ลักษณะและการทำงานของปั๊ม

 

               ปั๊มหรือเครื่องสูบ อาจให้คำจำกัดความได้ว่า เป็นเครื่องมือกลที่ทำหน้าที่เพิ่มพลังงานให้แก่ของเหลว  เพื่อให้ของเหลวนั้นไหลผ่านระบบท่อปิดจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้ตามความต้องการ  พลังงานที่นำมาเพิ่มให้แก่ของเหลวนั้นอาจได้มาจากเครื่องยนต์  มอเตอร์  แรงลม  แรงคน  หรือพลังงานแหล่งอื่นๆก็ได้

                กล่าวได้ว่า  ปั๊มมีส่วนในการพัฒนาความเป็นอยู่ของมนุษยชาติมาตั้งแต่อดีตและจะมีมากยิ่งๆขึ้นต่อไปในอนาคต  ในอดีตประชากรส่วนใหญ่ต้องอาศัยอยู่ใกล้ๆกับแหล่งน้ำเพื่อความสะดวกกับการใช้น้ำเพื่ออุปโภคบริโภคและทำการเกษตร  แหล่งน้ำใดที่อยู่ต่ำจากผิวดินมากไม่สะดวกต่อการใช้  มนุษย์ก็ได้พยายามคิดค้นเครื่องมือซึ่งมีลักษณะเป็นปั๊มหรือเครื่องสูบชนิดต่างๆเพื่อนำเอาน้ำมาใช้ให้สะดวกขึ้น เพื่อให้สามารถทำการเพาะปลูกได้มากและห่างไกลจากแหล่งน้ำมากขึ้น  ปั๊มหรือเครื่องมือที่คิดค้นขึ้นมาหลายร้อยปีแล้วบางชิ้นก็ยังคงมีใช้อยู่ในหลายๆประเทศในปัจจุบัน

                ปั๊มสมัยใหม่ได้เริ่มมีวิวัฒนาการมาตั้งแต่ประมาณปี ค.ศ.1840 โดยเป็นแบบลูกสูบชัก (Reciprocating) ชนิดต่อตรงเข้ากับเครื่องจักรไอน้ำ  นับตั้งแต่สมัยนั้นเป็นต้นมาก็ได้มีวิวัฒนาการมากขึ้นในทุกๆด้านอาจกล่าวได้ว่า ปั๊มเป็นเครื่องมือสำคัญที่จำเป็นต่อความอยู่ดีกินดีของมนุษยชาติทุกด้าน  นับตั้งแต่งานจัดหาและส่งน้ำเพื่อการอุปโภคบริโภค  การเกษตร งานอุตสาหกรรม คมนาคม หรือแม้กระทั่งงานแพทย์ที่ใช้ปั๊มทำหน้าที่หัวใจเทียม เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ปั๊มที่จะกล่าวถึงในที่นี้จะเน้นเฉพาะแบบทั่วๆไปที่ใช้กันในงานจัดหาน้ำ ส่งน้ำ และระบายน้ำ หรือปั๊มน้ำเท่านั้น
การแยกประเภทปั๊ม

                ปัจจุบันได้มีการผลิตปั๊มออกจำหน่ายมากมายหลายชนิด  และมีการเรียกชื่อแตกต่างกันออกไปจนบางครั้งทำให้เกิดการสับสน  ดังนั้นจึงได้มีการจัดหมวดหมู่เพื่อให้สามารถแยกประเภทและเรียกชื่อได้ชัดเจนขึ้น  การแยกประเภทอาจแบ่งออกได้เป็น 2 แบบด้วยกัน คือ

1.        แยกตามลักษณะการเพิ่มพลังงานให้แก่ของเหลว หรือการไหลของของเหลวในปั๊ม ซึ่งได้แก่

                                ก.ประเภทเซนตริฟูกอล (Centrifugal) เพิ่มพลังงานให้แก่ของของเหลวโดยอาศัยแรงเหวี่ยงหนีจุดศูนย์กลางปั๊มประเภทนี้บางครั้งเรียกว่าเป็นประเภท Roto-dynamic

                                ข. ประเภทโรตารี่ (Rotary) เพิ่มพลังงานโดยอาศัยการหมุนของฟันเฟืองรอบแกนกลาง

                                ค.ประเภทลูกสูบชัก (Reciprocating) เพิ่มพลังงานโดยอาศัยการอัดโดยตรงในกระบอกสูบ

                                ง.นอกแบบ (Special) ซึ่งเป็นปั๊มที่มีลักษณะพิเศษไม่สามารถจัดให้อยู่ในสามประเภทข้างต้นได้

                                ในแต่ละประเภทตามที่กล่าวมานี้ยังมีการดัดแปลงออกไปเป็นแบบต่างๆ อีกหลายแบบและมีชื่อเรียกของแต่ละแบบแตกต่างกันออกไป ดังแสดงไว้ในรูปที่ 1

2.        แยกประเภทตามลักษณะการขับดันของเหลวในเครื่องสูบ ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ



รูปที่ 1 :  การจำแนกประเภทของปั๊ม

        ก.ทำงานโดยไม่อาศัยหลักการแทนที่ของเหลว ( Non-Positive Displacement  ) ปั๊มประเภทอาศัยแรง เหวี่ยงหนีจุดศูนย์กลางอาจจัดให้อยู่ในกลุ่มนี้ได้

          ข.ทำงานโดยอาศัยหลักการแทนที่ของเหลวในห้องสูบด้วยการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนของเครื่องสูบปั๊มประเภทนี้รวมแบบโรตารี่และลูกสูบชักเข้าอยูในกลุ่มเดียวกัน

                นอกจากการแบ่งประเภทสองแบบตามที่กล่าวข้างต้นแล้ว  ยังอาจแบ่งแยกปั๊มตามวัตถุประสงค์ใช้งานของแต่แบบด้วย  เช่น  ปั๊มดับเพลิง  ปั๊มลม  ปั๊มสุญญากาศ  ปั๊มน้ำบาดาล  เป็นต้น  ปั๊มเหล่านี้จะประกอบกันเป็นชุดโดยมีอุปกรณ์สำหรับใช้งานที่ออกแบบไว้โดยเฉพาะและไม่เหมาะที่จะนำไปใช้อย่างอื่น

 

การทำงานของปั๊มแบบเซนตริฟูกอล

                ปั๊มแบบนี้ทำงานโดยอาศัยการหมุนของใบพัดหรืออิมเพลเลอร์(Impeller)ที่ได้รับการถ่ายเทกำลังจากเครื่องยนต์ต้นกำลังหรือมอเตอร์ไฟฟ้า  เมื่อใบพัดหมุนพลังงานจากเครื่องยนต์ก็จะถูกถ่ายเทโดยการผลักดันของครีบใบพัด (vane) ต่อของเหลวที่อยู่รอบๆทำให้เกิดการไหลในแนวสัมผัสกับเส้นรอบวง (Tangential flow) เมื่อมีการไหลในลักษณะดังกล่าวก็จะเกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (Centrifugal force) และเป็นผลให้มีการไหลจากจุดศูนย์กลางของใบพัดออกไปสู่แนวเส้นรอบวงทุกทิศทาง (Radial flow) ดังนั้นของเหลวที่ถูกใบพัดผลักดันออกมาก็จะมีทิศทางการไหลที่เป็นผลรวมของแนวทั้งสอง  ดังรูปที่ 2

                โดยหลักชลศาสตร์เมื่อของเหลวถูกหมุนให้เกิดแรงหนีศูนย์กลางความกดดันของของเหลวจะมีค่ามากขึ้นเมื่ออยู่ห่างจากศูนย์กลางของใบพัดมากขึ้น  เมื่อความเร็วของใบพัดซึ่งหมุนอยู่ในภาชนะปิดมากพอ  ความกดดันที่จุดศูนย์กลางก็จะต่ำกว่าความกดดันของบรรยากาศ  ดังนั้นปั๊มแบบอาศัยแรงเหวี่ยง

 

 รูปที่ 2 :  ทิศทางการไหลของของเหลวขณะผ่านออกจากใบพัด (Impeller) ของปั๊มเซนตริฟูกอล

 

หนีจุดศูนย์กลางที่แท้จริงจึงมีทางให้ของเหลวไหลเข้าหรือทางดูด (Suction Opening) อยู่ที่ศูนย์กลางใบพัด

                ของเหลวที่ถูกดูดเข้าทางศูนย์กลาง  เมื่อถูกผลักดันออกไปด้วยแรงผลักดันของครีบใบพัดและแรงเหวี่ยงหนีจุดศูนย์กลาง  ก็จะไหลออกมาตลอดแนวเส้นรอบวง  ดังนั้นใบพัดจึงจำเป็นต้องอยู่ในเรือนปั๊ม (Casing) เพื่อทำหน้าที่รวบรวมและผันของเหลวเหล่านี้ไปสู่ทางจ่าย (Discharge Opening) เพื่อต่อเข้ากับท่อส่งหรือระบบใช้งานต่อไป  ในการรวบรวมของเหลวที่ถูกผลักดันออกมานี้จำเป็นจะต้องเริ่มต้นที่จุดใดจุดหนึ่งบนเส้นรอบวงของใบพัด  ดังนั้นจะมีจุดหนึ่งซึ่งผนังภายในของเรือนปั๊มเข้ามาชิดกับขอบของใบพัดมากจุดดังกล่าวนี้เรียกว่า ลี้นของเรือนปั๊ม (Tonque of the easing) ลักษณะโดยทั่วๆไปของเรือนปั๊มจะดูได้จากรูปที่ 3

                จากลิ้นของเรือนปั๊มไปตามทิศทางการหมุนของใบพัด จะมีของเหลวไหลออกมามากขึ้นตามความยาวของเส้นรอบวงของใบพัดที่เพิ่มขึ้น  ดังนั้นช่องว่างซึ่งเป็นทางเดินของของเหลวระหว่างผนังของเรือนปั๊มกับใบพัดก็จะต้องเพิ่มขนาดขึ้นด้วย  โดยหลักการแล้วอัตราการเพิ่มพื้นที่หน้าตัดจะคงที่เพื่อให้ความเร็วของการไหลสม่ำเสมอซึ่งจะเป็นผลให้มีการสูญเสียพลังงานน้อยลงนั่นเอง  อย่างไรก็ตาม ความเร็วของการไหลจะลดลงเนื่องจากพลังงานบางส่วนถูกเปลี่ยนมาเป็นพลังงานศักย์ (Potential Energy) ในรูปของความดัน (Pressure head) แทน

 
  |ประปาไทยดอมคอม|เทคโนโลย|

ที่มา : ปั๊มและระบบสูบน้ำ
          รศ.ดร.วิบูลย์ บุญยธโรกุล