وظيفة الحشو: الأختام الميكانيكية والحشوات الناعمة

ما هو الحشو (السلمستر)؟

من المعروف أن حشو العمود (السلمستر) هو أحد المكونات الرئيسية في المضخات الطاردة المركزية. ويُعد استخدامه إلزاميًا في جميع المضخات الطاردة المركزية باستثناء المضخات ذات القارنة المغناطيسية (عديمة الحشو). وسنحاول في هذا المقال أن نشارككم أنواع حشوات العمود وآلية عملها.

الوظيفة الأساسية لحشو العمود في المضخة الطاردة المركزية هي توفير الإحكام بين المنطقتين الرطبة والجافة في المضخة. والمنطقة الرطبة هي جانب جسم المضخة حيث يُضغط السائل وتتحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة هيدروليكية. أما المنطقة الجافة فهي جانب العمود والمحامل والمحرك الواقع خارج المنطقة الرطبة.

ولفهم وظيفة حشو العمود ومبدأ عمله بشكل أفضل، من المفيد التطرق بإيجاز إلى منطق عمل المضخة الطاردة المركزية.

أولًا، يستمد المحرك الموجود في المنطقة الجافة الطاقة من الشبكة الكهربائية، ويحوّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، وينقل هذه الطاقة إلى عمود المضخة عبر الوصلة (الكوبلن). ويتصل أحد طرفي العمود بجانب الوصلة، أي بالمنطقة الجافة، بينما يتصل الطرف الآخر بالدفاعة الموجودة في جسم المضخة، والتي نسميها المنطقة الرطبة. وبهذه الطريقة، يُدير العمود الدفاعة داخل الجسم. وتقوم الدفاعة بدورها، من خلال ريشها، برفع ضغط السائل، محوّلة الطاقة الميكانيكية إلى طاقة هيدروليكية.

وبالنظر إلى آلية العمل هذه، تنشأ المشكلة الأساسية المتعلقة بالإحكام من كون جزء من العمود جافًا بينما يقع جزء آخر في المنطقة الرطبة (مما يخلق فتحة في جسم المضخة)، ومن كون العمود في الوقت نفسه عنصرًا متحركًا أي دوّارًا. ويمكننا وضع حلين مختلفين لمنع تسرب السائل إلى خارج الجسم. الحل الأول هو تشغيل دفاعة المضخة بطريقة أخرى غير استخدام عمود متصل بالمحرك؛ وفي هذه الحالة يكون من المناسب استخدام مضخة ذات قارنة مغناطيسية. أما الحل الآخر فهو استخدام عنصر إضافي يسمح بدوران العمود ويقلل في الوقت نفسه من التسرب من جسم المضخة إلى أدنى حد. وهذا العنصر بالتحديد هو ما نسميه حشو العمود (السلمستر).

اليوم، أكثر أنواع الحشو استخدامًا هي الختم الميكانيكي والحشوة الناعمة. ورغم أن لكل نوع مزاياه وعيوبه الخاصة، فإنه مع ارتفاع جودة الإنتاج الصناعي، يزداد أيضًا معدل استخدام الختم الميكانيكي. وسيتضح سبب ذلك بعد قليل عندما نشرح طريقة عمل كلا النوعين من الحشو.

الحشوة الناعمة

يمكن وصف الحشوة الناعمة بأنها عنصر يوفر الإحكام من خلال ملء الفراغ الموجود بين العمود والجسم المذكور أعلاه ماديًا. وتُلف حلقات الحشوة حول العمود - أو حول جلبة (بطانة) مركّبة على العمود لحمايته من التآكل - بعدد متفاوت من اللفات. وهذا يوفر الإحكام ويسمح في الوقت نفسه بدوران العمود. غير أنه يجب ألا يُنسى أن الحشوة الناعمة لا توفر أبدًا إحكامًا كاملًا، بل إن عدم توفيره أمر مرغوب فيه أيضًا. ويعود ذلك إلى أن الحشوة تسخن بسبب قوة الاحتكاك المتولدة باستمرار، مما يزيد من احتكاك السطح. ولهذا السبب يجب أن يكون هناك سائل باستمرار عند الحشوة، سواء لتبريدها أو لتقليل الاحتكاك ولو جزئيًا. ورغم أن كمية هذا التسرب تُذكر نظريًا بأنها 1-2 نقطة في الدقيقة، فقد أظهرت الملاحظات الميدانية أن هذا الرقم يصل حتى في أفضل الأنظمة إلى 5 إلى 10 نقاط في الدقيقة. وتُضبط كمية هذا التسرب بواسطة عنصر ضغط الحشوة (غلاند) الموجود على المضخة.

الختم الميكانيكي

تُستخدم الأختام الميكانيكية للغرض نفسه تمامًا، لكن نظام عملها مختلف تمامًا. ويتكون الختم الميكانيكي من جزأين: عنصر ثابت وعنصر متحرك. يُركَّب العنصر الثابت على المضخة ولا يتحرك. أما العنصر المتحرك فيُركَّب على العمود أو على جلبة مركّبة على العمود، ويدور بتزامن مع العمود.

نظام عمل الختم الميكانيكي هو كالتالي: أثناء مرور السائل عبر المضخة، يُدفع العنصر الثابت الموجود في جانب الجسم (في منطقة الضغط العالي) بفعل ضغط السائل نحو العنصر المتحرك الموجود في جانب المحرك. ويتيح نابض موجود في الجانب المتحرك هذه الحركة ويدعم سطح الختم المتحرك. وبهذه الطريقة، يكاد سطحا العنصرين المتحرك والثابت يلتصقان ببعضهما. غير أنه، ولأن أحد الجانبين يدور باستمرار بينما يظل الآخر ثابتًا باستمرار، فإنه لو التصق هذان السطحان ببعضهما تمامًا، لتآكلا وتشققا بسرعة بسبب الاحتكاك، وأصبح الختم غير قادر على أداء وظيفته. لذلك يتشكل فراغ صغير جدًا بين سطحي العنصرين الثابت والمتحرك. ويبلغ حجم هذا الفراغ نحو 0.0008 ملم. ويمتلئ الفراغ المتكون بالسائل المضخوخ ليشكّل طبقة رقيقة جدًا من الغشاء بين السطحين.

نظرًا لوجود عدد كبير من المقالات ومقاطع الفيديو والرسوم المتحركة حول مبدأ عمل الختم الميكانيكي، فقد لخّصنا الموضوع بإيجاز هنا. وإذا رغبتم في دراسة منطق العمل بالتفصيل أو طرح سؤال، يمكنكم التواصل معنا.

الحشوة الناعمة أم الختم الميكانيكي؟

 

لكل نوع من الحشو مزاياه وعيوبه الخاصة. والأمر الذي يجب مراعاته عند اختيار الحشو هو احتياجات النظام والمنشأة. فعلى سبيل المثال، إذا كان يتم نقل سائل باهظ الثمن، فسيكون من المناسب استخدام ختم ميكانيكي لخفض التسرب إلى الصفر. وبالمثل، إذا كان السائل المضخوخ يشكل خطرًا على صحة الإنسان والبيئة، ولهذا السبب يُطلب أيضًا تسرب صفري، فإن الختم الميكانيكي هو الخيار الأصح. غير أنه في بيئة تكون فيها الأحمال المسلطة على المضخة كبيرة، أو تحدث فيها حركات صغيرة متكررة في الأرضية التي تستقر عليها المضخة، ستكون الحشوة الناعمة أنسب للاستخدام، لأنها يمكن أن تتحمل عدم المحاذاة المحورية بشكل أفضل بكثير.

	الختم الميكانيكي	الحشوة الناعمة
المزايا (+)
	يوفر إحكامًا يقارب 100%	ميزة السعر
	لا يتطلب صيانة كبيرة	سهولة التركيب
	عمر تشغيلي طويل	تحمّل عالٍ لعدم المحاذاة المحورية
العيوب (-)
	أسعاره مرتفعة	يتطلب صيانة أكبر
	تركيبه أصعب.	لا يمكنه توفير إحكام بنسبة 100%
	تحمّل ضعيف جدًا لعدم المحاذاة المحورية.	يتلف العمود أو الجلبة في وقت قصير

 

لُخصت أعلاه بإيجاز مزايا وعيوب نوعي الختم الميكانيكي والحشوة الناعمة. غير أنه يجب ألا يُنسى أن الاختيار الأصح في هذا الشأن سيقوم به مصنّعو المضخات. ويعود ذلك إلى أن نوع الحشو هو عنصر يجب اختياره مع مراعاة السائل والنظام الذي توجد فيه المضخة وبنية المضخة نفسها. وفي الوقت نفسه، من المرجح أن يكون مصنّعو المضخات على دراية بظروف الموقع والبيئة التي يُراد الاختيار من أجلها، ولديهم مضخات تعمل بالفعل في مثل هذه الأنظمة. لذلك، سيوصون أيضًا بالحشو الأنسب استنادًا إلى الخبرة.