مضخة هواء

مضخة الهواء هي مضخة لدفع الهواء. ومن أمثلتها مضخة الدراجة ، والمضخات المستخدمة لتهوية أحواض السمك أو البرك عبر حجر التهوية ، وضاغط الغاز المستخدم لتشغيل الأدوات الهوائية ، وبوق الهواء، وآلة الأرغن ، والمنفاخ المستخدم لإشعال النار، والمكنسة الكهربائية ، ومضخة التفريغ . تحتوي جميع مضخات الهواء على جزء متحرك (ريشة، مكبس، دافع ، غشاء، إلخ) يدفع تدفق الهواء. وعندما يتحرك الهواء، تتكون منطقة ضغط منخفض تمتلئ بمزيد من الهواء. ^{[ 1 ]}

تستخدم المضخات والضواغط آليات متشابهة للغاية، وتؤديان نفس الوظيفة بشكل أساسي، ولكن في أنظمة سوائل مختلفة. يوجد تداخل في المصطلحات عند نقطة معينة، ولكن إليك بعض الصور النمطية:

• تعمل الضواغط على السوائل القابلة للانضغاط، وعادةً ما تكون غازات. أما المضخات فتعمل على السوائل، وعادةً ما تكون سوائل، والتي تُعتبر غير قابلة للانضغاط.
• تهدف الضواغط إلى توليد ارتفاع كبير جدًا في الضغط مقابل نظام مغلق؛ أما المضخات فهي مصممة لتوليد ضغط منخفض نسبيًا مقابل نظام ذي تدفق حر مع الحد الأدنى من الضغط العكسي.
• تُستخدم المضخات غالبًا في عمليات التدفق المستمر، في حين أن العديد من الضواغط منخفضة الجودة يجب أن يكون لها دورات تشغيل متقطعة.
• تحتوي الضواغط عادةً على مستشعر تغذية راجعة لإيقاف التشغيل عند الوصول إلى الضغط المطلوب؛ أما المضخات فلها تصميم ثابت وتعمل بحرية عبر منحنى أدائها مع تغير الظروف.

في عام 1649، اخترع العالم والمخترع الألماني أوتو فون غيريكه مضخة الهواء المفرغة ذات البكرة . قللت مضخة غيريكه من أي تسريبات محتملة بين المكبس والأسطوانة باستخدام حلقات مصنوعة من الجلد. ^{[ 2 ]} في بريطانيا، صُنعت أول مضخة تفريغ فعالة للأغراض العلمية عام 1658 على يد العالم الإنجليزي الموسوعي روبرت هوكه ، نيابةً عن الفيلسوف الطبيعي الأنجلو-إيرلندي روبرت بويل . ^{[ 3 ]} استخدم بويل مصطلح "مضخة الهواء" (من بين مصطلحات أخرى) لوصف مضخته الخاصة وكذلك مضخة غيريكه، ^{[ 4 ]} ومنذ ذلك الحين، يُشار إليهما بهذا الاسم في كثير من الأحيان. ^{[ 5 ]}

في عام 1705، طور العالم الإنجليزي فرانسيس هوكسبي نوعًا من مضخة الهواء ذات الأنبوبين. استُخدمت مضخة هوكسبي ذات الأنبوبين بشكل أساسي في البحث العلمي، وكانت قادرة على توليد فراغ. ^{[ 6 ]}

أدى اختراع مضخة الهواء إلى اختراع مضخة التفريغ وأنبوب التفريغ. وقد أحدث أنبوب التفريغ نقلة نوعية في العديد من المجالات المختلفة.

• تُستخدم مضخات التفريغ في تصنيع المصابيح الكهربائية ، وفي عملية التجفيف بالتجميد في الصناعات الطبية والغذائية والبيولوجية، وفي صناعة الطاقة الذرية. ^{[ 7 ]}
• أتاح الهواء المضغوط تطوير أدوات هوائية أفضل وأكثر قوة، مما ساهم في نمو المدن الكبرى. وقد بُنيت العديد من المباني المهمة في مجتمعنا اليوم بفضل هذه الأدوات، مثل ناطحات السحاب والفنادق والمجمعات السكنية والملاعب. ^{[ 8 ]}
• يُعد استخدام مضخات الهواء الترددية أمراً حيوياً في بناء محرك الاحتراق الداخلي.

ضاغط هواء

يحوّل ضاغط الهواء الطاقة (البنزين أو المحرك الكهربائي) إلى طاقة كامنة. تُخزّن هذه الطاقة الكامنة في خزان، وتدفع الهواء إلى داخله مُحدثةً ضغطًا موجبًا. عادةً ما يُوصل خرطوم بالخزان، وعند فتحه بصمام أو مفتاح، يندفع الهواء من الخرطوم بسرعة عالية. ^{[ 9 ]}

رفع الصوت عاليا

إحدى أقدم طرق ضخ الهواء. آلية بسيطة تتكون من كيس مرن مزود بألواح أو مقابض صلبة على كل جانب. يمكن نفخ الكيس ونفخه بتحريك المقابض بعيدًا عن بعضها أو معًا لدفع الهواء خارج الفوهة. عند نفخ الكيس أو سحب المقابض بعيدًا عن بعضها، يُفتح صمام جانبي يسمح بدخول الهواء. وعند دفع المقابض معًا، يُغلق الصمام ويُدفع الهواء خارجًا.

مضخة دراجة هوائية

تُنتج هذه المضخة ضغطًا باستخدام مكبس داخل أسطوانة، وذلك بفضل صمام أحادي الاتجاه ومكبس يُتحكم به بواسطة المقبض. مضخة الدراجة هي مضخة يدوية رأسية تُستخدم لنفخ إطارات الدراجات. هذه المضخات شائعة جدًا، ويمكن استخدامها لنفخ العديد من الأشياء باستخدام محول. ^{[ 10 ]}

مضخات الحجاب الحاجز

في حالة مضخات الهواء، تُعتبر المضخات الغشائية نوعًا من المضخات التي تستخدم الإزاحة الموجبة. تحتوي المضخة الغشائية البسيطة على حجرة تعمل كغشاء مرن . عند الضغط، يُطرد الهواء الموجود داخل الغشاء. وعند تفريغ الغشاء، تمتلئ الحجرة بالهواء مرة أخرى. ومن الأمثلة البسيطة على المضخات الغشائية مضخة القدم التي تتطلب من المستخدم الضغط عليها باستمرار للأعلى والأسفل لنفخ شيء ما. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

مضخة إطارات تعمل بمحرك

قامت العديد من الشركات بتطوير مضخات إطارات تعمل بمحركات خلال العصر النحاسي لصناعة السيارات.

المضخات الترددية

تتكون المضخة الترددية البسيطة عادةً من أسطوانة بها مدخل ومخرج ومكبس . يُستخدم المدخل والمخرج لتوجيه تدفق الهواء، بينما يُستخدم المكبس لتوليد هذا التدفق. عند سحب المكبس للأعلى، يُسحب الهواء إلى داخل المضخة عبر المدخل، فينخفض ​​الضغط داخل حجرة المضخة مع امتلائها بالهواء. وعند دفع المكبس للأسفل، ينضغط الهواء ويُغلق المدخل، ثم يتدفق الهواء للخارج من المخرج. ^{[ 13 ]}

مضخة دوارة ذات ريش

تستخدم المضخة الدوارة تروسًا متشابكة لالتقاط الهواء وضغطه من خلال حركة التروس. وهذا يسمح بضغط عالٍ عند التفريغ. ^{[ 14 ]}