Gear Pump Selection Guide [22 December 2021]
หากกล่าวถึงเกียร์ปั๊มแล้วนั้น จะมีอะไรบ้างที่เราควรจะต้องคำนึงถึง
อะไรคือค่า Slip ทำไมถึงต้องมีวาล์วนิจภัย
เรามาหาคำตอบกันในบทความนี้กันเลย
ในวันนี้เราจะมากล่าวถึงข้อสำคัญที่จะต้องพิจารณาในการเลือกเกียร์ปั๊ม
ซึ่งจะขอกล่าวรวม ๆ ทั้งรูปแบบของ ปั๊มแบบเกียร์ใน (Internal
Gear Pump) และ ปั๊มแบบเกียร์นอก (External
Gear Pump) แต่เนื่องจากว่า อัตราการไหลที่ขึ้นอยู่กับหลาย
ๆ ปัจจัย ทั้งลักษณะของชุดเกียร์, ความหนืดของของเหลว, ความดันต่าง (Differential
Pressure) และความเร็วรอบของปั๊ม
การเปรียบเทียบเกียร์ปั๊มกันโดยตรงจึงเป็นเรื่องที่ทำได้ยาก เนื่องจากว่าไม่ได้มีมาตรฐานรองรับ
หรือนิยามประสิทธิภาพการทำงานของตัวปั๊ม, ข้อต่อ, วิธีการติดตั้ง, หรือความเร็วรอบในการใช้งาน เหมือนอย่างปั๊มหอยโข่งแบบ End Suction ที่มี ANSI B73.1 รองรับ
จะมีก็เพียงมาตรฐานของ Hydraulic Institute (Ref. 2, 3) ซึ่งให้คำนิยามและข้อกำหนดสำหรับ ประเภท, การทดสอบ, การออกแบบโครงสร้างทั่วไป
และพารามิเตอร์อื่น
อย่างไรก็ตาม ในการพิจารณาเลือกใช้เกียร์ปั๊มจะมีเรื่องที่ต้องพิจารณา
ดังนี้
1.
ค่า Clearance
ช่องว่าง (Clearance) ระหว่างฟันเกียร์
และช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างชุดเกียร์กับแผ่นปิดหัวปั๊ม (Endplate) ซึ่งเป็นตัวสร้างห้องสำหรับสูบจ่ายของเหลว ซึ่งระยะชองช่องว่างเหล่านี้ทางผู้ผลิตปั๊มจะเป็นคนกำหนด
เพื่อลดค่าการไหลย้อนกลับ (Slip) ของของเหลว (จากด้านที่มีความดันสูง
ไปยังด้านที่มีความดันต่ำกว่า) ให้ได้น้อยที่สุด สำหรับในการใช้งานบางประเภทที่ต้องพบกับของเหลวที่หนืดมาก
ๆ อาจจะต้องพิจารณาเพิ่มค่าช่องว่างส่วนนี้ (Extra
Clearance) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมด้วย
Slip
Path ของปั๊มแบบ Internal Gear มีทั้งหมด 5 จุดคือ 1. Rotor OD 2. Rotor ID 3.
Idler OD 4. End Clearance 5. End Clearance
2.
การควบคุมอัตราการไหล
การควบคุมอัตราการไหลของปั๊มหอยโข่ง
จะควบคุมโดยการเปิด-หรี่วาล์วทางฝั่งด้านจ่ายของปั๊ม
หรือใช้การเดินท่อบายพาสในบางกรณี ในทางตรงกันข้าม
การควบคุมอัตราการไหลของเกียร์ปั๊ม
สามารถควบคุมได้โดยการปรับเปลี่ยนความเร็วรอบของปั๊ม
ซึ่งด้วยเทคโนโลยีการควบคุมในปัจจุบัน
ก็สามารถทำให้ควบคุมการทำงานของปั๊มให้เหมาะกับการใช้งานได้
โดยไม่ต้องใช้การหรี่วาล์ว หรือท่อบายพาส ซึ่งทำให้เกิดการสูญเสียพลังงาน
และลดประสิทธิภาพของปั๊มลง โดยความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วรอบของปั๊ม
กับอัตราการไหลที่ปั๊มทำได้ จะมีลักษณะแปรผันตรงตามกัน หากต้องการอัตราการไหลที่เพิ่มขึ้น
ก็สามารถทำได้โดยเพียงแค่เพิ่มความเร็วรอบของปั๊มเท่านั้น แต่ทั้งนี้ทั้งนั้น
ก็อย่าลืมพิจารณาเรื่องของความดันสูญเสียภายในท่อด้วย
กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันที่ปั๊มทำได้ต่ออัตราการไหลของปั๊มแบบการขจัดเป็นบวกเทียบกับปั๊มหอยโข่ง
และกราฟความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหล ต่อความเร็วรอบของปั๊มชนิดการขจัดเป็นบวก
3.
คุณสมบัติของของเหลว
ในการเลือกปั๊มทุกประเภท การพิจารณาคุณสมบัติของสารเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ตั้งแต่ ค่าความหนาแน่น ความดัน อุณหภูมิ ความหนืด ฯลฯ สำหรับ เกียร์ปั๊มสามารถทำงานได้ในช่วงของอุณหภูมิที่กว้างมาก การใช้งานที่อุณหภูมิ 230 ⁰C เป็นเรื่องปกติ และการออกแบบพิเศษที่สามารถทำงานได้ถึง 315 ⁰C หรือมากกว่านั้น (แต่ก็อย่าลืมคำนึงถึงการเลือกซีลด้วย) ค่าอุณหภูมิจะเป็นตัวกำหนดความหนืดของของเหลว สำหรับงานสูบจ่าย (Transfer) ทั่วไป ควรจะคำนึงถึงอุณหภูมิที่ต่ำที่สุดที่จะใช้งาน เพื่อหาค่ากำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ปั๊มต้องการ ในบางกรณี เช่น การสูบจ่ายน้ำเชื่อมข้าวโพด หรือน้ำมันเตา ก็อาจต้องพิจารณาเพิ่มระบบให้ความร้อนร่วมด้วย (เกียร์ปั๊มหลาย ๆ ตัวจะมีมาพร้อมกับเจ็คเก็ท (Jacketing) เพื่อช่วยรักษาอุณหภูมิของของเหลวภายในตัวปั๊มด้วย) โดยทั่วไปแล้วปั๊มหอยโข่งจะไม่ใช้งานกับของไหลที่มีความหนืดเกิน 4000 SSU แต่สำหรับเกียร์ปั๊มแล้ว จะสามารถรักษาประสิทธิภาพการใช้งานได้ตลอดทุกช่วงความหนืด
Viking Pump model 224A / 4224A Series Jacketed Universal Pump – มีช่องแจ็คเก็ทสำหรับหมุนเวียนไอน้ำร้อน หรือสารให้ความร้อน เพื่อรักษาอุณหภูมิภายในหัวปั๊ม
4.
วาล์วนิรภัย (Relief Valve / Safety
Valve)
ปั๊มหอยโข่งสามารถทำงานได้ในช่วงสั้น
ๆ โดยไม่ทำอันตรายใด ๆ นอกจากการสร้างความดันจนถึง Shutoff head ของตัวปั๊ม
แต่สำหรับเกียร์ปั๊มนั้น ไม่สามารถทำได้ ถ้าหากมีการบล็อกการไหลทางด้านจ่าย
ปั๊มจะสร้างแรงดันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้ระบบเสียหายได้ ดังนั้นการพิจารณา
วาล์วนิรภัย เพื่อทำการบายพาสการไหลของเกียร์ปั๊ม จึงเป็นเรื่องที่ควรคำนึงถึง
และควรตั้งค่าของวาล์วนิรภัยให้บายพาสการไหลก่อนที่ปั๊มจะทำแรงดันได้เกินกว่าค่าแรงดันสูงสุดที่ออกแบบไว้
การบายพาสควรบายพาสกลับไปที่ต้นทางของท่อดูด (Suction Source) ในเกียร์ปั๊มหลาย ๆ โมเดล
จะมีการบายพาสกลับมาที่ท่อดูดของปั๊มโดยตรง (Integral / Internal Relief
Valves) ซึ่งการที่เส้นทางการไหลของของไหลที่สั้นเกินไป
นำไปสู่การสร้างความร้อนภายในตัวปั๊ม และสร้างความเสียหายในที่สุด
ดังนั้นเราจึงไม่ควรขึ้นอยู่กับการใช้ Internal Relief Valve ในการป้องกันระบบ ในความเป็นจริงมาตรฐานบางมาตรฐาน
อย่างเช่น API 676 ไม่อนุญาตให้ใช้เสียด้วยซ้ำ
Internal
/ Integral Relief Valve หากค่าความดันเกินกว่าที่ตั้งค่าไว้ จะทำการบายพาสของไหลกลับไปยังท่อดูดหน้าปั๊ม
External
Relief Valve หากค่าความดันเกินกว่าที่ตั้งค่าไว้ จะทำการบายพาสของไหลกลับไปยังต้นทางของท่อดูด
Source: https://blog.craneengineering.net/selecting-the-right-relief-valve-for-gear-pumps
5.
ส่วนที่สำคัญที่สุด
ก็คงจะไม่พ้นข้อมูลการใช้งาน
ที่จะเป็นตัวแปรสำคัญในการตัดสินว่าการติดตั้งปั๊มของเราจะสำเร็จหรือว่าล้มเหลว
ในปัญหาการใช้งานปั๊มส่วนใหญ่ (รวมถึงปั๊มหอยโข่งด้วย)
ล้วนสามารถสืบต้นตอของปัญหาได้ว่ามาจากด้านดูดของปั๊ม โดยเฉพาะเรื่องของ ความดันสัมบูรณ์
(Absolute
Pressure) ขั้นต่ำ หรือ Net
Positive Suction Head Available (NPSHa)
เกียร์ปั๊มมักต้องการความดันสัมบูรณ์ขั้นต่ำน้อยกว่าปั๊มหอยโข่ง แต่อย่างไรก็ตาม
ค่า NPSHa จะต้องมีค่ามากกว่า NPSHr (Net Positive Suction Head Required) หรือค่าความดันที่ปั๊มต้องการ (ได้จากทางโรงงานผู้ผลิต) เสมอ
เราสามารถคำนวณค่า NPSHa
ได้จากการคำนวณความดันลดในระบบของท่อฝั่งดูด
ดังนั้นแล้วข้อมูลของการติดตั้ง ลักษณะของการใช้งาน
ล้วนแล้วแต่เป็นตัวตัดสินความสำเร็จในการติดตั้งปั๊มทั้งสิ้น
