المضخات وكيفية اختيارها

المضخات وكيفية اختيارها

قراءة منحنى الأداء وتحديد ترتيب المضخات والتحكم في استهلاك الطاقة

يجب أن تقوم المضخة بتزويد المياه التي تحتاجها الفوهات بالطاقة الكافية وتحت ظروف يمكن السيطرة عليها. يكون اختياره صحيحًا عندما يكون متوافقًا مع شبكة الأنابيب ونوع الفوهة وبرنامج العرض وظروف التثبيت.

إن المضخة التي تخلق الارتفاع المطلوب للنافورة في لحظة واحدة فقط ليست بالضرورة الخيار الصحيح لسنوات من التشغيل. يجب أيضًا فحص الأداء في الأوضاع المختلفة والكفاءة وظروف الشفط وقابلية الإصلاح وجودة التحكم.

في الفصل 20، تم حساب المتطلبات الهيدروليكية للنظام وفي الفصل 21، تم فحص اختيار الفوهة. يوضح هذا الفصل كيف تترجم هذه المعلومات إلى اختيار المضخة والمحاذاة الصحيحة.

22–1. المعلومات الضرورية قبل اختيار المضخة

يجب أن يبدأ الاختيار بورقة المتطلبات. الحد الأدنى من المعلومات هو:

• معدل التدفق والرأس المطلوب في أوضاع التشغيل الرئيسية.

• نوع وعدد الفوهات لكل دائرة.

• الحد الأدنى والحد الأقصى لمستوى المياه.

• درجة حرارة وخصائص الماء.

• شروط التثبيت والوصول.

• ساعات العمل وعدد مرات الإطلاق.

• الحاجة إلى تغيير ارتفاع وسرعة الاستجابة.

• مواصفات الكهرباء ونظام التحكم.

• المستوى المطلوب لاستمرارية العمل والمعدات الاحتياطية.

بالنسبة للنافورة الدرامية، نقطة تصميم واحدة ليست كافية. قد تقوم المضخة بتغذية جميع الفوهات في جزء واحد من الشاشة ومجموعة واحدة فقط في جزء آخر. يخلق كل وضع ظروفًا هيدروليكية مختلفة.

أيضًا، يتم الحصول على معدل تدفق مضخة العرض ومضخة التنقية ومضخة التفريغ من الاحتياجات المختلفة. لا يتم اختيارهم وفقًا لمعيار مشترك.

22–2. تصنيف المضخات

عند اختيار المضخة، يجب تحديد العديد من الميزات المستقلة:

في مقدمة مضخات النافورة الحضرية، تقدم GSO التركيب المغمور والجاف بالإضافة إلى تشغيل الدورة الثابتة والمتغيرة في فئات منفصلة. هذا التقسيم مفيد للاختيار الأولي؛ ويجب أن تكون المواصفات النهائية مستمدة من النموذج التفصيلي. مضخات النافورة الحضرية GSO ^[133]

اسم العلامة التجارية أو الاستخدام العام للمضخة وحده ليس حاسما. يجب التحقق من منحنى الأداء وظروف التثبيت المسموح بها والتوافق مع تطبيق النافورة.

22–3. مضخة غاطسة أم مضخة ذات تركيب جاف؟

يتم تركيب المضخة الغاطسة في الماء ويمكنها في بعض الترتيبات تقصير مسار النقل. من ناحية أخرى، أصبح الوصول إلى الخدمة والحد الأدنى من عمق العمل والكابلات وإمكانية إزالة المضخة أكثر أهمية.

عادة ما يتم وضع المضخة الجافة المثبتة خارج البركة أو الخزان. يمكن أن يوفر هذا الترتيب وصولاً مناسبًا للصيانة، ولكنه يتطلب تصميم مسار الشفط ومساحة الخدمة والتهوية والتحكم في التسرب.

يختلف التثبيت الجاف عن العمل الجاف. المضخة المسموح بتركيبها خارج الماء يجب أن تظل بها مياه في مسارها الهيدروليكي ويجب تشغيلها وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة.

تقبل بعض الطرز طريقتي التثبيت، لكن حدود وظروف درجة الحرارة الخاصة بها مختلفة. على سبيل المثال، تنص OASE على متطلبات تركيب منفصلة تحت الماء وجاف لـVarionaut 150. مواصفات Varionaut 150 ^[134]

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 1-22: مقطعان عرضيان تخطيطيان لدائرة مماثلة مع مضخة غاطسة ومضخة خارج الخزان. تحديد مستوى المياه ومسار الشفط والوصول إلى الخدمة وموقع المعدات. التسمية التوضيحية المقترحة: "يجب تنسيق طريقة تركيب المضخة مع المكونات الهيدروليكية والهندسة المعمارية والصيانة."

22–4. قراءة منحنى أداء المضخة

المنحنى الرئيسي يوضح العلاقة بين معدل التدفق $Q$ والرأس $H$ في ظروف معينة. يتم الحصول على نقطة العمل الفعلية من تقاطع هذا المنحنى مع منحنى الشبكة.

لإجراء مراجعة شاملة، عادةً ما تكون المعلومات التالية مطلوبة:

تم توضيح هذه المجموعة من المعلومات أيضًا في دليل منحنى المضخة الخاص بالمعهد الهيدروليكي. دليل منحنيات المضخة المعهد الهيدروليكي ^[135]

قبل قراءة المخطط، يجب معرفة المحيط وقطر المكره وتردد الطاقة وظروف السوائل. لا يمكن استقراء منحنى خطوة واحدة أو قطر المروحة إلى ترتيب آخر دون التحقق.

كما أن الحد الأقصى للرأس والحد الأقصى للتدفق لا ينتميان عادةً إلى نفس النقطة. إن إدراج هذين الرقمين في الكتالوج لا يشير إلى توريدهما في وقت واحد.

22–5. نقطة أفضل الكفاءة ونطاق العمل

نقطة الكفاءة الأفضل أو BEP هي نقطة الكفاءة القصوى للمضخة عند قطر دافع معين. للاختيار، هناك نطاقان آخران مهمان أيضًا:

• POR: نطاق العمل المفضل.

• AOR: نطاق التشغيل المسموح به، والذي يتم تحديد حدوده حسب تصميم وظروف المضخة.

يعد قرب التشغيل العادي من النطاق المطلوب أمرًا مهمًا من حيث الكفاءة والموثوقية. ومع ذلك، ليس من الممكن الإعلان عن نسبة ثابتة من معدل تدفق أفضل الممارسات البيئية لجميع المضخات باعتبارها النطاق المسموح به. أساسيات نطاقات تشغيل المضخات، المعهد الهيدروليكي ^[136]

وفي النافورة الموسيقية يجب أيضًا التحقق من مدة وجود المضخة في كل حالة. التمريرة القصيرة من نقطة ما لا تعني التمريرة الطويلة عند نفس النقطة.

إن التشغيل بمعدل تدفق منخفض للغاية أو قريب من حالة الإخراج المغلقة مقبول فقط ضمن الحدود والمدة التي تسمح بها الشركة المصنعة. إن وجود جهاز التحكم عن بعد وحده لا يزيل هذه القيود.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 2-22: رسم بياني للتدريب للرأس والكفاءة يوضح أفضل الممارسات البيئية والنطاق المفضل والنطاق المسموح به. التسمية التوضيحية المقترحة: "يجب أن يغطي اختيار المضخة نقطة التصميم ونطاق التشغيل الفعلي." يجب أن تكون الحدود تخطيطية ولا يتم تقديمها كنسبة مئوية عامة.

22–6. مثال للاختيار بين ثلاث مضخات افتراضية

في مثال الفصل 20، تم الحصول على متطلبات الشبكة على النحو التالي:

$Q=21.6m^3/h$

$H\approx 11.56m$

نفترض أن المضخات الثلاث في الدائرة المدروسة، وبنفس معدل التدفق، تتمتع بالخصائص التالية:

هذه البيانات تعليمية ولا تنتمي إلى المنتج الفعلي. على سبيل المثال، من المفترض أن المنحنيات تنازلية ومستقرة في نطاق التحقيق.

الخيار أ: لا يوجد رأس كافٍ عند التفريغ المستهدف. ولذلك لا يمكنها توفير معدل التدفق والرأس المطلوبين في الدورة المدروسة.

الخيار ب: يتوافق مع احتياجات الشبكة عند النقطة المحددة وهو أكثر ملاءمة لمزيد من التقييم.

الخيار ج: إنتاج المزيد من الرأس بمعدل التدفق المستهدف. توصيله مباشرة بالشبكة لا يحافظ بالضرورة على التدفق عند قيمة التصميم؛ يتم نقل نقطة العمل إلى التقاطع الجديد للمنحنيات.

إذا أردنا الحفاظ على تدفق الخيار C عند القيمة المستهدفة مع الصمام، فإن الرأس الإضافي يساوي تقريبًا:

$\Delta H=17.33-11.56\approx 5.77m$

يضيع هذا الرأس في المقاومة المضافة. يعد ضبط الدورة أو اختيار الشفرة المناسبة، إذا كان مسموحًا بذلك للمنتج، من الخيارات الأخرى التي يجب أخذها في الاعتبار.

الاختيار ب لا يزال غير نهائي. يجب التأكد من المنحنى الكامل وحالة الشفط والمدى المسموح به وقوة المحرك وأداء المشاهد الأخرى.

22–7. مقارنة بين الطاقة وتكلفة التشغيل

بالنسبة للخيارين B وC، في نفس المدين:

$P_h=\rho gQH$

بافتراض كفاءة المحرك بنسبة 88% وعدم وجود محرك في هذه المقارنة:

$P_{electrical}=\frac{\rho gQH}{{\eta }_p{\eta }_m}$

بالنسبة للخيار ب:

$P_B=\frac{1000\times 9.81\times 0.006\times 11.564}{0.65\times 0.88}\approx 1.19kW$

بالنسبة للخيار C مع ضبط الصمام على نفس معدل التدفق:

$P_C=\frac{1000\times 9.81\times 0.006\times 17.334}{0.60\times 0.88}\approx 1.93kW$

يبلغ فرق الاستهلاك في هذه الحالة حوالي 0.74 كيلو واط. بافتراض التشغيل السنوي 1800 ساعة في نفس الوضع:

$\Delta E\approx 1336kWh/year$

هذه النتيجة صالحة فقط لافتراضات المثال. في المشروع الفعلي، يجب حساب الاستهلاك مع مدة العمل في المشاهد المختلفة، والكفاءة الفعلية للمحرك والقيادة، وقوة المعدات الطرفية.

كما أن الطاقة المقدرة للمحرك ليست هي نفس استهلاك الطاقة الفوري. يجب أن يكون واضحًا أن الطاقة المدخلة في الوثيقة هي قوة المحور أو قوة إدخال المحرك أو قوة المجموعة بأكملها.

22–8. تحقق من الشفط والحد الأدنى لمستوى الماء

يجب تقييم ظروف الشفط في وضع التشغيل غير المواتي؛ بما في ذلك أدنى مستوى للمياه وأعلى درجة حرارة متوقعة وزيادة نعومة الشفط.

وجود الماء فوق المضخة وحده لا يكمل التحقيق. يمكن أن تسبب أيضًا تيارات الدوامة وسحب الهواء وضعف التدفق بالقرب من المدخل مشكلات.

يجب مقارنة قيمة $NPS{H}_A$ مع $NPS{H}_R$ والهامش المناسب. إذا كان المنحنى التأسيسي يعتمد على $NPS{H}_3$، فإن الوصول إلى تلك القيمة لا يعني غياب التجويف؛ يرتبط هذا المؤشر بالانخفاض المحدد في الأداء في الاختبار. أساسيات NPSH وهامش الشفط ^[137]

يجب أيضًا تحديد الحد الأدنى للغمر والمسافة من الأرض والجدار وهندسة المدخل وفقًا للمنتج وترتيب التثبيت.

في الأماكن التي يمكن للجمهور الوصول إليها، يجب التحقق من تصميم مدخل الشفط للتأكد من عدم الانحباس والوصول إليه من قبل الأفراد. إن النعومة الطبيعية للمضخة وحدها لا تؤكد سلامة هذا المدخل.

22–9. التحكم عن بعد واستجابة العرض

يمكن استخدام جهاز التحكم عن بعد لضبط الارتفاع وتقليل الاستهلاك في بعض الأوضاع والتنسيق مع الشاشة. ولكن يجب أن يكون نوع التحكم متوافقًا مع محرك المضخة وإلكترونياتها.

هناك ترتيبان شائعان هما:

محرك متوافق مع محرك أقراص خارجي: يقوم محرك الأقراص بتغيير سرعة المحرك ضمن النطاق المسموح به.

تحتوي المضخة على تحكم إلكتروني مخصص: يتم إعطاء الأمر للمجموعة من خلال مدخلات أو بروتوكول محدد.

لا ينبغي توصيل أي مضخة أحادية الطور أو مضخة مزودة بإلكترونيات مدمجة بالمحرك العام. يجب توثيق التوافق.

تقدم GSO مضخات التحكم DMX 24V للتحكم في النافورة. يذكر Crystal أيضًا محركًا بدون فرش وتحكم DMX / RDM في طراز 70 Basin. مضخات التحكم GSO ^[138], مضخة التحكم الكريستالية ^[139]

تعتمد سرعة الاستجابة على مجموعة المضخة والأنبوب والفوهة. على سبيل المثال، يوفر OASE وقتًا للوصول إلى الارتفاع الكامل لطائرة Varionaut 150 مع فوهة بمواصفات Comet تبلغ 10-12. لا ينبغي تعميم هذه البيانات على أي شبكة. معلومات الاستجابة الديناميكية لـVarionaut 150

ويجب أيضًا تحديد الحد الأدنى لعدد الدورات والتبريد وعدد مرات البدء والسلوك عند فصل التوجيه.

22–10. مضخة مشتركة أم مضخة مخصصة لكل مجموعة؟

يمكن للمضخة المشتركة تغذية عدة فوهات أو مجموعات. يؤدي هذا الترتيب إلى تقليل عدد المضخات، لكن تغيير حالة فرع واحد قد يغير ضغط الفروع الأخرى.

وتسمح مضخة مخصصة لكل مجموعة بتعديل أكثر استقلالية، ولكن يزداد عدد المعدات والكابلات ونقاط الصيانة.

يجب أن يبدأ التحديد من سيناريو العرض. إذا كان يجب أن يكون لدى عدة مجموعات ارتفاعات مختلفة في نفس الوقت، فإن المضخة المشتركة التي لا تحتوي على معدات الضبط المناسبة لن توفر هذا الاستقلال.

22–11. الترتيب الموازي والمتسلسل والاحتياطي

في الترتيب المتوازي، يتم جمع تدفق المضخات في نفس الرأس معًا. يتم الحصول على التفريغ الفعلي للمجموعة من تقاطع المنحنى المدمج مع منحنى الشبكة؛ لذا فإن تشغيل المضخة الثانية لا يؤدي بالضرورة إلى مضاعفة معدل التدفق الفعلي.

في هذا الترتيب، يجب أيضًا التحقق من توافق المنحنيات ومنع التدفق العكسي وتشغيل المضخة الواحدة. التشغيل الموازي للمضخات KSB ^[140]

في ترتيب متسلسل، يتم تجميع الرؤوس في تفريغ مشترك. يصبح ضغط الغلاف والمفاصل المسموح به، وظروف مدخل المضخة اللاحقة، وتنسيق بدء التشغيل أمرًا مهمًا.

المضخة الاحتياطية لها دور مختلف. إذا كانت هناك حاجة إلى مضختين لتوفير القدرة الكاملة، فلا يعتبر أي منهما احتياطيًا كاملاً للأخرى.

يجب أن يكون مستوى الدعم واضحًا: استمرار العرض بأكمله، أو استمرار جزء منه، أو ببساطة الحفاظ على الدورة الدموية اللازمة للمياه. ويحدد هذا القرار عدد وقدرة المضخات الاحتياطية.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 3-22: ثلاثة مخططات بسيطة لمضخة مشتركة، ومضخات جماعية مستقلة، وترتيب الاحتياطي الرئيسي. العنوان الفرعي المقترح: "يجب تنسيق عدد المضخات مع استقلالية العرض ومستوى استمرارية العمل المطلوب."

22–12. المواد والختم والحماية

يجب أن تكون مادة الجسم والمروحة متوافقة مع الماء والمواد المستخدمة في التشغيل والظروف البيئية. عناوين مثل "الصلب" أو "مقاوم للماء" لا تحل محل المواصفات التفصيلية.

تعتبر الأختام والكابلات والتجهيزات والأجزاء الداخلية أيضًا جزءًا من الاختيار. لا يضمن تصنيف IP وحده التوافق مع جودة المياه أو العمق المطلوب أو التشغيل المقاوم للماء.

يتم تحديد وسائل الحماية حسب المنتج والدائرة ويمكن أن تشمل:

• وقف انخفاض منسوب المياه.

• الحماية من الحمل الزائد ودرجة الحرارة غير المصرح بها.

• الكشف عن ظروف التدفق أو الضغط غير المناسبة .

• الحماية الكهربائية حسب النظام .

• تسجيل الأخطاء ومنع بدء التشغيل غير الآمن.

مستشعر المستوى والحماية الحرارية والتحكم في التدفق لها وظائف مختلفة. فوجود أحدهما لا يحل بالضرورة محل الآخرين. سيتم مناقشة تفاصيل الحماية الكهربائية في الفصل الخاص بالكهرباء والسلامة.

22–13. وضع وتركيب يمكن صيانته

بالنسبة للمضخة، يجب توفير مسار الإزالة ومساحة العمل وإمكانية الفصل. يجب أن تكون أبعاد الصمام متناسبة مع حجم ووزن المعدات القابلة للاستبدال.

في التركيب الجاف، يجب فحص مسار الشفط وفقاً لظروف المضخة والنقاط المعرضة لتراكم الهواء. يجب أن يمنع دعم الأنابيب أيضًا نقل الحمولة بشكل غير صحيح إلى المضخة.

في التركيب المغمور، يعد الوضع المستقر والوصول إلى المدخل ومسار الكابل أمرًا مهمًا. لا ينبغي استخدام كابل الطاقة كوسيلة لرفع المضخة.

في كلا الترتيبين، ينبغي توقع المواقع المناسبة لقياس الضغط والتدفق من مرحلة التصميم. غياب هذه النقاط يجعل من الصعب تحديد سبب عدم ارتفاع النافورة وقت التركيب.

22–14. وثائق الشراء واختبار التسليم

بالإضافة إلى الاسم والصفة، يجب أن تحتوي مستندات الشراء على مواصفات قابلة للتقييم:

يجب أن يتم اختبار التسليم في أوضاع محددة. يتيح قياس التدفق أو الضغط أو السرعة أو أمر التحكم ومدخلات الطاقة المقارنة مع التصميم.

لحساب الرأس الفعلي للمضخة من أجهزة قياس الضغط، ينبغي أيضًا مراعاة الفرق في الارتفاع وسرعة الرأس عند نقاط القياس. الضغط وحده لا يساوي دائمًا رأس المضخة.

كما يجب أن يتم اختبار مجموعات العرض والإيقاف والتشغيل المختلفة للحماية حسب الطريقة المعتمدة. لاختبار الحماية، لا ينبغي وضع المضخة عمدا في حالة ضارة دون الحصول على إذن من الشركة المصنعة.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 4-22: الصورة الفعلية لمجموعة المضخة المثبتة مع ملصق المعدات ونقاط القياس المحددة. التسمية التوضيحية المقترحة: "يتم الانتهاء من تسليم المضخة عن طريق تسجيل الأداء الفعلي في دائرة المشروع." يجب إدراج البيانات فقط من التقرير الصحيح لنفس المشروع.

22–15. الحفاظ على الحالة المرجعية وتسجيلها

بعد بدء التشغيل، يجب تسجيل الحالة المرجعية لكل مضخة: التدفق، الرأس، الطاقة، التوجيه أو سرعة العمل، مستوى الماء وظروف الفلتر. هذه المعلومات ذات قيمة للكشف عن التغييرات المستقبلية.

إذا انخفض ارتفاع النافورة، فيجب التحقق من السبب قبل زيادة المسافة. يمكن أن يؤدي انسداد المصفاة أو تغير مستوى الماء أو دخول الهواء أو تغير حالة الصمام أو التآكل إلى نتيجة مماثلة.

يجب أن يكون جدول الصيانة مطابقًا لتعليمات الشركة المصنعة ونوعية المياه وساعات العمل. يجب أيضًا توفير قطع الغيار اللازمة وطريقة الاستبدال والنسخ الاحتياطي للتكوين للمستخدم.

في الفصل 23، يتم فحص هيكل النافورة والبركة وختمها؛ بدءًا من أحمال المياه والمعدات وحتى تفاصيل اللحامات وممر الأنابيب وتنسيق الهيكل والمرافق واختبار الختم قبل التثبيت النهائي للمعدات.