اختراع مضخة التفريغ

[اميرة الكويت]

قصة اختراع مضخة التفريغ



قبل أن نعلم ما هو الهدف من استخدام المضخة، في البداية لنتعرف أولا على المضخة وهي: آلة ميكانيكية تستخدم لنقل السوائل من مكان لآخر عن طريق زيادة ضغط السائل وتزويده بالطاقة لكي يسير في الأنابيب إلى المكان المطلوب، لا بد أن تكون هذه الطاقة كافية لتمكن السائل من التغلب على تأثير قوى الاحتكاك والجاذبية.


تعد المضخات من آلات تحويل الطاقة حيث تقوم بتحويل الطاقة الحركية للسائل إلى ضغط، ويقوم بتصميم نظام الضخ المكتمل مهندس ميكانيكا لضمان كفاءته وتجنب الظواهر السلبية التي قد تؤثر على عمل المضخات مثل التكهف.


ترتبط المضخات بشكل عام بنظام متكامل من الأنابيب والصمامات وأجهزة القياس التي تساعد على ضمان سلامة عمل المضخة وسلامة العاملين عليها وسهولة صيانتها إذا لزم الأمر ولحمايتها من التلف.
هناك العشرات من المضخات يتم تصميمها بمختلف الأحجام والقدرات لكي تحقق الهدف الرئيسي وهو أنها تناسب جميع المتطلبات، ويتم تصنيعها من مواد مختلفة مثل: الحديد الزهر أو الفولاذ الكربوني وغيره.

تستخدم المضخات بشكل عام لتمكين السائل من:
الجريان من منطقة ضغط منخفض إلى منطقة ضغط أعلى
التدفق من منطقة منخفضة الارتفاع إلى منطقة أعلى
زيادة سرعة جريان السائل في الأنابيب
أنواع المضخات
المضخات الديناميكية
ويحتوي على نوعين رئيسيين:


مضخات الطرد المركزي
المضخات المحورية




تاريخ اختراع مضخة التفريغ وجهود المخترعين في ابتكارها
أهم الأحداث في تاريخ ابتكار مضخة التفريغ
تُعد مضخات التفريغ جزءًا أساسيًا من المعدات ويتم استعمالها في مجموعة متنوعة من العمليات في معظم المختبرات. عُدّ ابتكارها من أحد أهم أنواع المضخات، اليوم مع التطورات الكبيرة في تقنية الفراغ العالي ومن خلال التقدم في التكنولوجيا يقوم المخترعين بتطوير مبدأ عمل المضخة الفراغية باستمرار، قديمًا اخترع المهندس العربي الجزري مضخة في مبدأ عملها تشبه مضخة التفريغ. لكن لم تظهر مضخة التفريغ في أوروبا حتى القرن الخامس عشر.


تاريخ اختراع مضخة التفريغ وجهود المخترعين في ابتكارها
كانت أول مضخة فراغية في تصميمها تشبه التي نستعملها اليوم من تصميم (Otto von Guericke)، وذلك حوالي سنة 1654م لكنها كانت بدائية الصنع تستعمل مع وصلات محكمة الإغلاق، بعد فترة وجيزة أنتج بويل مضخة مُحسّنة كثيرًا صنعها (Robert Hooke)، حيث كان الجهد الأكبر في تصنيعها يعود له وهو باحث ومساعد لروبرت بويل وقام بتصميم أول مضخة هواء عملية في بريطانيا من خلال تطبيقه على البحث العلمي، قام (Robert Hooke) بتشغيل المضخة في عام 1671م.


سجل (Hooke) أول ملاحظات فسيولوجية على عمل مضخته الفراغية، وعلى الرغم من أن تجربة (Hooke) أظهرت بعض أوجه القصور، إلّا أنّ تقنياته التجريبية كانت عظيمة في وقتها، مر قرنان قبل أن يجري العالم الفرنسي بول بيرت تجاربه على تطوير المضخة الفراغية وتحسين مبدأ عملها، عام 1682 وصف بويل مضخة ذات أسطوانتين. تم تطوير هذه المضخة من هذا النوع بواسطة (Haukesbee) عام 1705م وبقيت تلك المضخة هي الشكل المعتمد لمضخات التفريغ حتى نهاية القرن التاسع عشر.


عام 1874م تم تسجيل براءة اختراع جديدة للمضخة الفراغية تتكون من دوّارات تدور داخل تجويف بواسطة (Charles C. Barnes) من ساكفيل، نيو برونزويك، كندا. أصبح هذا النوع من المضخات معروفًا باسم مضخة الفراغ الدوارة، بعد ذلك قدم (Fleuss) مضخة لإنتاج فراغ عالي، حيث تم استخدام مضخات من نوع (Geissler وToepler)، بناءً على التكرار المستمر لتجربة (Torricelli)، والتي كانت بطيئة للغاية في العمل.




بدأ تطور جديد في عام 1905م، وذلك عندما قدم كوفمان مضخة زئبق تدور باستمرار، والتي حلت محلها مضخة الزئبق الدوارة كان النماذج الأولية هي عبارة عن مضخات مياه وبقيت كذلك حتى القرن السادس عشر والسابع عشر، في عام 1912م، اخترع (Gaede) مضخة تعتمد على مبدأ جديد تمامًا، تسحب معها جزيئات الغاز. أنتجت هذه المضخة الفراغية الجزيئية تطورًا كبيرًا في تاريخ المضخة الفراغية.


أهم الأحداث في تاريخ ابتكار مضخة التفريغ
تم تطوير المضخات الفراغية والبخارية على نطاق هائل فيما بعد، خلال سنة 1911م أعلن البروفيسور الدكتور ولفجانج غايدي لأول مرة عن مبدأ مضخة السحب الجزيئي في اجتماع للجمعية الفيزيائية في كارلسروه، وهي من أحد أهم أنواع مضخات الفراغ، كانت أول 14 مضخة جاهزة للبيع بحلول خريف عام 1912م، في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، اخترع الباحثون في شركة فاريان مضخة الأيونات من أجل تحسين عمر وأداء أنابيب الميكروويف عالية التردد.


سنة 1953م اخترع (Raymond Herb) أول مضخة فراغ متطورة عملية؛ وهي (Getter-ion)، كانت تلك المضخة غير مُعرضة للصدأ وذلك من خلال استخدام عنصر التيتانيوم. سنة 1957م كان هناك تطور كبير في تاريخ المضخة الفراغية، حيث ابتكر الباحثون مضخة (Nobel Vaclon)، وهي أول جهاز إلكتروني يعمل بدون سوائل أو أجزاء متحركة ويكون مقاومًا لانقطاع التيار الكهربائي. سنة 1974م تم تطوير أول مضخة فراغ خالية من الزيت بواسطة (John L. Farrant).


أيضًا في عام 1984م حصلت مضخة الفراغ (Drystar) الجافة على براءة اختراع بواسطة (Edwards High Vacuum Limited) كما قدمت شركة (VACUUBRAND) أول وحدة تحكم في مضخة فراغ المعالجات الدقيقة، وخلال عام 1988م من نفس الشركة تم تقديم أول مضخات تفريغ مزودة باستعادة بخار المذيبات المتكاملة. وتم تقديم فيما بعد أول مضخة تفريغ كيميائية، اليوم يتم اعتماد المضخة الفراغية من خلال العديد من عمليات التصنيع والبحث المتنوعة التي تعتمد على أنظمة التفريغ.


من المتوقع أيضًا أن تشتمل مضخات التفريغ على مواد جديدة وتصميم محسّن لزيادة تحسين الأداء وتقليل تكاليف التشغيل. يتوقع الخبراء أن مضخات التفريغ في المستقبل ستعمل بكفاءة أكبر وستكون قادرة على العمل لفترات أطول من الوقت قبل الحاجة إلى الصيانة. من المتوقع أيضًا أن تكون المضخات الفراغية المختبرية أصغر حجمًا، كما أنها من المحتمل تكون أسهل في التنظيف والإصلاح توفر شركتنا تصليح مضخات على اعلى مستوى