Centrifugal pumps are used in drilling fluid cooling systems primarily to circulate the drilling fluid (mud) through the system.

يعتمد استخدام مضخات الطرد المركزي في نظام تبريد سوائل الحفر بشكل أساسي على قدرتها على توفير ضغط عالٍ ومعدلات تدفق عالية، مما يضمن تدفق مياه التبريد بسلاسة إلى جميع المعدات والآلات التي تحتاج إلى تبريد. وهذا يُسهم في الحفاظ على استقرار درجات حرارة المعدات والعمليات، وضمان التشغيل العادي.

في الإنتاج الصناعي، تعتبر أنظمة تداول مياه التبريد أمرًا بالغ الأهمية. تستطيع مضخات الطرد المركزي سحب مياه التبريد من أبراج أو خزانات التبريد، ثم نقلها عبر أنابيب إلى مختلف المعدات والآلات التي تحتاج إلى تبريد، مثل المولدات ووحدات التكرير والمفاعلات الكيميائية. بهذه الطريقة، يُمكن التخلص من الحرارة المتولدة أثناء تشغيل المعدات والآلات بسرعة، مما يضمن بقاء درجات حرارتها ضمن الحدود الآمنة. يُساعد هذا على الحفاظ على التشغيل العادي، وتحسين كفاءة الإنتاج، كما يُساهم في إطالة عمر المعدات.

بشكل عام، تطبيق مضخات الطرد المركزي في أنظمة تبريد الملاط، تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع. سواءً في هندسة الحفر، أو إنشاء البنية التحتية، أو غيرها من المجالات، فهي تلعب دورًا هامًا في ضمان التشغيل المستقر للمعدات والعمليات.

مبدأ العمل الرئيسي لمضخة الطرد المركزي متعددة المراحل

(1) يدور المكره بواسطة عمود المضخة، ويبذل السائل الموجود بين الشفرات شغلًا، ويدفعه مركز المكره إلى محيطه بفعل قوة الطرد المركزي. عندما يصل السائل إلى محيط المكره، يكون معدل التدفق مرتفعًا جدًا.

(2) يجمع غلاف المضخة السائل المنبعث من بين الشفرات، ويتدفق هذا السائل في الغلاف باتجاه توسيع القناة الدودية تدريجيًا، مما يحول الطاقة الحركية للسائل إلى طاقة ضغط ثابتة، مما يقلل من فقدان الطاقة. لذا، فإن دور غلاف المضخة لا يقتصر على جمع السائل فحسب، بل هو أيضًا جهاز لتحويل الطاقة.

(3) مبدأ شفط السائل: يعتمد على دوران المكره بسرعة عالية، مما يجبر مركز المكره للسائل على التخلص منه بسرعة عالية، وبالتالي تشكيل ضغط منخفض في وسط المكره، وبالتالي فإن السائل في الفتحة المنخفضة هو تيار ثابت من الشفط.

ظاهرة ربط الهواء

ظاهرة ربط الغازإذا تم ملء مضخة الطرد المركزي متعددة المراحل بالغاز في الغلاف قبل بدء التشغيل، فلا يمكن قذف غاز مركز المكره بعد بدء التشغيل لتشكيل فراغ كبير بما يكفي في المكان، بحيث لا يمكن امتصاص السائل الموجود في الأخدود. تُسمى هذه الظاهرة بربط الهواء. ولمنع حدوث ظاهرة ربط الغاز، تبدأ مضخات الطرد المركزي متعددة المراحل قبل غلاف المضخة بسائل خارجي لملء الفراغ. تُسمى هذه الخطوة من العملية ملء المضخة. ولمنع السائل المملوء في غلاف المضخة من التدفق إلى الفتحة المنخفضة بسبب الجاذبية، تم تجهيز مدخل خط شفط المضخة بصمام عدم رجوع (صمام سفلي)؛ إذا كان موضع المضخة أقل من مستوى السائل في الفتحة، فسيتم بدء التشغيل

ليست هناك حاجة لملء المضخة.

تُركّب عجلة التوجيه على محيط الدافع، مما يضمن كفاءة تحويل طاقة السائل في المضخة. عجلة التوجيه عبارة عن حلقة ثابتة ذات شفرات تحيط بالدافع. يكون اتجاه انحناء هذه الشفرات معاكسًا لاتجاه انحناء شفرات الدافع، وتكون زاوية انحناءها متوافقة تمامًا مع اتجاه تدفق السائل من الدافع، مما يُوجّه السائل لتغيير اتجاهه بسلاسة في قناة غلاف المضخة، ويُقلّل من فقدان الطاقة، كما أن كفاءة تحويل طاقة الضغط الديناميكي إلى طاقة ضغط ساكن عالية.

يُزيل ثقب التوازن الموجود على لوحة الغطاء الخلفي الدفع المحوري. عند ترك محيط المكره، يكون ضغط السائل أعلى، وسيتسرب جزء من المكره إلى المكره بعد الجانب الخلفي للوحة الغطاء، بينما يكون الجانب الأمامي للمكره من مدخل السائل منخفض الضغط، مما يُولّد الدفع المحوري للمكره الذي يُدفع إلى جانب مدخل المضخة. من المرجح أن يُسبب هذا تآكلًا عند التلامس بين المكره وغلاف المضخة، وفي الحالات الشديدة، سيُولّد اهتزازًا أيضًا. يُصمّم ثقب التوازن بحيث يتسرب جزء من السائل عالي الضغط إلى منطقة الضغط المنخفض، لتقليل فرق الضغط بين المكره قبل وبعد. ولكن هذا سيؤدي أيضًا إلى انخفاض في كفاءة المضخة.

مبدأ عمل مضخة الطرد المركزي

تولد آلة القيادة من خلال دوران المكره الذي يتم تشغيله بواسطة عمود المضخة قوة الطرد المركزيتحت تأثير قوة الطرد المركزي، يُقذف السائل على طول مجرى الريشة إلى مخرج المكره، حيث يجمعه غلاف الدودة ويُرسله إلى أنبوب التفريغ. يستمد السائل من المكره الطاقة، مما يزيد من ضغطه وطاقة سرعته، ويعتمد على هذه الطاقة لنقل السائل إلى مكان العمل.

في السائل يتم قذفه إلى مخرج المكره في نفس الوقت، مدخل المكره إلى المركز لتشكيل الضغط المنخفض، في خزان الشفط ومركز المكره للسائل ينشأ فرق الضغط بين، خزان الشفط في السائل في فرق الضغط تحت عمل خط أنابيب الشفط وغرفة شفط المضخة في المكره بشكل مستمر.

ثانياً، هيكل مضخة الطرد المركزي والأجزاء الرئيسية

تتكون مضخة الطرد المركزي بشكل أساسي من جسم المضخة، والمكره، وحلقة الختم، والعمود الدوار، وصندوق ختم العمود ومكونات أخرى، كما تم تجهيز بعض مضخات الطرد المركزي بعجلة توجيه، وعجلة مستحثة، وأقراص متوازنة وما إلى ذلك.

1. جسم المضخة: أي غلاف المضخة، بما في ذلك غرفة الشفط وغرفة الضغط.

① غرفة الشفط: وظيفتها هي جعل السائل يتدفق بالتساوي إلى المكره.

② غرفة الضغط: وظيفتها جمع السائل وتوجيهه إلى المكره التالي أو أنبوب التفريغ الموجه، مع تقليل سرعة السائل، مما يسمح بدخول الطاقة الحركية إلى طاقة الضغط. تتكون غرفة ضغط السائل من نوعين: صدفة دودية وورقة توجيه.

2. المكره: هو العنصر الوحيد في مضخة الطرد المركزي الذي ينقل الطاقة إلى السائل، المكره مثبت على العمود بمفتاح، يدور مع العمود الذي يحركه المحرك الرئيسي، وينقل طاقة المحرك الرئيسي إلى السائل من خلال الريش.

تصنيف المكره.

① وفقًا لتصنيف تدفق السائل: دافع شفط واحد (يوجد مدخل في جانب واحد من الدافع) ودافع شفط مزدوج (يتدفق السائل من كلا جانبي الدافع بشكل متماثل إلى قناة الدافع).

② وفقًا لاتجاه تدفق السائل بالنسبة لتصنيف محور الدوران: المكره الجريان السطحي، والمكره المحوري، والمكره التدفق المختلط.

③ وفقًا لتصنيف هيكل شكل المكره: المكره المغلق، المكره المفتوح والمكره شبه المفتوح.

٣. العمود: جزء مهم في نقل الطاقة الميكانيكية، وعزم دوران المحرك الرئيسي عبره إلى الدافع. عمود المضخة هو الجزء الرئيسي من دوار المضخة، وهو مُجهز بدوافع، وبطانات، وقرص توازن، وأجزاء أخرى. يُدعم عمود المضخة بمحامل من كلا الطرفين، ويدور بسرعة عالية داخل المضخة، مما يضمن قدرة تحمل عالية ومقاومة عالية للتآكل. عادةً ما تُصنع مواد عمود المضخة من الفولاذ الكربوني أو سبائك الفولاذ، مع إمكانية المعالجة. حلقة الختم: تُثبت في دوران الدافع وغلاف المضخة الثابت (في منتصف ريشة التوجيه) بين جهاز الختم. وظيفتها هي التحكم في الفجوة بين المضخة والضاغط، وزيادة مقاومة تدفق السائل بين غرف الضغط العالي والمنخفض، وتقليل التسرب. يُستخدم غلاف العمود لحماية عمود المضخة، مما يمنعه من التآكل. يمكن استبدال الغلاف عند الحاجة. ختم عمود مضخة العمود والأغطية الأمامية والخلفية بين جهاز صندوق الحشو يشار إليه باسم ختم العمود، وذلك أساسا لمنع المضخة من تسرب السائل والهواء إلى المضخة، من أجل تحقيق غرض الختم ومنع دخول الهواء الناجم عن تجويف المضخة. شكل ختم العمود: ختم مطاطي مع هيكل عظمي، ختم التعبئة وختم ميكانيكي. جهاز موازنة للقوة المحورية.

مضخات الطرد المركزي معلمات العمل الرئيسية

1. التدفق: أي أن المضخة تفرغ في وحدة زمنية كمية السائل، وعادة ما يتم التعبير عنها بوحدات الحجم، والرمز لها Q، والوحدة لها م3 / ساعة، م3 / ثانية، ل / ثانية، وهكذا.

2. الرأس: نقل وحدة وزن السائل من مدخل المضخة (شفة مدخل المضخة) إلى مخرج المضخة (شفة مخرج المضخة)، طاقة القيمة المضافة، معبراً عنها بـ H، الوحدة هي kgf.m/kgf.

٣. سرعة الدوران: سرعة المضخة هي عدد المضخات التي تدور في الدقيقة، مع الإشارة إلى N. سرعة المحرك N عادةً ما تكون حوالي ٢٩٠٠ دورة في الدقيقة.

4. هامش التجويف: هامش التجويف لمضخة الطرد المركزي هو المعلمة الرئيسية لأداء المضخة، مع الرمز Δhr، معبراً عنه بأمتار عمود السائل.

٥. القدرة والكفاءة: قدرة دخل المضخة لعمود الدوران N، أي قدرة خرج المحرك. قدرة خرج المضخة للقدرة الفعالة Ne.