المحرك الكهربائي بالتركيب الرأسي والعمود إلى الأسفل: اختيار V1 وV5 والحمل المحوري والإحكام

في محطة رفع تابعة لإحدى البلديات احترق محرك مضخة ذات عمود رأسي. وفي حالة الطوارئ أُخذ من المستودع محرك أفقي ذو شفة، ورُكِّب فوق المضخة بحيث يتجه العمود إلى الأسفل، فعادت المحطة إلى العمل في اليوم نفسه. وبعد ستة أشهر بدأ طنين صادر عن المحمل السفلي؛ وعند فك المحرك وُجدت آثار صدأ حول مخرج العمود وقطرات ماء داخل الشحم. كانت قدرة المحرك وسرعته وشفته صحيحة. أما الخطأ فكان أن أحداً لم يسأل قط في أي وضع سيعمل المحرك.

يبدو المحرك ذو العمود المتجه إلى الأسفل كأنه محرك أفقي أُدير تسعين درجة. لكن من الناحية الميكانيكية يتغير اتجاه الحمل والمسار الذي يسلكه الماء ووظيفة المحامل. نوضح فيما يلي هذه الفروق بأمثلة من الميدان، ونجمع ما يجب كتابته عند الطلب.

V1 وV5: العمود يتجه إلى الجهة نفسها لكن المحرك يُحمَل بشكل مختلف

تُعرَّف أوضاع التركيب في IEC 60034-7 برموز IM. والترتيبان الأساسيان للعمل والعمود متجه إلى الأسفل هما:

• V1 (IM 3011): الوضع الرأسي للمحرك ذي الشفة الكبيرة (B5) والعمود متجه إلى الأسفل. يرتكز المحرك بشفته على جسم المضخة الموجود أسفله أو على فانوس (قطعة وسيطة)، ويُنقل وزنه كله عبر براغي الشفة. ومعظم المضخات الطاردة المركزية الرأسية ومضخات الخط (inline) والخلاطات الرأسية تكون بهذا الترتيب.
• V5 (IM 1011): وضع المحرك ذي الأرجل (B3) والعمود متجه إلى الأسفل. يُثبَّت المحرك بأرجله بالبراغي على جدار أو على حامل رأسي. ويُرى في الآلات الرأسية التي تُدار بالسير وفي أنظمة الدفع الصغيرة المعلقة على حامل.

الفرق ليس في نقطة التوصيل فحسب. ففي V1 تحمل الشفة الهيكل ولا توجد أرجل؛ أما في V5 فتحمل الأرجل، المصممة أصلاً للارتكاز على الأرض، كتلةً معلقة على سطح جانبي. وبما أن ترتيب V5 في الهياكل الكبيرة يولّد حملاً يُجهد براغي الأرجل بالقص، ينتقل معظم المصممين إلى الحل بالشفة بعد حجم معين. وقد تناولنا نظيريهما ذوي العمود المتجه إلى الأعلى V3 وV6 في المقال الذي يشرح التركيب والعمود إلى الأعلى، وترتيب V18 ذا الشفة الصغيرة دون أرجل في مقال IM V18/V19.

كيف تغيّر الجاذبية عمل المحمل؟

في المحرك الأفقي يقع وزن الدوّار على المحامل من الجانب، أي شعاعياً. وعندما يُنصب المحرك رأسياً يسحب الوزن نفسه إلى الأسفل على امتداد محور العمود، فيُنقل هذه المرة كحمل محوري إلى المحمل الثابت في ترتيب المحامل. وفي الهياكل الصغيرة لا يسبب هذا الحمل الإضافي مشكلة غالباً؛ لكن كلما كبرت كتلة الدوّار وارتفعت السرعة أصبحت القدرة المحورية للمحمل عاملاً حاسماً.

الجانب الأكثر حساسية فعلاً هو المضخة. فدافعة المضخة الطاردة المركزية تولّد أثناء عملها دفعاً محورياً خاصاً بها. بعض المضخات الرأسية لها محمل خاص يحمل هذا الدفع؛ وفي بعضها تكون الدافعة موصولة مباشرة بعمود المحرك فتتحمل محامل المحرك الدفع. وفي الحالة الثانية يجب النظر إلى قيمة القوة المحورية المسموح بها في كتالوج المحرك؛ وتُعطى هذه القيمة بشكل منفصل حسب وضع التركيب واتجاه القوة. وإذا كُتب في صفحة بيانات صانع المضخة "الحمل المحوري الذي سيحمله المحرك"، فيجب أن ينتقل هذا الرقم كما هو إلى طلب المحرك.

وهناك فرق أيضاً من جهة الاهتزاز: فالمحرك الرأسي يعمل بمتانة تساوي صلابة الفانوس أو الحامل الذي يرتكز عليه. والحامل المصنوع من صفائح رقيقة قد يجعل حتى الدوّار الجيد الاتزان يبدو كثير الاهتزاز.

من أي طريق يدخل الماء إلى المحرك؟

في وضع العمود إلى الأسفل تتكون نقطتا ضعف. الأولى هي غطاء المروحة الذي يصبح في الأعلى؛ إذ تتجه شبكات سحب الهواء نحو السماء. وقد شرحنا بالتفصيل الإجراءات الواجب اتخاذها لهذه النقطة في المواقع المكشوفة في مقال الغطاء الواقي من المطر. والثانية هي مخرج العمود الذي يصبح في الأسفل. فمياه المطر أو مياه الغسل أو السائل المتسرب من جلبة حشو المضخة، التي تنساب على السطح الخارجي للهيكل، تنزل بفعل الجاذبية وتتجمع حول مخرج العمود. وإذا بقيت مانعة التسرب مبللة باستمرار تتآكل شفتها مع الوقت ويتسرب الماء إلى مبيت المحمل.

لذلك يُفكَّر في المحركات ذات العمود المتجه إلى الأسفل في نوع مانعة التسرب، وعند الحاجة في حلقة طرد ماء إضافية (مثل V-ring)، وفي توجيه تسرب جلبة حشو المضخة إلى الأرض لا إلى المحرك، معاً. ويجب أيضاً أخذ التكثف في الحسبان: ففي غرفة مضخات تبرد ليلاً وتسخن نهاراً قد يتجمع الماء داخل الهيكل. ويجب أن تكون فتحات التصريف في أدنى نقطة من المحرك في ذلك الوضع؛ وعند تدوير محرك أفقي تبقى هذه الفتحات في المكان الخطأ. في سلاسل HEM Motor ثلاثية الطور يُعد السخان المانع للتكثف خياراً يمكن طلبه في مرحلة الطلب؛ وفئة الحماية القياسية IP55، وتتوفر IP56 وIP65 كخيار بطلب خاص.

الارتكاز على المضخة: الشفة والتمركز وطرف العمود

لكي يرتكز محرك V1 على جسم المضخة يجب أن يتطابق تماماً القطر الخارجي للشفة ودائرة الثقوب وقطر التمركز (الدليل) وعدد ثقوب البراغي. وتعتمد هذه المقاسات على حجم الشفة، وقد توجد شفات مختلفة للهيكل نفسه؛ لذلك لا يكفي أن يُقال عند الطلب "شفة B5"، بل يجب كتابة مقاس الشفة أيضاً. ويجب أن يتطابق قطر العمود وطوله ومقاس الخابور مع الوصلة أو مع التوصيل المباشر بالدافعة. وفي الترتيب الرأسي تكون ملاحظة محاذاة الوصلة وضبط خلوصها أصعب منها في الترتيب الأفقي؛ ويمكنكم إيجاد اختيار نوع الوصلة في المقارنة بين الوصلات المرنة والصلبة.

اختيار القدرة والسرعة مستقل عن وضع التركيب. وقد شرحنا خطوة بخطوة كيفية الانتقال من تدفق المضخة وارتفاع الضخ إلى قدرة المحرك في دليل اختيار محرك المضخة. وفي المضخات الرأسية على شبكة 50 Hz تُستخدم في الغالب المحركات ثنائية الأقطاب (نحو 3000 دورة/دقيقة) ورباعية الأقطاب (نحو 1500 دورة/دقيقة).

قرارات خاطئة شائعة في الميدان

أكثرها شيوعاً هو تدوير محرك أفقي وتركيبه كما في المثال الأول. يعمل المحرك على المدى القصير؛ وتظهر المشكلة بعد أشهر في المحامل ومانعة التسرب والتصريف. والحالة الشائعة الثانية هي صنع حامل بترتيب V5 بدلاً من V1: يبدو ذلك أسهل من منظور اللحام، لكن التوصيل بالأرجل في الهياكل الكبيرة يزيد الاهتزاز. والثالثة هي الطلب بعبارة "مثل القديم" دون تحديد الوضع لأن لوحة بيانات المحرك القديم لا تحمل رمز التركيب. وإذا لم يكن الرمز موجوداً على لوحة البيانات فيجب إرفاق صورة المحرك في الموقع واتجاه العمود وطريقة التوصيل بالطلب.

المعلومات الواجب كتابتها في الطلب باختصار:

• رمز IM أو وصف واضح: V1 (بالشفة، والعمود إلى الأسفل) أو V5 (على الأرجل، والعمود إلى الأسفل)
• مقاس الشفة وقطر العمود وطوله
• الحمل المحوري الذي تنقله المضخة إلى المحرك، وهل للمضخة محمل خاص بها
• مكان التركيب: غرفة مضخات مغلقة أم موقع مكشوف؛ وهل يوجد غسل أو تسرب
• القدرة والسرعة والجهد وفئة الحماية المطلوبة؛ وعند الحاجة سخان مانع للتكثف وحساس حرارة الملفات

الخلاصة

في المحرك الذي يعمل والعمود متجه إلى الأسفل يتطلب الاختيار الصحيح أن يُؤخذ في الحسبان اتجاه الحمل ومسار الماء بقدر القدرة والسرعة. وعندما يُناقش منذ البداية الفرق في طريقة الحمل بين V1 وV5، والدفع المحوري للمضخة، وإحكام مخرج العمود، لا يسبب المحرك المشكلات التي يسببها محرك أفقي مُدار خلال أشهر. ويمكن طلب سلاسل HEM Motor ثلاثية الطور، حسب الهيكل، بالأوضاع الرأسية V1 وV3 وV5 وV6 وV15؛ ويمكنكم الاطلاع على الخيارات في صفحة أنواع التركيب، واستشارة فريقنا الفني مع بيانات مضختكم.

الأسئلة الشائعة

هل يمكن استخدام محرك أفقي ذي شفة في الوضع الرأسي والعمود إلى الأسفل؟

قد يعمل لفترة قصيرة وفي الهياكل الصغيرة، لكن إذا كان ترتيب المحامل ومانعة التسرب وفتحات التصريف مُعدّة للوضع الأفقي، فسيظهر مع الوقت دخول الماء ومشكلات المحامل. وفي التركيب الدائم يكون طلب المحرك منذ البداية بوضع V1 أكثر أماناً.

ما الفرق بين V1 وV18؟

كلاهما ترتيب دون أرجل وبالشفة والعمود إلى الأسفل. V1 هو الوضع الرأسي للمحرك ذي الشفة الكبيرة (B5)، وV18 هو الوضع الرأسي للمحرك ذي الشفة الصغيرة (B14)؛ وبما أن مقاسات الشفة وتوصيل البراغي مختلفة، فلا يمكن تركيب أحدهما مكان الآخر.

هل يحمل المحرك الدفع المحوري للمضخة؟

يعتمد ذلك على تصميم المضخة. ففي المضخات التي لها محمل خاص تحمل المضخة الدفع؛ أما في المضخات التي تُوصل دافعتها مباشرة بعمود المحرك فيقع الحمل على محامل المحرك، ويجب مقارنته بالقوة المحورية المسموح بها في كتالوج المحرك.

هل تكفي IP55 في المحرك ذي العمود المتجه إلى الأسفل؟

في غرفة مضخات مغلقة وجافة تكفي غالباً. أما في المواقع المكشوفة أو الأماكن التي يُجرى فيها الغسل أو يوجد فيها تسرب من جلبة الحشو، فيجب تقييم خيار IP56 أو IP65 بطلب خاص، مع إحكام إضافي لمخرج العمود وغطاء واقٍ من المطر لغطاء المروحة معاً.