وظيفة الحشوة: الحشوات الميكانيكية واللينة

ما هي الحشوة؟

كما هو معروف، تُعد الحشوة أحد العناصر الأساسية في المضخات الطاردة المركزية. ويُعد استخدامها إلزاميًا في جميع المضخات الطاردة المركزية باستثناء المضخات ذات القارنة المغناطيسية (الخالية من الحشوة). سنحاول في هذا المقال أن نشارككم أنواع الحشوة وآلية عملها.

المهمة الأساسية للحشوة في المضخة الطاردة المركزية هي توفير الإحكام بين المنطقتين الرطبة والجافة في المضخة. المنطقة الرطبة هي جانب جسم المضخة حيث يُضغط السائل وتتحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة هيدروليكية. أما المنطقة الجافة فهي الجانب الذي يقع خارج المنطقة الرطبة ويشمل العمود والمحامل والمحرك.

من المفيد التطرق بإيجاز إلى منطق عمل المضخة الطاردة المركزية من أجل فهم مهمة الحشوة ومبدأ عملها بشكل أفضل.

أولًا، يقوم المحرك الموجود في المنطقة الجافة بأخذ الطاقة من الشبكة وتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، ثم ينقل هذه الطاقة إلى عمود المضخة عبر الوصلة (الكوبلنج). يتصل أحد طرفي العمود بجانب الوصلة، أي بالمنطقة الجافة، بينما يتصل الطرف الآخر بالمروحة الموجودة في جسم المضخة الذي نسميه المنطقة الرطبة. وبهذه الطريقة يُدير العمود المروحة داخل الجسم. وتقوم المروحة بدورها، بفضل ريشها، بضغط السائل محوّلة الطاقة الميكانيكية إلى طاقة هيدروليكية.

عند النظر إلى آلية العمل هذه، فإن المشكلة الأساسية المتعلقة بالإحكام تنشأ من كون جزء من العمود يقع في المنطقة الجافة بينما يقع الجزء الآخر (الذي يُحدث فتحة في جسم المضخة) في المنطقة الرطبة، وفي الوقت نفسه كون العمود عنصرًا متحركًا أي دوارًا. ولمنع تسرب السائل إلى خارج الجسم، يمكننا إيجاد حلين مختلفين. الحل الأول هو تحريك مروحة المضخة بطريقة أخرى غير استخدام عمود متصل بالمحرك؛ وفي هذه الحالة سيكون من المناسب استخدام مضخة ذات قارنة مغناطيسية. أما الحل الآخر فهو استخدام عنصر إضافي يسمح بدوران العمود مع تقليل التسرب من جسم المضخة إلى الحد الأدنى في الوقت نفسه. وهذا العنصر هو ما نسميه الحشوة.

أكثر أنواع الحشوة استخدامًا اليوم هما الحشوة الميكانيكية والحشوة اللينة. وعلى الرغم من أن لكل من النوعين مزايا وعيوب خاصة به، إلا أن معدل استخدام الحشوة الميكانيكية يتزايد مع ارتفاع جودة الإنتاج الصناعي. وسيتضح سبب هذا الوضع عندما نشرح آلية عمل كلا النوعين بعد قليل.

الحشوة اللينة

يمكن تعريف الحشوة اللينة بأنها معدة توفر الإحكام من خلال ملء الفراغ بين العمود والجسم الذي ذكرناه أعلاه بشكل فيزيائي. تُلف الحشوات اللينة حول العمود "أو حول بطانة يتم تركيبها على العمود لحمايته من التآكل" بعدد مختلف من الصفوف. وبهذه الطريقة يتحقق الإحكام مع السماح بدوران العمود في الوقت نفسه. إلا أنه يجب ألا يُنسى أن الحشوات اللينة لا توفر إحكامًا كاملاً أبدًا، بل إن عدم تحقيق ذلك أمر مرغوب فيه أيضًا. فبسبب قوة الاحتكاك المستمرة، تسخن الحشوة وتزداد الاحتكاكات السطحية. لذلك يجب أن يكون هناك سائل بشكل دائم على الحشوة حتى تبرد وتقل الاحتكاكات ولو جزئيًا. وعلى الرغم من أن كمية هذا التسرب تُقدَّر نظريًا بـ 1-2 قطرة في الدقيقة، فقد لوحظ في الملاحظات الميدانية أن هذا الرقم يصل حتى في أفضل الأنظمة إلى 5-10 قطرات في الدقيقة. ويُضبط مقدار هذا التسرب من خلال عنصر الضغط الموجود على الحشوة في المضخة.

الحشوة الميكانيكية

تُستخدم الحشوات الميكانيكية أيضًا لنفس الغرض تمامًا، إلا أن نظام عملها مختلف تمامًا. تتكون الحشوات الميكانيكية من قسمين، هما العنصر الثابت والعنصر المتحرك. يُركَّب العنصر الثابت على المضخة ولا يتحرك. أما العنصر المتحرك فيُركَّب على العمود أو على بطانة مركبة على العمود، ويدور بشكل متزامن مع العمود.

أما نظام عمل الحشوة الميكانيكية فهو كالتالي: عندما يمر السائل داخل المضخة، يُدفع العنصر الثابت الموجود في جانب الجسم (في منطقة الضغط المرتفع) بفعل ضغط السائل نحو العنصر المتحرك الموجود في جانب المحرك. ويسمح نابض موجود في الجانب المتحرك بهذه الحركة ويدعم سطح الحشوة المتحركة. وبهذه الطريقة تلتصق أسطح العنصرين المتحرك والثابت ببعضهما تقريبًا. إلا أنه ونظرًا لأن أحد الجانبين يدور باستمرار بينما يبقى الآخر ثابتًا تمامًا، فإنه في حال التصاق هذين السطحين ببعضهما تمامًا، ستتآكل الأسطح وتنكسر في وقت قصير بسبب الاحتكاك، وتصبح الحشوة غير قادرة على أداء وظيفتها. لذلك تتشكل فجوة صغيرة جدًا بين أسطح العنصرين الثابت والمتحرك. ويبلغ طول هذه الفجوة حوالي 0.0008 مم. ويمتلئ الفراغ الناتج بالسائل المضخوخ في المضخة، مما يشكل طبقة غشائية رقيقة جدًا بين السطحين.

نظرًا لوجود عدد كبير من المقالات ومقاطع الفيديو والرسوم المتحركة حول مبدأ عمل الحشوة الميكانيكية، فقد قمنا بتلخيص الموضوع بإيجاز. وإذا كنتم ترغبون في دراسة منطق العمل بالتفصيل أو طرح أي أسئلة، يمكنكم التواصل معنا.

الحشوة اللينة أم الحشوة الميكانيكية؟

 

لكل من نوعي الحشوة مزايا وعيوب خاصة به. والنقطة التي يجب مراعاتها عند اختيار الحشوة هي احتياجات النظام والمنشأة. فعلى سبيل المثال، إذا كان السائل المنقول مكلفًا، فسيكون من المناسب استخدام حشوة ميكانيكية لتقليل التسرب إلى الصفر. وبالمثل، إذا كان السائل المضخوخ يشكل خطرًا على الإنسان والبيئة، وبالتالي كان مطلوبًا أيضًا انعدام التسرب تمامًا، فإن الحشوة الميكانيكية هي الخيار الأصح. إلا أنه في البيئة التي تتعرض فيها المضخة لأحمال كبيرة أو تحدث فيها حركات صغيرة متكررة في الأرضية التي تستقر عليها المضخة، سيكون استخدام الحشوة اللينة أكثر ملاءمة لأنها تستطيع تحمل الانحراف المحوري بشكل أفضل بكثير.

	الحشوة الميكانيكية	الحشوة اللينة
المزايا (+)
	يوفر إحكامًا قريبًا من 100%	ميزة السعر
	لا يتطلب صيانة كثيرة	سهولة التركيب
	عمر تشغيلي طويل	تحمّل عالٍ للانحراف المحوري
العيوب (-)
	أسعارها مرتفعة	يتطلب صيانة كثيرة
	تركيبه أصعب.	لا يوفر إحكامًا بنسبة 100%
	تحمّله للانحراف المحوري ضعيف جدًا.	يتسبب في تلف العمود أو البطانة في وقت قصير

 

تم تلخيص الجوانب الإيجابية والسلبية لأنواع الحشوة الميكانيكية واللينة بإيجاز أعلاه. إلا أنه يجب ألا يُنسى أن الاختيار الأصح في هذا الشأن سيتخذه مصنّعو المضخات. فنوع الحشوة هو مادة يجب اختيارها مع مراعاة السائل والنظام الذي توجد فيه المضخة وبنية المضخة نفسها. كما أن مصنّعي المضخات على دراية على الأرجح بظروف الموقع والبيئة المطلوب الاختيار لها، ولديهم مضخات تعمل بالفعل في هذه الأنظمة. لذلك فإنهم سيقترحون أيضًا الحشوة الأنسب استنادًا إلى خبرتهم.