תמונת תחנת שאיבה למים

 תמונת משאבת קידוח

תמונת מאגר מים

חלקי המשאבה

אטם מכני

אטם מכני הוא רכיב מכני נפוץ בשמוש במשאבות צנטרפוגליות, מדחסים, ממסרות וכדומה. בכל מקרה בו נתון ציר סובב החודר מחיצה המפרידה בין שני זורמים (נוזלים או גאזים), יש צורך באטם שימנע מעבר זורם א' לכוון זורם ב' סביב הקף הציר. קיימים סוגים רבים של אטמים לביצוע המשימה - סוג האטם יבחר לפי תנאי העבודה (לחצים, מהירויות, טמפרטורות, סוגי הזורמים), הגאומטריה הנתונה ודרישות נוספות כגון אורך חיים, הספק נצרך, רמת האטימה ומחיר.

 המושג אטם מכני מתאר רכיב הבנוי בעיקרו מחומרים מכניים קשים הכוללים אלמנטים  טריבולוגיים (עמידים בחכוך ושחיקה), מתכות אקזוטיות, קפיצים ואלסטומרים. קיימים שני סוגים עיקריים של אטמים מכניים:

• אטמי מצח (או אטמי פנים).
• אטמים הקפיים.

אטמי פנים הם המקובלים ביותר, בעיקר בתעשיות. אטמים הקפיים מופיעים בצורה יותר משמעותית במוצרים אויריים, בעיקר במנועי סילון. היתרון העיקרי של אטמי מצח הוא בשעור זליגתם הנמוך. היתרון העיקרי של אטמים הקפיים הוא ביכולתם לשאת תנועות ציריות גדולות. 

חומרי המבנה של אטמים מכניים הם שונים ומורכבים.

חבלי אטימה

 אטימה בעזרת חבלים היא שיטה היסטורית שנמצאת בשמוש מאות ואולי אלפי שנים - מרגע שהומצא הגלגל ובמקביל אליו הציר והמיסב, בני אנוש התחילו לתכנן ולבנות מכונות סובבות. החברה החקלאית בעיקרה נזקקה להעברת מים ממקורם למקום שימושם ובמשך השנים נתקלה בצורך לאטימת צירים שסבבו במים.

שיטות האטימה המקוריות השתמשו בחבלים מחומרים טבעיים ובצורה דומה לשימוש המודרני. צורת החתך של חבלי האטימה המקובלים התפתחה לחתך ריבועי המתאים את עצמו באופן טבעי לצורה המלבנית של בתי האטימה - Stuffing Box. במקביל, במיוחד במאה האחרונה, התפתחו שיטות השזירה ומבחר החומרים של סיבי האטימה בצורה מרשימה ואיפשרו אטימה של נוזלים שונים בטווח לחצים ומהירויות גדול.

מגבלות חבלי האטימה המקובלים ממוקדות בשתי נקודות:

• רמת נזילה גבוהה
• שחיקה של ציר המשאבה והחבל

רמת הנזילה הסבירה של חבל אטימה היא 4 סמ"ק בדקה השווה ל -  2079 ליטר לשנה למשאבה ממוצעת. רמת נזילה כזו מובילה לעלויות גבוהות. עדייין לא נמצאה דרך להוריד את רמת הזליגה של חבלי אטימה לזו של אטמים מכניים.

שחיקת ציר המשאבה (או השרוול) גורמת לחיכוך גבוה, איבוד אנרגיה חשמלית שאיש אינו טורח למדוד ונזק משמעותי לציוד. לאחרונה פותח חבל אטימה בעל חתך לא ריבועי שמקטין את בלאי הציר והחבל עד פי 10 מהמקובל בחתך ריבועי. השג זה הושג באמצעות שינוי החתך לטרפזי - חתך המנטרל את דחיסת החבל באיזור הציר ולפיכך מקטין את הלחץ המכני של החבל על הציר לרמה המינימלית הדרושה לאטימה. לחץ מינימלי זה הוא שמאפשר בלאי נמוך ללא זליגה יתרה.

אטם מכאני כפול

השמוש באטמים כפולים נובע בדרך כלל מאחת משתי סיבות:

א) החומר הנאטם הוא רעיל ושיקולי בטיחות מחייבים הזרקת נוזל חוצץ (Buffer fluid)   בין החומר הנאטם לאטמוספירה.

ב) החומר הנאטם הוא הרסני לאטם מכני בודד ויש צורך לסוך את האטם בנוזל חוצץ בעל תכונות סיכה סבירות.

רמת החומרה של מקרה א', מקרה ב' או שילוב של שניהם יכתיב את אופי האטם הכפול. קיימים שני סוגים בסיסיים של אטם כפול:

א) אטם כפול "גב אל גב" (Double Seal). נפוץ בתעשיה הכימית. סידור זה מחייב מערכת סחרור של הנוזל החוצץ שבו הלחץ גבוה מזה של הנוזל הנאטם. הלחץ הגבוה של הנוזל החוצץ מבטיח שנוזל נאטם לא יחדור לנוזל החוצץ. אין לאפשר ללחץ הנוזל החוצץ לרדת מלחץ הנוזל הנאטם מכיון שהאטם הבא במגע עם הנוזל הנאטם עלול להפרץ ולזהם את איזור החיץ.

ב) אטם כפול "טורי" (Tandem Seal). סידור זה פחות נפוץ בתעשיה הכימית. בתכנון זה הנוזל החוצץ בדר"כ מסוחרר בין שני האטמים בלחץ נמוך מזה של הנוזל הנאטם - ברוב המקרים בלחץ קרוב ללחץ אטמוספירי. תכנון זה אינו מבטיח את ניטרול זליגת הנוזל הנאטם לתוך הנוזל החוצץ אך ברור שריכוזו יהיה נמוך לעין שיעור. היתרון של סידור זה הוא בכך שהאטם הבא במגע עם הנוזל הנאטם פועל כאטם פנימי ולפיכך המצחים פחות חשופים לשחיקה של מוצקים מאשר בתצורת "גב אל גב".

משאבה ידנית

המשאבה

המשאבה

ע"פ ויקיפדיה משאבה היא מכונה , המשמשת להעברת נוזל או גז ובאופן עקיף להגברת לחצו או מהירותו. המשאבה מונעות בדרך כלל על ידי מנוע חשמלי, מנוע דיזל, מנוע בנזין או הפעלה ידנית.

משאבה צנטריפוגלית הינה מכשיר ההופך אנרגית הנעה, הנמסרת ע"י המנוע, לאנרגיה קינטית בנוזל הנשאב, ע"י הזרמתו המואצת דרך חלק הנקרא "מאיץ המשאבה" .

מתן מהירות זרימה לנוזל הינו הפיכת אנרגיה מכנית ( סיבובית ) המתקבלת מהמנוע לאנרגיה קינטית (תנועה) בנוזל.

המשאבה הראשונה בעולם נבנתה בסין לפני אלפי שנים והשימוש הראשון בה נעשה במצרים לפני כ- 5,000 שנה.
המשאבה היתה מבוססת על עבודת שוורים שהניעו גלגלי שיניים מעץ ומשכו אחריהם כבלים שאליהם היו מחוברים דליים.

המשאבה הצנטריפוגלית הראשונה נבנתה בשנת 1630 ע"י האנגלי גובן ג'ורדן.
כעבור 100 שנה שכלל אותה הצרפתי דה מור כאשר פיתח משאבה בעלת ספיקה סבירה.
ברבות השנים התקדמה המשאבה והשתכללה עד שבמאה ה-19 פותחה משאבת הכפות ע"י ריינולדס והומצאה המשאבה האנכית ע"י זולצר.

המשאבה הצנטריפוגלית

כיום פועלות בעולם מאות משאבות ורובן מתבססות על עקרון סילוק אויר מתא קיבול ויצירת תת לחץ (וואקום) בתוכו. הנוזל חודר לתא בשל הלחץ האטמוספרי המופעל עליו ונדחף באמצעים מכאניים אל פתח הסניקה.

המשאבות נחלקות לארבע קבוצות:

1. סיבוביות.
2. בוכנה.
3. צנטריפוגליות.
4. אחרות (סילון, אלקטרומגנטיות, PULSE, AIR-LIFT)

חלוקה אפשרית נוספת:

1. גלגלי שיניים.
2. משאבות רוטור.
3. משאבות דיאפרגמה.
4. משאבות בוכנה.
5. משאבות צנטריפוגליות.

אנו נתמקד במשאבות מתחום המים והביוב- משאבות צנטריפוגליות.

המשאבה הצנטריפוגלית נחלקת לשבעה סוגים:

1. חד דרגתית.
2. רב דרגתית.
3. צירית חד דרגתית.
4. צירית רב דרגתית.
5. זרימה מעורבת.
6. זרימה היקפית
7. מגנטית.

תמונת משאבה צנטריפוגלית אנכית 

המשאבה הצנטריפוגלית נחשבת לנפוצה ביותר בעולם, בנויה ממאיץ (אימפלר) בעל צד יניקה וצד סניקה.

בזמן שהמאיץ מסתובב, מופעלים על המים כוחות צנטריפוגליים, אשר סונקים את המים לגוף המשאבה סביב המאיץ, גוף המשאבה מאט את זרם המים ומפיק מאנרגיית המהירות שלהם את אנרגיית הלחץ. בנוסף, מכוון גוף המשאבה את תנועת המים לתוך המאיץ המורכת על גל הנתמך בידי מיסבים ומונע ישירות או באמצעות תמסורת מהמנוע.

בהשוואה למשאבות אחרות, נהנית המשאבה הצנטריפוגלית מספיקה גבוהה, מימדים מצומצמים, מחיר נמוך יחסית, מהירות סיבובית מתאימה להינע ישר ע"י טורבינות או מנועים חשמליים, זרימה רצופה ושקטה בלחץ בלתי משתנה, יכולת עבודה מול מגוף סגור למשך זמן מוגדל ועקומת הספק בעלת מומנט התחלתי נמוך.

החסרונות, לעומת זאת הן: בעיות איטום, נפילת הספיקה עם העלייה בעומד והעובדה ששאיבה לעומד גבוה דורשת מספר רב של דרגות, על כל הבעיות הכרוכות באיזון כוחות ציריים וכו'.

מאז פותחה המשאבה הצנטריפוגלית התרחשו שינויים מעטים כיוון שמים וביוב הם נוזלים די סטנדרטיים. המוצר הבסיסי נשאר ללא שינוי אך נעשו שיפורים המסייעים בהארכת חיי המשאבה באופן ניכר ומתבססים על חידושים טכנולוגיים כגון:

1. ציפויים מתקדמים- שיפור חלקות והקטנת חיכוך ומניעת קורוזיה.
2. חומרים מהם עשויה המשאבה-המעבר לייצור משאבות מברזל יציקה לנירוסטה (פלב"מ-פלדה בלתי מחלידה), כמגמה בולט בעשור האחרון. כיוון שהייצור מנירוסטה נחשב ליקר יותר, הוחלט להוזיל את התהליך באמצעות ייצור מפחי נירוסטה, ובעזרת שימוש בריתוכי לייזר רציפים שהופכים את הפחים ליחידה אחת.
3. אמצעי פיקוד ובקרה אלקטרוניים.
4. אטמים-האטמים מותאמים באופן מדויק יותר לסוג המשאבה עליה הם מותקנים ולסוג הנוזל אותו היא מוליכה.
5. התרעות מתוחכמות המגינות על המשאבות מתקלות וכשלים.
6. ממיר תדר.

ממיר תדר

המעבר למנוע חשמלי מנע בעבר שליטה על תדר מנוע החשמל אך כיום נפוץ השימוש בממיר תדר אשר בעזרתו ניתן לשלוט על תדירות החשמל.

השינוי מתבטא בכך שמתקבל אופיין אופקי כך שהמשאבה מסוגלת לשנות ספיקה תוך שמירה על רמת לחצים קבועה. כך ניתן להגדיל את מספר הצרכנים של המשאבה ללא חשש מנפילת לחץ. תכונה זו משרתת מיבנים רבי קומות ובתי בלון בהם הספיקות משתנות ובילתי צפויות.

משנה התדר מעלה ומוריד את הלחץ והספיקה בהתאם לצורך ועל ידי כך נחסכת אנרגיה רבה.

יתרה מזאת, התקן זה חוסך בלאי גדול של הציוד. בעבר המשאבות היו פועלות בקצב של 3,000 סיבובים לדקה והיום המהירות ירדה לפחות מ-1,500 סיבובים לדקה, כך שמשך החיים גדל והתוצאות טובות יותר.

חומרים

הנירוסטה לא דחקה את הברזל ליציקה בשל שמרנות המשתמשים, אך מבחינת מחיר הנירוסטה כמעט משתווה למחירי הברזל.

לנירוסטה יש יתרונות היגיינה, של שטחים חלקים שמעלים את רמת היעילות ומספק עמידות בפני קורוזיה.

הנירוסטה נפוצה בעיקר במשאבות ללחצים בינוניים וגבוהים וספיקות נמוכות ובינוניות.

אך במשאבות גדולות אין תחליף לברזל.

ע"מ לצייר משאבה מנירוסטה יש צורך בהשקעות ראשוניות גדולות ולכן קיים יתרון לסדרות ייצור גדולות.

לביוב בדרך כלל ברזל ליציקה עונה על הדרישות כאשר את הציר, הברגים וחלקים נוספים עושים מנירוסטה, ע"מ לשפר את עמידותם בקורוזיה.

חשוב להתאים את המשאבה את החומר הנשאב וכבר בשלב התכנון לבצע אנליזה לנוזל בתאום עם היצרן.

נצילות אנרגטית

כחלק מהשיפורים הטכנולוגיים השתפרה באופן משמעותי הנצילות האנרגטית של המשאבה.

כאשר המשאבה עשויה מחומרים יקרים יותר, בעלת ציפויים איכותיים ומותקנים בה אטמים טובים ומתאימים יותר כך מחירה עולה. למשאבה זו יעילות אנרגטית גבוהה וצריכת אנרגיה נמוכה יחסית למשאבות אחרות. אך כאשר מחשבים את הפרשי האנרגיה והכסף שהמשאבה חוסכת, מגלים שההשקעה כדאית מבחינה כלכלית.

התקדמות טכנולוגית

.ההתקדמות הטכנולוגית שיפרה לאין ערוך את אורך החיים והאמניות של המשאבות

ניתן לזקוף זאת לשיפורים בהגנות הורדת מהירויות הסיבוב, שיפור החומרים המתכתיים והפלסטיים כך שמשאבות צוברות שעות עבודה רבות ללא צורך בטיפול.

המשאבות היום מתוחכמות יותר מאשר בעבר גם בעזרת מערכת ההגנות והבקרים האלקטרוניים שמקבלים חיווים מתוך הסנסורים המותקנים בתוך המשאבה ומחוצה לה ומסייעים בצמצום הנזק במקרה של תקלה.

ביקוש למוצרים זולים

ההתפתחות הטכנולוגית הביאה גם לעליית מחירים ובמקביל החל ביקוש למוצרים זולים יותר ואיכותיים פחות הביקוש למשאבות פשוטות שלעיתים המנוע קטן מהנדרש וללא מקדמי בטחון מתאימים, עם עובי יציקה קטן מהנדרש .

ציוד זה מאפשר לעבור בשלום את שנת האחריות אך ברוב המיקרים לא מעבר לכך.

בחירה של ציוד שאיבה מחייב בדיקה מעמיקה הן מבחינת השיקולים המיקצועיים וחשוב לא פחות- השיקול הכלכלי.