Home / Pump Guru
What affects the LRVP performance [22 December 2021]
ดังที่ได้กล่าวไว้แล้วในบทความที่แล้วในบทความเรื่อง Back to Basic – Liquid Ring Vacuum Pump การทำงานของปั๊มสุญญากาศแบบวงแหวนน้ำนั้น
ก็คือ ปั๊ม Positive Displacement นั่นเอง
(ในบทความนี้จะขอเรียกสั้น ๆ ว่า ปั๊ม PD) ดังนั้นแล้ว เช่นเดียวกันกับปั๊ม PD สิ่งที่กระทบต่อประสิทธิภาพของปั๊มก็คือ ความเร็วรอบที่ปั๊มหมุน
และปริมาตรต่อ 1 รอบที่ปั๊มหมุน
ความเร็วรอบของปั๊ม หรือก็คือความเร็วในการหมุนของใบพัด
ยิ่งมีความเร็วเพิ่มขึ้น ใบพัดก็สามารถกวาดเอาของไหลออกไปได้เร็วยิ่งขึ้น
ก็จะยิ่งได้อัตราการไหลที่สูงขึ้นตามไปด้วย
แต่ที่จำเป็นต้องพิจารณาร่วมด้วยอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ก็คือ
อัตราการกินกำลังไฟฟ้าของมอเตอร์ด้วย ที่จะเพิ่มขึ้นอย่างยิ่งยวด จนในหลาย ๆ ครั้ง
ก็ทำให้มอเตอร์ที่ไม่ได้มีการเลือกขนาดเผื่อเอาไว้เสียหายได้เลย
หากพูดถึงปั๊ม PD ทั่วไปอย่าง Internal Gear Pump, Screw Pump, Piston /
Plunger Pump ฯลฯ
ก็เป็นที่รู้กันโดยทั่วไปถึงความแม่นยำในการส่งผ่านของเหลวที่ปริมาตรคงที่ในทุก ๆ
รอบการหมุนของปั๊ม แต่กับ Liquid
Ring Vacuum Pump นั้นต่างออกไป LRVP สร้างห้องปั๊มจากวงแหวนน้ำ
และการเยื้องศูนย์ของใบพัด
ซึ่งลักษณะรูปร่างของวงแหวนน้ำนั้นไม่ได้คงที่เหมือนอย่างชุดเกียร์เหล็กหล่อ
หรือชุดสกรูเหล็กกล้า แต่จะขึ้นอยู่กับปัจจัยอย่าง ชนิด,ปริมาณและอุณหภูมิของของเหลวนั่นเอง ดังนั้นแล้ว
ถึงจะใช้ปั๊มที่ขนาดเท่ากัน
ก็อาจจะได้ผลลัพธ์ที่ต่างกันออกไปถ้าหากไม่มีการควบคุมปริมาณ
หรืออุณหถูมิของของเหลวนั่นเอง
ผลของชนิดของของเหลว (Service
Liquid Type)
ของเหลวที่ต่างชนิดกันก็ย่อมมีคุณสมบัติต่างกัน คุณสมบัติที่สำคัญก็คือ
แรงดันไอ (Vapor Pressure), ค่าความถ่วงจำเพาะ (Specific Gravity) และค่าความหนืด (Viscosity) โดยของเหลวที่เป็นที่นิยมที่สุดก็คือน้ำ
ด้วยความง่ายในการจัดหาและรับมือ แต่ในงานบางครั้งก็มีที่ไม่สามารถใช้น้ำได้
หรือต้องการประสิทธิภาพที่สูงกว่านั้น จึงมีการใช้น้ำมันมาแทนที่
โดยสามารถเปรียบเทียบได้ ดังนี้
-
ค่าความถ่วงจำเพาะของน้ำ (1 kg/l) ซึ่งสูงกว่าน้ำมัน (~0.8
kg/l) ทำให้ความสามารถในการบีบอัดอากาศของน้ำมากกว่าน้ำมัน
พลังงานที่มากกว่าทำให้น้ำสามารถสร้างอัตราการไหลได้สูงกว่าน้ำมัน
-
น้ำมันมีค่าแรงดันไอที่ต่ำกว่า
ซึ่งทำให้วงแหวนของน้ำมันสามารถทำสุญญากาศได้ลึกกว่าของน้ำ ซึงสามารถทำได้ลึกถึง 29.9 ”Hg (7-8 mbar a) เทียบกับน้ำซึ่งทำได้ลึกถึงแค่
29” Hg (33 mbar a) ด้วยเหตุนี้ น้ำมันจึงสามารถทำอัตราการไหลได้สูงกว่าน้ำที่สุญญากาศลึก
ๆ
-
ค่าความหนืดส่งผลต่อการกินกำลังของมอเตอร์ ยิ่งมีความหนืดมากก็จะยิ่งกินกำลังมาก
ซึ่งค่าความหนืดก็จะขึ้นกับชนิดของน้ำมันที่เลือกใช้
ดังนั้นโดยสรุปแล้ว
น้ำมัน
จะทำงานได้ดีกว่าที่สุญญากาศลึก ๆ ถึงแม้ว่าจะมีค่าความถ่วงจำเพาะที่น้อยกว่าน้ำ
แต่ค่าแรงดันไอที่น้อยกว่าก็ทำให้ช่วยลดการเกิดไอน้ำซึ่งจะไปแทนที่อากาศทำให้ดูดอากาศได้น้อยลงและทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ
น้ำ
ทำงานได้ดีกว่าน้ำมันที่สุญญากาศปานกลางไปจนถึงต่ำ ๆ
เนื่องจากว่าค่าความถ่วงจำเพาะที่มากกว่า ทำให้สามารถบีบอัดและดึงอากาศมาได้มากกว่า
แต่ค่าแรงดันไอที่สูงจึงทำให้น้ำระเหยเป็นไอน้าเมื่อถึงค่าสุญญากาศค่าหนึ่ง
ผลปริมาณของของเหลว (Service
Liquid Consumption)
ปริมาณของของเหลวที่จ่ายให้กับปั๊มจะสัมพันธ์โดยตรงกับขนาดของวงแหวนของเหลว
กล่าวคือยิ่งจ่ายของเหลวให้กับปั๊มมากขึ้นเท่าไหร่ ขนาดของวงแหวนน้ำก็จะใหญ่ขึ้นเท่านั้น
และเมื่อขนาดของวงใหญ่ขึ้น
นั่นหมายความว่าช่องว่างให้ห้องปั๊มสำหรับอากาศเข้าและออกก็จะมีน้อยลง ทำให้ดึงอากาศได้น้อยลง
แต่ช่องที่เล็กลงนั้นจะเป็นประโยชน์ในเรื่องของการบีบอัดอากาศจะทำได้มากขึ้น
ซึ่งความสัมพันธ์จะสามารถเห็นได้จากกราฟประสิทธิภาพของปั๊มนั่นเอง
ในทางตรงกันข้ามหากปริมาณน้ำที่จ่ายให้กับปั๊มไม่เพียงพอ
ถึงแม้ว่าจะทำให้วงแหวนน้ำแคบและมีช่องว่างของอากาศมากขึ้น
แต่วงแหวนน้ำก็ไม่มีแรงบีบอัดอากาศมากพอที่จะทำให้เกิดสุญญากาศลึกไปมาก ๆ ได้
ยิ่งปริมาณน้ำที่จ่ายให้กับปั๊มมาก
(เส้นสีแดง) ปริมาณอากาศที่ปั๊มดูดได้ก็จะยิ่งลดลง (เส้นสีฟ้า)
ผลของอุณหภูมิของของเหลว (Service Liquid Temperature)
ค่าที่สำคัญที่สุดค่าหนึ่งสำหรัยการเลือกใช้งานปั๊มสุญญากาศแบบวงแหวนน้ำ
ก็คือ ค่าอุณหภูมิของของเหลวที่จ่ายให้ปั๊ม เนื่องจากว่า
ค่าอุณหภูมิของเหลวมีผลต่อรูปร่าง ขนาด และความดันไอของวงแหวนของเหลวนั่นเอง
โดยอุณหภูมิของของเหลวนั้นจะส่งผลให้เกิดผลกระทบ 2 แบบ คือ
1.
ลดประสิทธิภาพของปั๊ม
เนื่องจากว่าพื้นที่สำหรับดูดอากาศเข้าจะถูกแทนที่ด้วยไอจากวงแหวนของเหลว
ที่ระเหยออกมา ซึ่งไอระเหยเหล่านี้จะเกิดขึ้นขณะที่อุณหภูมิของของเหลวเพิ่มขึ้น
และ/หรือ ค่าสุญญากาศลึกขึ้น
ทำให้ปั๊มดูดอากาศได้น้อยลง ซึ่งหากระบบของเรามีอุณหภูมิของของเหวลที่สูง เราก็สามารถใช้ตัวคูณเพื่อคำนวนค่าเผื่อสำหรับอากาศที่จะโดนไอของของเหลวแทนที่
เพื่อหาค่าของอัตราการไหลที่เหมาะสมสำหรับการเลือกปั๊ม
โดยเราสามารถหาค่าตัวคูณนี้ได้จากกราฟ (Capacity Corrective Factors) [Available
on https://www.pompetravaini.com/en/technical-documentation/]
2.
เกิดคาวิเตชั่น
ปรากฎการณ์คาวิเตชั่น (Cavitation Effects) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อแรงดันภายในปั๊มใกล้เคียงหรือต่ำกว่าแรงดันไอของของเหลว
ของเหลวซึ่งอยู่ในสภาวะสุญญากาศที่ปั๊มสร้างขึ้นจะเริ่มเกิดการระเหยและเกิดเป็นฟองอากาศ
ซึ่งเมื่อแรงดันเพิ่มสูงขึ้นจากการบีบตัวของวงแหวนของเหลว
ก็จะทำให้ฟองอากาศเหล่านี้ระเบิดออก เกิดเป็นช่องว่าที่จะถูกของเหลวรอบ ๆ
เติมเต็มเข้ามาสร้างเป็นจุดแรงดันสูงเข้มข้นลงบนผิวของใบพัด และทำให้เกิดเสียงดัง
ปั๊มสั่น และใบพัดเสียหายได้
รูปใบพัดจากปั๊มใหม่
(ซ้าย) และใบพัดจากปั๊มที่เกิดการคาวิเตต (ขวา)
เรียบเรียงและจัดทำโดย; อานนท์ ยอดพินิจ
อ้างอิง; www.pompetravaini.com