เครื่องสูบน้ำ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
เครื่องปั๊มน้ำ
เป็นอุปกร์ที่ช่วงส่งผ่านพลังงานจากแหล่งต้นกำเนิดไปยังของเหลว
เพื่อทำให้ของเหลวเคลื่อนที่จากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งที่อยู่สูงกว่าหรือ
ในระยะทางที่ไกลออกไป
โดยจุดเริ่มต้นของเครื่องปั๊มน้ำนี้มีประวัติศาสตร์ที่ยาวนานมากกว่า
2,000 ปีก่อนคริสตศักราช
ซึ่งในช่วงเริ่มแรกมีการใช้พลังงานที่ได้จากมนุษย์
สัตว์
ต่อมาจึงได้ใช้พลังงานจากธรรมชาติ
เช่น
พลังงานจากลมและน้ำเป็นแหล่งต้นกำเนิด
ซึ่งในช่วงแรกเพียงเพื่อการอุปโภคบริโภคและทำการเกษตรเท่านั้น ในปัจจุบันเครื่องปั๊มน้ำจัดเป็นอุปกรณ์เครื่องมืออีกชนิดหนึ่งที่มีความเกี่ยวข้องกับชีวิตความเป็นอยู่ของมนุษย์อย่างมาก เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยจัดส่งน้ำเพื่อการอุปโภค บริโภค การเกษตร คมนาคม อุตสาหกรรม ตลอดจนการบำบัดน้ำเสียเพื่อรักษาสภาวะแวดล้อมที่ดีให้กับมนุษย์ ซึ่งวิวัฒนาการของเครื่องปั๊มน้ำในปัจจุบันได้เปลี่ยนไปจากเดิมที่ใช้พลังงานจากแหล่งธรรมชาติมาเป็นการใช้พลังงานจากไอน้ำ จากเครื่องยนต์ และที่นิยมกันมาก คือ การใช้ไฟฟ้า เนื่องจากความสะดวกและง่ายต่อการใช้งาน
ปัจจุบันได้มีการจัดแบ่งแยกประเภทของปั๊มหลายรูปแบบ และมีการเรียกชื่อแตกต่างกันออกไปมากมาย ดังนั้นจึงมีการจัดหมวดหมู่ออกได้เป็น 2 แบบด้วยกันคือ 1. แ.ยกตามลักษณะการเพิ่มพลังงานให้แก่ของเหลว หรือการไหลของของเหลวในปั๊ม ซึ่งได้แก่
2. แยกตามลักษณะการขับดันของเหลวงในปั๊ม ซึ่งแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทด้วยกันคือ
นอกจากการแบ่งเป็นสองแบบตามที่กล่าวข้างต้นแล้ว ยังอาจแบ่งแยกปั๊มตามวัตถุประสงค์การใช้งานของแต่ละชนิดด้วย เช่น ปั๊มดับเพลิง ปั๊มลม ปั๊มสูญญากาศ ปั๊มน้ำบาดาล เป็นต้น
ลักษณะและการทำงานของเครื่องปั๊มแรงเหวี่ยง ปั๊มแรงเหวี่ยง เป็นปั๊มที่ได้รับความนิยมในการใช้งานสูงสุดเมื่อเทียบกับปั๊มชนิดอื่น ๆ เนื่องจากปั๊มประเภทนี้มีความยืดหยุ่นในการใช้งานสูง เหมาะสมกับการใช้งานหลายประเภทประกอบกับการดูแลรักษาง่าย ส่วนประกอบของปั๊มแรงเหวี่ยงดังที่แสดงในรูป มีใบพัดอยู่ในเสื้อเครื่องสูบรูปหอยโข่ง ( Volute Casing ) ให้พลังงานแก่ของเหลวโดยการหมุนของใบพัด ทำให้สามารถยกน้ำจากระดับต่ำขึ้นไปสู่ระดับสูงได้ หลักการทำงาน คือ พลังงานจะเข้าสู่ปั๊มโดยผ่านเพลาซึ่งมีใบพัดติดอยู่ เมื่อใบพัดหมุนของเหลวภายในปั๊มจะไหลจากส่วนกลางของใบพัดไปสู่ส่วนปลายของใบพัด ( Vane ) ซึ่งจากการกระทำของแรงเหวี่ยงจากแผ่นใบพัดนี้จะทำให้เฮดความดัน ( pressure head ) ของเหลวเพิ่มขึ้น เมื่อของเหลวได้รับความเร่งจากแผ่นใบพัดก็จะทำให้มีเฮดความเร็วสูงขึ้นส่งผลให้ของเหลวไหลจากปลายของใบพัดเข้าสู่เสื้อปั๊มรูปหอยโข่ง แล้วออกไปสู่ทางออกของปั๊มในขณะเดียวกันก็เปลี่ยนเฮดความเร็วเป็นความดัน ดังนั้นเฮดที่ให้แก่ของเหลวต่อหนึ่งหน่วยความหนักเรียกว่า เฮดรวมของปั๊ม ลักษณะและการทำงานของเครื่องปั๊มโรตารี่ ปั๊มโรตารี่ ทำงานโดยของเหลวถูกดูดเข้าและอัดปล่อยออก โดยการหมุนรอบจุดศูนย์กลางของเครื่องมือกล ซึ่งมีช่องว่างให้ของเหลวไหลเข้าทางด้านดูด และเก็บอยู่ระหว่างผนังของห้องสูบกับชิ้นส่วนที่หมุนหรือโรเตอร์ ( Rotor ) จนกว่าจะถึงด้านจ่าย การหมุนของโรเตอร์จะก่อนให้เกิดการแทนที่เป็นการเพิ่มปริมาณตรของของเหลว ( positive Displacement ) ให้ทางด้านจ่าย
ลักษณะและการทำงานของเครื่องปั๊มลูกสูบชัก ปั๊มประเภทลูกสูบชัก ( Reciprocating Pump ) เป็นประเภทที่เพิ่มพลังงานให้แก่ของเหลวโดยการเคลื่อนที่ของลูกสูบเข้าไปอัดของเหลวให้ไหลไปสู่ทางด้านจ่าย ปริมาตรของของเหลวที่สูปได้ในแต่ละครั้งจะเท่ากับผลคูณของพื้นที่หน้าตัดของกระบอกสูบกับช่วงชักของกระบอกสูบนั้น ปั๊มประเภทพิเศษ ( Special Pump ) ปั๊มที่ใช้อยู่โดยทั่ว ๆ ไปเพิ่มพลังงานให้แก่ของเหลวโดยอาศัยแรงเหวี่ยงหนีจุดศูนย์กลางหรือ โดยการแทนที่ของเหลวในห้องสูบด้วยการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนปั๊ม อย่างไรก็ตาม ยังมีปั๊มบางประเภทที่ทำงานนอกเหนือกฎเกณฑ์ดังกล่าวข้างต้น
ในการคำนวณเพื่อเลือกใช้เครื่องปั๊มน้ำให้ได้อย่างถูกต้องจะมีองค์ประกอบที่ควรทราบอยู่หลายส่วนด้วยกันแต่ที่สำคัญมีอยู่สองอย่าง คือ อัตราการไหลของน้ำและเฮดที่ปั๊มต้องให้แก่น้ำ โดยเมื่อทราบองค์ประกอบแล้ว จะสามารถคำนวณอัตรากำลังงานที่ต้องใช้ได้ อัตราการไหล อัตราการไหลหรือปริมาณน้ำใช้ต้องเป็นค่าที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลาและภาวะใช้งาน โดยมีรายละเอียดการใช้น้ำดังนี้ ตารางที่ 1 ปริมาณน้ำใช้ต่อคนและจำนวนชั่วโมงที่ใช้น้ำสำหรับอาคารประเภทต่าง ๆ
เฮดรวมของเครื่องปั๊มน้ำ เฮดรวมที่ปั๊มน้ำจะต้องเพียงพอเพื่อส่งน้ำในอัตราไหลที่กำหนดจากตำแหน่งหนึ่งไปสู่อีกตำแหน่งหนึ่ง หาได้โดยวิธีต่อไปนี้ คือเฮดรวมที่มั๊มน้ำต้องเพียงพอสำหรับการติดตั้งปั๊มน้ำในลักษณะที่แสดงในรูป ซึ่งหาได้จากสูตรต่อไปนี้ H = ha + Dhp + hI + Vd2 / 2g H : เฮดรวมของเครื่อง Effective head (m) ha : เฮดสถิตย์รวม Total static head ( m ) คือความแตกต่างระหว่างระดับน้ำในที่เก็บน้ำขาออกและระดับน้ำขาเข้าเก็บน้ำขาเข้าใช้ค่า ( + ) ถ้าระดับน้ำขาออกสูงกว่าระดับน้ำขาเข้า Dhp : ความแตกต่างในความดันที่กระทำต่อน้ำในที่เก็บน้ำขาออกและที่เก็บน้ำขาเข้า Dhp = hp2 - hp1 hI : การสูญเสียเฮดในท่อวาลว์ ฯลฯ เมตร ( m ) hi = hid - his ทั้งนี้ไม่รวมการสูญเสียเฮดในเครื่องสูบ Vd2 / 2g : เฮดความเร็วขาออก g : ความเร่งที่เกิดจากความดึงดูดของโลก 9.8 เมตร/(วินาที)2 ( m/s2 ) กำลังที่ต้องการและประสิทธิภาพของเครื่องปั๊มน้ำ กำลังงานหมายถึงอัตราการทำงานในหนึ่งหน่วยเวลา หน่วยของกำลังงานที่นิยมใช้กันทั่ว ๆ ไป คือ 1 แรงม้ามีค่าเท่ากับ 745.7 วัตต์ ( 745.7 N-m/s ) ซึ่งกำลังงานที่ใช้ในการคำนวณเกี่ยวกับปั๊มมีอยู่สองอย่างด้วยกันคือ 1. แรงม้าทางทฤษฎี ( Theoretical Horsepower ) หรือบางครั้งเรียกว่า Water Horsepower, Whp เป็นจำนวนแรงม้าที่ปั๊มจะต้องเพิ่มให้แก่ของเหลว เพื่อให้ของเหลวไหลผ่านระบบด้วยอัตราที่กำหนด ค่า Whp สามารถคำนวณได้จากสูตร Whp = Q x TDH / 273 Q = อัตราการสูบของปั๊ม ( ลบ. เมตรต่อชั่วโมง ) TDH = หัวรวมของปั๊ม ( เมตร ) 2. แรงม้าของต้นกำลัง ( Brake Horsepower, Bhp. ) เป็นกำลังงานที่มเตอร์ หรือเครื่องยนต์ต้นกำลังขับเคลื่อนปั๊ม เพื่อให้ปั๊มเพิ่มกำลังงานให้แก่ของเหลวเท่ากับ Whp. ดังนั้น Bhp = Whp / ประสิทธิภาพของปั๊ม ในกรณีที่ต้นกำลังเป็นมอเตอร์ พลังงานไฟฟ้าที่มอเตอร์ต้องการเป็นกิโลวัตต์ ( kW ) คำนวณได้จาก kW = 0.746 Bhp ประสิทธิภาพรวม = ประสิทธิภาพของมอเตอร์ / (ประสิทธิภาพของปั๊ม x ประสิทธิภาพของมอเตอร์ )
การเลือกเครื่องปั๊มน้ำสามารถแบ่งออกได้ 2 ส่วนคือ บ้านพักอาศัย อาคารขนาดใหญ่และโรงงาน ดังรายละเอียดต่อไปนี้ 1. การเลือกเครื่องปั๊มน้ำสำหรับบ้านพักอาศัย เครื่องปั๊มน้ำสำหรับบ้านพักอาศัยส่วนใหญ่จะเป็นชนิดสำเร็จรูป ประกอบด้วยตัวปั๊มและถึงความดัน ซึ่งจะมีอยู่หลายรูปแบบ เช่น แบบนี้เป็นตัวปั๊มเกาะอยู่บนถังความดัน และมีฝาครอบที่เรียกว่า " ปั๊มกระป๋อง " ตัวปั๊มจะควบคุมการทำงานด้วยสวิทช์ความดัน ( Pressure Switch ) ซึ่งจะทำงานอัตโนมัติเมื่อมีการเปิดใช้น้ำในบ้าน ความดันในท่อจะลดลงจนถึงค่าที่ตั้งไว้ ปั๊มก็จะทำงานจ่ายน้ำเข้าเส้นท่อ เมื่อหยุดหรือเปิดอุปกรณ์ ความดันจะเพิ่มสูงขึ้นจนถึงค่าที่ตั้งไว้ ปั๊มก็จะหยุด เครื่องปั๊มน้ำแบบนี้มักมีขนาดให้เลือกไม่มากนัก เพราะผลิตมากเพื่อใช้สำหรับบ้านขนาดเล็ก ๆ จนถึงขนาดกลาง ถ้าเป็นบ้านหรืออาคารขนาดใหญ่ ต้องใช้ชุดเครื่องปั๊มน้ำแบบ Packaged booster Pump Set ซึ่งจะจ่ายน้ำได้ในปริมาณสูงและเลือกความดันได้หลายระดับ 2. การเลือกเครื่องปั๊มน้ำสำหรับอาคารขนาดใหญ่และโรงงานอุตสาหกรรม เครื่องปั๊มน้ำสำหรับอาคารขนาดใหญ่และโรงงานอุตสาหกรรมนั้น จำเป็นต้องพิจารณาให้ละเอียดมากขึ้น เนื่องจาก มีขนาดใหญ่และมีเรื่องราคาและค่าการบำรุงรักษา เข้ามาเกี่ยวข้อง ข้อมูลที่จำเป็นที่ต้องทราบก่อนที่จะทำการเลือกเครื่องปั๊มน้ำแรงเหวี่ยง ( Centrifugal ) มีดังนี้
จากตารางที่ 2 แสดงถึงสมรรถณะของปั๊มเมื่อต้องการปรับอัตราการหลในระบบให้มีค่า 15 ลิตรต่อวินาที ซึ่งจากเดิมออกแบบไว้ 25 ลิตรต่อวินาที โดยวิธีการควบคุมอัตราการไหลที่แตกต่างกันดังนี้คือ
ตารางที่ 2 สมรรถณะของปั๊มที่วิธีการควบคุมอัตราการไหลที่ต่างกัน
ความแตกต่างของประสิทธิภาพระหว่างมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงและมอเตอร์มาตรฐานทั่วไปสามารถใช้คำนวณหาพลังไฟฟ้า ( Power ) ประหยัดได้ ( หรือ kW ที่ประหยัดได้ ) จากสมการข้างล่างนี้ kW ที่ลดลง = kW ตามภาระ x ( 100 / Es - 100 / Eh ) Es = ประสิทธิภาพของมอเตอร์มาตราฐานทั่วไปที่โหลดค่าหนึ่ง Eh = ประสิทธิภาพของมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงที่โหลดค่าเดียวกัน kW ตามภาระ = พลังไฟฟ้าของมอเตอร์ kW ที่ลดลง = พลังไฟฟ้าที่ประหยัดได้ ผลการเปรียบเทียบการใช้มอเตอร์ปั๊มน้ำแบบประสิทธิภาพสูงกับมอเตอร์แบบมาตรฐานขนาด 5.5 kW. ซึ่งได้ผลการประหยัดพลังงานดังนี้ ประสิทธิภาพมอเตอร์แบบมาตรฐาน = 85% ราคา 12,000 บาท ประสิทธิภาพมอเตอร์แบบประสิทธิภาพสูง = 92% ราคา 19,000 บาท ช่วงเวลาทำงาน = 3,000 ชม. / ปี , ราคาพลังงาน = 2 บาท / หน่วย kW ที่ลดลง = 5.5 x ( 100 / 85 - 100 / 92 ) = 0.49 kW. พลังงานที่ลดลง = 0.49 x 3,000 x 2 = 2,940 บาท / ปี ระยะเวลาคืนทุน = ( 19,000 - 12,000 ) / 2,940 = 2.38 ปี จากการคำนวณจะพบว่าการใช้มอเตอร์ประสิทธิภาพสูงจะมีระยะเวลาคืนทุนที่สั้น ผลการประหยัดที่สูง เมื่อเทียบกับอายุการใช้งานอย่างน้อย 15 ปีของมอเตอร์
ประสิทธิภาพของปั๊มน้ำจะมีความแตกต่างกันตามองค์ประกอบของการใช้งานทั้งนี้เพราะปั๊มไม่สามารถกำหนดจุดใช้งานที่แน่นอนได้ สามารถประยุกต์การใช้งานได้หลายรูปแบบ ซึ่งองค์ประกอบสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพของปั๊มคือ อัตราการไหล เฮดความเร็วรอบ และขนาดของปั๊มน้ำ ดังในรูปแสดงตัวอย่างของปั๊มน้ำขนาดเล็กจะมีประสิทธิภาพใช้งานสูงสุด คือ 58 เปอร์เซ็นต์ ส่วนปั๊มขนาดใหญ่จะมีประสิทธิภาพใช้งานสูงสุด คือ 88 เปอร์เซ็นต์ ตารางที่ 3 ประสิทธิภาพของปั๊มน้ำชนิดต่าง ๆ
ปัจจุบันเครื่องปั๊มน้ำที่มีใช้กันอยู่ในท้องตลาดจะมีประสิทธิภาพที่แตกต่างกันออกไปตามการออกแบบและเทคโนโลยีของบริษัทผู้ผลิต โดยบริษัทผู้ผลิตรายใหญ่จะมีมาตรฐานการผลิตที่ดี มีแผนกวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ซึ่งทำอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ได้ปั๊มน้ำที่ดีมีประสิทธิภาพสูง ส่วนบริษัทผู้ผลิตรายเล็กจะไม่มีการวิจัยและพัฒนาที่ดีก็จะส่งผลให้มาตรฐานการผลิตปั๊มออกมามีประสิทธิภาพต่ำกว่า ซึ่งบริษัทเหล่านี้จะไม่มีการพัฒนาด้านเทคนิค แต่จะสามารถลอกเลียนแบบผู้ผลิตรายใหญ่โดยปั๊มน้ำที่ผลิตได้จะไม่มีสถาบันที่เชื่อถือได้รับรองหรือไม่มีเอกสารยืนยันการทดสอบประสิทธิภาพก่อนใช้งาน แต่ทั้งนี้ถึงแม้ว่าปั๊มน้ำเหล่านี้จะมีประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าแต่ก็มีราคาที่ถูกกว่าเช่นกัน ซึ่งปั๊มน้ำเหล่านี้ยังคงเป็นที่นิยมเพราะสามารถใช้งานได้อีกทั้งยังเป็นการช่วยเหลือผู้ผลิตปั๊มน้ำในประเทศอีกด้วย
การใช้งานและการบำรุงรักษาที่ดีจะช่วยให้อายุการใช้งานของปั๊มน้ำยาวนานมากขึ้น และทำให้ประสิทธิภาพของปั๊มน้ำดีอยู่ตลอด เป็นการช่วยประหยัดพลังงานและค่าใช้จ่ายของหน่วยงานลงได้ ซึ่งหลักการใช้งานและการบำรุงรักษามีขั้นตอนรายละเอียดดังนี้ การเดินเครื่อง ขั้นตอนในการเดินเครื่องให้ปั๊มน้ำทำงานนั้นขึ้นอยุ่กับชนิดของปั๊มน้ำและการติดตั้งให้ปั๊มน้ำนั้นทำงาน ขั้นตอนต่อไปนี้เป็นข้อแนะนำสำหรับปั๊มน้ำประเภทแรงเหลวี่ยงที่เหลาอยู่ในแนวนอน เมื่อจะเริ่มเดินเครื่องให้ปฏิบัติดังนี้ คือ
สำหรับปั๊มบางแบบ บริษัทผู้ผลิตจะยอมให้มีการรั่วรอบ ๆ เพลาได้บ้างเล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่ากันรั่วที่เพลานั้นมีน้ำหล่อลื่นอยู่เพียงพอในขณะที่ปั๊มทำงาน การหยุดเดินเครื่อง ขั้นตอนในการหยุดเดินเครื่องปั๊มน้ำก็คล้ายกับการเริ่มเดินเครื่องแต่ย้อนขั้นตอนกัน กล่าวคือเมื่อต้องการจะหยุดปั๊มน้ำให้ปฏิบัติดังนี้
และเพื่อให้ปั๊มน้ำมีอายุการใช้งานยาวนาน และไม่ต้องหยุดทำงานเพื่อซ่อมแซมบ่อยครั้ง ปั๊มน้ำขนาดใหญ่ทุกเครื่องควรมีสมุดประวัติการใช้งานและบำรุงรักษา ตลอดจนมีตารางเวลาสำหรับตรวจสอบและบำรุงรักษาที่แน่นอน รายการตรวจสอบดังกล่าวนี้ควรจะขอจาก บริษัทผู้ผลิตปั๊มน้ำเพราะว่าวิธีการอาจจะแตกต่างกันไปบ้างสำหรับปั๊มน้ำแต่ละแบบ สำหรับปั๊มน้ำประเภทแรงเหวี่ยงชนิดเพลานอนในแนวราบ การตรวจสอบและบำรุงรักษาตามกำหนดเวลาต่าง ๆ มีดังนี้คือ การตรวจสอบและบำรุงรักษาประจำวัน มีดังนี้
การตรวจสอบและบำรุงรักษาทุก 6 เดือน มีดังนี้
การตรวจสอบและบำรุงรักษาประจำปี มีดังนี้
เนื่องจากรายละเอียดของวิธีการตรวจสอบและการซ่อมบำรุงจะแตกต่างกันไปตามชนิดของปั๊มน้ำและบริษัทผู้ผลิต ดังนั้นขอให้ศึกษาจากคู่มือใช้สำหรับปั๊มน้ำนั้น ๆ โดยเฉพาะ ที่มา : เอกสารเผยแพร่ชุด ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน เรื่อง เครื่องปั๊มน้ำ , มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี เผยแพร่โดย สำนักกำกับและอนุรักษ์พลังงาน, กรมพัฒนาและส่งเสริมพลังงาน |