วันอาทิตย์ที่ 21 เมษายน พ.ศ. 2556

ความรู้เกี่ยวกับปั้มน้ำ

จากคุณ waterman@pantip



1. เครื่องสูบน้ำเกือบทั้งหมด ยกเว้นสูบโยกบ่อบาดาลของกรมทรัพยากรธรณี มีหลักการ คือ ทำให้ความดันในห้องสูบทางดูด มีความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศภายนอก จากนั้นแรงดันบรรยากาศก็จะดันน้ำเข้ามาให้เอง ดังนั้นไม่ว่าจะเป็นปั๊มหอยโข่ง (Centrifugal Pump) ซึ่งห้องสูบมันมีรูปร่างเหมือนหอยโข่ง หรือแบบลูกสูบชัก มันก็จะดูดน้ำได้ลึกประมาณ 5-7 ม. เท่านั้น ทั้งที่หากเป็นสูญญากาศควรจะเป็น 10 ม.กว่าๆ แต่ที่ต้องเผื่อไว้ก็เพราะไม่ได้สูบที่ระดับน้ำทะเลแน่ๆ กับต้องไม่ให้ในห้องสูบมีแรงดันต่ำกว่าแรงดันไอของน้ำ ดังนั้นทางด้านดูดเครื่องสูบทั้งสองประเภทไม่ได้เปรียบเสียเปรียบกันเท่าไหร่ ครับ


2. ในกรณีที่สูบน้ำลึกเกินกว่า 7 ม. จะมีเครื่องสูบอยู่ 2 แบบ แบบแรกตัวเครื่องอยู่ที่ปากบ่อได้แบบนี้เรียกว่า Jet Pump หลักการก็โดยแบ่งเอาน้ำส่วนนึงที่สูบได้ต่อท่อลงไปในบ่อแล้วให้พ่นย้อนผ่านช่องเล็กๆที่เรียกว่า Nozzle เพื่อพาน้ำในบ่ออีกส่วนให้ลอยขึ้นมาเพื่อสูบต่อ เครื่องสูบที่ทำแบบนี้ได้ก็ทั้งสองแบบในข้อ 1 แต่ Centrifugal จะสะดวกกว่าเพราะการไหลของน้ำต่อเนื่องทำให้ไม่เสียจังหวะในการสูบ ในขณะที่แบบสูบชักต้องมีถังอัดน้ำเพื่อปรับแรงดันให้ต่อเนื่องซึ่งก็ได้พอกล้อมแกล้มเท่านั้น
แบบที่สองตัวเครื่องสูบจมน้ำลงไปอยู้ในบ่อ จึงเรียกว่า Submersible Pump แต่ผมชอบที่จะเรียกมันว่า Deep Well Pump เพราะจะได้ไม่สับสนกับ Submersible Pump ที่ชาวบ้านเรียกว่า ไดร์โว่ ซึ่งยกน้ำได้ไม่เกิน 10 ม. ในขณะที่ Deep Well นั้น 200-300 ม. มันก็ยังยกได้


3. จากหลักการทำงานของเครื่องสูบในข้อ 1 และเนื่องจากน้ำเป็นของเหลวประเภท Uncompressibility คือ ปริมาตรไม่เปลี่ยนแปลงตามแรงดัน ทำให้เมื่อให้พลังงานกับน้ำให้ออกจากห้องสูบน้ำในปริมาตรเท่ากันก็จะถูกดันเข้ามาแทนที่ทางท่อดูด และเนื่องจากอากาศเป็นของไหลที่มีปริมาตรเปลี่ยนแปลงตามแรงดัน ทำให้ต้องหาทางไม่ให้มีอากาศอยู่ในท่อทางดูดหรือในห้องสูบ ซึ่งวิธีง่ายๆ ก็คือ เติมน้ำที่รูล่อน้ำเพื่อให้น้ำลงไปแทนที่อากาศ และที่ปลายท่อดูดต้องมีวาล์วกันกลับ (Check Valve) ติดเพื่อป้องกันน้ำไหลออกจากท่อดูด แต่เนื่องจากติดที่จุดต่ำสุด จึงมีอีกชื่อนึงว่า Foot Valve แต่ในบางกรณีอาจจำเป็นต้องให้อากาศเข้าไป เช่นในเครื่องสูบอัตโนมัติตามบ้านที่มีตัวเติมอากาศเพื่อให้เข้าไปชดเชยอากาศที่จะละลายไปกับน้ำในถังอัดน้ำ แต่ในกรณีนี้อากาศจะเข้าในปริมาณที่น้อยมากและเข้าได้เฉพาะเวลาเครื่องสูบทำงานเท่านั้น


4. ส่วนในทางส่งหรือจ่ายนั้น ข้อจำกัดเรื่องแรงดันบรรยากาศไม่มี ซึ่งในทางทฤษฎีอาจจะยกน้ำสูงขึ้นไปเท่าไหร่ก็ได้ตราบเท่าที่มีพลังงานจ่ายให้ แต่ข้อจำกัดจะอยู่ที่วัสดุมากกว่า อันได้แก่ ตัวเครื่องสูบ ท่อ แต่ที่สำคัญก็คือ Seal กันรั่วซึ่งมักจะทนแรงดันได้ไม่มากเท่าไหร่แค่ 200-300 ม. ก็สุดๆ แล้ว ซึ่งอันที่จริง Centrifugal ชุดเดียวอาจยกน้ำได้ไม่กี่สิบเมตร แต่หากเอามาต่อรวมกันแบบอนุกรมทำให้สามารถยกน้ำได้สูงขึ้น ในทางการค้าจะเรียกเครื่องสูบที่นำมาต่อรวมกันโดยมีต้นกำลังและเพลาหมุนร่วมกันว่า Multi Stages Centrifugal Pump



5. อีกเรื่องที่ต้องพิจารณาในทางส่งก็คือ อากาศในเส้นท่อ ในการออกแบบระบบส่งน้ำ ค่าแรงดันลดเนื่องจากแรงต้านทานการไหลของน้ำในท่อที่เรียกสั้นๆ ว่า Headloss จะคิดในกรณีที่น้ำไหลเต็มท่อซึ่งจะมีหน้าตัดการไหลมากที่สุด แต่การมีอากาศในท่อ จะทำให้หน้าตัดการไหลลดลง ทำให้ Headloss เพิ่มขึ้น และในบางครั้งอาจเกิดการขวางการไหลด้วยแรงดันสูงอันเนื่องมาจากการวางท่อขึ้นๆ ลงๆ ทำให้อากาศค้างอยู่ในช่วงโค้งบนของท่อและมีแรงดันพอๆ กับแรงดันที่เครื่องสูบยกน้ำ ซึ่งหากมีอากาศขังมากพอและมีแรงดันมาก อาจจำเกิดอาการน้ำไม่ไหลปลายทางได้


6. แต่ไม่ใช่ว่าอากาศในท่อส่งจะเป็นโทษเสียทีเดียว บางครั้งเราก็อาจต้องใช้คุณสมบัติการเปลี่ยนแปลงปริมาตรตามแรงดันมาใช้ประโยชน์ เช่นทำ Surge Tank เพื่อเป็นตัวรับแรงจากคลื่นแรงดันของ Water Hammer ที่เป็นผลมาจาการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ของ Velocity Head มาเป็นพลังศักย์ (Static Head) ในช่วงเวลาสั้นๆ เช่นตอนเครื่องสูบหยุดทำงาน ซึ่งหากใช้ให้ถูกเป็นการแก้ปัญหาที่ลงทุนน้อยที่สุด ส่วนรูปร่างและการติดตั้งก็แบบ คคห. 13 เพียงแต่ขนาดต้องคำนวณหน่อยนึง


7. สำหรับการสูบเป็นหลายๆ ช่วง เคยเป็นคำแนะนำของผู้เชี่ยวชาญด้านระบบสูบน้ำในกรมที่เคยแนะนำตอนผมต้องยกน้ำขึ้นไปราวๆ 200 ม. ว่าให้สูบไปใส่ถังพักกลางทางแล้วค่อยสูบต่ออีกทีนึง แต่ผมไม่ค่อยเห็นด้วย เพราะมันดูแลยาก ต้องวิ่งไปวิ่งมา ซึ่งทางราบก็ค่อยยังชั่วหน่อย แต่ 200 ม. ทางอิ่งแม้จะทำบันได โดยใช้ท่อส่งเป็นราวเนี่ยผมตะกายขึ้นทีนึงประมาณ 5 เหนื่อย ก็เลยวางมันจุดเดียวแล้วต่อแบบอนุกรม ซึ่งดูแลง่ายกว่าแถมมีสำรองเพียงตัวเดียวก็ถอดเอาตัวเสียไปซ่อมโดยยังส่งน้ำได้ หากแยกเป็นจุดก็ต้องมีสำรองทุกจุด ซึ่งในกรณีที่วางถังพักหลายระดับ หากสูบส่งเฉพาะระดับล่างๆ ก็เดินเพียงตัวเดียวที่ส่งถึงก็ได้ อีกอย่างโรงสูบวางที่เดียวก็เสียเงินที่เดียว 


ที่มา http://www.atriumtech.com