Article Net Positive Suction Head and Cavitation

ความดัน - Pressure - Head

แสดงความดันที่ลดลงไปเนื่องจากแรงเสียดทาน

จะต้องออกแบบให้ความดันขาเข้า (Suction) เป็นบวกอย่างน้อย 0.5 เมตร (Net positive suction head, NPSH) มิฉนั้นจะเกิดปัญหาในการดูด และ Cavitation ที่ตัวปั๊ม

NPSH คือค่าที่มีไว้เพื่อแสดงถึงสมรรถนะการดูดน้ำของปั๊มน้ำ NPSH จะมี 2 ค่า

1. NPSHa (Net Positive Suction Head Available)คือค่าที่แสดงถึงความเอื้อต่อการดูดน้ำของระบบ เป็นค่าที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามการติดตั้งปั๊มและท่อ เช่น ท่อที่มีขนาดใหญ่ปั๊มจะสามารถดูดน้ำได้ดีกว่าท่อดูดที่มีขนาดเล็ก นั้นหมายความว่าท่อขนาดใหญ่จะส่งผลทำให้ค่า NPSHa สูงขึ้น
2. NPSHr (Net Positive Suction Head Require)คือค่าสมรรถนะการดูดของปั๊ม จะแสดงให้เห็นถึงแรงดันที่ต้องการนำเข้ามาโดยเครื่องสูบ ในการไหลที่กำหนด เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดโพรงอากาศในของเหลว โดยปกติค่า NPSHr ผู้ใช้งานปั๊มจะไม่สามารถปรับแก้ค่านี้ได้เหมือนกับ NPSHa เพราะเป็นค่าที่ถูกกำหนดมาจากผู้ผลิตปั๊ม ซึ่งค่านี้เป็นค่าที่ส่งผลมาจากการออกแบบปั๊ม เช่น รูปแบบของใบพัด ชนิดของวัสดุ รอบหรือกำลังของมอเตอร์ เป็นต้น

หัวใจสำคัญของการคำนวณ NPSH คือ NPSHa จะต้องมีค่ามากว่า NPSHr เสมอ ถ้าหาก NPSHr มีค่ามากกว่า NPSHa จะส่งผลให้เกิดโพรงอากาศ (Bubble) ในปั๊มหรือ Cavitation

ทางเข้า (Suction) ของปั๊มจะมีความดันลดลงตามลำดับเนื่องแรงเสียดทาน ของระบบดูด (Pump suction) และท่อเข้า (Suction pipe)

จะต้องควบคุมความดันขาเข้าไม่ให้ต่ำกว่าความดันไอน้ำ (Vapor pressure) มิฉนั้นจะเกิดฟองอากาศ (Vapor bubble) เกิดขึ้น ซึ่งจะเกิด Cavitation ในที่สุด

แสดงกราฟสมรรถนะของปั๊มแรงเหวี่ยง

จะต้องคุม NPSH margin ให้ได้อย่างน้อย 0.5 เมตร

การหาค่าการติดตั้งปั๊มน้ำไม่ให้เกิดค่า คาวิเตชั่น ประกอบด้วยสมการ NPSH, A (m) = Hsp + Hs – Hf – Hvp

•     Hsp คือ Absolute pressure เหนือระดับของเหลวด้านดูด เปลี่ยนเป็น head (m)
•     Hs คือ ผลต่างความสูงระหว่างระดับของเหลวด้านดูดกับเซ็นเตอร์ไลน์ของปั๊ม (m)
•     Hf คือ ความดันสูญเสียเนื่องจากแรงเสียดทานในท่อ เปลี่ยนเป็น head (m)
•     Hvp คือ vapor pressure ที่อุณหภูมิของเหลวด้านดูด เปลี่ยนเป็น head (m)

Head (m)= bar x 10.2/ (specific gravity)

หากค่า NPSHa น้อยกว่าค่า NPSHr จะส่งผลอย่างไร (ความดันทางด้านดูดที่มีอยู่ ณ จุดติดตั้ง น้อยกว่าความดันทางด้านดูดที่ปั๊มต้องการ)

• ปั๊มดูดน้ำไม่ขึ้น
• กรณีดูดน้ำขึ้น ประสิทธิภาพการทำงานจะลดลงอย่างมาก ปั๊มจะสั่น มีเสียงดัง เนื่องจากการเกิดโพรงอากาศ (Cavitation) ภายในห้องปั๊ม และเกิดการกัดกร่อนเสียหายในบริเวณห้องสูบ และใบพัดของปั๊มน้ำ

เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ำกลายเป็นไอ เนื่องมาจากความดัน เมื่อความดันสถิตเฉพาะมีค่าต่ำกว่าความดันที่อุณหภูมินั้นๆ น้ำจะเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นไอ และเกิดเป็นฟองสูญญากาศ ฟองของไอมีความดันต่ำมาก ก็จะแตกตัวทำให้เกิดเสียง หรือสั่นสะเทือนขึ้น และต่อมาเกิดการแตกตัวของฟองสูญญากาศ ทำให้เกิดแรงกระแทกขึ้นที่ใบพัดอย่างต่อเนื่องรุนแรง จนเกิดความเสียหาย ในที่สุดผิวหน้าโลหะของใบพัดซึ่งอยู่กับฟองดังกล่าวก็จะเกิดการกัดกร่อนไปด้วย

คาวิเตชั่นนั้นจะไม่เกิดขึ้น หากปั๊มได้รับการออกแบบติดตั้งให้มี NPSH สูงกว่าที่ต้องการ แต่ถ้าเกิดขึ้นแล้วประสิทธิภาพของปั๊มน้ำจะลดลง แต่การกัดกร่อนชิ้นส่วนของใบพัดอาจเกิดขึ้นหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับคาวิเตชั่นรุนแรงมากน้อยเพียงไร และเกิดติดต่อกันนานแค่ไหน

การตรวจสอบว่าในระบบการไหลจะมีปรากฏการณ์คาวิเตชั่นเกิดขึ้นหรือไม่ หากไม่มีเครื่องมือเฉพาะก็อาจสามารถสังเกตได้ด้วยการฟังเสียงในส่วนที่เกิดปรากฏการณ์ คาวิเตชั่น ซึ่งจะมีเสียงดัง เหมือนก้อนกรวดไหลกระแทกผิวโลหะ หรือสังเกตจากการสั่นสะเทือนและตรวจวัดจากสัญญาณการสั่นสะเทือน

สามารถกระทําได้โดยการทําให้ความดันของของเหลวในเครื่องจักรหรือระบบการไหลสูงกว่าความดันไอของของเหลวเสมอ โดยสามารถทำได้โดยวิธีดังต่อไปนี้

1. Reengineering of Components Initiating High Speed Velocity and Low Static Pressure
   โดยการใช้ชิ้นส่วนที่ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะ ยกตัวอย่าง
   • สภาวะที่มีความดันตกคร่อมสูง huge pressure drops ให้ใช้ Multi Stage Control Valves
   • ในกรณีที่ อุณหภูมิของของเหลวใกล้เคียงกับอุณหภูมิที่สารจะ vaporization โดยเราสามาถหลีกเลี่ยงปัญหาได้โดยใช้ special pump
2. Increasing the Total or Local Pressure in the System
   โดยพยายามติดตั้งระบบท่อและเครื่องสูบน้ำให้ค่าหัวดูดสุทธิที่เป็นบวกที่มีอยู่ให้มีค่าสูงกว่าค่าหัวดูดสุทธิที่เป็นบวกที่ต้องการของเครื่องสูบน้ำ
3. ลดอุณหภูมิของสาร

ปั๊มน้ำชนิด Centrifugal นั้นสามารถป้องกันการเกิดคาวิเตชั่นได้ โดยการหลีกเลี่ยงการติดตั้งหรือใช้งานในลักษณะดังต่อไปนี้

• หลีกเลี่ยงให้ปั๊มน้ำทำงานที่ Head ต่ำกว่า Head ของปั๊ม เช่น ปั๊มทำงานได้ประสิทธิภาพสูงสุดที่ Head 50 เมตร แต่ใช้งานจริงเพียง 5 เมตร เป็นต้น
• ปั๊มทำงานที่อัตราสูบสูงกว่า อัตราการสูบที่จะให้ประสิทธิภาพสูงสุด
• ระยะ Suction lift มากกว่า หรือ NPSHa น้อยกว่าความต้องการของปั๊ม ตามที่ผู้ผลิตกำหนดไว้
• ความเร็วของใบพัดสูงกว่าที่ผู้ผลิตกำหนดไว้
• อุณหภูมิของเหลวสูงกว่า ค่าที่ใช้ในการออกแบบ

• ติดตั้งปั๊มน้ำโดยคำนวณให้ค่า NPSHa > NPSHr + 0.5m
• ใช้ความเร็วรอบไม่สูงกว่าที่ผู้ผลิตกำหนด
• หลีกเลี่ยงการจ่ายน้ำในปริมาณมากกว่าที่ผู้ผลิตกำหนดใน Performance Curve
• หลีกเลี่ยงการใช้งานกับของเหลวที่มีอุณหภูมิสูง

คำแนะนำของ NPSH ของอุตสาหกรรมต่างๆ

ดังนั้นในการเลือกปั๊มน้ำให้เหมาะสมกับการใช้งาน จึงควรปรึกษาผู้แทนจำหน่าย เพื่อให้สามารถเลือกใช้ประเภท และรุ่นปั๊มได้ตรงตามการใช้งานจริง และเกิดประสิทธิภาพสูงสุด

บริษัทไอคิวเอส มีวิศวกรที่มีความชำนาญในการเลือกชนิด (Type) ขนาด (Size) และกำลัง (Rating) ของปั๊มให้เหมาะสมกับงานนั้นๆ โดยได้รับการสนับสนุนด้านเทคนิคจากบริษัทผู้ผลิตปั๊ม สามารถให้คำปรึกษาแก่ลูกค้าได้ตลอดเวลา

บริษัทไอคิวเอสเป็นตัวแทนจำหน่ายปั๊มมากหลายชนิด (Wide range) ครอบคลุมการใช้งาน (Application) ในอุตสาหกรรมเกือบทุกชนิด เช่นปั๊มน้ำ ปั๊มขนส่งน้ำ ปั๊มเอพีไอ ปั๊มน้ำเสีย ปั๊มระบบอาหาร เป็นต้น เป็นปั๊มที่ระดับคุณภาพเป็นที่ยอมรับ มีการใช้งานแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ ทั้งในต่างประเทศและในประเทศไทยเอง สินค้ามีให้เลือกหลายแบบ หลายการใช้งาน หลายแบรนด์ หลายราคา ให้ลูกค้าเลือกใช้ตามความเหมาะสมกับงาน นอกจากนี้บริษัทยังรับผิดชอบในบริการหลังการขายเพื่อให้ลูกค้าสบายใจในการเลือกใช้ปั๊ม

สนใจติดต่อ ขอคำปรึกษา ติดต่อ บ. อินทีเกรทเต็ด ควอลิตี้ เซอร์วิสเซส จำกัด