كيفية حساب إجمالي الضغط الديناميكي (TDH)

اختيار المضخة المناسبة هو أحد أهم القرارات في تصميم نظام الموائع. اجعل الاختيار صحيحًا، وسيعمل النظام بكفاءة لسنوات. اختر الخطأ، وستواجه فواتير طاقة مرتفعة، وتعطلًا مبكرًا للمعدات، وأداءً ضعيفًا. مفتاح النجاح يكمن في معلمة حاسمة واحدة:الارتفاع الديناميكي الإجمالي (TDH).حساب الـ TDH بشكل غير صحيح هو خطأ شائع ومكلف. فهو يؤدي إلى مضخات كبيرة الحجم تهدر الطاقة أو مضخات صغيرة الحجم تفشل في توفير التدفق المطلوب. هذا الدليل موجّه للمهندسين والمقاولين ومشتري المضخات ومصممي الأنظمة الذين يحتاجون إلى إجراء هذا الحساب بدقة في كل مرة. سنشرح ما هو الـ TDH، وكيفية حسابه خطوة بخطوة، وكيف يؤثر على اختيارك النهائي للمضخة.

ما هو الارتفاع الديناميكي الإجمالي (TDH)؟

الارتفاع الديناميكي الإجمالي هو الارتفاع المكافئ الكلي الذي يجب ضخ السائل إليه، مع الأخذ في الاعتبار جميع فاقد الطاقة في النظام. وهو يمثل إجمالي مقدار العمل الذي يجب على المضخة القيام به لتحريك السائل من مصدره إلى وجهته.يخلط الكثيرون بين الـ TDH وبين فرق الارتفاع العمودي فقط، لكن هذا مجرد جزء واحد من المعادلة. الـ TDH هو مجموع الارتفاع الساكن (الرفع العمودي) والارتفاع الديناميكي (الطاقة المفقودة بسبب الاحتكاك والسرعة). وهو المقياس الحقيقي للمقاومة الكلية التي يجب على المضخة التغلب عليها.

المكونات الرئيسية للارتفاع الديناميكي الإجمالي

يتم حساب الـ TDH عن طريق جمع أربعة مكونات رئيسية معًا. فهم كل مكون أمر ضروري للحصول على نتيجة دقيقة.

1. الارتفاع الساكن

الارتفاع الساكن هو المسافة العمودية التي يجب على المضخة رفع السائل عبرها، بغض النظر عن معدل التدفق. وهو يعتمد فقط على الجاذبية والارتفاع.

·ارتفاع الشفط الساكن / رفع الشفط:هذه هي المسافة العمودية من الخط المركزي للمضخة إلى سطح مصدر السائل. إذا كان مصدر السائل فوق المضخة، فهذا يُسمى ارتفاع شفط ساكن موجب. إذا كان المصدر أسفل المضخة، فهذه قيمة سالبة تُعرف برفع الشفط الساكن.

·ارتفاع التفريغ الساكن:هذه هي المسافة العمودية من الخط المركزي للمضخة إلى أعلى نقطة في أنابيب التفريغ أو سطح خزان الوجهة.لإيجاد الارتفاع الساكن الإجمالي، ببساطة اطرح ارتفاع الشفط الساكن من ارتفاع التفريغ الساكن.

2. فاقد الاحتكاك

عندما يتحرك السائل عبر الأنابيب، يحتك بالجدران الداخلية، مما يخلق احتكاكًا. هذا الاحتكاك يقاوم التدفق ويمثل فاقد طاقة يجب على المضخة التغلب عليه. وهذا ما يُعرف بفاقد الاحتكاك أو فاقد الارتفاع.يتأثر فاقد الاحتكاك بـ:·معدل التدفق:معدلات التدفق الأعلى تخلق اضطرابًا أكثر وبالتالي فاقد احتكاك أعلى.

·قطر الأنبوب:الأنابيب الأصغر تجبر السائل على التحرك بشكل أسرع، مما يزيد الاحتكاك بشكل كبير.

·طول الأنبوب:الأنابيب الأطول تعني مساحة سطح أكبر ليعمل عليها الاحتكاك.

·مادة الأنبوب:مواد الأنابيب الأكثر خشونة (مثل الحديد الزهر القديم) تخلق احتكاكًا أكثر من المواد الملساء (مثل PVC).

3. الفقدان الثانوي (الوصلات والصمامات)

في كل مرة يغير فيها السائل اتجاهه أو يمر عبر مكون، فإنه يفقد طاقة. غالبًا ما يُطلق على هذه الخسائر الناتجة عن المرافق، والتوصيلات الثلاثية، والصمامات، والمرشحات، وصمامات الفحص اسم 【الفقدان الثانوي.】 ومع ذلك، في الأنظمة المعقدة ذات الوصلات العديدة، يمكن أن تصل هذه الخسائر إلى جزء كبير من إجمالي فقدان الرأس.

4. رأس الضغط

إذا كان المضخ يفرغ في وعاء مضغوط (مثل المرجل أو نظام الحلقة المغلقة)، يجب على المضخة التغلب على هذا الضغط الموجود. يجب تحويل هذا الضغط إلى ارتفاع مكافئ من السائل، يُعرف باسم رأس الضغط. على سبيل المثال، في نظام مفتوح يفرغ إلى الغلاف الجوي، يكون رأس الضغط صفرًا.

شرح معادلة إجمالي الرأس الديناميكي

المعادلة العامة لإجمالي الرأس الديناميكي واضحة:إجمالي الرأس الديناميكي = إجمالي الرأس الساكن + إجمالي فقد الاحتكاك + رأس الضغطحيث:

·إجمالي الرأس الساكن= ارتفاع التفريغ - ارتفاع السحب

· إجمالي فقد الاحتكاك= فقد الاحتكاك في الأنابيب + الفقد الثانوي من التجهيزات

·ارتفاع الضغط= الضغط في الخزان الهدف (محولاً إلى ارتفاع)يجب أن تكون الوحدات متسقة. في النظام الإمبراطوري، يقاس الارتفاع بالأقدام. في النظام المتري، يقاس بالمتر.

دليل خطوة بخطوة لحساب إجمالي الارتفاع الديناميكي (TDH)

دعنا نتناول عملية حساب إجمالي الارتفاع الديناميكي (TDH) لنظام نموذجي.

الخطوة 1: تحديد الارتفاع الساكن

أولاً، قم بقياس الارتفاعات الرأسية. حدد مستوى السائل عند المصدر ونقطة التفريغ. لنفترض أن المضخة تسحب من حفرة تجميع على عمق 10 أقدام تحت خط مركزها وتضخ إلى خزان مستوى الماء فيه أعلى بـ 40 قدمًا منها.

· ارتفاع الشفط الساكن = 10 أقدام

· ارتفاع التفريغ الساكن = 40 قدمًا

·إجمالي الارتفاع الساكن= 40 قدم - (-10 قدم) = 50 قدمًا (ملاحظة: غالبًا ما يعامل ارتفاع الشفط كقيمة موجبة في الجمع النهائي)

·إجمالي الارتفاع الساكن= 40 قدم + 10 قدم = 50 قدمًا

الخطوة 2: حساب فقد احتكاك الأنبوب

باستخدام معدل التدفق المطلوب وتفاصيل نظام الأنابيب (القطر، المادة، الطول)، استشر جدول فقد الاحتكاك أو استخدم حاسبة عبر الإنترنت. لنفترض أنك تحتاج إلى ضخ 100 جالون في الدقيقة (GPM) عبر 200 قدم من أنبوب PVC بقطر 3 بوصات. قد يظهر جدول فقد الاحتكاك فقدًا قدره 1.6 قدم من الارتفاع لكل 100 قدم من الأنبوب.

· فقد الاحتكاك = (1.6 قدم / 100 قدم) * 200 قدم =3.2 قدم

الخطوة 3: إضافة الفقدان الثانوي (الفقدان في التركيبات)

قم بإدراج جميع التركيبات في النظام (مثل أربعة مرنات بزاوية 90 درجة، صمام عدم رجوع واحد، صمام بوابة واحد). باستخدام جدول 【الطول المعادل】， ابحث عن عدد الأقدام الإضافية للأنبوب المستقيم التي يمثلها كل تركيب. أضف هذه الأطوال إلى إجمالي طول الأنبوب الخاص بك وأعد الحساب، أو اجمع الفقدان الفردي في الضغط لكل تركيب. دعونا نقدر أن هذه تضيف فقدانًا آخر في الضغط يعادل4.0 قدمالخطوة 4: تضمين ارتفاع الضغط (الضغط المحول إلى ارتفاع)

هل يقوم المضخ بتفريغ في خزان مضغوط؟ إذا كان الأمر كذلك، قم بتحويل ذلك الضغط إلى ارتفاع. بالنسبة للماء، 1 رطل لكل بوصة مربعة يعادل 2.31 قدم من الارتفاع. إذا كان خزان الوجهة مفتوحًا على الغلاف الجوي، فإن هذه القيمة تكون صفر. في مثالنا، لنفترض أنه خزان مفتوح.·

ارتفاع الضغط= 0 قدمالخطوة 5: جمع جميع المكونات

الآن، اجمع كل شيء معًا لإيجاد إجمالي الارتفاع الديناميكي الكلي النهائي.

· إجمالي الارتفاع الديناميكي الكلي = الارتفاع الساكن + فقدان الاحتكاك في الأنبوب + الفقدان الثانوي + ارتفاع الضغط

· إجمالي الارتفاع الديناميكي الكلي = 50 قدم + 3.2 قدم + 4.0 قدم + 0 قدم

·

إجمالي الارتفاع الديناميكي الكلي النهائي = 57.2 قدميجب أن يكون مضخك قادرًا على تدفق 100 جالون في الدقيقة عند ارتفاع لا يقل عن 57.2 قدم.الأخطاء الشائعة في حساب إجمالي الارتفاع الديناميكي الكلي

·

تجاهل فقدان الاحتكاك:حساب الارتفاع الساكن فقط هو الخطأ الأكثر شيوعًا، مما يؤدي إلى اختيار مضخ أصغر من المطلوب. Only calculating static head is the most frequent error, leading to an undersized pump.

·نسيان الفاقد الثانوي:في الأنظمة ذات المنعطفات الكثيرة، قد تكون الفاقدات الثانوية من التجهيزات أكبر من احتكاك الأنبوب نفسه.

·استخدام قطر أنبوب غير صحيح:التغيير البسيط في حجم الأنبوب له تأثير كبير على الاحتكاك. استخدم دائمًا القطر الداخلي في الحسابات.

·الخلط بين الرأس الساكن والرأس الديناميكي الكلي (TDH):الرأس الديناميكي الكلي (TDH) هو نقطة التشغيل على منحنى المضخة، بينما الرأس الساكن هو مجرد متطلبات 【الرفع】 عند التدفق الصفري.

كيف يؤثر الرأس الديناميكي الكلي (TDH) على اختيار المضخة

يُرسم منحنى أداء المضخة لمعدل التدفق الذي يمكن للمضخة إنتاجه عند رأس معين. لاختيار المضخة، ابحث عن قيمة الرأس الديناميكي الكلي (TDH) المحسوبة على المحور الرأسي ومعدل التدفق المطلوب على المحور الأفقي. تقاطع هاتين النقطتين هو نقطة عمل النظام.يجب اختيار مضخة تقع نقطة عمل النظام هذه على منحنى أدائها أو بالقرب منه، ويفضل أن تكون قريبة من نقطة أفضل كفاءة (BEP). سيؤدي التقليل من تقدير الرأس الديناميكي الكلي (TDH) إلى تشغيل المضخة بعيدًا إلى اليمين على منحناها، مما يؤدي إلى ظاهرة التجويف، وارتفاع استهلاك الطاقة، وتقليل العمر الافتراضي للمضخة.

القائمة النهائية للتدقيق قبل اختيار المضخة

قبل اتخاذ القرار النهائي، راجع هذه القائمة:

· هل قمت بتأكيد معدل التدفق المطلوب؟

· هل راجعت جميع مكونات حساب الرأس الديناميكي الكلي (TDH) (الارتفاعات، أطوال الأنابيب، التجهيزات) مرتين؟

· هل أخذت في الاعتبار أي تغييرات مستقبلية محتملة في النظام قد تزيد من الرأس المطلوب؟

· هل تقع نقطة العمل ضمن نطاق مقبول على منحنى المضخة؟

· هل قمت أيضًا بالتحقق من متطلبات صافي الرأس الإيجابي لشفط المضخة (NPSH)؟

الخلاصة

حساب الرأس الديناميكي الكلي (TDH) بدقة هو أساس نظام ضخ موثوق وفعال. رغم أنه قد يبدو معقدًا، إلا أن تقسيمه إلى مكوناته الأساسية — الرأس الساكن، وفقد الاحتكاك، ورأس الضغط — يجعل العملية قابلة للإدارة. إن تخصيص الوقت لحساب الرأس الديناميكي الكلي (TDH) بشكل صحيح يمنع المشكلات التشغيلية المكلفة الناتجة عن اختيار المضخة بشكل غير مناسب. اعتمد دائمًا في حساباتك على ظروف النظام الفعلية لضمان أداء مضختك كما هو متوقع لسنوات قادمة.