บล็อก

หลักการทำงานของปั๊มหอยโข่ง

หลักการทำงานของ ปั๊มหอยโข่ง อาศัยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง เมื่อใบพัดหมุนด้วยความเร็วสูง ของเหลวจะถูกเหวี่ยงจากศูนย์กลางของใบพัดไปยังขอบด้านนอกภายใต้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง ทำให้เกิดพลังงานจลน์และพลังงานความดัน กระบวนการทำงานเฉพาะมีดังนี้:

1.ของเหลวเข้าสู่บริเวณตรงกลางของใบพัดผ่านทางทางเข้าดูดของปั๊ม

2. การหมุนของใบพัดทำให้เกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง ทำให้ของเหลวเคลื่อนที่จากจุดศูนย์กลางของใบพัดไปยังขอบด้านนอกตามช่องทางของใบพัด

3.ของเหลวได้รับพลังงานจลน์และพลังงานแรงดันภายในใบพัด จากนั้นจึงถูกระบายเข้าไปในตัวเรือนปั๊ม

4. ภายในตัวเรือนปั๊ม พลังงานจลน์ของของเหลวบางส่วนจะถูกแปลงเป็นพลังงานแรงดัน และของเหลวจะถูกระบายออกในที่สุดผ่านทางทางออก

ในระหว่างการทำงานของปั๊มแบบแรงเหวี่ยง ใบพัดจะทำงานโดยการแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานของของเหลว เมื่อของเหลวไหลผ่านใบพัด ทั้งความดันและความเร็วจะเพิ่มขึ้น ตามสมการของแบร์นูลลี การเพิ่มขึ้นของพลังงานรวมของของเหลวส่วนใหญ่แสดงเป็นการเพิ่มขึ้นของพลังงานความดัน ซึ่งทำให้ปั๊มแบบแรงเหวี่ยงสามารถลำเลียงของเหลวไปยังระดับความสูงที่สูงขึ้นหรือเอาชนะความต้านทานของระบบที่สูงกว่าได้

สิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือ ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการทำงานตามปกติของปั๊มหอยโข่งคือต้องเติมของเหลวลงในช่องว่างของปั๊ม เนื่องจากแรงเหวี่ยงสามารถกระทำกับของเหลวได้เท่านั้น ไม่สามารถกระทำกับก๊าซได้ หากมีอากาศอยู่ในช่องว่างของปั๊ม ปั๊มจะไม่สามารถสร้างแรงดันได้ตามปกติ ส่งผลให้เกิดภาวะ "ไอล็อก" ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่ภาวะโพรงอากาศ

การวิเคราะห์สาเหตุของการเกิดโพรงอากาศในปั๊มหอยโข่ง

1. แรงดันทางเข้าไม่เพียงพอหรือแรงดันทางเข้าไม่เพียงพอ

ปริมาณอากาศเข้าไม่เพียงพอเป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการเกิดโพรงอากาศในปั๊มหอยโข่ง สถานการณ์ต่อไปนี้อาจนำไปสู่ปริมาณอากาศเข้าไม่เพียงพอ:

ก. ระดับของเหลวต่ำ: เมื่อระดับของเหลวในสระ ถัง หรือภาชนะจัดเก็บลดลงต่ำกว่าท่อดูดของปั๊มหรือระดับที่มีประสิทธิภาพขั้นต่ำ ปั๊มอาจดึงอากาศเข้ามาแทนของเหลว ส่งผลให้เกิดโพรงอากาศ

ข. การยกตัวดูดมากเกินไป: สำหรับปั๊มหอยโข่งชนิดไม่ดูดน้ำเอง หากความสูงในการติดตั้งเกินระดับแรงดูดที่อนุญาต แม้ว่าท่อดูดจะจมอยู่ในของเหลว ปั๊มจะไม่สามารถดูดของเหลวขึ้นได้ ส่งผลให้ของเหลวภายในปั๊มขาดหายไป ตามหลักฟิสิกส์ แรงดูดสูงสุดตามทฤษฎีสำหรับปั๊มหอยโข่งชนิดไม่ดูดน้ำเองอยู่ที่ประมาณ 10 เมตรเหนือระดับน้ำ (ค่าความดันบรรยากาศ) อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงการสูญเสียต่างๆ แล้ว โดยทั่วไปแล้ว แรงดูดที่แท้จริงจะต่ำกว่า 6-7 เมตร

c. แรงดันทางเข้าไม่เพียงพอ: ในการใช้งานที่ต้องใช้แรงดันทางเข้าบวก หากแรงดันทางเข้าที่ให้มาต่ำกว่าค่าที่ต้องการ ปั๊มอาจประสบปัญหาการจ่ายของเหลวไม่เพียงพอ ส่งผลให้เกิดโพรงอากาศ

d. การออกแบบระบบที่ไม่ดี: ในการออกแบบระบบบางประเภท หากท่อดูดยาวเกินไป เส้นผ่านศูนย์กลางท่อเล็กเกินไป หรือมีส่วนโค้งมากเกินไป ความต้านทานของท่อจะเพิ่มขึ้น ทำให้แรงดันทางเข้าลดลง และป้องกันไม่ให้ปั๊มหอยโข่งดูดของเหลวได้อย่างถูกต้อง

กรณีศึกษาแสดงให้เห็นว่าประมาณ 35% ของความล้มเหลวของปั๊มแรงเหวี่ยงในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีเกิดจากตัวกลางทางเข้าที่ไม่เพียงพอหรือแรงดันทางเข้าที่ไม่เพียงพอ ปัญหานี้พบได้บ่อยในระบบขนส่งน้ำมัน เนื่องจากความหนืดและแรงดันไอที่สูงของผลิตภัณฑ์น้ำมัน

2.การอุดตันในท่อทางเข้า

การอุดตันในท่อทางเข้าเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่พบบ่อยของการเกิดโพรงอากาศในปั๊มหอยโข่ง อาการเฉพาะ ได้แก่:

ก. ตะแกรงหรือตัวกรองอุดตัน: ในระหว่างการทำงานในระยะยาว ตะแกรงหรือตัวกรองในท่อทางเข้าอาจถูกสิ่งเจือปนหรือตะกอนอุดตันจนทำให้การไหลของของเหลวถูกจำกัด

ข. การก่อตัวของตะกรันภายในท่อ: โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องจัดการกับน้ำกระด้าง น้ำที่มีปริมาณแคลเซียมและแมกนีเซียมไอออนสูง หรือของเหลวเคมีเฉพาะ ตะกรันหรือผลึกอาจเกาะตัวกันเป็นตะกอนบนผนังด้านในของท่อ ทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางที่มีประสิทธิผลลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

c. การเข้าของวัตถุแปลกปลอม: การที่วัตถุต่างๆ เช่น ใบไม้ ถุงพลาสติก หรือพืชน้ำ เข้าไปในท่อดูดโดยไม่ได้ตั้งใจ อาจทำให้ข้อต่อหรือวาล์วอุดตัน และขัดขวางการไหลของของเหลว

d. วาล์วที่ปิดบางส่วน: ข้อผิดพลาดในการปฏิบัติงาน เช่น ไม่สามารถเปิดวาล์วในท่อดูดได้เต็มที่ หรือวาล์วภายในทำงานผิดปกติ อาจทำให้การไหลไม่เพียงพอได้เช่นกัน

e. ความล้มเหลวของวาล์วเท้า: ในระบบที่ติดตั้งวาล์วเท้า หากวาล์วเท้าทำงานผิดปกติ (เช่น สปริงเสียรูปหรือพื้นผิวซีลเสียหาย) อาจส่งผลต่อความสามารถในการดึงของเหลวของปั๊มได้อย่างเหมาะสม

ข้อมูลทางสถิติบ่งชี้ว่าประมาณ 25% ของการเกิดโพรงอากาศในปั๊มหอยโข่งในระบบประปาและระบบระบายน้ำของเทศบาลเกิดจากการอุดตันของท่อทางเข้า ปัญหานี้พบได้บ่อยเป็นพิเศษในระบบบำบัดน้ำเสียที่มีปริมาณของแข็งแขวนลอยสูง

3.การไล่อากาศออกจากช่องปั๊มไม่หมด

การไล่อากาศออกจากโพรงปั๊มได้ไม่สมบูรณ์เป็นสาเหตุสำคัญของการเกิดโพรงอากาศในปั๊มแรงเหวี่ยง อาการสำคัญที่พบ ได้แก่:

ก. การเตรียมความพร้อมไม่เพียงพอก่อนการเริ่มต้นใช้งานครั้งแรก: หลังจากการติดตั้งครั้งแรกหรือการปิดเครื่องเป็นเวลานาน ปั๊มหอยโข่งต้องได้รับการเตรียมการเบื้องต้นเพื่อไล่อากาศออกจากตัวปั๊ม หากการเตรียมการเบื้องต้นไม่เพียงพอ อากาศที่ตกค้างอาจทำให้ปั๊มไม่สามารถสร้างแรงดันการทำงานปกติได้

ข. ความสามารถในการดูดน้ำด้วยตนเองไม่เพียงพอ: ปั๊มหอยโข่งแบบดูดน้ำเองไม่ได้ (non-self-priming) ไม่สามารถไล่อากาศออกได้เองและต้องอาศัยการดูดน้ำจากภายนอก แม้ว่าปั๊มดูดน้ำเองบางรุ่นจะมีความสามารถในการดูดน้ำเองในระดับหนึ่ง แต่วิธีการสตาร์ทที่ไม่ถูกต้องหรือความสูงในการดูดน้ำเองที่สูงเกินไปอาจทำให้การไล่อากาศออกไม่ดี

c. การรั่วไหลของอากาศในระบบท่อ: รอยแตกเล็กๆ ในจุดเชื่อมต่อท่อดูด จุดซีล หรือท่อที่เสื่อมสภาพ อาจทำให้อากาศเข้าสู่ระบบภายใต้แรงดันลบได้ อันตรายอย่างยิ่ง เพราะแม้ว่าปั๊มจะติดตั้งปั๊มอย่างถูกต้องตั้งแต่แรกแล้ว แต่อากาศก็อาจสะสมตัวเมื่อเวลาผ่านไป จนในที่สุดจะก่อให้เกิดโพรงอากาศได้

d. ความล้มเหลวของซีล: ซีลเพลาที่สึกหรอหรือติดตั้งไม่ถูกต้อง (เช่น ซีลเชิงกลหรือซีลอัด) อาจทำให้มีอากาศภายนอกเข้าไปในปั๊มได้ โดยเฉพาะเมื่อแรงดันด้านดูดต่ำกว่าแรงดันบรรยากาศ

ในการใช้งานทางอุตสาหกรรม ประมาณ 20% ของการเกิดโพรงอากาศในปั๊มหอยโข่งเกิดจากการที่อากาศถูกดูดออกจากโพรงปั๊มได้ไม่สมบูรณ์ ปัญหานี้มักเกิดขึ้นในช่วงเริ่มต้นใช้งานหลังจากการติดตั้งหรือบำรุงรักษา

4.สาเหตุอื่นๆ

นอกเหนือจากสาเหตุหลักที่กล่าวข้างต้นแล้ว ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่สามารถทำให้เกิดโพรงอากาศในปั๊มแรงเหวี่ยงได้อีกด้วย:

ก. การระเหยของของเหลว: เมื่อต้องจัดการกับของเหลวที่มีอุณหภูมิสูงหรือระเหยง่าย หากแรงดันในท่อดูดต่ำกว่าแรงดันไออิ่มตัวของของเหลวที่อุณหภูมิดังกล่าว ของเหลวอาจระเหยกลายเป็นฟองอากาศ ซึ่งอาจขัดขวางไม่ให้ปั๊มดูดของเหลวหรือทำให้เกิดโพรงอากาศได้

ข. ข้อผิดพลาดในการดำเนินงาน: ปัจจัยด้านมนุษย์ เช่น การทำงานของวาล์วที่ไม่ถูกต้อง หรือไม่ปฏิบัติตามขั้นตอนการสตาร์ท อาจทำให้เกิดโพรงอากาศในปั๊มได้

ค. ความผิดปกติของระบบควบคุม: ในระบบควบคุมอัตโนมัติ ความล้มเหลวในเซนเซอร์ระดับ เซนเซอร์แรงดัน หรือข้อผิดพลาดในตรรกะการเขียนโปรแกรม PLC อาจทำให้ปั๊มเริ่มทำงานหรือทำงานภายใต้เงื่อนไขที่ไม่เหมาะสม ส่งผลให้เกิดโพรงอากาศ

d. ปัญหาเกี่ยวกับกำลังหรือมอเตอร์: ลำดับเฟสไฟฟ้าที่ไม่ถูกต้องซึ่งส่งผลให้มอเตอร์กลับทิศอาจทำให้ปั๊มไม่สามารถดึงของเหลวได้อย่างถูกต้อง ความไม่เสถียรของแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้ความเร็วมอเตอร์ผันผวนอาจรบกวนการทำงานของปั๊มได้

e. ผลกระทบของอุณหภูมิ: ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ในพื้นที่ที่มีอากาศหนาวเย็น ฉนวนที่ไม่เพียงพออาจทำให้ของเหลวในท่อแข็งตัว ขัดขวางการไหล ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ของเหลวอาจระเหยกลายเป็นไอ ทำให้เกิดไอระเหย

งานวิจัยชี้ให้เห็นว่าสาเหตุอื่นๆ เหล่านี้คิดเป็นประมาณ 20% ของกรณีการเกิดโพรงอากาศในปั๊มหอยโข่ง แม้ว่าสัดส่วนจะค่อนข้างน้อย แต่ก็อาจเป็นปัจจัยสำคัญในสถานการณ์หรือเงื่อนไขเฉพาะเจาะจง และไม่ควรมองข้าม