كيفية حساب إجمالي الضغط الديناميكي لمضخة الآبار العميقة الغاطسة

عند اختيار مضخة غاطسة للآبار العميقة، يُعدّ السؤال الأكثر شيوعًا: ما مقدار الضغط المطلوب للمضخة؟ يعتمد العديد من المشترين ببساطة على عمق البئر الإجمالي كمقياس للضغط المطلوب. على سبيل المثال، إذا كان عمق البئر 150 مترًا، يبدأون بالبحث عن مضخة بضغط يصل إلى 150 مترًا. في معظم عمليات التركيب، لا تُعدّ هذه الطريقة صحيحة لحساب الضغط المطلوب.

لا تحتاج المضخة عادةً إلى رفع الماء من عمق تركيبها. المهم هو مستوى الماء أثناء تشغيل المضخة، ووجهة الماء، ومقدار الضغط المطلوب عند الوجهة، ومقدار الضغط المفقود عبر خط الأنابيب. بمجرد فهم هذه القيم، يصبح حساب الارتفاع المطلوب أسهل بكثير. إذا كنت لا تزال بصدد تحديد مواصفات المضخة بالكامل، فإن لدينا دليل شراء مضخات الآبار العميقة الغاطسة يشرح ذلك العوامل الأخرى التي يجب فحصها جنبًا إلى جنب مع التدفق والضغط.

1. ما المقصود فعلياً بـ "رأس المضخة"؟

يُشير ضغط المضخة إلى مقدار الطاقة التي تُضخها المضخة في الماء، ويُقاس عادةً بالأمتار أو الأقدام من السائل. يجب عدم الخلط بينه وبين العمق الفعلي للمضخة. قد تُركّب مضخة بئر عميقة على عمق 120 مترًا تحت سطح الأرض، ولكن إذا كان مستوى الماء الذي تُضخ منه المضخة على عمق 50 مترًا فقط، فإن المضخة لا تتغلب بالضرورة على ارتفاع رأسي يبلغ 120 مترًا. يوفر الماء المحيط بالمضخة المغمورة ضغطًا عند مدخلها، لذا في نظام البئر المفتوح النموذجي، يبدأ حساب الارتفاع من مستوى الماء الذي تُضخ منه المضخة وليس من المضخة نفسها. هذا التمييز مهم عند اختيار... مضخة بئر غاطسة QJ ، لأن اختيار المضخة وفقًا لعمق التركيب يمكن أن يؤدي إلى زيادة كبيرة في الضغط أكثر مما يحتاجه النظام فعليًا.

بالنسبة لمعظم تطبيقات إمداد المياه من الآبار العميقة، يمكن فهم إجمالي الضغط الديناميكي المطلوب (TDH) من خلال علاقة بسيطة:

إجمالي الارتفاع الديناميكي = الرفع الرأسي + ضغط المخرج المطلوب + فقدان الاحتكاك في الأنابيب

يمثل كل جزء مقاومة حقيقية يجب على المضخة التغلب عليها أثناء توصيل التدفق المطلوب.

2. ابدأ بمستوى الماء المضخ، وليس بعمق البئر الكلي.

قبل حساب الارتفاع، من المهم معرفة الفرق بين العمق الكلي للبئر، ومستوى الماء الساكن، ومستوى الماء أثناء الضخ، وعمق تركيب المضخة. يوضح العمق الكلي للبئر مدى امتداد البئر. أما مستوى الماء الساكن فهو مستوى الماء عند توقف المضخة وعودة البئر إلى وضعه الطبيعي. ومستوى الماء أثناء الضخ هو أدنى مستوى للماء يصل إليه البئر أثناء تشغيل المضخة بمعدل تدفق محدد. ويحدد عمق تركيب المضخة موقعها الفعلي داخل البئر.

لحساب الارتفاع المطلوب، يُعد مستوى الماء أثناء الضخ نقطة البداية الأساسية. تخيّل بئرًا بعمق 150 مترًا، حيث يبلغ مستوى الماء الساكن 35 مترًا تحت سطح الأرض، وينخفض ​​إلى 55 مترًا أثناء الضخ، بينما تُركّب المضخة على عمق 90 مترًا. إذا كان الماء يُضخ إلى نقطة على سطح الأرض، فإن الارتفاع الرأسي الأساسي يبلغ 55 مترًا تقريبًا، وليس 90 مترًا ولا 150 مترًا. يُبقي العمق الإضافي أسفل مستوى الماء أثناء الضخ المضخة مغمورة، ولا يُشكّل ببساطة ارتفاعًا إضافيًا للضخ. لذلك، تُعدّ معلومات اختبار الضخ أكثر فائدة لاختيار المضخة من الاعتماد على عمق البئر الكلي فقط.

3. أضف الارتفاع بين البئر ونقطة التسليم النهائية

الخطوة التالية هي تحديد مسار المياه بعد خروجها من البئر. إذا كان مستوى المياه المضخوخة على عمق 55 مترًا تحت سطح الأرض، وتُصرّف المياه إلى خزان تخزين مفتوح يقع على ارتفاع 15 مترًا فوق فوهة البئر، فإن إجمالي الرفع الرأسي الساكن يبلغ حوالي 70 مترًا. أما إذا كان الخزان النهائي أسفل فوهة البئر، فإن فرق الارتفاع هذا يُقلل من الرفع الساكن. ولهذا السبب، قد يتطلب موقعٌ له نفس عمق البئر مضخةً مختلفةً تمامًا، وذلك تبعًا لطبيعة الأرض وموقع خزان الاستقبال أو نظام التوزيع.

تكتسب هذه النقطة أهمية خاصة في مشاريع الري الزراعي، وإمدادات المياه للتلال، ونقل المياه لمسافات طويلة. قد لا يكون البئر عميقًا جدًا، ولكن إذا كان لا بد من توصيل المياه إلى خزان مرتفع، فقد يظل الارتفاع المطلوب كبيرًا. في المقابل، لا يتطلب البئر العميق جدًا بالضرورة مضخة ذات ارتفاع عالٍ جدًا إذا ظل مستوى المياه الديناميكي قريبًا نسبيًا من السطح. لهذا السبب، مضخات غاطسة للآبار لأغراض الري وإمدادات المياه ينبغي دائمًا اختيارها باستخدام الارتفاع التشغيلي الفعلي بدلاً من عمق البئر فقط.

4. أضف الضغط المطلوب عند المخرج

لا يقتصر عمل جميع الأنظمة على تصريف المياه في خزان مفتوح. فغالباً ما تتطلب رشاشات الري، وأوعية الضغط، والمعدات الصناعية، وأنظمة الترشيح، وشبكات إمداد المياه المباشرة، استمرار الضغط بعد وصول المياه إلى السطح. ويجب أن تُنتج المضخة هذا الضغط أيضاً، وبالتالي يجب تضمينه في إجمالي الارتفاع.

بالنسبة للمياه النظيفة، يعادل ضغط 1 بار تقريبًا 10.2 متر من ارتفاع الماء. هذا يعني أن النظام الذي يتطلب ضغط 2 بار عند المخرج النهائي يحتاج إلى حوالي 20.4 متر من الارتفاع الإضافي، بينما يتطلب نظام 3 بار حوالي 30.6 متر. إذا كانت المضخة تضخ الماء إلى خزان مفتوح، فقد لا يكون هناك حاجة تُذكر لضغط إضافي عند مدخل الخزان. أما إذا كانت المضخة نفسها تغذي نظام رش يتطلب ضغط 3 بار، فلا يمكن تجاهل تلك الـ 30.6 متر الإضافية. هذا أحد أسباب أن مشروعين بآبار متطابقة قد يتطلبان مضخات مختلفة حتى لو كانت متطلبات التدفق متساوية.

5. لا تنسَ فقدان الاحتكاك في الأنابيب

يفقد الماء ضغطه كلما مر عبر الأنابيب. وتعتمد كمية الفقدان بشكل أساسي على معدل التدفق، والقطر الداخلي للأنبوب، وطوله الكلي، وخشونة سطحه، بالإضافة إلى الصمامات والوصلات المُثبتة في النظام. وتزيد الأنابيب الطويلة، والأنابيب ذات الأقطار الصغيرة، وسرعات التدفق العالية عمومًا من فقدان الضغط الناتج عن الاحتكاك. كما تُضيف الأكواع، وصمامات عدم الرجوع، والمرشحات، ومقاييس التدفق، وصمامات التحكم مقاومةً إضافية.

يُستهان أحيانًا بفقدان الاحتكاك لأن الرفع الرأسي أسهل في الملاحظة على الرسم التخطيطي للموقع. قد يكون الفرق ضئيلاً في خط أنابيب قصير، لكنه في مشاريع الري أو إمدادات المياه لمسافات طويلة، قد يُصبح جزءًا كبيرًا من إجمالي ضغط المضخة. قد يُقلل استخدام أنبوب تصريف أصغر من التكلفة الأولية لخط الأنابيب، إلا أن زيادة الاحتكاك قد تُجبر المضخة على العمل بضغط أعلى واستهلاك طاقة أكبر طوال فترة خدمتها. يُمكن حساب فقدان الأنابيب باستخدام الطرق الهيدروليكية المُعتمدة مثل دارسي-ويسباخ، أو باستخدام جداول احتكاك الأنابيب وبرامج هندسية تعتمد على التدفق الفعلي ومادة الأنبوب وقطره الداخلي. والأهم هو حساب الفقدان عند معدل التدفق التصميمي ، لأن الاحتكاك يتغير بتغير التدفق. وبالمثل، تُعامل إرشادات غروندفوس لتحديد حجم المضخات فقدان الاحتكاك عبر الأنابيب والوصلات كجزء من إجمالي الضغط الديناميكي.

6. مثال بسيط لحساب ضغط مضخة البئر العميق

لنفترض مشروعًا للمياه الجوفية حيث يقع مستوى ضخ المياه على عمق 55 مترًا تحت سطح الأرض، ويجب توصيل المياه إلى نظام تخزين وري يقع على ارتفاع 15 مترًا فوق فوهة البئر. تتطلب معدات الري ضغطًا قدره 2.5 بار، ويبلغ فقدان الضغط المحسوب عبر خط الأنابيب الرئيسي الأفقي والصمامات والوصلات 9 أمتار.

الحساب هو:

الارتفاع الرأسي = 55 + 15 = 70 مترًا

الضغط المطلوب = 2.5 × 10.2 ≈ 25.5 متر

فقدان الاحتكاك في خط الأنابيب = 9 م

لذلك:

إجمالي الارتفاع الديناميكي = 70 + 25.5 + 9 = 104.5 متر

إذا كان النظام يتطلب 100 متر مكعب/ساعة، فإن نقطة التشغيل المطلوبة هي 100 متر مكعب/ساعة تقريبًا عند ضغط 105 أمتار. الخطوة التالية ليست البحث في الكتالوج عن مضخة ذات "ضغط أقصى 105 أمتار". بدلًا من ذلك، يجب أن يُظهر منحنى الأداء أن المضخة قادرة على توفير 100 متر مكعب/ساعة تقريبًا مع توليد ضغط حوالي 105 أمتار. اختيار المضخة يعتمد دائمًا على كلٍ من معدل التدفق والضغط، وليس الضغط وحده. تُحدد كل من شركتي Grundfos وXylem اختيار المضخة بناءً على متطلبات ضغط النظام ونقطة التشغيل الناتجة، بدلًا من الاعتماد على قيم الضغط الأقصى فقط.

7. لماذا لا يُنصح بشراء رأس ماكسيموم؟

قد يُظهر كتالوج المضخات نطاقًا للضغط أو أقصى ضغط، ولكن لا ينبغي اعتبار هذا الرقم ضغط التشغيل الطبيعي للمضخة. يتغير ضغط المضخة الطاردة المركزية بتغير التدفق. عند أو قرب نقطة الإغلاق، قد تُنتج المضخة أعلى ضغط لها مع توفير تدفق ضئيل جدًا. ومع زيادة التدفق، يتغير الضغط المتاح عادةً وفقًا لمنحنى أداء المضخة. لا يمكن للمشتري الذي يحتاج إلى 100 متر مكعب/ساعة عند 105 أمتار أن يختار أي مضخة يُشير كتالوجها إلى "أقصى ضغط 105 أمتار"، لأنه عند هذا التدفق قد تُنتج المضخة ضغطًا أقل بكثير من 105 أمتار.

لهذا السبب، يجب أن يتضمن عرض الأسعار الكامل منحنى أداء مع تحديد نقطة التشغيل المقترحة بوضوح. يسمح المنحنى للمشتري بالتأكد من أن التدفق والضغط المطلوبين يقعان ضمن نطاق تشغيل مناسب. مجموعة مضخات غاطسة يشمل ذلك مضخات مصممة لمجموعات مختلفة من التدفق والضغط، بينما مضخات الآبار العميقة QJH المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ تتوفر هذه المنتجات للتطبيقات التي تتطلب فيها ظروف المياه أو مواصفات المشروع استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ. يجب مراعاة نوع المادة أو حجم المحرك بعد تحديد نقطة التشغيل الهيدروليكي، وليس كبديل عن حسابها.

8. حساب ظروف التشغيل العادية والصعبة

لا ينبغي أن يعتمد حساب ضغط الضخ الدقيق دائمًا على مستوى ثابت للمياه. فمستويات المياه الجوفية قابلة للتغيير أثناء الضخ، وقد تختلف أيضًا باختلاف المواسم. كما أن حالة خطوط الأنابيب تتغير مع فتح الصمامات أو إغلاقها، وقد يزيد المرشح من مقاومة التدفق عند اتساخه. لذا، بالنسبة لأنظمة إمداد المياه المهمة، من المفيد فهم كل من ظروف التشغيل العادية والظروف الأكثر تطلبًا التي قد تواجهها المضخة.

على سبيل المثال، إذا كان مستوى المياه المضخوخة عادةً 50 مترًا تحت سطح الأرض، ولكنه قد ينخفض ​​إلى 65 مترًا خلال موسم الجفاف، فسيحتاج النظام إلى حوالي 15 مترًا إضافية من الضغط الساكن خلال تلك الفترة. هذا لا يعني إضافة هامش أمان عشوائي عند اختيار كل مضخة، فالحجم الزائد يُسبب مشاكل أيضًا. بدلًا من ذلك، ينبغي مناقشة نطاق التشغيل المتوقع مع مُورّد المضخة ومقارنته بمنحنى الأداء. بالنسبة للمشاريع التي تتضمن تغيرات في الطلب أو الضغط، يمكن أيضًا النظر في نظام تحكم متغير السرعة كجزء من التصميم العام. حلول ضخ المياه والري .

ما المعلومات التي يجب عليك إرسالها إلى مورد المضخة؟

إذا كنت ترغب في أن يقوم المورد بحساب الارتفاع بدقة، فإن أهم المعلومات هي التدفق المطلوب، ومستويات المياه الساكنة والضخ، وارتفاع نقطة التسليم النهائية، وضغط المخرج المطلوب، وطول خط الأنابيب، والقطر الداخلي للأنبوب، ومادة الأنبوب، والصمامات أو الوصلات الرئيسية في الخط. غالبًا ما يكون رسم تخطيطي بسيط للموقع مفيدًا للغاية. إذا كان مستوى مياه الضخ غير معروف، فمن الأفضل الإشارة إلى أنه لم يتم قياسه بعد بدلاً من استخدام عمق البئر الكلي كبديل.

بمجرد توفر هذه القيم، يستطيع المورد حساب أو التحقق من ضغط النظام واختيار منحنى المضخة حول نقطة التشغيل المطلوبة. وهذا يقلل بشكل كبير من مخاطر شراء مضخة تنتج كمية قليلة جدًا من الماء، أو ضغطًا زائدًا، أو استهلاكًا غير ضروري للطاقة.

خاتمة

يصبح حساب ضغط مضخة الآبار العميقة الغاطسة أسهل بكثير بمجرد فصل الأعماق المختلفة بشكل صحيح. يُعدّ كل من العمق الكلي للبئر وعمق تركيب المضخة مهمين لعملية التركيب، لكنهما لا يُمثلان ضغط المضخة تلقائيًا. بالنسبة لمعظم أنظمة إمداد المياه التقليدية للآبار العميقة، يجب أن يبدأ الحساب بمستوى الماء المراد ضخه، ثم يُضاف إليه الارتفاع إلى نقطة التسليم، والضغط المطلوب للنظام، وفقدان الضغط الناتج عن الاحتكاك عبر الأنابيب.

من الناحية العملية:

إجمالي الارتفاع الديناميكي = الرفع الرأسي + ضغط الارتفاع المطلوب + فقدان الاحتكاك في الأنابيب

بعد حساب إجمالي الضغط، يجب دمجه مع التدفق المطلوب ومقارنته بمنحنى أداء المضخة. نقطة التشغيل هذه - وليس أقصى ضغط أو قدرة المحرك أو عمق البئر - هي التي يجب أن توجه عملية اختيار المضخة النهائية.

إذا كنت بصدد اختيار مضخة بئر عميقة ولا تعرف مقدار الضغط المطلوب، فزوّدنا بمستوى الماء المراد ضخه، ومعدل التدفق المطلوب، وارتفاع نقطة التسليم، وضغط المخرج، ومعلومات خط الأنابيب. باستخدام هذه القيم، يمكن حساب نقطة التشغيل قبل اختيار طراز المضخة.