تساعد المروحة التكيفية N لمضخة الصرف الصحي من Xylem مضخات الصرف الصحي الصغيرة على حل مشاكل الانسداد

تساعد المكره التكيفي N مضخات الصرف الصحي الصغيرة على حل مشاكل الانسداد

الانسداد مشكلة شائعة في ضخ مياه الصرف الصحي، خاصةً في المضخات الصغيرة نظرًا لمحدودية مساحتها الهيدروليكية وقلة عزم دورانها. وتشمل عواقب الانسداد زيادة استهلاك الطاقة، والصيانة الإضافية، والإصلاحات الطارئة، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل. ويواصل مصنعو مضخات الصرف الصحي تطوير تصاميم هيدروليكية أفضل لتقليل الانسداد مع الحفاظ على الأداء العالي.

صُمم التصميم الهيدروليكي بتقنية Adaptive N، وهو تطورٌ للتصميم الهيدروليكي من النوع N ذاتي التنظيف، لمعالجة تحديات منع الانسداد في المضخات الصغيرة. ويُحسّن هذا التصميم موثوقية نظام المضخة بشكل ملحوظ، مع تقليل استهلاك الطاقة وتكاليف الصيانة غير المخطط لها.

يمكن تركيب مضخة المكره التكيفية N في محطات ضخ مياه الصرف الصحي المزودة بمرشحات أو بدونها، وتُستخدم لضخ مياه الصرف الصحي من المنازل والمباني التجارية والمستشفيات والمدارس وغيرها من المواقع. كما يمكن استخدامها في تطبيقات مياه الصرف الصناعي ومياه الأمطار لنقل مياه الصرف الصحي التي قد تحتوي على مواد صلبة وألياف وأنواع أخرى من الشوائب.

تم تركيب مضخة Flygt Concertor 6020 المزودة بتقنية Adaptive N

في محطة ضخ مياه الصرف الصحي البلدية.

مضخات مصممة لظروف مياه الصرف الصحي الحالية

منذ أوائل القرن العشرين، ركز مصممو المضخات على تقليل الانسدادات بزيادة معدلات التدفق. في تطبيقات التعدين والصناعة وضخ المياه الخام، تُعدّ المواد الصلبة والأجسام الكروية في الوسط المضخوخ أكثر مشاكل الانسداد شيوعًا. تُسهّل ممرات الدفع الكبيرة مرور هذه الأجسام عبر المضخة. في حين أن مضخات مياه الصرف الصحي التقليدية مُصممة بممرات تدفق كبيرة لتجنب الانسداد، إلا أن هذا لم يُجدِ نفعًا في معظم تطبيقات مياه الصرف الصحي.

وفي الوقت نفسه، تم تجاهل المخاطر التي تشكلها الأجسام اللينة والليفية ــ وهي المواد الصلبة الأكثر شيوعاً في مياه الصرف الصحي البلدية ــ إلى حد كبير.

تشير المسوحات والدراسات التفصيلية لمياه الصرف الصحي الحديثة إلى أن مياه الصرف الصحي نادرًا ما تحتوي على أجسام كروية صلبة يبلغ قطرها القطر الداخلي لنظام الأنابيب. وحتى عند دخول هذه الأجسام إلى نظام الصرف الصحي، فإنها عادةً ما تستقر أو تتراكم في مناطق ذات سرعة تدفق منخفضة، ولا تصل إلى المضخة.

مصدر قلق بالغ: تحتوي مياه الصرف الصحي اليوم على نسبة أعلى من المواد اللينة. ومن الأمثلة على ذلك التنوع المتزايد في مستلزمات النظافة المنزلية والشخصية، بما في ذلك المناشف الورقية، والمناديل المبللة، والخرق، ومناشف الأطباق، وغيرها من المواد الليفية. في حين ينبغي التخلص من معظم هذه المواد كنفايات، إلا أن العديد من المستهلكين يتخلصون منها في المراحيض. ونتيجة لذلك، تظهر مواد ليفية غير قابلة للتحلل الحيوي في مياه الصرف الصحي، مما يزيد من صعوبة أداء المضخة.

الشكل 1: احتمالية العثور على أنواع مختلفة من المواد الصلبة في مياه الصرف الصحي

يوضح الشكل 1 مفهوم احتمالية العثور على أنواع مختلفة من المواد الصلبة في مياه الصرف الصحي. تظهر الأجسام الصلبة شبه الكروية على اليسار، بينما تظهر الأجسام اللينة والمستطيلة على اليمين. وكما هو الحال في العديد من الأنظمة، فإن احتمالية العثور على أجسام كبيرة جدًا (سواءً كروية أو مستطيلة) منخفضة جدًا. ومن السمات المهمة عدم تماثل منحنى التوزيع، إذ يُفضل الأجسام اللينة والمستطيلة، وهي الأنواع الأكثر شيوعًا في مياه الصرف الصحي حاليًا.

الانسداد الناعم مقابل الانسداد الصلب

أظهرت الأبحاث أن مشاكل الانسداد تنجم أساسًا عن الرواسب الليفية، التي تميل إلى التشابك حول الحواف الأمامية للمراوح التقليدية. تلتف الألياف حول هذه الحواف الأمامية وتنثني على جوانب الشفرات. على الحواف الأمامية المستقيمة والمنحنية بشكل معتدل، لا تنفصل الرواسب؛ بل تستمر في التراكم. يُشكل هذا التراكم تكتلات كبيرة من المواد الصلبة (تُسمى أحيانًا "تكتلات القماش")، مما قد يؤدي إلى الانسداد.

مع تراكم الشوائب تدريجيًا حول الحافة الأمامية للمكره، يتناقص المسار الحر لتدفق المياه، ويتدهور أداء المضخة. تُسمى هذه الظاهرة بالانسداد الطفيف لأنها لا تتسبب في توقف المضخة، بل تستمر في العمل، لكن أداءها سينخفض ​​إلى حد ما. من الآثار الشائعة للانسداد الطفيف احتياج المضخة إلى وقت أطول لضخ كمية معينة من مياه الصرف. كما أن المضخة ذات الانسداد الطفيف أقل كفاءة من المضخة غير المسدودة. وبالتالي، يزيد الانسداد الطفيف من استهلاك الطاقة. ومن عواقبه أيضًا زيادة مستويات الاهتزاز، مما قد يُسرّع تآكل الأختام والمحامل.

قد تتراكم أيضًا أجسام غريبة صغيرة بين الحلزون والمكره، مما يُسبب احتكاكًا إضافيًا. يحتاج المحرك إلى توفير عزم دوران أكبر لموازنة تأثير الكبح، مما يتطلب طاقة دخل أعلى. بمجرد أن يتجاوز تيار التشغيل تيار الرحلة (مما يُسبب زيادة الحمل على المحرك)، تتوقف المضخة عن العمل. يُسمى هذا انحشارًا شديدًا. يمكن أن يحدث الانحشار الشديد أيضًا عندما يُشكل الانحشار الخفيف كتلة ملحوظة. يتمثل التأثير الرئيسي لانحشار شديد في توقف العمل والحاجة إلى خدمات إصلاح غير مُخطط لها لإزالة الانحشار وإعادة تشغيل المضخة، مما يزيد من تكاليف التشغيل.

تبديد الأساطير حول حجم الإنتاج

أثبتت عقود من الخبرة في البحث والتطوير، بالإضافة إلى مئات الآلاف من تركيبات المضخات، أن التركيز على حجم الإنتاج فقط أمر غير صحيح ومضلل. ومع ذلك، لا يزال هذا المبدأ سائدًا في مواصفات شراء مضخات مياه الصرف الصحي. وقد أسفرت آراء المستخدمين والاختبارات المعملية للدوافع التقليدية عن النتائج التالية:

أداء هيدروليك القناة المضاد للانسداد

الدوافع القنوية هي دوافع طرد مركزي ذات دائرة مغلقة، أحادية أو متعددة الشفرات، ذات إنتاجية عالية. تتميز بكفاءة عالية عند ضخ المياه النقية، ولكنها عرضة للانسداد عند ضخ مياه الصرف الصحي.

الشكل 2: مثال على مروحة ذات شفرة واحدة

صُممت أنظمة الهيدروليك للقنوات لتحقيق مقاومة مثالية للانسداد عند نقطة الكفاءة المثلى للمضخة (BEP). لذلك، تنخفض مقاومة الانسداد كلما ابتعدت نقطة التشغيل عن نقطة الكفاءة المثلى. سيؤدي التراكم التدريجي للمواد الليفية على الحافة الأمامية (الشكل 3) إلى انخفاض كفاءة المضخة بشكل كبير عن قيمة الماء الصافي المختبرة في المصنع، وهو تأثير شائع للانسداد الطفيف.

يُسبب هذا التصميم أحمالًا شعاعية كبيرة على مدار التشغيل طويل الأمد، مما يُسبب ضغطًا أكبر على العمود والمحامل، ويزيد من الاهتزاز والضوضاء. ولأن المروحة لا يمكن أن تكون متوازنة تمامًا، فإن الاهتزاز يتفاقم.

تؤدي هذه المشاكل في نهاية المطاف إلى زيادة استهلاك الطاقة والتآكل المفرط وتقصير عمر المضخة.

الشكل 3: انسداد في مروحة القناة

مقاومة الانسداد للهيدروليكا الدوامية

تقع المكرهات الدوامية على مسافة من غلاف المضخة، مما يوفر مساحة حلزونية واسعة، ولكنها غير فعالة عند ضخ المياه النظيفة والقذرة.

افترض مصممو المضخات:

• سوف تعمل المروحة الدوارة على إنشاء دوامة قوية داخل الحلزون، مما يؤدي إلى ضخ السائل وأي حطام.

• تعمل المروحة الدوامية مثل محول عزم الدوران، حيث تنقل الطاقة من المروحة إلى الوسط المضخوخ مع تبادل قليل للسوائل أو بدونه.

• نظرًا لأن الدافع يقع خارج مسار تدفق السائل، فإن الأشياء لا تتلامس مع الدافع أبدًا، ولن تسد المضخة.

الشكل 4: مثال على المكره الدوامي

مع ذلك، تعمل مراوح الدوامات كغيرها من مراوح الطرد المركزي، ما يعني أن الطاقة تنتقل إلى الوسط عبر شفرات المراوح. لذلك، تُعد مراوح الدوامات متعددة الشفرات حساسة للغاية للانسداد الطفيف في المحور والحافة الأمامية. وقد تتسبب ديناميكيات السوائل (نمط التدفق وتوزيع الضغط) في تراكم المواد الطفيفة على أسطح المراوح، مما يُقلل من الكفاءة الهيدروليكية المنخفضة أصلًا.

علاوة على ذلك، غالبًا ما تواجه مضخات الدوامة تراكمًا كبيرًا للمواد الصلبة في الحلزون، مما يتسبب في خسائر إضافية، وزيادة استهلاك الطاقة، ويؤدي في النهاية إلى زيادة تحميل المحرك وإغلاق المضخة.

الشكل 5: انسداد في المكره الدوامي

مكافحة انسداد أنظمة الهيدروليك الحديثة ذاتية التنظيف

أظهرت الأبحاث والتحقيقات أن مشاكل الانسداد ترتبط بشكل رئيسي بصعوبة تفريغ المضخة للحطام الليفي المتشابك على الحافة الأمامية للمكره. يتميز المكره من النوع N بتصميم متطور للتنظيف الذاتي، طُوّر استجابةً لهذه النتائج. بفضل الحافة الأمامية الأفقية الحادة وأخدود الإغاثة، أثبت التصميم الهيدروليكي من النوع N أنه حلٌّ لمعظم مشاكل الانسداد. علاوةً على ذلك، يمكن تصميم المكره بشفرات متعددة، دون الحاجة إلى ممرات تدفق كبيرة، مما يساعد على تقليل القوى الشعاعية، وتحسين التوازن، وزيادة الكفاءة.

يوضح الشكل 6 احتمالية انسداد المكره من النوع N، وهي أقل بشكل كبير من احتمالية انسداد المكره التقليدي المصمم حول أبعاد تدفق كبيرة.

الشكل 6: الانسداد في المكره من النوع N ذات التنظيف الذاتي

الشكل 7: تصميم هيدروليكي بتقنية N ذاتية التنظيف

يوضح الشكل 7 التصميم الهيدروليكي من النوع N، والذي يتكون من مروحة من النوع N شبه مفتوحة وحلقة إدخال مع دبابيس توجيه.

تعمل تقنية التنظيف الذاتي على النحو التالي:

1. تحقق شفرات المكره من النوع N، مع حوافها الأمامية الأفقية الممسوحة، التنظيف الذاتي عن طريق كنس المواد الصلبة من مركز حلقة الإدخال إلى الحافة الخارجية.

2. تعمل أخاديد التفريغ الموجودة في حلقة الإدخال مع الحافة الأمامية الأفقية لتوجيه المواد الصلبة خارج الدافع.

3. في الأشكال الهندسية الأصغر، تعمل دبابيس التوجيه المصممة خصيصًا على التقاط أي ألياف عالقة بالقرب من محور المكره وتسمح للشفرات بدفعها خارج المضخة على طول أخاديد التفريغ.

بفضل قدرتها على طرد الأجسام الصلبة، تُقلل تقنية التنظيف الذاتي بشكل كبير من الصيانة غير المجدولة وتُحسّن الموثوقية. بمنعها الأجسام الليفية من التشابك حول الحافة الأمامية والتسبب في انسداد ناعم، تضمن المروحة من النوع N كفاءة عالية ومستدامة على المدى الطويل، مما يُقلل من استهلاك الطاقة.

بخلاف أنظمة الهيدروليك ذات القنوات، فإن خصائص منع الانسداد في الهيدروليك ذاتي التنظيف من النوع N تعتمد على ميكانيكية ولا تتأثر بتغيرات معدل التدفق. لذلك، تعمل المضخة بكفاءة عالية في نقاط مختلفة على طول منحنى الأداء، والأهم من ذلك، بموثوقية عالية على نطاق واسع من الترددات. يتيح اقتران تصميم الهيدروليك من النوع N بمحرك تردد متغير (VFD) تحكمًا أفضل في العملية، وتوفيرًا للطاقة، وسلاسة في التشغيل، وخفضًا في تكاليف الصيانة.

تطوير التصميم الهيدروليكي من النوع N ذات التنظيف الذاتي

عزم الدوران المحدود في المضخات الصغيرة

مضخات غاطسة تُدار عادةً بواسطة محرك كهربائي متصل بشكل وثيق بدافع المضخة، كما هو موضح في الشكل 8. عند بدء تشغيل المضخة، يتدفق التيار إلى ملفات الجزء الثابت، مولدًا مجالًا مغناطيسيًا دوارًا يُدير الجزء الدوار عبر العمود. وبالتالي، يُولّد المحرك عزم دوران يتناسب مع قدرته. عزم الدوران هو كمية فيزيائية تُحدد ميل القوة إلى تدوير جسم حول محور أو نقطة.

الشكل 8: مخطط عزم الدوران

كما ذُكر سابقًا، تُدفع الأجسام المارة عبر مضخة N ذاتية التنظيف على طول أخدود التفريغ. ولأن الفجوة بين شفرات المكره وحلقة الإدخال صغيرة جدًا، لا تتجاوز بضعة أعشار من المليمتر، تُدفع الحطامات الكبيرة عبر أخدود التفريغ. عند حدوث ذلك، يتولد احتكاك إضافي، مما يُؤدي إلى كبح المكره وإبطائه. يجب أن تُوفر المضخة عزم دوران إضافيًا للتغلب على هذا الاحتكاك الإضافي، مما يتطلب عزم دوران أعلى للمحرك. إذا لم يكن عزم دوران المحرك الأقصى كافيًا، تعلق الحطام وتتوقف المضخة. تُعرف هذه الحالة بالانحشار الشديد.

لأن المحركات المستخدمة في مضخات الصرف الصحي الغاطسة لا تُبالغ عادةً في تقديرها، فإن أقصى عزم دوران متاح بكامل طاقته قد لا يكون كافيًا لإزالة حتى أصعب الحطام. وينطبق هذا بشكل خاص على المضخات الأصغر حجمًا، والتي غالبًا ما تكون هوامش عزم الدوران فيها منخفضة نسبيًا. ولتحسين أداء مضخات N الأصغر حجمًا، طورت Flygt تقنية Adaptive N لتقليل خطر الانحشارات الشديدة الناتجة عن عزم الدوران غير الكافي.

تقنية N التكيفية

بفضل تقنية Adaptive N، لا يُثبّت المكره من النوع N تمامًا على العمود، بل يتحرك محوريًا لأعلى ولأسفل استجابةً لفرق الضغط الناتج عن مرور الحطام الكبير عبر المضخة. تزيد هذه الحركة مؤقتًا من الخلوص بين شفرات المكره وحلقة التطعيم. يسمح هذا حتى لأكبر قطع القماش وأصعب الحطام بالمرور عبر المضخة دون الحاجة إلى عزم دوران إضافي للمحرك. تتجلى هذه الميزة بشكل أوضح عند تشغيل محرك المضخة على طاقة أحادية الطور، حيث ينخفض ​​عزم الدوران المتاح بشكل أكبر.

الشكل 9: موضع المكره التكيفي N أثناء التشغيل

كما هو موضح في الجانب الأيسر من الشكل 9، في معظم الحالات، يعمل الدافع التكيفي N تمامًا مثل الدافع التقليدي من النوع N. ومع ذلك، عند الضرورة، يتحرك الدافع لأعلى لتمرير الحطام الأكبر، كما هو موضح في الجانب الأيمن من الشكل 9.

تعمل آلية التكيف باستغلال فرق الضغط الهيدروليكي عبر المكره. القوة المعتمدة على الضغط هي F = PxA، حيث P هو الضغط وA هي المساحة التي يؤثر عليها الضغط. يوضح الشكل 10 كيف تحدد القوى مجتمعةً موضع المكره.

يُظهر الجانب الأيسر من الشكل 10 صورةً تصوريةً للضغط الهيدروليكي الموزع على المكره في مياه الصرف الصحي قليلة التلوث. عند قاعدة المكره، يزداد الضغط لأعلى مع ازدياد نصف القطر، فتزداد القوة من مركز المكره نحو حافته. في هذه الأثناء، عند أعلى المكره، يتوزع الضغط الأعلى بالتساوي على كامل قرص المكره. القوة الصافية المؤثرة على المكره لها قيمة صافية متجهة لأسفل، مما يُبقيه في وضع التشغيل الطبيعي.

الشكل 10: توزيع القوة أثناء التشغيل العادي (يسار) وعند دخول قطعة كبيرة من الحطام إلى المضخة (يمين)

عند دخول قطعة كبيرة من الحطام إلى الدافع، يختلف توازن القوة عن التشغيل العادي. كما هو موضح في الجانب الأيمن من الشكل 10، تُضاف قوة صاعدة تدريجيًا إلى القوة الهيدروليكية عند قاعدة الدافع. عندما تتجاوز القوة الصاعدة القوة الهابطة، يبدأ الدافع بالتحرك لأعلى، وتزداد الفجوة بين الدافع والجزء الداخلي. عندما تصبح الفجوة واسعة بما يكفي، يمر الحطام عبر الدافع. ثم تنخفض القوة الصاعدة، ويعود الدافع إلى وضع التشغيل الأصلي.

لأن هذه الحركة التكيفية لا تستغرق سوى جزء من الثانية، فإن الزيادة اللحظية في القدرة لا تؤثر بشكل كبير على الكفاءة الكلية للمضخة. كما تُقلل هذه الميزة التكيفية الأحمال على العمود والأختام والمحامل، مما يُطيل عمرها الافتراضي.

باختصار، تُحسّن تقنية Adaptive N بشكل ملحوظ قدرات التنظيف الذاتي للمضخات الصغيرة المجهزة بمحركات منخفضة عزم الدوران. وفي نهاية المطاف، يُسهم التشغيل الموثوق والكفاءة العالية باستمرار في خفض التكلفة الإجمالية للملكية.

ملاحظة: على الرغم من وجود زنبرك في محور المروحة، إلا أنه لا علاقة له بالوظيفة التكيفية. يُبقي هذا الزنبرك المروحة ثابتة أثناء التجميع والشحن، مما يمنع حدوث أي تلف قبل التركيب.

تحليل تكلفة دورة الحياة (LCC) لمضخات مياه الصرف الصحي الصغيرة

تحليل تكلفة دورة الحياة (LCC) هو منهجية تُستخدم لتحديد التكلفة الإجمالية لنظام ما طوال دورة حياته أو لمقارنة خطط الاستثمار. يشمل تحليل تكلفة دورة الحياة الشامل لأي معدّات جميع التكاليف المرتبطة بها، بما في ذلك الاستثمار الأولي، والتركيب، والتشغيل، والطاقة، ووقت التوقف، والتكاليف البيئية، والصيانة، والتخلص من النفايات. تعتمد أهم عناصر الحساب على التطبيق، والموقع، وتكاليف العمالة، وتكاليف الطاقة، وهي عوامل قد تختلف اختلافًا كبيرًا بين الأسواق.

غالبًا ما يُستخدم تحليل مُبسَّط لتقييم خيارات مضخات مياه الصرف الصحي. في هذه الحالة، تُعدّ الاستثمار الأولي، وتكاليف الطاقة، وتكاليف الصيانة (وخاصةً الصيانة غير المُخطَّط لها)، أهم العوامل. ويمكن استبعاد عوامل أخرى من التحليل.

يُعد الانسداد العامل الأكثر أهمية في تكاليف الصيانة غير المخطط لها. ويتفاوت عدد مرات انسداد المضخة في محطة الضخ تفاوتًا كبيرًا. ومن أكثر العوامل شيوعًا:

• نوع الوسط المضخوخ

• نوع التصميم الهيدروليكي للمضخة

• طول دورة تشغيل المضخة

• حجم المضخة

• عزم دوران المحرك وعزم القصور الذاتي

• أداء الصيانة الروتينية

زيادة تكاليف الطاقة بسبب الانسداد الناعم

كما ذُكر سابقًا، قد تعاني مضخات المكره القناةي المستخدمة في تطبيقات مياه الصرف الصحي من انسداد خفيف، وقد تتعطل بعد دورة تشغيل طويلة. ومع ذلك، قد تستمر مضخات المكره الدوامي التي تعاني من انسداد خفيف في العمل نظرًا لكبر حجم غلاف المضخة. يسمح هذا الحجم الكبير بتراكم أكبر للمواد الصلبة مقارنةً بأنواع المكره الأخرى. في كلتا الحالتين، يميل الانسداد الخفيف إلى تقليل كفاءة المضخة ويؤدي إلى انسداد شديد.

يوضح الشكل 11 تأثير الانسداد الناعم على كفاءة واستهلاك الطاقة لمضخة تقليدية (تصميم هيدروليكي على شكل قناة أو دوامة) ومضخة ذاتية التنظيف (تصميم هيدروليكي من النوع N أو بتقنية Adaptive N) بمرور الوقت.

كما هو موضح في الشكل 11أ، عند تشغيل المضخة التقليدية بشكل مستمر في مياه الصرف الصحي، تنخفض كفاءتها ويزداد استهلاكها للطاقة تدريجيًا. ويلاحظ نفس الاتجاه عند تشغيل المضخة التقليدية بشكل متقطع (الشكل 11ب)، على الرغم من أن الغسيل العكسي يمكن أن يُحسّن الكفاءة مؤقتًا. في المقابل، يوضح الشكل 11ج أن المضخة ذاتية التنظيف تحافظ على ثبات كفاءتها واستهلاكها للطاقة أثناء التشغيل المستمر أو المتقطع في مياه الصرف الصحي، مما يُؤدي إلى أقل استهلاك للطاقة بمرور الوقت.

يمكن قياس تكاليف الطاقة المتزايدة الناتجة عن الانسداد الطري بسهولة في الموقع. ومع ذلك، يصعب التنبؤ بهذه التكاليف الإضافية نظرًا لاختلاف خصائص الوسائط ودورات التشغيل.

الشكل 11: مقارنة بين أداء المضخة التقليدية وأداء مضخة مياه الصرف الصحي ذات تقنية التنظيف الذاتي N في سيناريوهين تشغيليين مختلفين

مثال مبسط لمقارنة LCC

يوفر المثال التالي تحليلًا مبسطًا لتكلفة دورة الحياة من خلال مقارنة تكاليف ثلاثة أنواع من المضخات في ظل ساعات تشغيل يومية قصيرة وطويلة:

*قد تختلف تكاليف الطاقة بشكل كبير حسب البلد.

**تعتمد بيانات الكفاءة واستهلاك الطاقة المحددة على منحنيات أداء مضخة Flygt.

في هذا المثال، لا يختلف الاستثمار الأولي لمختلف التصاميم الهيدروليكية اختلافًا كبيرًا. فخلال دورات التشغيل الطويلة، لا يمثل الاستثمار الأولي سوى جزء صغير من تكلفة دورة حياة المنتج (LCC). علاوة على ذلك، ستكون تكاليف الصيانة المخطط لها متساوية تقريبًا في مختلف خيارات المضخات. في المقابل، سيكون لتكاليف الصيانة غير المخطط لها الناتجة عن الانسدادات الشديدة تأثير أكبر على تكلفة دورة حياة المنتج (LCC).

عند تشغيل مضخة دافعة قنوية ١٢ ساعة يوميًا لمدة خمس سنوات (الشكل ١٤)، تتجاوز تكاليف صيانتها غير المخطط لها خمسة أضعاف الاستثمار الأولي. في المقابل، لا تمثل تكاليف صيانة مضخة الدافع التكيفية من النوع N سوى ٦٠٪ من استثمارها الأولي. وبينما يُتوقع أن تتطلب مضخات الدافع الدوامي خدمات أقل من مضخات الدافع القنوي، فإن كفاءتها المنخفضة مقارنةً بالتصاميم الهيدروليكية الأخرى ستؤدي إلى ارتفاع تكاليف الطاقة. هذا لا يأخذ في الاعتبار حتى تكاليف الطاقة الإضافية الناتجة عن الانسداد الطفيف، والذي يصعب التنبؤ به، وبالتالي لا يُدرج في حساب دورة حياة المنتج أو هذه المخططات. مع أخذ ذلك في الاعتبار، سيكون استهلاك مضخة الدوامي الهيدروليكية للطاقة أعلى من التصميمين الهيدروليكيين الآخرين.

سواءً كانت تعمل لمدة 3 أو 12 ساعة يوميًا (الشكلان 13 و14)، تتميز مضخة الدفع التكيفية من النوع N بأقل تكلفة دورة حياة في تطبيقات مياه الصرف الصحي، نظرًا لتقليصها للصيانة غير المخطط لها. وإذا أُخذت تكاليف الطاقة الإضافية الناتجة عن الانسداد الطفيف في الاعتبار، فإن وفورات مضخة الدفع التكيفية من النوع N أكبر بكثير من تلك الموضحة في تحليل دورة حياة المنتج. بالإضافة إلى الفوائد الاقتصادية، توفر مضخة النوع N تجربة تشغيل سلسة ومريحة للمستخدم النهائي.

الشكل 12: مثال لمحطة ضخ بئر رطب مزودة بمضختين صغيرتين لمياه الصرف الصحي

الشكل 13: تحليل مبسط لتكلفة دورة الحياة استنادًا إلى 3 ساعات من التشغيل اليومي لمدة 5 سنوات

الشكل 14: تحليل مبسط لدورة حياة الطاقة استنادًا إلى 12 ساعة من التشغيل اليومي لمدة 5 سنوات

ملخص

أدى التركيز المتزايد على تقليل تكاليف التشغيل، وخاصةً في تطبيقات الصرف الصحي، إلى زيادة الطلب على مضخات ذات مقاومة مُحسّنة للانسداد وكفاءة أعلى. قبل خمسة وعشرين عامًا، طورت شركة Flygt تصميمًا هيدروليكيًا ذاتي التنظيف لمعالجة هذه المشكلة. يُقلل الدافع شبه المفتوح من النوع N، المُزود بحافة أمامية أفقية مائلة وأخاديد تفريغ، من خطر الانسداد بشكل كبير. وبالمقارنة مع التصاميم الهيدروليكية التقليدية، تتميز مضخة النوع N بكفاءة عالية وموثوقية مُحسّنة باستمرار. ونتيجةً لذلك، أصبحت مضخة النوع N ذاتية التنظيف شائعة الاستخدام عالميًا.

نظرًا لمحدودية حجم وعزم دوران محرك مضخات الصرف الصحي الصغيرة، كان تطبيق تقنية N-type في أكثر التطبيقات صعوبة. ولتحسين وظيفة التنظيف الذاتي، وخاصةً للحد من خطر الانسدادات الصلبة في المضخات منخفضة عزم الدوران نسبيًا، تتضمن دافعة N-type تقنية تكيفية. يسمح التصميم الهيدروليكي التكيفي لـ N-type للدافعة بالتحرك محوريًا، مما يسمح بمرور حتى أصعب الحطام. وقد أثبتت الاختبارات المعملية والميدانية المكثفة أن التصميم الهيدروليكي التكيفي لتقنية N-type يعالج بفعالية مشاكل الانسدادات الصلبة والناعمة في المضخات الصغيرة.

علاوةً على ذلك، يُظهر تحليل دورة حياة المنتج (LCC) إمكاناتٍ كبيرةً لتوفير التكاليف باستخدام مضخات الدفع التكيفية N. في معظم الحالات، تتحقق هذه الوفورات من انخفاض استهلاك الطاقة وتكاليف الصيانة غير المخطط لها.