การติดตั้งท่อด้านดูดของปั๊ม

การติดตั้งท่อด้านดูดของปั๊มหอยโข่ง

ข้อขัดข้องที่เกิดขึ้นกับปั๊มเป็นต้นทุนโดยตรงสำหรับโรงงานหลายแห่ง และด้วยบทบาทของปั๊มในโรงงาน ข้อขัดข้องใดๆ ที่อาจทำให้การผลิตหยุดชะงักจะก่อให้เกิดความสูญเสียทางการเงินรองที่ใหญ่กว่ามาก เนื่องจากข้อขัดข้องเหล่านี้เกิดขึ้นที่ปั๊ม ความสนใจแรกจึงมักมุ่งไปที่ตัวปั๊มเสมอ แต่ในหลายกรณี ต้นเหตุที่แท้จริงของปัญหาคือการติดตั้งระบบท่อของปั๊ม วันนี้เราจึงเขียนบทความเกี่ยวกับการติดตั้งระบบท่อของปั๊มที่ถูกต้อง ผลกระทบของความผิดพลาดในการติดตั้งต่อปั๊ม และวิธีป้องกันความผิดพลาดเหล่านี้

1. จัดให้มีค่า NPSH ที่เพียงพอ

NPSH เป็นหัวข้อที่มีการพูดถึงกันอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน และสามารถหาแหล่งข้อมูลได้มากมายจากหลายช่องทาง ดังนั้นแทนที่จะลงรายละเอียดเรื่อง NPSH ในบทความนี้ เราจะแนะนำ NPSH โดยสังเขปและกล่าวถึงผลกระทบของ NPSH ต่อการติดตั้งระบบท่อของปั๊มก็เพียงพอ

ในปั๊มหอยโข่ง เพื่อให้ปั๊มทำงานได้อย่างปกติโดยไม่เกิดคาวิเทชัน ของไหลที่เข้าสู่ใบพัดปั๊มจะต้องมีความดันระดับหนึ่ง ความดันที่ต้องการนี้เรียกว่า NPSHp (ปั๊ม) หรือ NPSHr (Required – ที่ปั๊มต้องการ) ในขณะเดียวกัน ด้วยลักษณะการติดตั้งระบบท่อและสภาวะการทำงานของเรา จะมีความดันระดับหนึ่งที่เราสามารถจัดให้แก่ของไหลที่เข้าสู่ปั๊มได้ ความดันนี้เรียกว่า NPSHm (ที่มีอยู่) หรือ NPSHa (Available – ที่มีอยู่ในระบบ)

ดังนั้น เพื่อให้ปั๊มทำงานได้อย่างปกติดังที่กล่าวข้างต้น จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไข NPSHm > NPSHp มิฉะนั้นปั๊มจะเกิดคาวิเทชันและทำให้ชิ้นส่วนของปั๊มเสียหาย

ค่า NPSHp ที่ปั๊มต้องการเป็นความรับผิดชอบของผู้ผลิตปั๊ม ซึ่งจะพยายามรักษาค่านี้ให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ด้วยการปรับปรุงและพัฒนาการออกแบบปั๊มในด้านต่างๆ อย่างไรก็ตาม การลดค่า NPSHp ของปั๊มที่ใช้งานอยู่แล้วนั้นทั้งยากและมีค่าใช้จ่ายสูง อีกทั้งมักต้องใช้วิธีการที่ได้ผลน้อยมาก ดังนั้น แทนที่จะพยายามลดค่า NPSHp การเพิ่มค่า NPSHm จะทำได้ง่ายกว่าและมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่ามาก

2. ลดการสูญเสียจากแรงเสียดทาน

การสูญเสียจากแรงเสียดทานไม่เพียงทำให้ค่า NPSHm ที่กล่าวข้างต้นลดลงเท่านั้น แต่ยังทำให้ต้นทุนพลังงานของเราสูงขึ้นอีกด้วย ดังนั้น เช่นเดียวกับระบบอื่นๆ ทั้งหมด การรักษาแรงเสียดทานให้ต่ำที่สุดทั้งด้านดูดและด้านจ่ายของระบบปั๊มจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

เพื่อรักษาแรงเสียดทานให้ต่ำที่สุด ก่อนอื่นควรเลือกอุปกรณ์ในระบบท่อที่มีโครงสร้างวัสดุและคุณสมบัติทางเทคนิคที่ต้านทานการไหลน้อยที่สุด อุปกรณ์และวัสดุที่ใช้ควรมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ (เท่าที่ของไหลจะอนุญาต) และควรจัดวางในตำแหน่งที่ไม่รบกวนพลศาสตร์ของระบบท่อ นอกจากนี้ ยิ่งระยะทางที่ของไหลต้องเดินทางก่อนถึงทางเข้าปั๊มยาวเท่าใด พลังงานที่สูญเปล่าไปกับแรงเสียดทานก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นปั๊มควรอยู่ใกล้แหล่งที่ดูดของไหลมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ สุดท้าย การควบคุมความเร็วของของไหลที่เข้าสู่ปั๊มไม่ให้เกิน 1.5 m/s จะช่วยป้องกันการสูญเสียจากแรงเสียดทานเพิ่มเติมที่ด้านดูด เนื่องจากยิ่งความเร็วของของไหลสูงขึ้น การสูญเสียจากแรงเสียดทานในท่อและอุปกรณ์ก็จะยิ่งเพิ่มขึ้น

3. ข้องอ

ข้องอเป็นอุปกรณ์ในระบบท่อที่ใช้เปลี่ยนทิศทางการไหลของของไหลในมุมต่างๆ แต่การเปลี่ยนทิศทางนี้ยังทำให้พลศาสตร์ภายในของของไหลเปลี่ยนไป ส่งผลให้ของไหลไหลอย่างไม่สม่ำเสมอ ปัจจุบันจากการจำลองและการวิเคราะห์การไหลต่างๆ เราทราบว่าของไหลที่ผ่านข้องอจะเกิดการไหลที่ไม่สม่ำเสมอและเกิดความปั่นป่วน ซึ่งทำให้ใบพัดปั๊มเสียหายและเกิดการสั่นสะเทือน นอกจากความเสียหายที่ใบพัดแล้ว การสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นในปั๊มยังส่งผลต่อแบริ่งและซีลเพลาของปั๊ม ทำให้เกิดปัญหาที่จุดเหล่านี้ตามมาด้วย

เพื่อหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้ ต้องทำให้ของไหลที่เข้าสู่ปั๊มมีการไหลที่สม่ำเสมอ ในกรณีนี้ หากเป็นไปได้ ควรหลีกเลี่ยงการใช้ข้องอในระบบท่อเป็นอันดับแรก แต่หากจำเป็นต้องใช้ข้องอเช่นเดียวกับระบบส่วนใหญ่ เพื่อให้การไหลที่ทางเข้าปั๊มสม่ำเสมอ เราต้องติดตั้งท่อตรงหลังข้องอไปจนถึงทางเข้าปั๊ม โดยมีความยาวอย่างน้อย 5 เท่าและไม่เกิน 10 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อดูด ด้วยวิธีนี้ ของไหลที่ออกจากข้องอจะปรับการไหลให้สม่ำเสมอตลอดแนวท่อนี้ และไม่ก่อให้เกิดปัญหาใดๆ กับปั๊ม

4. สิ่งที่เข้าสู่ปั๊มต้องเป็นของไหล ไม่ใช่อากาศ!

ด้วยลักษณะของระบบท่อ จุดสูงสุดบางจุดในแนวท่อจะเกิดเป็นช่องว่างที่ก๊าซซึ่งเข้ามาในระบบสามารถสะสมตัวได้ เมื่อก๊าซที่สะสมในช่องว่างเหล่านี้ไหลเข้าสู่ปั๊มอย่างฉับพลันหรือเป็นช่วงๆ จะเกิดผลกระทบแบบคาวิเทชันเนื่องจากความแตกต่างของความดันภายในปั๊ม และอาจทำให้ชิ้นส่วนทั้งหมดที่สัมผัสกับของไหลเสียหายได้ นอกจากนี้ เมื่อปริมาณอากาศในโพรงเหล่านี้เพิ่มขึ้นและสะสมตัวเมื่อเวลาผ่านไป จะจำกัดการไหลของของไหล และปั๊มจะไม่สามารถดูดของไหลได้เพียงพอ ซึ่งก็ทำให้อายุการใช้งานของปั๊มสั้นลงและเกิดข้อขัดข้องเช่นกัน

แม้จะไม่สามารถลดปริมาณอากาศในระบบท่อให้เป็นศูนย์ได้ แต่เราสามารถลดให้อยู่ในระดับที่ไม่ก่อให้เกิดปัญหาได้ ประการแรก เมื่อติดตั้งระบบท่อเสร็จ ภายในท่อจะเต็มไปด้วยอากาศอยู่แล้ว จึงจำเป็นต้องไล่อากาศนี้ออกให้หมดก่อนส่งของไหลเข้าสู่ระบบ นอกจากนี้ ในระบบที่ใช้งานอยู่ การทำงานของวาล์วและอุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงความผันผวนของของไหล อาจทำให้เกิดความดันต่ำเฉพาะจุด ความดันต่ำนี้ทำให้อากาศที่ละลายอยู่ในของไหล แม้จะมีปริมาณเพียงเล็กน้อย แยกตัวออกมาและสะสมอยู่ที่จุดสูงสุดของระบบท่อ อากาศนี้จึงต้องถูกระบายออกจากระบบเป็นระยะ

เพื่อป้องกันโพรงอากาศ ก่อนอื่นต้องให้มีจุดสูงสุดในระบบท่อน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ ในกรณีที่จำเป็น สามารถทำส่วนที่ยกสูงนี้ด้วยการเปลี่ยนระดับที่มุมลาดต่ำ โดยยอมให้ความยาวท่อเพิ่มขึ้นเล็กน้อย อีกมาตรการหนึ่งคือการติดตั้งวาล์วระบายอากาศในตำแหน่งที่ความลาดชันของท่อเพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างรวดเร็ว เพื่อให้สามารถใช้วาล์วเหล่านี้ระบายอากาศออกจากระบบท่อได้เมื่อจำเป็น สุดท้าย เพื่อป้องกันโพรงอากาศที่ด้านดูดของปั๊ม ควรใช้ข้อลดแบบเยื้องศูนย์ (Eccentric Reducer) เสมอ และควรวางท่อดูดให้มีความลาดชันขึ้นไปทางปั๊ม

5. ปั๊มไม่ใช่จุดรองรับของระบบท่อ

น่าเสียดายที่ในโรงงานหลายแห่ง ระบบท่อของปั๊มไม่ได้รับการรองรับอย่างถูกต้อง และในบางกรณียังใช้ปั๊มเป็นจุดรองรับของระบบท่ออีกด้วย ซึ่งอาจส่งผลเสียอย่างมากต่อปั๊ม

ปั๊มเป็นเครื่องจักรที่ผลิตขึ้นเพื่อถ่ายโอนของไหลจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง เนื่องจากปั๊มทำการถ่ายโอนนี้ด้วยการสร้างความแตกต่างของความดันในของไหล ตัวปั๊มเองจึงได้รับผลกระทบจากความดันที่เกิดขึ้นด้วย และเกิดแรงในแนวรัศมี (Radial) และแนวแกน (Axial) กระทำต่อชิ้นส่วนต่างๆ การออกแบบปั๊มและวัสดุที่ใช้ผลิตขึ้นให้สามารถทนต่อแรงเหล่านี้ และให้ปั๊มทำหน้าที่ได้อย่างไม่มีปัญหาตลอดอายุการใช้งานด้วยการบำรุงรักษาตามระยะ อย่างไรก็ตาม หากระบบท่อของปั๊มไม่ได้รับการรองรับอย่างเพียงพอ และน้ำหนักทั้งหมดของระบบท่อรวมถึงความเค้นที่เกิดขึ้นในระบบท่อเป็นครั้งคราวถูกถ่ายลงสู่ปั๊ม ปั๊มจะต้องถ่ายโอนของไหลภายใต้แรงที่สูงกว่าที่ออกแบบไว้มาก ในทำนองเดียวกัน หากระบบท่อไม่ได้ปรับแนวอย่างถูกต้องและอุปกรณ์ในระบบท่อถูก “ฝืน” ต่อเข้าหากัน ระบบท่อจะส่งแรงฝืนนี้ไปยังหน้าแปลนของปั๊ม และปั๊มก็จะต้องทำงานภายใต้แรงจากภายนอกเช่นกัน

แรงภายนอกที่กระทำต่อปั๊มเหล่านี้ทำให้ปั๊มเกิดการสั่นสะเทือน ทำงานเสียงดัง และเกิดข้อขัดข้องบ่อยครั้ง ส่งผลให้อายุการใช้งานของปั๊มสั้นลงอย่างมากและค่าบำรุงรักษาสูงขึ้น โดยเฉพาะในระบบท่อที่ใช้กับของไหลอุณหภูมิสูง การขยายตัวและหดตัวของท่อจะทำให้เกิดภาระเป็นช่วงๆ ทั้งในแนวตั้งและแนวนอน ในระบบที่ใช้ของไหลประเภทนี้ ต้องมีการรองรับระบบท่อจากภายนอกอย่างแน่นอน และควรติดตั้งข้อต่อชดเชยการขยายตัว (Expansion Joint) ที่หน้าแปลนด้านดูดและด้านจ่ายของปั๊ม เพื่อดูดซับภาระจากระบบท่อ

6. สรุป

• ตรวจสอบค่า NPSH และรักษาค่า NPSHm ให้สูงอยู่เสมอ
• ติดตั้งปั๊มให้ใกล้แหล่งที่ดูดของไหลมากที่สุดเท่าที่จะทำได้
• อย่าให้ความเร็วของของไหลด้านดูดเกิน 1.5 m/s
• กำหนดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อดูดและท่อจ่ายให้ถูกต้อง

• หลีกเลี่ยงการใช้ข้องอให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้
• หากจำเป็นต้องใช้ข้องอ ให้จัดท่อตรงหลังข้องอไปจนถึงทางเข้าปั๊ม โดยมีความยาวอย่างน้อย 5 เท่าของขนาดท่อดูด
• ให้มีจุดสูงสุดในระบบท่อน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้
• ติดตั้งวาล์วระบายอากาศในตำแหน่งที่ความลาดชันของท่อเพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างรวดเร็ว
• ใช้ข้อลดแบบเยื้องศูนย์ (Eccentric Reducer) ในระบบท่อดูดของปั๊มทุกครั้ง
• จัดให้ท่อดูดมีความลาดชันขึ้นไปจนถึงทางเข้าปั๊ม
• รองรับระบบท่อด้านดูดและด้านจ่ายของปั๊มจากภายนอกโดยไม่พึ่งตัวปั๊ม
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบท่อของปั๊มได้แนวและชิ้นส่วนต่างๆ ไม่ได้ถูกฝืนในระหว่างการประกอบ
• ใช้ข้อต่อชดเชยการขยายตัวที่หน้าแปลนปั๊ม โดยเฉพาะในระบบที่ใช้ของไหลอุณหภูมิสูง