การบริหารจัดการน้ำโดยเครื่องตะบันน้ำ

น้ำเป็นปัจจัยที่สำคัญของทุกสิ่งที่มีชีวิต ทั้งเพื่อการอุปโภคบริโภค และการเกษตร เราสามารถนำน้ำมาใช้ได้ตามรูปแบบเทคโนโลยีต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับสภาพและความเหมาะสมในพื้นที่นั้น ๆ หากในสถานที่ใดที่มีแหล่งน้ำ ลำธาร น้ำตก คลองส่งน้ำ มีน้ำไหลที่มีความเร็วมาก และต้องการนำน้ำไปใช้ในพื้นที่มีระดับสูงกว่าแหล่งน้ำ ที่ไม่ต้องอาศัยพลังงานไฟฟ้าหรือพลังงานเชื้อเพลิงอื่นใด เราสามารถนำเครื่องตะบันน้ำมาใช้ได้

เครื่องตะบันน้ำ (Hydraulic Ram Pump) เป็นปั้มน้ำที่ทำงานได้โดยอาศัยพลังงานจากการไหลของน้ำ ที่มีอัตราความเร็วของน้ำไหลสูง แต่ความดันต่ำ สามารถนำน้ำขึ้นไปยังพื้นที่สูงได้ ในปี ค.ศ.๑๗๗๒(พ.ศ.๒๓๑๕) John Whitehurst ชาวอังกฤษ เป็นผู้ประดิษฐ์คิดค้นปั้มน้ำชนิดที่ไม่สามารถทำงานได้ด้วยตัวเอง (non-self-acting ram pump) แต่ต่อมาในปี ค.ศ.๑๗๙๓(พ.ศ.๒๓๓๖) พี่น้อง Montgolfier ชาวฝรั่งเศส ได้พัฒนาปรับปรุงเพิ่มวาล์วให้กับปั้มน้ำ ทำให้ปั้มสามารถทำงานได้ด้วยตัวเอง (self-acting ram pump) คือทำให้ปั้มน้ำชนิดนี้เป็นเครื่องจักรที่ทำงานได้ตลอดกาล ไม่ต้องใช้พลังงานอื่นใด นอกจากความเร็วการไหลของน้ำเท่านั้น

  

                                                                            รูปที่ ๑                                                                                                                                                                รูปที่  

                                                                           รูปที่ ๓                                                                                                                                                                  รูปที่ ๔   
                                                                      
                
          ในยุคแรกการออกแบบปั้มน้ำชนิดนี้มีลักษณะดังแสดงในรูปที่ ๑ จะมีท่อส่งน้ำต่อกับท่อที่มีขนาดใหญ่กว่า ซึ่งจะเป็นบริเวณที่ใช้สำหรับสร้างความดัน ที่ปลายของท่อเจาะช่องบางส่วนสามารถทำให้น้ำไหลทิ้งออกไปได้ในท่อขนาดใหญ่กว่านี้บรรจุด้วยลูกบอลเหล็ก ๑ ลูก ซึ่งจะต้องมีขนาดที่ปิดได้พอดีกับช่องเจาะสำหรับปล่อยน้ำทิ้งที่ปลายท่อ ลูกบอลเหล็กจะเคลื่อนที่ขึ้นลงตามจังหวะการทำงานของปั้มน้ำ

          ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาปรับปรุง Hydraulic Ram Pump โดยใช้วาล์วแทนที่ลูกบอลเหล็กของ Montgolfier ที่ประดิษฐ์ไว้ ดังแสดงในรูปที่ ๒
          หลักการทำงาน การทำให้น้ำที่ไหลมาด้วยความเร็ว หยุดกะทันหัน เป็นปรากฏการณ์อย่างหนึ่งที่เรียกว่า “Water Hammer” จะเกิดแรงดันตีกลับทำให้น้ำสะบัด ทำให้เกิดการส่งน้ำขึ้นไปตามถังเก็บน้ำที่สูงกว่าได้ตามที่ต้องการ

                                                                               รูปที่ ๕                                                                                                                                         รูปที่ ๖                                    

          การทำงานจะเริ่มจากแหล่งน้ำที่อาจเป็นลำธารน้ำ น้ำตก คลองส่งน้ำ ที่ไหลด้วยความเร็วเข้ามาทางท่อเข้าด้านในเริ่มต้นวาล์วน้ำล้น (Waste Valve) เปิด และวาล์วส่ง (Delivery Valve) ปิด ทำให้น้ำที่ไหลเข้ามาไหลออกทางวาล์วน้ำล้น การเริ่มต้นทำงานของปั้มจะต้องกระตุ้นวาล์วน้ำล้นให้เกิดการปิด – เปิดเป็นจังหวะ หลังจากนั้นปั้มน้ำจะเริ่มทำงานได้ด้วยตัวเองไปเรื่อย ๆ โดยลำดับขั้นตอนแบ่งเป็น ๓ ช่วง (ตามรูปที่ ๔) ดังนี้

          ๑.ช่วงความเร็วน้ำเข้า (Acceleration) โดยวาล์วน้ำทิ้งจะเปิดอยู่ด้วยน้ำหนักที่กด ทำให้น้ำจากท่อน้ำเข้า ไหลเข้าในตัวเรือนปั้ม และออกที่วาล์วน้ำทิ้ง ความเร็วของน้ำก็จะค่อย ๆ เพิ่มขึ้น (ช่วงA) เมื่อความเร็วถึงจุดหนึ่ง (Vm) กระแสน้ำจะสามารถพยุงวาล์วน้ำทิ้งเอาชนะน้ำหนักที่กดวาล์วได้ทำให้วาล์วน้ำทิ้งปิดทันที (ช่วง B) (รูป ๔ และรูป ๕)
          ๒.ช่วงส่งน้ำ (Delivery) เมื่อน้ำถูกทำให้หยุดกะทันหัน (Water Hammer) ทำให้เกิดความดันสูงในเรือนปั้ม ความดันนี้ สามารถชนะความดันในห้องความดันได้ ทำให้น้ำสามารถไหลผ่านวาล์วความดันทางเดียว เข้าไปยังส่วนท่อส่งน้ำออก (ช่วง C) ความดันในตัวเรือนปั้มจะค่อย ๆ ลดลงเรื่อย ๆ จนไม่สามารถชนะความดันในห้องความดันได้ ทำให้วาล์วความดันปิดอีกครั้ง (ที่จุด D) (ดูรูปที่ ๔ และรูปที่ ๖)
          ๓.ช่วงการไหลย้อน (Recoll) น้ำจะไหลย้อนกลับมาทางท่อน้ำเข้าทำให้ความดันในปั้มลดลงจนต่ำกว่าความดันบรรยากาศ อากาศบางส่วนไหลเข้ามาทางวาล์วเติมอากาศ เพื่อรอการบรรจุไปในห้องความดันในรอบการทำงานหน้า (การเติมอากาศเล็กน้อยเข้าไปในห้องความดัน ทำให้เราแน่ใจว่าอากาศจะไม่หมดไปกับน้ำที่อาจพาไปกับท่อส่งน้ำ) ความดันที่ลดลงทำให้วาล์วน้ำทิ้งเปิดอีกครั้ง (ด้วยน้ำหนักที่กด) เป็นอันครบรอบการทำงาน
                             
                                     
รูปที่ ๗
วิธีการทำเครื่องตะบันน้ำแบบง่ายและประหยัด ดังรูปที่ ๗ โดยมีวัสดุอุปกรณ์ดังนี้
๑. หัวอุด PVC Ø ๓ นิ้ว ๙. ข้อต่อเกลียวนอก Ø ๒ นิ้ว
๒. ท่อ PVC Ø ๓ นิ้ว ๑๐. ประตูน้ำ PVC Ø ๑/๒ นิ้ว
๓. ข้อต่อตรงลด Ø ๓ – ๑ ๑/๒นิ้ว ๑๑. เช็ควาว์ลทองเหลือง Ø ๑ ๑/๒
๔. สามตาฉากลด Ø ๑ ๑/๒ - ๓-/๔ นิ้ว ๑๒. สามตาฉากลด Ø ๓ – ๑ ๑/๒นิ้ว
๕. สามตาฉากลด Ø ๓/๔ - ๑/๒ นิ้ว ๑๓. ข้อต่อตรงลด Ø ๓ – ๑ ๑/๒นิ้ว
๖. ข้อต่อเกลียวใน Ø ๑/๒ นิ้ว ๑๔. ข้องอฉาก Ø ๓ นิ้ว                                                                                                                                                  
๗. ประตูน้ำ PVC Ø ๓/๔ นิ้ว ๑๕. ฟุตวาว์ลทองเหลือง Ø ๑ ๑/๒ นิ้ว
๘. สามตาฉากลด Ø ๒ – ๑/๒ นิ้ว
                                                                                                         

 

 

 

               


|ประปาไทยฯ|เทคโนฯ|


ที่มาข้อมูล : หนังสือจอหมายข่าวทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม ปีที่ 5 ฉบับที่ 3 เดือนมิถุนายน