المحرك الكهربائي لمضخة الري السطحية: كيف تُختار القدرة والسرعة؟

تُحسب قدرة محرك مضخة الري السطحية بإضافة هامش إلى قدرة العمود المحسوبة من تدفق المضخة وارتفاع الضخ؛ أما السرعة فهي السرعة التي صُممت لها المضخة ولا تُغيَّر عند اختيار المحرك. باختصار، تُقرأ القدرة من نقطة التشغيل في الموقع، والسرعة من لوحة بيانات المضخة. يشرح هذا المقال كيفية إجراء الحساب وكيف تؤثر الظروف المتغيرة الخاصة بالري على الاختيار.

المقصود هنا بـ"النوع السطحي" المضخات التي تُركَّب خارج البئر، على حافة بركة أو قناة أو خزان أو مصدر ماء ضحل، ويقف محركها على أرض جافة. أما المضخات الغاطسة ومضخات الآبار العميقة التي تنزل في الماء فتحتاج إلى نوع آخر من المحركات؛ ولا يُستخدم المحرك ذو الهيكل القياسي بدلًا منها.

حساب القدرة: التدفق وارتفاع الضخ وكفاءة المضخة

تعتمد القدرة الهيدروليكية التي تنقلها المضخة إلى الماء على حاصل ضرب التدفق في ارتفاع الضخ الكلي. أما القدرة التي يجب أن يعطيها المحرك لعمود المضخة فتُحسب بقسمة هذه القيمة على كفاءة المضخة. والصيغة العملية للماء هي:

قدرة العمود (kW) = التدفق (m³/h) × ارتفاع الضخ الكلي (m) / (367 × كفاءة المضخة)

الرقم 367 في الصيغة ثابت ناتج عن كثافة الماء وتسارع الجاذبية وتحويل الوحدات. وكفاءة المضخة هي القيمة المقروءة عند نقطة التشغيل على منحنى الكتالوج؛ وفي مضخات الري الصغيرة تكون هذه النسبة أقل منها في المضخات الكبيرة. وإذا لم يكن المنحنى بين أيديكم فخذوا الكفاءة من بيانات الشركة المصنّعة للمضخة لا بالتخمين.

ارتفاع الضخ الكلي ليس ميل الحقل فقط. خذوا في الحسبان ما يلي معًا:

• ارتفاع السحب: المسافة العمودية من مستوى الماء إلى محور المضخة. ومع انخفاض مستوى البركة في أواخر الصيف تزداد هذه القيمة.
• الضخ الهندسي: فرق المنسوب من المضخة إلى أعلى نقطة في الخط.
• فواقد الأنابيب: الاحتكاك في طول الخط وقطر الأنبوب والأكواع والصمامات والمرشحات. وفي الخطوط الطويلة والضيقة قد يتجاوز هذا البند فرق المنسوب.
• الضغط عند الطرف: ضغط التشغيل اللازم لرأس الرش أو نظام التنقيط، ويُضاف بعد تحويله إلى متر عمود ماء.

كيف يُحدَّد هامش المحرك؟

قدرة العمود المحسوبة ليست قدرة المحرك مباشرة. ففي المضخة الطاردة المركزية ترتفع القدرة المسحوبة كلما زاد التدفق. وفي خط الري، مع تغير عدد القطاعات المفتوحة، أو عند انفجار أنبوب، أو أثناء امتلاء الخط لأول مرة، تنزاح المضخة إلى يمين المنحنى وتسحب قدرة أكبر من المحسوبة. ولذلك يجب اختيار المحرك لا وفق نقطة التصميم فقط، بل وفق نقطة أعلى تدفق قد تحدث في الموقع.

• انظروا إلى منحنى "القدرة" على منحنى المضخة، وأوجدوا أعلى قيمة ضمن نطاق التشغيل لقطر الدفاعة لديكم.
• اختاروا أول قدرة محرك قياسية فوق هذه القيمة. وإذا كانت الشركة المصنّعة للمضخة تعطي قدرة المحرك على لوحة البيانات فاعتمدوا عليها.
• في طرازات HEM Motor بقدرة 75 kW فما فوق يوجد معامل خدمة 1.15؛ وهو هامش أمان، ولا يُستخدم لاختيار محرك أصغر.

المحرك الأكبر من اللازم بكثير ليس حلًا أيضًا. فالمضخة تضخ الماء نفسه، ويعمل المحرك بحمل جزئي، وتكبر معدات بدء التشغيل والكابل واللوحة دون داعٍ.

السرعة: التزموا بالقيمة المدونة على لوحة بيانات المضخة

في المضخة الطاردة المركزية يتناسب التدفق طرديًا مع السرعة، ويتغير ارتفاع الضخ مع مربع السرعة، والقدرة مع مكعبها. وبسبب هذه العلاقة فإن تركيب محرك بسرعة مختلفة على المضخة نفسها يغيّر نقطة التشغيل كليًا: فالمضخة المصممة لـ 3000 دورة/دقيقة تعطي مع محرك 1500 دورة/دقيقة نحو نصف التدفق وربع ارتفاع الضخ. والعكس يُحمّل المحرك والمضخة حملًا زائدًا.

ولهذا يتم اختيار السرعة مع اختيار المضخة. ويعمل جزء كبير من مضخات الري السطحية بمحرك ثنائي الأقطاب (3000 دورة/دقيقة تزامنية)؛ وبعض المضخات التي تطلب تدفقًا عاليًا عند ارتفاع ضخ منخفض رباعية الأقطاب. والقيمة التي سترونها على لوحة بيانات المحرك هي السرعة الاسمية: ففي المحركات ثنائية الأقطاب تُقرأ تحت الحمل نحو 2930–2955 دورة/دقيقة.

إذا لزم أن يتغير الضغط في الموقع حسب القطاع، يمكن استخدام عاكس التردد. وسلاسلنا ثلاثية الطور مناسبة للتحكم في السرعة بعاكس التردد؛ وفي التشغيل الطويل بعزم كامل عند سرعة منخفضة قد تلزم مروحة خارجية، وإذا كان الكابل بين المشغّل والمحرك طويلًا يُنظر في مرشح dv/dt أو مرشح جيبي؛ ويُبلَّغ عن هذه الظروف عند الطلب. وللتفاصيل يمكنكم مراجعة سؤال الاستخدام مع الإنفرتر.

أمثلة حسابية افتراضية

القيم التالية افتراضية؛ ولم تؤخذ من موقع حقيقي، وتوضح منطق الحساب فقط. ويُفترض أن كفاءة المضخة في كل مثال مقروءة من المنحنى.

في السطر الثاني يعطي الحساب 11.7 kW. ومحرك 11 kW يبقى دون هذه القيمة؛ ومع الأخذ في الاعتبار أن التدفق سيزداد أثناء امتلاء الخط لأول مرة، فإن 15 kW هو الاختيار المناسب. وفي السطر الثالث تكون 18.5 kW قريبة جدًا من القيمة المحسوبة؛ ونظرًا لازدياد ارتفاع السحب عند انخفاض مستوى البركة، فُضّلت القدرة الأعلى التالية 22 kW. وفي الاختيار الفعلي يُعتمد على أعلى قيمة قدرة على منحنى المضخة.

طرازات نموذجية

فيما يلي الطرازات ثنائية الأقطاب بهيكل من حديد الزهر المقابلة لسيناريوهات الجدول. وفي مضخات الري العاملة في الهواء الطلق وتحت الرطوبة والغبار يُفضَّل كثيرًا الهيكل من حديد الزهر. وجميعها بحماية IP55 وعزل من الفئة F وتغذية 400/690 V (Δ/Y) و50 Hz.

• 132S1-2: 5.5 kW، قطبان، 2930 دورة/دقيقة، IEC 132S، 10.1 A عند 400 V.
• 160M2-2: 15 kW، قطبان، 2945 دورة/دقيقة، IEC 160M، 26.5 A عند 400 V.
• 180M-2: 22 kW، قطبان، 2955 دورة/دقيقة، IEC 180M، 38.5 A عند 400 V.

اطلعوا على طرازات HEM Motor المناسبة والأسعار المحدّثة في قسم البيع عبر الإنترنت. وللنظرة العامة على تطبيقات المضخات يمكنكم تصفح صفحة المحركات الكهربائية للمضخات، وللاستخدام الزراعي صفحة محركات الآلات الزراعية.

فحوص خاصة بموقع الري

• التشغيل الموسمي: يتوقف المحرك لأشهر في الشتاء. ولحماية المحامل والملفات من الرطوبة احفظوا المحرك في مكان مغلق ومهوّى؛ وقيسوا مقاومة العزل في بداية الموسم. ويشرح مقال التخزين لفترة طويلة هذه الخطوات.
• كابل التغذية الطويل: إذا كانت المسافة بين المحوّل والمضخة طويلة، فإن هبوط الجهد يُصعّب الإقلاع. اطلبوا من كهربائي حساب مقطع الكابل وفق التيار الاسمي للمحرك وطول الخط.
• بدء التشغيل: في القدرات الكبيرة قد يُجهد بدء التشغيل المباشر الشبكة؛ فاذكروا عند الطلب خيارات نجمة-دلتا أو بادئ التشغيل الناعم أو المشغّل الإلكتروني.
• التشغيل الجاف والسحب: إذا دارت المضخة دون ماء عند انقطاعه، تتضرر حشوة الإحكام والدفاعة؛ ففكروا في حماية بالمستوى أو بالضغط.

الخلاصة والمطلوب لعرض السعر

لاختيار محرك مضخة الري، حددوا أولًا نقطة التشغيل، واحسبوا قدرة العمود، وانتقلوا إلى القدرة القياسية الأعلى وفق نقطة أعلى قدرة على المنحنى، وخذوا السرعة من لوحة بيانات المضخة. وشاركوا في طلبكم ما يلي:

• لوحة بيانات المضخة أو منحنى الكتالوج (التدفق، ارتفاع الضخ، السرعة، قطر الدفاعة)
• ارتفاع السحب، وطول الخط، والضغط عند الطرف
• شكل التركيب (على الأرجل أو بالشفة) ومعلومات الوصلة
• جهد الشبكة، وطريقة بدء التشغيل، ومسافة الكابل
• صورة لوحة بيانات المحرك القديم إذا كان الأمر استبدالًا

أرسلوا صورة لوحة بيانات محرككم الحالي وسرعته ومعلومات تركيبه عبر صفحة إرسال لوحة البيانات؛ واطلبوا عرض سعر للطراز المناسب. ويمكنكم مقارنة الطرازات في قسم شراء محرك كهربائي، واستخدام صفحة التواصل لأسئلتكم.

الأسئلة الشائعة

هل يزيد اختيار محرك بقدرة أعلى في مضخة الري من التدفق؟

لا. فعند السرعة نفسها تحدد المضخة والدفاعة التدفق وارتفاع الضخ؛ والمحرك الأكبر يوفر فقط احتياطي قدرة أكبر.

كيف تُحدَّد القدرة إذا لم يكن منحنى المضخة متوفرًا؟

يُعتمد على قدرة المحرك والسرعة المدونتين على لوحة بيانات المضخة. وإذا كانت اللوحة غير مقروءة فاعرفوا طراز المضخة وقطر الدفاعة من الشركة المصنّعة؛ ولا تختاروا بناءً على كفاءة تقديرية.

لماذا قد يتعرض المحرك للإجهاد عند انخفاض مستوى البركة؟

كلما ازداد ارتفاع السحب تتغير نقطة التشغيل وينشأ خطر التكهف في جهة السحب. وتركيب المضخة قريبًا من مستوى الماء وإبقاء أنبوب السحب قصيرًا يقللان هذا الخطر.

هل يمكن استخدام هذه الطرازات لمضخة البئر العميقة؟

المضخات التي تنزل داخل البئر تتطلب محركًا خاصًا من النوع الغاطس. والطرازات الواردة في هذا المقال مخصصة للمضخات السطحية التي تقف على أرض جافة.