كيفية حساب التدفق والضغط لمضخة الصرف الصحي الغاطسة

يصبح اختيار مضخة الصرف الصحي الغاطسة أسهل بكثير بمجرد معرفة رقمين: كمية مياه الصرف الصحي المراد ضخها، ومقدار الضغط الكلي الذي يجب أن تتغلب عليه المضخة . وعادةً ما يُعرض هذان الرقمان على شكل معدل التدفق بالمتر المكعب في الساعة، والضغط بالمتر. تكمن الصعوبة في أنه لا ينبغي تخمين أي من هاتين القيمتين من قدرة المحرك، أو حجم أنبوب التصريف، أو الأرقام القصوى المذكورة في الكتالوج.

بالنسبة لنظام ضخ مياه الصرف الصحي، يعتمد معدل التدفق المطلوب على سرعة دخول مياه الصرف إلى الحفرة أو محطة الضخ، وعلى كيفية تشغيل النظام. أما الارتفاع المطلوب فيعتمد على فرق مستوى السائل بين جانبي السحب والتفريغ، بالإضافة إلى المقاومة الناتجة عن خط أنابيب التفريغ والصمامات والوصلات. وبمجرد حساب هذه القيم، تُحدد نقطة التشغيل الفعلية للمضخة. إذا كنت لا تزال بصدد تحديد نوع المضخة المناسبة لمياه الصرف الصحي، فاقرأ دليلنا. دليل شراء مضخات الصرف الصحي الغاطسة أولاً، لأن المواد الصلبة والألياف والتآكل وتصميم المروحة تؤثر أيضاً على الاختيار النهائي.

1. ابدأ بتحديد معدل تدفق مياه الصرف الصحي الذي تحتاج إلى ضخه فعليًا

يجب أن يُستمد تدفق المضخة المطلوب من كمية مياه الصرف الصحي الداخلة إلى النظام، وليس من أقصى تدفق لنموذج مضخة مُلائم للأنبوب. في أنظمة الصرف الصحي السكنية أو التجارية، قد يتغير التدفق الداخل على مدار اليوم. وقد تُصرّف المصانع مياه الصرف الصحي وفقًا لنوبات الإنتاج أو دورات الغسيل أو عمليات الدفعات. أما أنظمة تصريف مياه الأمطار والصرف الصحي، فقد تشهد فروقًا أكبر بين الظروف العادية وظروف الذروة. لذا، ينبغي أن يُراعي التصميم أقصى تدفق واقعي يُتوقع أن يتعامل معه نظام الضخ ، مع الأخذ في الاعتبار أيضًا الحجم القابل للاستخدام للبئر الرطبة وطريقة التحكم في المضخات.

على سبيل المثال، إذا كانت حفرة معالجة مياه الصرف الصحي تستقبل عادةً 25 مترًا مكعبًا في الساعة، ولكنها تصل إلى 60 مترًا مكعبًا في الساعة خلال فترة التشغيل المتوقعة القصوى، فإن اختيار المضخة بناءً على متوسط ​​التدفق البالغ 25 مترًا مكعبًا في الساعة يسمح لمستوى السائل بالاستمرار في الارتفاع عند بلوغ التدفق ذروته. في الوقت نفسه، لا يُعد تركيب مضخة بسعة 150 مترًا مكعبًا في الساعة بالضرورة خيارًا أفضل. فقد تُفرغ مضخة كبيرة الحجم حفرة صغيرة بسرعة كبيرة، ثم تُعاود التشغيل بمجرد ارتفاع المستوى مرة أخرى، مما يُؤدي إلى دورات تشغيل وإيقاف متكررة. في نظام مُصمم جيدًا، تُؤخذ سعة المضخة، وسعة خزان التجميع، ومستويات التشغيل والإيقاف، والتدفق المتوقع في الاعتبار معًا. بالنسبة للمنشآت البلدية أو الصناعية الكبيرة، قد تعمل عدة مضخات بالتناوب أو بالتوازي بدلًا من الاعتماد على وحدة واحدة كبيرة الحجم.

2. فهم المعنى الحقيقي لرأس مضخة الصرف الصحي

بمجرد معرفة متطلبات التدفق، تتمثل الخطوة التالية في حساب الارتفاع الهيدروليكي. في معظم أنظمة نقل مياه الصرف الصحي، يتكون الارتفاع الهيدروليكي الكلي بشكل رئيسي من الارتفاع الساكن والارتفاع الناتج عن الاحتكاك . ينشأ الارتفاع الساكن من فرق الارتفاع والضغط بين السائل عند المصدر ونقطة التصريف النهائية. أما الارتفاع الناتج عن الاحتكاك فهو الطاقة المفقودة أثناء مرور مياه الصرف الصحي عبر الأنابيب والمرفقات والصمامات وصمامات عدم الرجوع والمكونات الأخرى. يصف معهد الهيدروليكا الارتفاع الهيدروليكي للنظام عند تدفق معين بأنه مجموع الارتفاع الساكن والفقد الناتج عن الاحتكاك، ويتغير هذا الارتفاع بتغير التدفق لأن الاحتكاك يزداد مع زيادة السرعة.

تُعدّ العلاقة المبسطة التالية مفيدة للعديد من أنظمة ضخ مياه الصرف الصحي:

إجمالي الضغط الديناميكي = الضغط الساكن + فقدان الاحتكاك في الأنابيب والوصلات + ضغط التصريف المطلوب، إن وجد

هذا يعني أن عمق حفرة الصرف الصحي لا يُمثل بالضرورة مستوى ضغط المضخة. فإذا كانت المضخة مثبتة على عمق 6 أمتار تحت سطح السائل، بينما لا تحتاج مياه الصرف الصحي إلا إلى الارتفاع 8 أمتار من مستوى تشغيل السائل إلى نقطة التصريف، فإن الرفع الساكن يُحسب بناءً على فرق ارتفاع السائل هذا، وليس ببساطة بإضافة عمق تركيب المضخة. وينطبق المبدأ نفسه سواءً استُخدمت المضخة في حفرة تجميع صغيرة أو كجزء من حوض أكبر. نظام ضخ مياه الصرف الصحي الغاطس .

3. حساب الضغط الساكن من مستويات السائل الفعلية

في نظام رفع مياه الصرف الصحي النموذجي، يُعرَّف الارتفاع الساكن بأنه الفرق الرأسي بين مستوى السائل في جانب السحب ومستوى السائل أو حالة الضغط عند نقطة التصريف. تخيّل بئرًا رطبةً يكون فيها مستوى الضخ الطبيعي مترين تحت سطح الأرض، ويدخل أنبوب التصريف في النهاية إلى غرفة استقبال مفتوحة على ارتفاع 10 أمتار فوق سطح الأرض. وبالتالي، يكون الارتفاع الساكن التقريبي 12 مترًا. ولا يعني تركيب المضخة نفسها على عمق مترين أو ثلاثة أمتار أخرى تحت مستوى تشغيل الماء بالضرورة إضافة هذه الأمتار مرة أخرى.

ينبغي أن تأخذ الحسابات في الاعتبار تغيرات مستويات السوائل أثناء التشغيل. فعندما ينخفض ​​مستوى البئر الرطب بين نقطتي بدء وإيقاف المضخة، يزداد الضغط الساكن قليلاً. وإذا تغير مستوى خزان الاستقبال أو مستوى الماء في المصب، فقد يكون للنظام أكثر من حالة تشغيل. في المشاريع المهمة، يُفضّل حساب حالتي الضغط المنخفض والضغط المرتفع بدلاً من اختيار المضخة بناءً على قيمة واحدة مناسبة. إذا كان مخرج المضخة متصلاً بخط أنابيب مضغوط بدلاً من غرفة مفتوحة، فيجب تحويل الضغط الموجود في خط الأنابيب إلى ضغط ثابت وإدراجه في الحسابات.

4. أضف فقدان الضغط عبر خط أنابيب التصريف

غالبًا ما يُستهان بتأثير الاحتكاك في الأنابيب عند اختيار مضخات الصرف الصحي. فكل متر من الأنبوب يُحدث مقاومة للتدفق، وتحدث خسائر إضافية عبر الأكواع، والوصلات الثلاثية، والمخفضات، وصمامات عدم الرجوع، وصمامات العزل، وغيرها من التركيبات. ويزداد فقدان الاحتكاك مع ارتفاع سرعة التدفق، لذا لا يمتلك خط الأنابيب نفسه قيمة احتكاك ثابتة لجميع ظروف التشغيل. ويُشير معهد الهيدروليكا تحديدًا إلى أن قطر الأنبوب والتركيبات والصمامات تُعدّ من العوامل الرئيسية المُساهمة في ضغط الاحتكاك، حيث يتغير الاحتكاك بتغير سرعة التدفق عبر النظام.

يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية عند تحديد قطر أنبوب التصريف. قد يبدو الأنبوب الأصغر حجمًا جذابًا لانخفاض تكلفة المواد، لكن ضخّ نفس كمية مياه الصرف الصحي عبر قطر داخلي أصغر يزيد من سرعة التدفق، وقد يزيد الاحتكاك بشكل ملحوظ. عندها، يتعيّن على المضخة توليد ضغط أعلى للحصول على نفس التدفق المفيد، مما قد يزيد من استهلاك الطاقة ويغيّر نقطة التشغيل الفعلية. من جهة أخرى، لا يمكن تحديد حجم أنابيب الصرف الصحي لتقليل الاحتكاك فقط؛ بل يجب أن يضمن التصميم أيضًا ظروف نقل مناسبة للمواد الصلبة الموجودة في مياه الصرف الصحي. لذلك، في المشاريع البلدية والصناعية الكبيرة، ينبغي تقييم قطر الأنبوب والمضخة كنظام هيدروليكي واحد، بدلًا من شرائهما بشكل منفصل.

يمكن حساب فقدان الاحتكاك باستخدام معادلات هيدروليكية معروفة مثل معادلة دارسي-ويسباخ، أو باستخدام برامج هندسية وبيانات موثوقة لفقدان الضغط في الأنابيب. وللحصول على نتيجة دقيقة، يتطلب الحساب معرفة معدل التدفق التصميمي، والقطر الداخلي الفعلي للأنبوب، وطوله، ومادته، بالإضافة إلى كمية ونوع الوصلات الرئيسية. ولا يكفي ذكر أن "طول الأنبوب حوالي 100 متر" لاختيار مضخة مناسبة إذا كان قطر الأنبوب ومعدل التدفق التشغيلي غير معروفين.

5. اجمع معدل التدفق والضغط معًا لإيجاد نقطة تشغيل المضخة

لنفترض مثالاً بسيطاً لنقل مياه الصرف الصحي. تبلغ سعة الضخ المطلوبة 80 متراً مكعباً في الساعة . في ظروف التشغيل التصميمية، يبلغ الفرق بين مستوى مياه الصرف الصحي في البئر الرطبة ونقطة الاستقبال 14 متراً . بعد حساب أنبوب التصريف وصمام عدم الرجوع والمرفقات والتجهيزات الأخرى عند سعة 80 متراً مكعباً في الساعة، يُقدّر إجمالي فقد الاحتكاك بـ 6 أمتار . تُصرّف مياه الصرف الصحي في نظام استقبال مفتوح، لذا لا توجد حاجة إلى ضغط إضافي.

وبالتالي فإن إجمالي الضغط الديناميكي المطلوب هو:

إجمالي الارتفاع الديناميكي = 14 مترًا من الارتفاع الساكن + 6 أمتار من فقدان الاحتكاك

TDH = 20 م

نقطة عمل التصميم هي:

80 م³/ساعة عند ارتفاع 20 م

لا يعني هذا أن على المشتري البحث ببساطة عن مضخة ذات معدل تدفق أقصى يزيد عن 80 مترًا مكعبًا في الساعة وارتفاع ضغط أقصى يزيد عن 20 مترًا. فالمضخة الطاردة المركزية تُنتج ارتفاع ضغط مختلفًا باختلاف معدلات التدفق. مضخة غاطسة لنقل مياه الصرف الصحي ينبغي أن يكون منحنى الأداء الخاص بها يصل فعلياً إلى حوالي 80 متر مكعب/ساعة مع إنتاج ضغط يبلغ حوالي 20 متراً. وتُحدد نقطة التشغيل الفعلية من خلال العلاقة بين منحنى المضخة ومنحنى النظام؛ ويُعرّفها معهد الهيدروليكا بأنها النقطة التي تتقاطع فيها خصائص المضخة مع خصائص النظام.

6. لا تختر مضخة صرف صحي من بين خياري "أقصى تدفق" أو "أقصى ارتفاع".

تُظهر كتالوجات المضخات عادةً نطاق التدفق ونطاق الضغط، ولكن أعلى تدفق وأعلى ضغط لا يحدثان عادةً عند نقطة التشغيل نفسها. قد تكون المضخة قادرة على إنتاج ضغط عالٍ بالقرب من نهاية منحنى التدفق المنخفض، وتدفق أعلى بكثير عندما يكون ضغط النظام منخفضًا. إن أخذ أقصى تدفق من أحد طرفي المنحنى وأقصى ضغط من الطرف الآخر، ومعاملتهما كنقطة تشغيل واحدة، يُنشئ مواصفات للمضخة قد لا تُحققها فعليًا.

لهذا السبب، ينبغي أن يكون منحنى الأداء من أولى الوثائق التي يجب فحصها عند مقارنة مضخات الصرف الصحي. يجب أن تقع النقطة المختارة ضمن نطاق التشغيل الموصى به من قبل الشركة المصنعة، بدلاً من أن تكون في أقصى طرف المنحنى. فالتشغيل بعيدًا عن النطاق المُستهدف قد يُقلل من الكفاءة والموثوقية، بينما قد يؤدي استخدام مضخة طرد مركزي ذات حجم أكبر من اللازم إلى تدفق زائد، وخنق غير ضروري، وزيادة في الأحمال الميكانيكية. ويشير معهد الهيدروليكا إلى أن المضخات ذات الحجم الأكبر التي تعمل خارج نطاقها المناسب قد تُساهم في زيادة الأحمال والتآكل المبكر للمكونات مثل المحامل والأختام.

لا يُمثل منحنى الضغط الهيدروليكي سوى جزء واحد من عملية اختيار مضخة الصرف الصحي. يجب أن تتمكن مياه الصرف الصحي من المرور عبر المضخة دون انسداد أو تآكل غير مقبول. فالمضخة التي تُحقق معدل تدفق مثالي يبلغ 80 مترًا مكعبًا في الساعة على عمق 20 مترًا، ولكنها مزودة بمروحة غير مناسبة للألياف الطويلة أو المناديل المبللة أو المواد الصلبة الكاشطة، تظل مضخة غير مناسبة. لهذا السبب، ينبغي الجمع بين نقطة التشغيل وتقييم خصائص مياه الصرف الصحي قبل اختيار الطراز النهائي.

7. قد يتغير التدفق والضغط عند تشغيل أكثر من مضخة واحدة

تستخدم العديد من محطات ضخ مياه الصرف الصحي مضختين أو أكثر، وذلك لتعديل السعة تبعًا لتغيرات التدفق الداخل، أو لتوفير وحدة بديلة عند تعطل إحدى المضخات. من المهم إدراك أن تشغيل مضختين متطابقتين بالتوازي لا يعني بالضرورة إنتاج ضعف تدفق مضخة واحدة. فمع ازدياد التدفق الكلي، تزداد سرعة التدفق عبر خط التصريف المشترك، مما يزيد من فقدان الاحتكاك ويغير نقطة تشغيل النظام. ويشير معهد الهيدروليكا تحديدًا إلى أن زيادة تدفق المضخات المتوازية قد تزيد من ضغط الاحتكاك، مما يؤدي إلى اختلاف التدفق الناتج من كل مضخة عن مجرد حساب بسيط بضعف التدفق.

بالنسبة لأنظمة التشغيل/الاحتياط الصغيرة التي تعمل فيها مضخة واحدة فقط عادةً، قد يكون تحديد نقطة تشغيل المضخة الواحدة أمرًا بسيطًا نسبيًا. أما بالنسبة للمحطات التي يُتوقع فيها تشغيل مضختين أو ثلاث مضخات في وقت واحد، فينبغي على المورّد التحقق من منحنيات كل مضخة على حدة، ومنحنى المضخة المُجمّع، ومنحنى النظام ككل. كما يجب تضمين الحد الأدنى والحد الأقصى لمستويات البئر الرطبة لأنها تُغيّر الضغط الساكن. يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية لمعالجة مياه الصرف الصحي البلدية، ونقل النفايات الصناعية السائلة، وغيرها من التطبيقات التي تتطلب من محطة الضخ العمل بكفاءة عالية ضمن نطاق واسع من التدفقات الواردة. حلول ضخ مياه الصرف الصحي تغطي هذه الأنواع من التطبيقات، ولكن لا يزال يتعين أن يستند الاختيار الهيدروليكي إلى بيانات المشروع الفعلية بدلاً من مجموعة التدفق والضغط القياسية.

8. تذكر أن خصائص مياه الصرف الصحي يمكن أن تؤثر على الاختيار النهائي

تُعدّ الحسابات المذكورة أعلاه نقطة انطلاق جيدة لمياه الصرف الصحي العادية ذات الخصائص الهيدروليكية القريبة من خصائص الماء، ولكن ليس كل سائل يتصرف بالطريقة نفسها. فمياه الصرف الصحي التي تحتوي على تركيز عالٍ من الحمأة أو الشحوم أو غيرها من المواد اللزجة قد تتصرف بشكل مختلف عن الماء النظيف في كل من الأنابيب والمضخة. ويشير معهد الهيدروليكا إلى أن لزوجة السائل قد تؤثر على أداء المضخة الدورانية، وقد تتطلب تصحيحات لبيانات أداء المضخات التي تعمل بالماء.

تؤثر المواد الصلبة أيضًا على نوع المضخة التي يجب استخدامها حتى عندما يظل التدفق والضغط المحسوبان ثابتين. قد تتطلب مياه الصرف الصحي المنزلية التي تحتوي على ألياف ومناديل تصميمًا هيدروليكيًا غير قابل للانسداد، بينما قد تتطلب مياه الصرف الصحي التي تحتوي على مواد كيميائية أكالة... مضخة مياه صرف صحي غاطسة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للتآكل قد يكون من الأنسب استخدام تصميم ضخ الحمأة أو الطين لمعالجة مياه الصرف الصحي التي تحتوي على كميات كبيرة من الحصى الثقيل أو الحمأة الكثيفة الكاشطة، بدلاً من مضخة الصرف الصحي التقليدية. كما لا ينبغي الحكم على مقاومة الانسداد بناءً على قطر ممر المواد الصلبة المذكور فقط؛ إذ تشير إرشادات شركة زايلِم المنشورة حول مياه الصرف الصحي إلى أن التصميم الهيدروليكي يُعدّ جزءًا مهمًا من مقاومة الانسداد، وأن حجم فتحة المرور وحده قد يكون مضللاً.

ما المعلومات التي يجب عليك تقديمها لاختيار مضخة الصرف الصحي؟

للحصول على عرض سعر موثوق، يرجى تزويدنا بمعدل التدفق الطبيعي ومعدل التدفق الأقصى المتوقع، ومستويات السائل الدنيا والقصوى في حوض التجميع، وارتفاع نقطة التصريف النهائية، وقطر أنبوب التصريف وطوله، ومادة الأنبوب، والصمامات والوصلات الرئيسية، وأي ضغط موجود عند المخرج. كما يجب على المورد معرفة مكونات مياه الصرف الصحي، بما في ذلك الحجم التقريبي للمواد الصلبة، والألياف، والرمل، والحمأة، ودرجة الحرارة، والمواد الكيميائية المسببة للتآكل. وأخيرًا، يرجى ذكر الجهد الكهربائي المتاح، والتردد، وطريقة التركيب، وما إذا كانت مضخة واحدة أو عدة مضخات ستعمل في الوقت نفسه.

إذا لم يكن معدل التدفق الدقيق معروفًا بعد، فاشرح مصدر مياه الصرف الصحي وكيفية عمل النظام حاليًا بدلًا من تخمين رقم. إذا لم يتم حساب فقد الاحتكاك، فقدم معلومات خط الأنابيب ليتم التحقق منها. يجب أن يحدد عرض أسعار المضخات المفيد تقنيًا نقطة تشغيل واضحة - مثل 80 مترًا مكعبًا في الساعة عند ضغط 20 مترًا - وأن يوضح هذه النقطة على منحنى أداء المضخة المقترح.

خاتمة

تبدأ عملية حساب مضخة الصرف الصحي الغاطسة بسؤالين منفصلين: ما كمية مياه الصرف الصحي التي يجب نقلها، وما مقدار المقاومة التي يجب أن تتغلب عليها المضخة أثناء نقلها؟ يحدد السؤال الأول معدل التدفق المطلوب، بينما يحدد السؤال الثاني إجمالي الضغط الديناميكي.

بالنسبة للعديد من أنظمة نقل مياه الصرف الصحي، فإن العلاقة الأساسية هي:

إجمالي الضغط الديناميكي = الضغط الساكن + فقدان الاحتكاك + ضغط التفريغ الإضافي

بمجرد معرفة معدل التدفق المطلوب والضغط الكلي، ينبغي اعتبارهما معًا كنقطة تشغيل واحدة ومقارنتهما بمنحنى أداء المضخة. بعد ذلك، يجب مطابقة المضخة مع مياه الصرف الصحي الفعلية، بما في ذلك المواد الصلبة والألياف والتآكل والصدأ.

يُعدّ اختيار المضخة بهذا الترتيب أكثر موثوقية من مقارنة قدرة المحرك، أو قطر المخرج، أو أقصى تدفق، أو أقصى ارتفاع ضغط بشكل منفصل. إذا كنت تخطط لمشروع ضخ مياه الصرف الصحي، فزوّدنا ببيانات التدفق أو حجم مياه الصرف الصحي الواردة، ومستويات السائل، وارتفاع التصريف، ومعلومات خط الأنابيب، وخصائص مياه الصرف الصحي، حتى يتسنى اختيار المضخة بناءً على ظروف التشغيل الفعلية.