمام أمان. عندما يتجاوز ضغط التفريغ الضغط المُحدّد، يفتح سائل النقل تلقائيًا صمام الأمان لإعادة السائل عالي الضغط إلى أنبوب الشفط.

تتكون مضخة التروس الداخلية من زوج من التروس الداخلية المتشابكة، وقطع هلالية الشكل، وأغلفة المضخة، وغيرها. وظيفة القطعة الهلالية هي فصل حجرة الشفط عن حجرة التفريغ. عند دوران ترس القيادة، يتشكل فراغ جزئي، حيث ينفصل الترس، ويُسحب السائل إلى المضخة لملء أسنان حجرة الشفط، ثم يدخل حجرة التفريغ بطريقتين على طول الجانبين الداخلي والخارجي للقطعة الهلالية. عند دخول أسنان التروس في الشبكة، يُضغط السائل الموجود بينها ويُرسل إلى أنبوب التفريغ.

بالإضافة إلى خصائص قدرة التحضير الذاتي، وضغط التدفق والتفريغ، لا تحتوي مضخة التروس على صمام شفط أو صمام تفريغ على غلافها. تتميز ببنية بسيطة، وتدفق منتظم، وتشغيل موثوق، وكفاءة منخفضة، وضوضاء واهتزاز عاليين، وسهولة في التآكل. تُستخدم بشكل رئيسي لنقل أنواع مختلفة من الزيوت غير القابلة للتآكل والجسيمات غير الصلبة، وذات قدرة التزييت، والتي لا تتجاوز درجة حرارتها 70 درجة مئوية، مثل زيوت التشحيم والزيوت النباتية الصالحة للأكل. يتراوح معدل التدفق العام بين 0.045 و30 مللي ثانية/ساعة، ونطاق الضغط بين 0.7 و20 ميجا باسكال، وسرعة العمل بين 1200 و4000 دورة/دقيقة.

●الميزات الهيكلية

⑴ هيكل بسيط وسعر رخيص؛

⑵ متطلبات عمل منخفضة وتطبيق واسع؛

⑶ تشكل الأغطية الطرفية والأخاديد بين أسنان التروس العديد من حجرات العمل المغلقة الثابتة، والتي لا يمكن استخدامها إلا كمضخة كمية.

يعتمد هذا الترس على تقنية جديدة متقدمة دوليًا في تسعينيات القرن الماضي، وهي قوس جيب التمام ذي القوس المزدوج. بالمقارنة مع التروس الحلزونية، تتمثل أبرز ميزته في عدم وجود انزلاق نسبي على سطح ملف تعريف السن أثناء عملية تشبيكه، مما يضمن عدم تآكل سطح السن، وتوازنه أثناء التشغيل، وعدم احتباس السوائل، وانخفاض مستوى الضوضاء، وعمره الطويل، وكفاءته العالية. تتخلص المضخة من قيود التصميم التقليدي، مما يفتح آفاقًا جديدة في التصميم والإنتاج والاستخدام.

●تصنيف مضخة التروس

أما بالنسبة لمكونات التروس الأساسية، فهي تتكون بشكل أساسي من تروس عادية مشتركة مضخات التروس ومضخات التروس القوسية. تتميز مضخات التروس العادية الشائعة بمتانة أكبر من مضخات التروس القوسية الدائرية عند نقل المواد الملوثة، كما تتميز بهيكل خاص، ونقل مواد نظيفة، وانخفاض مستوى الضوضاء، وعمر افتراضي طويل. لكلٍّ منها مزاياه الخاصة.