تعمل جميع المضخات بنفس المنطق: تدفع السائل حتى يتحرك. تقذف المضخات الطاردة المركزية السائل إلى الخارج بواسطة دافع دوّار. تحبس مضخات التروس السائل بين الأسنان. أما مضخة التجويف التقدمي فتفعل ذلك بواسطة لولب يتقدم عبر أنبوب مطاطي، والحيلة كلها أصعب في شرحها بجملة واحدة من مشاهدتها في رسم مقطوع.
ومع ذلك، بمجرد أن تراه، يبقى المبدأ معك. إليك كيف يعمل، وما تفعله الأجزاء، ولماذا يتصرف التصميم بهذه الطريقة.
الفكرة الأساسية: دوّار يدور في مدار، لا يدور حول محوره
تتكون مضخة التجويف التقدمي من جزأين عاملين. الدوّار هو لولب معدني أحادي البدء. والعضو الثابت (الستاتور) هو أنبوب مبطّن بالمطاط بداخله حلزون مزدوج البدء، بخطوة تساوي ضعف خطوة الدوّار. يُدار الدوّار عبر مفصل عام بحيث لا يدور على خط مركزي ثابت. بدلاً من ذلك، يتدحرج بشكل لا مركزي داخل العضو الثابت، مع تعشيق خيطه باستمرار مع الخيط المطاطي.
هذا التعشيق المستمر هو ما يحكم إغلاق المضخة. بين الدوّار والعضو الثابت توجد دائماً سلسلة من جيوب السائل المغلقة، كل واحد منها مفصول عن التالي بخط تلامس بين المطاط والمعدن. عندما يدور الدوّار في مداره، يتحرك كل جيب خطوة واحدة نحو منفذ التفريغ. تنفتح جيوب جديدة عند الشفط، وتنغلق القديمة عند التفريغ. لا يتسارع السائل أبداً، ولا يتوقف أبداً، ولا يرتد أبداً. إنه ينتقل فقط.
الأجزاء وما تفعله فعلياً
وحدة المضخة الكاملة أكثر من مجرد دوّار وعضو ثابت، ولكل مكوّن وظيفة محددة:
- الدوّار. اللولب المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يقوم بالدفع. تشطيب سطحه مهم، لأن الدوّار الخشن يسرّع تآكل البطانة المطاطية للعضو الثابت.
- العضو الثابت (الستاتور). التجويف المبطّن بالمطاط. يشكل مانع التسرب ويمتص التآكل. وهو دائماً أول جزء يحتاج إلى الاستبدال.
- المفصل العام. يربط عمود الإدارة بالدوّار ويمتص المدار اللامركزي للدوّار. مخفي داخل المضخة، ومن السهل نسيانه، ويستحق الفحص في كل مرة يُخرج فيها العضو الثابت.
- هيكل المضخة والشفاه. قناة المدخل والمخرج، مع توصيلات DIN أو ANSI أو ISO لتتناسب مع أنابيبك.
- محرك الإدارة وعلبة التروس. يطابقان السرعة وعزم الدوران مع التطبيق. السرعة هي التحكم في معدل التدفق، لذا فهي أيضاً قرص الجرعات.
لماذا يتناسب معدل التدفق مع السرعة
كل دورة للدوّار تحرك مجموعة واحدة بالضبط من الجيوب، وكل جيب يحتوي على حجم ثابت من السائل. لا شيء ينزلق، ولا شيء يتسرب للخلف، على الأقل ما دام العضو الثابت سليماً. وهذا يعني أن معدل التدفق مرتبط بسرعة الدوران. ضاعف السرعة، تضاعف التدفق، دون الحاجة إلى صمامات أو خنق.
لهذا تُستخدم مضخات التجويف التقدمي في الجرعات والقياس. لا تحتاج إلى مقياس تدفق وحلقة تحكم للحفاظ على معدل. تضبط سرعة المحرك وتحافظ المضخة على ذلك، ضمن واحد أو اثنين بالمائة، ما دام العضو الثابت يحافظ على إحكامه.
لماذا يعتمد الضغط على عدد المراحل
يمكن لكل جيب مغلق أن يتحمل قدراً معيناً من الضغط قبل أن يبدأ السائل بالتسرب عبر تلامس الدوّار والعضو الثابت. كوّم المزيد من الجيوب، ويمكنك تحمل ضغط أكبر، وهذا هو بالضبط ما تفعله مراحل العضو الثابت الإضافية. الأرقام العملية التي نبني عليها:
- 1L مرحلة واحدة، حتى 6 بار
- 2S مرحلتان، حتى 12 بار
- 3S ثلاث مراحل، حتى 18 بار
- 4S أربع مراحل، حتى 24 بار، مع تصنيع مخصص فوق ذلك
وهذا يفسر أيضاً نظام أرقام الطرازات. في SGP025-2S، SGP هي السلسلة، و025 هو حجم التجويف (تجويف أكبر يعني تدفقاً أكبر لكل دورة)، و2S هو عدد المراحل. اقرأ هذه الأجزاء الثلاثة وستعرف بالفعل فئة تدفق المضخة وتصنيف ضغطها.
ماذا يعني هذا عملياً
لأن التدفق مستمر والجيوب مغلقة، توفر مضخة التجويف التقدمي تياراً سلساً خالياً من النبضات، وهو أمر مهم للسوائل الحساسة للقص مثل مواد الندف ولب الفاكهة. ولأن الدوّار يدفع بدلاً من أن يقذف، فإن اللزوجة لا تُنهي الأداء كما تفعل في المضخة الطاردة المركزية. ولأن المضخة يمكنها سحب فراغ عند الشفط، فإنها تعمل ذاتياً دون ماء تشغيل أو صمامات قدم.
المقايضات هي تلك التي نذكرها دائماً: يتآكل العضو الثابت ويجب استبداله وفق الجدول الزمني، والمضخة تكلف أكثر من مضخة طاردة مركزية بنفس التدفق. إذا كان سائلك رقيقاً ونظيفاً ورخيص النقل، فإن مضخة التجويف التقدمي مبالغ فيها. أما إذا كان سميكاً أو حبيبيّاً أو هشاً، فلا يوجد شيء آخر يقوم بالعمل بهذه اللطف.