היסטוריית הפיתוח, כיוון הפיתוח הטכני ויישום השוק של משאבות טבולות מקומיות וזרות (משאבות ביוב)

1.1 תיאוריה בסיסית
משאבה טבולה, המכונה גם משאבה חשמלית טבולה, היא מכשיר מכני משולב המשלב משאבה צנטריפוגלית ומנוע חשמלי לצורך הובלת נוזלים. במבט לאחור על 300 השנים האחרונות, מההולנדי דניאל ברנולי שהציע את משוואת ברנולי ב-1738 ופרסם את "Hydrodynamique" (מכניקת נוזלים) ועד 17 שנים מאוחר יותר, כאשר המתמטיקאי השוויצרי לאונרד אוילר פרסם את "עקרונות כלליים על תנועת הנוזלים" והציע את היסוד של הנוזלים האידיאליים וההמשכיות הזו. בסיס תיאורטי לתכנון משאבות צנטריפוגליות.
המשאבה הצנטריפוגלית הוצעה לראשונה על ידי המהנדס הצרפתי פאפין. בשנת 1689, הוא המציא מכונה שניתן להתייחס אליה כאב-טיפוס של המשאבה הצנטריפוגלית. בשנת 1705 הוא ייצר את המשאבה הראשונה המתאימה להרמת נוזלים. משאבה זו אימצה אימפלר רב-להבים ומעטפת משאבה חרוטית.
המשאבה הצנטריפוגלית הראשונה בתקופה המודרנית, שהייתה גם נקודת מפנה שציינה את הייצור ההמוני והמסחור של משאבות צנטריפוגליות, מכונה כיום המשאבה של מסצ'וסטס. המעצב שלו היה אמריקאי, והוא החל בייצור המוני במסצ'וסטס, ארה"ב בשנת 1818. המארז המפוצל,-אימפלר היניקה הכפול, להבים ישרים רדיאליים ומשאבה צנטריפוגלית עם מעטפת חרוטית עם עיצוב מארז מפוצל-הוא ה"אב הקדמון" של משאבות צנטריפוגליות מודרניות-.
1.2 הוכנסה המשאבה הטבולה.
בסוף המאה ה-19 ותחילת המאה ה-20, בתקופת הזוהר של טורבינות הקיטור, משאבות הדדיות כמעט שלטו בשוק יישומי המשאבות. עד סוף המאה ה-19 הופעת המנועים החשמליים, במיוחד המנוע החשמלי המעשי המהיר שפותח על ידי סימנס הגרמנית (בשנת 1866), וגורדון האמריקאי שייצר גנרטור ענק דו-פאזי עם הספק של 447KW, גובה של 3 מטרים ומשקל של 282 טון (אין); ומחולל הזרם החילופי הדו-פאזי של טסלה בארצות הברית (בשנת 1896) החל לפעול בתחנת הכוח של ניאגרה, וסיפק 3750KW של זרם חילופין ב-5000V כל הדרך לבפאלו סיטי, 40 קילומטרים משם, אפשרו למשאבות צנטריפוגליות להשיג מקור כוח אידיאלי. במיוחד המחקר התיאורטי והעבודה המעשית של חוקרים רבים בבריטניה כמו ריינולדס ובגרמניה כמו Pfleiderer, השתפרה מאוד יעילותן של משאבות צנטריפוגליות, ועליונותן הופעלה במלואה. משאבות צנטריפוגליות הגיעו אז להתפתחות נרחבת והחליפו בהדרגה את המשאבות הצנטריפוגליות, והפכו למשאבה בעלת מגוון רחב של יישומים ונפח הייצור הגדול ביותר.
משאבות טבולות הן סוג של משאבות צנטריפוגליות, המכונה בדרך כלל "משאבות מים" בעגה המקובלת. עם הופעת המנועים החשמליים, משאבות צנטריפוגליות עברו התפתחות נרחבת. עם זאת, הופעתן של משאבות טבולות הייתה מאוחרת יחסית. בשנת 1904, כדי לענות על מצבים מיוחדים כמו הצורך לשאוב מים מבארות, המהנדסים של חברת ביירון ג'קסון בארצות הברית תכננו וייצרו את המשאבה הצוללת היבשה (המתנפחת) הראשונה בעולם כשהמשאבה והמנוע מחוברים אופקית ויכולים לשמש מתחת למים, והחליפו משאבות בארות עמוקות. זו גם מוכרת כמשאבת המנוע הטבולה המוצלחת הראשונה ונחשבת ל"אב הקדמון" של המשאבות הטבולות המודרניות; בשנת 1928, חברת ביירון ג'קסון בארצות הברית המציאה משאבה טבולה עם המשאבה והמנוע מחוברים אנכית, שהייתה משאבה טבולה מוקדמת בשימוש-. המבנים המוטוריים הם מסוג מלא- במים, סוג יבש וסוג-מילוי שמן. משאבות טבולות מוקדמות שימשו בעיקר בתעשיות אספקת מים, ניקוז רכבת תחתית, תחנות השקיית מים ותעשיות כרייה וכו'.
בשנות ה-30, הייוורד טיילר מבריטניה, חברת KSB ו-RITZ מגרמניה, Flygt משבדיה, חברת BJ מארה"ב, חברת TRW מארה"ב, היטאצ'י מיפן וחברות נוספות החלו לייצר משאבות טבולות באר עמוק. לדוגמה, המשאבה החשמלית הטבולה לבאר עמוקה שפותחה על ידי חברת Pleuger הגרמנית יושמה בהצלחה לניקוז והרמת מים של מי שתייה יומיים במערכות רכבת תחתית. משאבות טבולות משכו את תשומת לבם של מומחי הנדסה וטכנאים רבים. המוצרים של חברת פלוגר היו בשימוש נרחב בפרויקטים רבים כמו הרכבת התחתית של מוסקבה, צרפת, מקסיקו ותחנות השקיית המים של ארגנטינה.
בסוף שנות ה-40 החלו לייצר בזו אחר זו משאבות מים טבולות לאספקת מים וגם לניקוז, ששילבו תפקידים של מנוע ומשאבה.

לדוגמה, בשנת 1948, החברה השוודית Sterbery-Flygt הייתה הראשונה לייצר את משאבת מים טבולה משטחית קטנה-הקטנה הראשונה בעולם, אשר פשטה מהותית את סוג המשאבה ואת מבנה משאבת המים הטבולה, המציאה את שיטת החיבור הישיר בין גל המנוע לגלגל המשאבה המשאבת, והוזיל במחצית את עלות המשאבה התת-פבית. עד מהרה הוא הפך לציוד הניקוז העיקרי בתעשיית הבנייה ובענף הכרייה. בשנת 1956 פותחה וקודמה בהצלחה משאבת הביוב הצוללת מסדרת B, ששימשה להעברת נוזלים המכילים חלקיקים מוצקים, חומרים מרחפים או חומרים מרחפים סיביים בתהליכים תעשייתיים, ביוב ביתי, שפכים תעשייתיים וכו'. עד מהרה היא יושמה באופן נרחב בתחומי העירייה, הגנת הסביבה, התעשייה הקלה, התעשייה הכימית, הכרייה, הפארמה והאחרת הפכה לתעשיות העיקריות של תעשייה כימית, כרייה, מתכות. ציוד לפרויקטים לטיפול בשפכים.
עד סוף שנות ה-60 החלו גם גרמניה, ארצות הברית, בריטניה, פינלנד, רוסיה, יפן (כגון Higai, Sakukawa, Inagaki וכו') בייצור המוני של משאבות מים טבולות למשטחי עבודה. חברות כמו ITT בארה"ב, חברת ביירון ג'קסון בארה"ב, חברת Goulds בארה"ב, חברת גרונדפוס בדנמרק, ABS בגרמניה (כיום תחת קבוצת קארדו בשוודיה), פלוגר קומפני בגרמניה, חברת ווילו בגרמניה, חברת הייוורד טיילר בבריטניה, קומפני Weir בבריטניה, חברת Hitachih ביפן, חברת היטאצ'יה ביפן, חברת טאיצ'ן ביפן ו-KSB בגרמניה ועוד. מוצרי משאבת מים טבולה-בביצועים גבוהים.
לאחר כמעט 120 שנים של שיפור ופיתוח מתמשכים, הפך המוצר המיוחד של שילוב משאבה עם מנוע חשמלי, משאבת המים הטבולה, לקטגוריה מרכזית של מוצרים מכניים והתפתח לתעשיית "משאבות מים" עצמאית. היא גם התפתחה לטכנולוגיה מקיפה בתחום הטכנולוגיה.
בשנים האחרונות, עקב היתרונות הייחודיים של משאבות טבולות והמודעות הגוברת למשאבות טבולות בשוק, קצב התקנתן של משאבות טבולות נמצא בעלייה מתמדת, ויישומה גדל יותר ויותר. הם הפכו לאחד המוצרים המיינסטרים ויש להם ביקוש עצום בשוק.
משאבות מים טבולות
2.1 סוגי משאבות טבולות
כיום, סוגי משאבות המים הטבולות כוללים משאבות טבולות מסוג -באר, משאבות טבולות-קטנות באתר (כולל משאבות טבולות מסוג -נהרות, משאבות טבולות הנדסיות וכו'), משאבות טבולות לביוב ומי שפכים, משאבות טבולות- חסינות מוקשים-. סוג וסוג כללי), משאבות טבולות חשמליות עם בורג טבול, משאבות טבולות עם זרימה צירית, משאבות טבולות-בלחץ גבוה (כולל משאבות טבולות בלחץ גבוה-בסוג שלי ובאר- ומשאבות טבולות בלחץ גבוה-למטרות גבוהות-, כמו גם משאבות טבולות ושדות מים תת-ים, וכו'.
בשל מגבלות המקום, מאמר זה מציג רק את המשאבות הטבולות השכיחות לביוב ולמי שפכים בתעשיית הטיפולים להגנת הסביבה ואת המשאבות הטבולות לאזורי פעולה קטנים.
2.2 משאבות טבולות- עיליות ומשאבות ביוב טבולות
המשאבה הטבולה הפועלת על פני השטח היא סוג של משאבה טבולה קטנה (משאבה חד-שלבית-). בשל ההתקנה הקלה והתפעול הנוחה, הוא נמצא בשימוש נרחב במקומות רבים. היא פותחה לראשונה על ידי החברה השוודית Sterbery-Flygt בשנת 1948 כ"משאבת הטבולה הפועלת על פני השטח".
מה שנקרא-ביוב מתייחס למים משומשים. משאבות טבולות לבוצת ביוב, בקיצור משאבות ביוב טבולות או משאבות ביוב, הן משאבות שאינן-סותמות. באנגלית הם נקראים Non clogging pumps. הן ידועות גם בתור משאבות טיפול-מוצקות-במדינות זרות והן אחד הציוד העיקרי בפרויקטים לטיפול בשפכים. על פי דוח הסקר האחרון של מוסד BMZ הגרמני, כ-80% עד 85% מהביוב בעולם אינם מטוהרים ומטופלים. והיקף המכירות השנתי הכולל של משאבות ביוב ברחבי העולם הוא בין 5 מיליארד ל-6.5 מיליארד יורו, שזה פי כמה מזה של משאבות מים.
משאבות טבולות, הידועות גם כמשאבות ביוב, הן אחד הציוד הנפוץ בתעשיית הטיפול במים. בתחום טכנולוגיית הטיפול במים וטיהור שפכים, משאבות טבולות (כולל משאבות ביוב) הן הפתרון החסכוני והאפשרי ביותר מבחינה טכנולוגית להחלפת משאבות יבשות- מסורתיות אחרות הפועלות (ביבשה-). במיוחד במהלך תהליכי תחזוקה והתקנה, יש לו יתרונות ייחודיים על פני משאבות אחרות. בשל עיצוב המשאבה הטבולה,
באמצעות התקנת מכשירים כגון מסננים ומסכים ניתן למנוע כניסת מוצקים גדולים וקשים לכניסת המשאבה. מוצקים רכים ינסו לעבור דרך המכשירים הללו ללא קשר לגודלם. יש לכך משמעות יוצאת דופן בשימוש במשאבות ביוב. מול תנאי עבודה קשים, ניתן ליישם בבטחה משאבות ביוב לאיסוף שפכים, שאיבת מי גשמים, שאיבת מי גשמים, ניקוז קרקע, ניקוז בריכות וכו'. ניתן לסווג נוזלים אלו לסוגים אורגניים, אנאורגניים, שוחקים וסיביים. מוצקי ביוב אורגניים הם בדרך כלל רכים ולעיתים מכילים חומרים סיביים יותר או פחות. מוצקים אנאורגניים קשים ולעתים קרובות חדים, עם חלקיקים קטנים יותר.

2.3 הבדל בין משאבות ללא הפרעה למשאבות מים
ההבדל בין משאבה שאינה-סתימת למשאבת מים טמון בעובדה שהיא נועדה לאפשר לחלקיקים המוצקים הגדולים ביותר לעבור דרך גודל המשאבה. למרות שישנם אימפלרים עם-להב יחיד (ללא-להב), לאימפלר הרגיל שאינו-סתום יש שני להבים. הלהבים של אימפלר שני- הלהבים עבים מאוד, ויש פינות מעוגלות גדולות בין הלהב ללוחית הכיסוי בכניסת הלהב. לאימפלר ללא-להבים אין קצות להב, כך שהוא לא ייתקע עם אשפה. מצד שני, בגלל האסימטריה שלו, האימפלר אינו מאוזן מטבעו. ישנם גם סוגים לא{11}}לא סתומים של משאבות טבולות, אך לרוב אינן מומלצות.