فهم الضغط الخلفي في الهندسة

كمهندس ، أعرف مدى أهمية ديناميكيات الموائع وكيف تؤثر على كيفية عمل الأنظمة بشكل جيد.

ولكن هناك فكرة أساسية لا يلتفت إليها معظم الناس ، رغم أنها مهمة جدًا في العديد من المجالات ، من الحفر إلى هندسة السيارات.

يتعلق الأمر بفكرة الضغط الخلفي ، وهي المقاومة التي تلتقي بها السوائل والغازات أثناء تحركها عبر النظام.

الضغط الخلفي مهم للمهندسين لفهمه لأنه يؤثر على كيفية عمل الأنظمة بشكل جيد ، ومقدار الطاقة التي يستخدمونها ، وحتى مدى سلامة الناس.

في هذا المقال ، سأتحدث عن ماهية الضغط الخلفي ، ولماذا هو مهم في الهندسة ، وكيفية التعامل معه.

لذا ، سواء كنت طالب هندسة جديدًا أو مهندسًا متمرسًا ، دعنا نغوص في عالم الضغط الخلفي ونرى كيف يؤثر ذلك على تصميماتي.

أساسيات الضغط الخلفي

تعريف رسمي:

ضغط ناتج عن قوة تعمل في اتجاه معاكس لتلك التي يتم أخذها في الاعتبار ، مثل تدفق السوائل. أو في الهندسة الميكانيكية ، يتم نقل المقاومة من الصخر إلى جذع الحفر عندما يتم تغذية لقمة الحفر بمعدل أسرع مما يمكن أن تقطع به لقمة الحفر.

أساسيات الضغط الخلفي في الهندسة

في الهندسة وديناميكيات الموائع ، يعد الضغط العكسي فكرة مهمة للغاية.

إنها المقاومة أو القوة التي تمنع السوائل من التحرك عبر الأنابيب بالطريقة التي تريدها.

هذا يسبب فقدان الاحتكاك وانخفاض الضغط.

على الرغم من اسمه ، فإن الضغط الخلفي ليس ضغطًا يتدفق في اتجاه معين.

بدلاً من ذلك ، يكون الضغط داخل النظام ناتجًا عن الاحتكاك أو مقاومة التدفق.

https://en.wikipedia.org/wiki/Back_pressure

آثار الضغط العكسي

يمكن أن يكون للضغط الخلفي تأثير كبير على كيفية تدفق السوائل ومدى كفاءة عمل المحرك.

عندما يكون هناك ، يمكن أن يبطئ تدفق السوائل ويجعل المحرك أقل كفاءة.

هذا يقلل من خرج الطاقة ، والذي يجب تعويضه باستخدام المزيد من الوقود.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك علاقة بين انخفاض الضغط والضغط الخلفي ، حيث أن السائل المتدفق سوف يستخدم بعض ضغطه الأصلي للتغلب على الضغط الخلفي ، مما يتسبب في انخفاض الضغط داخل السائل.

مع انخفاض الضغط ، قد يكون من الضروري إضافة المزيد من الضغط عن طريق وضع المضخات في نظام التدفق بطريقة معينة.

إذا كان هناك ضغط عكسي في نظام التدفق ، فلن يتمكن الأنبوب أو الأنبوب من نقل أكبر قدر ممكن من الماء ، وسيتعين على المضخات في خطوط الأنابيب أن تعمل بجهد أكبر.

منظمات الضغط الخلفي

منظم الضغط الخلفي هو نوع من صمامات التحكم التي تحافظ على ضغط معين في اتجاه تيار المدخل الخاص به.

عندما يكون ضغط السائل عند مدخل منظم الضغط الخلفي أعلى من نقطة الضبط ، يفتح المنظم للسماح للضغط بالخروج.

تعمل منظمات الضغط الخلفي مثل صمامات التنفيس ، لكنها تتحكم في الضغط في حالة ثابتة بدلاً من التشغيل والإيقاف.

يستمر منظم الضغط الخلفي في تغيير موضعه بحيث يظل الضغط عند المدخل عند نقطة الضبط.

تقوم منظمات الضغط العكسي بعمل عكس ما تفعله منظمات الضغط.

يكون صمام تخفيض الضغط مفتوحًا دائمًا ، بينما يكون منظم الضغط الخلفي مغلقًا دائمًا.

أيضًا ، يتم التحكم في ضغط المنبع بواسطة منظم الضغط الخلفي ، ويتم التحكم في ضغط التيار بواسطة صمام تقليل الضغط.

يتحكم منظم الضغط الخلفي في الضغط في نظام المنبع ويحد منه من خلال التحكم الدقيق في الضغط في نظام المنبع.

يمكن التحكم في السوائل في الغاز والسائل والمرحلة المختلطة والحالات فوق الحرجة.

صمامات الضغط الخلفي

يحافظ صمام الضغط الخلفي على ضغوط نظام المنبع ، مثل تلك الموجودة في الفواصل والمعالجات وضربات المياه المجانية من التغيير.

عندما يتم الوصول إلى نقطة محددة ، فإنه يسمح لضغوط المنبع بالهبوط.

صمام الضغط الخلفي هو صمام متكامل لأن دليله ، وهو مفتاح فتحه وإغلاقه ، متصل به ويخرج كقطعة واحدة.

يمر التدفق عبر هذا الصمام من مكان وجود المكبس.

عندما يندفع الغاز إلى أسفل على الحجاب الحاجز ، يندفع التدفق لأعلى على المكبس.

نظرًا لأن الحجاب الحاجز يحتوي على مساحة سطح أكبر من المكبس ، فإن الضغط الثابت يمكن أن يحافظ على هذا الصمام في الوضع المغلق.

احتضان الفوضى: الفوائد المفاجئة للضغط العكسي في الهندسة

لا يزال من الصعب فهمها؟ اسمحوا لي أن أغير وجهة النظر قليلاً:

هل سئمت من مدى سلاسة حركة السوائل لديك؟ هل تعتقد أن عمليات الحفر الخاصة بك جيدة جدًا؟ لا تنظر أبعد من العالم السحري لضغط الظهر! نعم ، إذا أضفت مقاومة إلى نظامك ، يمكنك إبطاء الأمور وجعل مشاريعك الهندسية أكثر إثارة للاهتمام بجعلها أقل قابلية للتنبؤ بها.

لذا ، توقف عن محاولة أن تكون فعالاً قدر الإمكان ورحب بفوضى الضغط الخلفي.

من يحتاج إلى الموثوقية والاتساق على أي حال؟ غيّر الأشياء واجعلها أكثر تشويقًا.

حسنًا ، كانت هذه مجرد مزحة لتبدو وكأنها إعلان تلفزيوني.

لنعد الآن إلى ما قيل.

كيف يؤثر الضغط العكسي على عملية الحفر وما هي بعض طرق التعامل معه؟

عند الحفر ، يستخدم الحفارون الضغط الخلفي أو "الضغط المحاصر" للتحكم بشكل أفضل في الضغط في قاع البئر.

السيطرة على التدفق مع الضغط الخلفي

بالإضافة إلى الضغط الهيدروستاتيكي لعمود الطين وضغط الاحتكاك في الحلقة ، يتم إنشاء الضغط العكسي عن طريق استخدام مائع لا يمكن ضغطه.

باستخدام هذه الطريقة ، يمكن للحفارين التحكم بشكل أفضل في الضغط في قاع حفرة البئر ، وهو ما يسمى "ضغط قاع البئر".

لمنع حدوث مشاكل التحكم في البئر مثل الركلات والانفجارات ، من المهم الحفاظ على ضغط قاع البئر تحت السيطرة.

تقنيات حفر الضغط المدارة

تُستخدم تقنيات الحفر بالضغط المُدار (MPD) في عمليات الحفر للتحكم في الضغط المرتد.

MPD هي طريقة للحفر تحافظ على الضغط في الخزان بين ضغط المسام وضغط الكسر.

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في تقليل مخاطر الحفر في التكوينات الصعبة ، مثل الخزانات المستنفدة ، والنوافذ الضيقة ذات ضغط المسام / التدرج الكسر ، وآبار المياه العميقة.

تقنيات الضغط الخلفي السطحي

هناك طريقة أخرى للتعامل مع الضغط المرتد في عمليات الحفر وهي استخدام تقنيات الضغط الخلفي السطحي.

تتمثل إحدى الطرق في إبقاء الحفرة بأكملها مليئة بسائل الحفر.

وهذا ما يسمى ب "عمود الطين الثابت".

تساعد هذه الطريقة في الحفاظ على ثبات الضغط في قاع حفرة البئر ، مما يقلل من مخاطر حدوث مشاكل في التحكم في البئر.

لماذا يعد الضغط الخلفي مهمًا في أنظمة العادم ، وماذا يحدث إذا كان نظام العادم لا يحتوي على ضغط رجعي كافٍ؟

الضغط الخلفي في أنظمة العادم

ضغط العادم الخلفي هو الضغط الذي يقوم به المحرك للتغلب على المقاومة الهيدروليكية لنظام العادم والسماح للغازات بالخروج في الهواء.

يعد الضغط الخلفي جزءًا مهمًا من نظام العادم الذي يعمل بشكل جيد ، ويمكن أن يضر الضغط الخلفي المنخفض جدًا أو المفرط بالطريقة التي يعمل بها المحرك.

عواقب الضغط المرتد غير الكافي

إذا كان نظام العادم لا يحتوي على ضغط خلفي كافٍ ، فقد يؤدي ذلك إلى عدد من الأشياء السيئة.

يظهر الضغط المرتد قليلًا جدًا من خلال نقص الطاقة عالية السرعة ، وعدد الأميال السيئ للغاز ، وحتى السخونة الزائدة.

أيضًا ، إذا لم يكن هناك ضغط رجعي كافٍ ، يمكن أن ترتفع الانبعاثات ، ويمكن أن يرتفع استخدام الوقود ، ويمكن أن ينخفض ​​خرج الطاقة.

عواقب الضغط المرتد المفرط

من ناحية أخرى ، يمكن أن يؤدي الضغط الشديد إلى الخلف أيضًا إلى الإضرار بكيفية عمل المحرك بشكل جيد.

يمكن أن يؤدي الضغط الخلفي المرتفع جدًا إلى زيادة الانبعاثات ، مما يتسبب في استخدام المحرك لمزيد من الغاز ، ويؤثر على كيفية تشغيله بشكل جيد.

القيود في نظام العادم

أي شيء يؤدي إلى إبطاء تدفق العادم سيؤدي إلى تعرض نظام العادم للضغط المرتد أكثر من اللازم.

على سبيل المثال ، يمكن أن يجعل المحول الحفاز المسدود من الصعب على المحرك التنفس ، مما قد يؤدي إلى انخفاض كبير في أداء المحرك والمسافة المقطوعة بالغاز.

إذا كان المحول مسدودًا تمامًا ، فيمكنه إيقاف المحرك.

يمكن أن يحدث نفس الشيء إذا انكسر الجزء الداخلي من كاتم الصوت أو الرنان.

إدارة الضغط الخلفي

للتحكم في الضغط الخلفي في نظام العادم ، من المهم التخلص من أي قيود في النظام.

يتيح ذلك تدفق العادم بحرية أكبر ويسمح للمحرك بالتنفس بشكل أفضل.

أحد أكثر التغييرات شيوعًا هو التخلص من كاتمات الصوت في المصنع أو استبدالها بأخرى أقل صخبًا.

صمامات الضغط الخلفي والمنظمين

منظمات الضغط الخلفي

منظم الضغط الخلفي هو نوع من الصمامات يستخدم للتحكم في التدفق والضغط في نظام الأنابيب.

يتم إبقاء الصمام مفتوحًا بواسطة الينابيع ، ويمكن تغيير قوة الينابيع بمسمار.

عندما يكون ضغط المخرج أعلى من نقطة الضبط ، سيغلق الصمام.

سيؤدي هذا إلى خفض الضغط بشكل أكبر أسفل الخط.

تعمل منظمات الضغط الخلفي بطريقة مشابهة لصمامات التنفيس ، لكنها تركز بشكل أكبر على التحكم في ضغط الحالة المستقرة أكثر من التركيز على حماية الضغط التي يمكن تشغيلها أو إيقاف تشغيلها.

اعتمادًا على التطبيق ، يمكن وضع منظمات الضغط الخلفي في نقاط مختلفة في نظام الأنابيب.

غالبًا ما تستخدم للحفاظ على الضغط ثابتًا في اتجاه تيار متر أو مضخة ، لحماية المعدات الحساسة من الضغط العالي ، وللتحكم في الضغط في العمليات الكيميائية.

صمامات الضغط الخلفي

نوع آخر من الصمامات المستخدمة للحفاظ على ضغط معين في اتجاه تيار مدخله هو صمام الضغط الخلفي.

يختلف صمام الضغط الخلفي عن منظم الضغط الخلفي من حيث أنه لا يستخدم الزنبركات للتحكم في الضغط.

بدلا من ذلك ، فإنه يستخدم غشاء أو مكبس.

سيفتح الصمام أو يغلق حسب الحاجة للتحكم في الضغط والحفاظ على تدفق السائل بمعدل ثابت.

غالبًا ما تستخدم صمامات الضغط الخلفي في أنظمة تدفق البخار والغاز والعمليات الكيميائية وتوليد الطاقة ، حيث يلزم التحكم الدقيق في الضغط.

يمكن استخدامها أيضًا للتحكم في الضغط في المنبع والحفاظ على الضغط العالي من إتلاف المعدات.

الاختلافات بين منظمات الضغط الخلفي والصمامات

طريقة التحكم في الضغط هي الفرق الرئيسي بين منظمات الضغط الخلفي والصمامات.

تستخدم منظمات الضغط الخلفي نوابض لإبقاء الصمام مفتوحًا وتغيير قوة الينابيع للتحكم في الضغط ، بينما تستخدم صمامات الضغط الخلفي غشاءًا أو مكبسًا لفتح الصمام وإغلاقه حسب الحاجة.

أيضًا ، تُستخدم منظمات الضغط الخلفي للتحكم في الضغط في حالة مستقرة ، بينما تُستخدم صمامات الضغط الخلفي للتحكم في الضغط بدقة في عدد من المواقف.

أمثلة

تم تطبيق المفهوم في:	وصف:
عمليات الحفر	عند الحفر ، الضغط الخلفي هو المقاومة التي تأتي من الحفر خلال التكوينات الصخرية الصلبة. لا يمكن قطع لقمة الحفر إلا بمعدل معين ، وإذا كان المعدل الذي يتم فيه تغذية جذع الحفر أسرع من هذا الحد ، فسيتم إجراء ضغط عكسي ، مما يؤدي إلى إتلاف لقمة الحفر وإبطاء عملية الحفر. يمكن للمهندسين التأكد من أن عملية الحفر تعمل بشكل جيد ولا تتلف لقمة الحفر من خلال التحكم في الضغط الخلفي.
أنظمة العادم	الضغط الخلفي هو جزء أساسي من كيفية عمل أنظمة العادم. تحتاج غازات عادم المحرك إلى التدفق بسلاسة خارج النظام. إذا كان هناك الكثير من الضغط الخلفي ، يمكن أن تتراكم غازات العادم في المحرك ، مما يجعله يعمل بشكل أقل. من ناحية أخرى ، يمكن أن يؤدي عدم كفاية الضغط الخلفي إلى جعل المحرك أقل قوة ، وبمرور الوقت ، يؤدي إلى إتلاف المحرك. يمكن للمهندسين التأكد من أن المحرك يعمل في أفضل حالاته من خلال التحكم في الضغط الخلفي في نظام العادم.
أنظمة نقل السوائل	يمكن استخدام الضغط الخلفي للتحكم في سرعة تحرك السوائل عبر أنظمة نقل السوائل. يمكن للمهندسين إبطاء معدل التدفق وحماية النظام من التلف الناتج عن معدلات التدفق المرتفعة عن طريق إضافة مقاومة للنظام. في أنظمة نقل السوائل ، غالبًا ما تستخدم صمامات الضغط الخلفي والمنظمين للتحكم في الضغط الخلفي والتأكد من عمل النظام بشكل جيد.
صب الحقن	يمكن أيضًا استخدام الضغط الخلفي في صنع الأشياء ، خاصة في قولبة الحقن. في هذه العملية ، يتم حقن البلاستيك المصهور في قالب بضغط مرتفع ، ويتم استخدام الضغط الخلفي للحفاظ على تجويف القالب ممتلئًا ومنع البلاستيك من التصلب في وقت قريب جدًا. يمكن للمهندسين التأكد من أن عملية القولبة بالحقن تعمل بشكل جيد وأن المنتج النهائي عالي الجودة عن طريق الحفاظ على الضغط الخلفي عند المستوى الصحيح.

خاتمة

عندما ننتهي من الحديث عن الضغط الخلفي ، من المهم ملاحظة أن هذه الفكرة لا تستخدم فقط في الهندسة.

في الواقع ، يمكن استخدام الأفكار الكامنة وراء الضغط الخلفي في حياتنا اليومية.

مثل السوائل والغازات في النظام ، غالبًا ما نواجه مقاومة في حياتنا تبطئنا.

قد يكون الضغط للتوافق مع الأعراف الاجتماعية ، أو الخوف من الفشل ، أو ثقل توقعاتنا.

ولكن مثلما يمكن للمهندسين التعامل مع الضغط الخلفي في تصميماتهم ، يمكننا أيضًا التعامل مع الضغوط في حياتنا.

من خلال التراجع ، وإعادة التفكير في أهدافنا ، والبحث عن طرق أخرى للوصول إليها ، يمكننا تجاوز مشاكل الحياة والنهوض إلى القمة.

لذا ، دعونا ننظر إلى الضغط الخلفي ليس فقط كمصطلح تقني ، ولكن كدرس يمكن استخدامه في جميع جوانب الحياة.

تذكر أنه يمكننا التغلب على أي نوع من المقاومة والقيام بأشياء عظيمة إذا فكرنا وتصرفنا بالطريقة الصحيحة.