Pump in Series – For More Pressure [22 December 2021]
ในการเลือกปั๊มให้เข้ากับระบบของเราในบางครั้ง
อาจพบกรณีที่ตัวเลือกปั๊มที่มีอยู่
ไม่สามารถทำความดันได้สอดคล้องกับอัตราการไหลที่เราต้องการได้
ซึ่งการค่าความดันภายในระบบของเราเกิดจากความดันสถิต (Static
Pressure)
หรือความสูญเสียที่เกิดจากความแตกต่างของระดับความสูง รวมกับความเสียดทานภายในท่อ
หรือความสูญเสีย และการเปลี่ยนแปลงความเร็วที่อัตราการไหลนั้น ๆ
ถ้าหากเป็นการใช้งานที่ต้องการปั๊มแบบการขจัดเป็นบวก
(Positive Displacement Pump) ทางผู้ผลิตปั๊มก็จะแนะนำปั๊มขนาดต่าง ๆ
กันที่ออกแบบมาสำหรับค่าความดันสูงสุดที่ต้องการ แต่อย่างไรก็ตาม
เพื่อให้ได้อัตราการไหลตามที่ออกแบบ อาจต้องใช้ปั๊มมากกว่า 1 ตัว
ประกอบเป็นระบบปั๊มแบบขนาน เพื่อให้ได้อัตรากการไหลตามที่ต้องการ
กลับกันหากเปลี่ยนเป็นปั๊มหอยโข่ง (Centrifugal
Pump) สำหรับปั๊มหอยโข่งแบบ Single-Stage อาจไม่สามรถทำความดันได้ตามอัตราการไหลที่เราออกแบบ
จึงมีการใช้งานปั๊มหอยโข่งแบบ Multi-Stage ซึ่งเป็นปั๊มทีมีใบพัดมากกว่า 1 ใบ
บนเพลาขับอันเดียว แต่ละใบจะสร้างอัตราการไหลที่เท่ากัน และเพิ่มความดันตามที่เราต้องการได้ ซึ่งในหลาย ๆ
การใช้งานก็ยุติการค้นหาที่ตรงนี้ ปั๊มหอยโข่งที่เป็น Multi-stage ก็มีหลากหลายประเภท
ได้แค่ End Suction, Double Suction, Vertical Turbine และ Regenerative Pumps
อย่างไรก็ตาม การออกแบบบางอย่างก็จะมีเพียงแค่ปั๊มหอยโข่งแบบ Single-Stage เท่านั้น
ยกตัวอย่างเข่น Non-Clog สำหรับรับมือสารที่มีของแข็ง, ปั๊มโคลน (Slurry Pump) หรือ Rubber Lined Pump ซึ่งสำหรับปั๊มเหล่านี้
การทำความดันให้ได้ตามที่ออกแบบ ก็อาจต้องใช้งานปั๊ม 2 ตัว หรือมากกว่า ต่อกันแบบอนุกรมกัน
(สำหรับปั๊มน้ำมันดิบและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม
เป็นผลิตภัณฑ์ที่ค่อนข้างพิเศษและขอไม่กล่าวถึงในบทความนี้)
อย่างที่ได้เคยกล่าวไว้แล้วในบทความ Pump in
Parallel: ทำความรู้จักกับการต่อปั๊มแบบขนาน ว่าอัตราการไหลของปั๊มทั้งสองจะรวมกัน
ที่ความดันเดียวกัน ประกอบกันเป็นกราฟประสิทธิภาพเส้นใหม่ เช่นเดียวกัน
ความดันของปั๊มทั้งสองตัวจะรวมกัน ที่อัตราการไหลเดียวกัน
รูปแบบที่ง่ายที่สุดสำหรับปั๊มหอยโข่ง ซึ่งทำงานในระบบปั๊มแบบอนุกรมโดยปั๊มที่เหมือนกัน
2 ตัว ด้านจ่ายของปั๊มตัวแรก
จ่ายไปยังด้านดูดของปั๊มตัวถัดไป เพื่อจ่ายให้แก่ระบบ และเนื่องจากปั๊มทั้ง 2 ตัวเหมือนกัน
แต่ละตัวก็จะสร้างความดันที่เท่ากัน
ปั๊มตัวที่ 2 ควนจะต้องมีการออกแบบให้สามารถรับความดันด้านเข้าและด้านจ่ายได้สูงกว่าปั๊มตัวแรก
เพราะว่า แรงดันบริเวณห้องซีล (Stuffing Box, Seal Chamber) จะมีค่าค่อนข้างสูง
จากแรงดันขาเข้าที่จ่ายมาจากปั๊มตัวแรก ท่อระหว่างปั๊มทั้งสองควรจะเป็นท่อตรง
และควรมีขนาดไม่เล็กไปกว่าท่อด้านข้าวของตัวปั๊ม
แนวคิดการต่อปั๊มแบบอนุกรม
จะยิ่งซับซ้อนยิ่งขึ้นหากเป็นปั๊มที่อยู่คนละสถานีปั๊มกัน (Pump Station; PS) ปั๊มระหว่าง
2 สถานีจะต้องถูกควบคุมอย่างระมัดระวัง
และปั๊มใน PS1 จะต้องถูกออกแบบให้สามารถส่งผ่านของเหลวไปยังท่อดูดของปั๊มใน
PS2 ได้อย่างเพียงพอ
และปั๊มใน PS2 ก็ยังต้องถูกออกแบบให้จ่ายไปยังที่หมายตามอัตราการไหลที่ต้องการอีกด้วย
ในอุดมคติแล้ว สถานีปั๊ม PS2 ควรจะถูกวางอยู่ในตำแหน่งที่ค่าความดันที่ปั๊มในแต่ละสถานี
PS1 และ PS2 ต้องทำ
มีค่าเท่ากัน และถ้า PS1 และ PS2 อยู่ห่างกันมาก ๆ ควรพิจารณาติดตั้ง Surge
Tower หรือ Standpipe ที่หน้าปั๊มของปั๊มใน
PS2 ด้วย
เพื่อให้ออกแบบระบบได้ง่ายขึ้น
และถ้าหากว่าต้องใช้วิธีการจ่ายของเหลวจากปั๊มตัวแรก
ไปยังปั๊มตัวที่สองโดยตรง แรงดันสุทธิที่ปั๊มทั้ง 2 ตัวทำได้
จะต้องมีการคำนวณอย่างแม่นยำที่อัตราการไหลที่เราต้องการ ปั๊มตัวแรกจะต้องออกแบบให้จ่ายของเหลว
ให้เพียงพอกับค่า NPSHr (Net Positive Suction Head
Required) ของปั๊มตัวที่ 2 และปั๊มตัวที่สอง
ก็ต้องออกแบบให้ได้ตามความต้องการของระบบ ด้วยลักษณะเช่นนี้ จึงกลายเป็นปัญหาของการใช้งาน 2
แบบที่แตกต่างกัน
ลักษณะการใช้งานของสถานีปั๊มดังที่กล่าวมา
ยังอาจสร้างความยุ่งยากในการบำรุงรักษาอีกด้วย
เพื่อลดปัญหาปั๊มทั้งสองตัวควรเลือกให้มีลักษณะของใบพัดที่เหมือนกัน อาจมีขนาดหรือควาเร็วในการหมุนที่แตกต่างกัน
แต่ว่าลักษณะของกราฟคุณลักษณะของปั๊มก็จะไม่ต่างกันมาก
อย่างไรก็ตามหากเหมาะสม
แนะนำให้ใช้เป็น Vertical Turbine ปั๊มรูปแบบต่าง ๆ แทนสำหรับการใช้งานรูปแบบนี้
