ใบพัดของปั๊มหอยโข่ง
ในบรรดาเทคโนโลยีการสูบน้ำทั้งหมด ปั๊มหอยโข่ง (Centrifugal Pumps) เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายมากที่สุด เนื่องจากสามารถจัดการกับของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพหลากหลายประเภท อย่างไรก็ตาม การเลือกสเปกของปั๊มหอยโข่งให้เหมาะสมกับการใช้งานหนึ่ง ๆ ต้องพิจารณาหลายปัจจัย ซึ่งหนึ่งในนั้นคือ การเลือกใบพัด (Impeller)
ใบพัดคือชิ้นส่วนที่หมุนได้ภายในปั๊มหอยโข่ง มีหน้าที่ถ่ายเทพลังงานจากมอเตอร์ของปั๊มไปยังของเหลว ประกอบด้วยชุดของแฉกหรือ “ใบ” (Vanes) ที่ยื่นออกจากช่องเปิดตรงกลาง (เรียกว่า Eye) เมื่อหมุนจะสร้างแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (Centrifugal force) ซึ่งช่วยเคลื่อนของเหลวจากตัวเรือนปั๊มออกไปยังจุดปล่อย
ใบพัดของปั๊มหอยโข่งถือเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของระบบ มอเตอร์ของปั๊มจะหมุนใบพัดด้วยความเร็วสูง ซึ่งจะสร้างแรงเหวี่ยง (Centrifugal force) ที่ผลักของเหลวออกไปด้านนอกของใบพัด ส่งผลให้บริเวณตรงกลางของใบพัดเกิด พื้นที่ความดันต่ำ (Low-pressure area)
พื้นที่ความดันต่ำนี้จะดูดของเหลวจากท่อดูด (Suction line) เข้ามา และวงจรนี้จะทำงานต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ ทำให้เกิดการไหลของของเหลวอย่างต่อเนื่อง
การทำงานของใบพัด
เมื่อใบพัดหมุน ของเหลวรอบ ๆ จะเริ่มหมุนตาม และถูกผลักออกไปในแนวรัศมีด้วยแรงเหวี่ยงที่ใบพัดสร้างขึ้น พลังงานกลจากการหมุนจะถูกถ่ายโอนไปยังของเหลว ทำให้แรงดันและพลังงานจลน์ของน้ำเพิ่มขึ้นที่ด้านจ่าย (Discharge side) ของใบพัด ในขณะเดียวกัน ความดันลบจะเกิดขึ้นที่บริเวณ “Eye” หรือด้านดูด (Suction side) ของใบพัด ซึ่งเป็นจุดที่น้ำถูกดูดเข้าไป
เมื่อใบพัดทำงานร่วมกับตัวเรือนแบบโวลูต (Volute) จะช่วยสร้างสุญญากาศบางส่วนและความดันต่ำ เมื่อสามารถรักษาสุญญากาศนี้ไว้ได้ จะช่วยให้น้ำใหม่ไหลเข้าสู่ระบบได้อย่างต่อเนื่อง รูปแบบการไหล (Flow pattern) ที่เกิดขึ้นจากกระบวนการนี้ จำเป็นต้องมีการวัดและควบคุม เพื่อให้มั่นใจว่าปั๊มทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดและตรงตามความต้องการของระบบ
การใช้งานของใบพัดในปั๊มหอยโข่ง
ใบพัดรูปร่างๆต่างๆ เหมาะสมกับการใช้งานต่างๆกัน
ประเภทและขนาดของใบพัด เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดสเปกของปั๊ม การเลือกใบพัดจึงสำคัญอย่างยิ่ง
การออกแบบใบพัดมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของปั๊มและชนิดของของเหลวที่สามารถสูบได้ รูปร่าง จำนวนใบมีด ขนาด และความเร็วในการหมุน มีผลโดยตรงต่อแรงดัน (Head) ปริมาณน้ำ (Capacity) และประสิทธิภาพโดยรวมของปั๊มชนิดแรงเหวี่ยง
ใบพัดแบบหอยโข่ง (Centrifugal Impeller)
- ความกว้างของครีบ (A) มีผลต่อปริมาณน้ำ
- เส้นผ่านศูนย์กลาง (B) มีผลต่อแรงดัน
- รูปร่างของครีบ (C) มีผลต่อประสิทธิภาพ
- ค่าทางวิศวกรรมที่ใช้บ่อยคือ “Specific Speed” (ความเร็วจำเพาะ)
แรงเหวี่ยง (Centrifugal Action)
- น้ำเข้าสู่ปั๊มผ่านช่องดูด ถูกใบพัดเพิ่มพลังงานให้ในรูปแบบของ “ความเร็ว”
- เมื่อออกจากใบพัด ความเร็วลดลง ความดันเพิ่มขึ้น (เนื่องจากความสัมพันธ์ผกผัน)
หน้าที่ของปลอกปั๊ม (Volute Case)
- ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานจากหัวความเร็ว (Velocity head) หัวความดัน (Head)
- รูปร่างของปลอกปั๊มที่ขยายตัวเหมือนกรวยเป็นตัวช่วย
- ตามสูตร Q = VA (ปริมาณน้ำ = ความเร็วเฉลี่ย × พื้นที่ตัดขวาง)
- ถ้าพื้นที่เพิ่มขึ้นมากกว่าการเพิ่มของปริมาณน้ำ ความเร็วลดลง ความดันเพิ่มขึ้น
- จุดที่เรียกว่า “Toe” ของปลอกปั๊มคือจุดที่การเพิ่มความดันเกิดขึ้นชัดเจนที่สุด
ใบพัดร่วมกับโวลูตจะกำหนดสิ่งต่าง ๆ ดังนี้
- อัตราการไหลของปั๊ม
- ความดันภายในปั๊มและของเหลว
- ความสามารถในการจัดการของแข็งของปั๊มหอยโข่ง
รูปร่างของใบพัด (Impeller Geometry)
สิ่งสำคัญคือต้องรู้ลักษณะโครงสร้างของใบพัดปั๊มหอยโข่งทั่วไป
- ตาศูนย์กลาง (Eye) คือจุดกลางของใบพัดที่ของเหลวเข้าสู่ระบบ
- ใบพัด (Vanes) คือแฉกโค้งที่ยื่นออกจากจุดศูนย์กลาง มีหน้าที่จับและเคลื่อนของเหลวขณะหมุน
- ดุม (Hub) คือชิ้นส่วนทรงกลมด้านหลังใบพัด ทำหน้าที่เชื่อมและรองรับใบพัดทั้งหมด
- ฝาครอบ (Shroud) อยู่รอบนอกของดุม เป็นส่วนที่ครอบใบพัด
หลักการพื้นฐานของใบพัด
- เส้นผ่านศูนย์กลางด้านนอกของใบพัดส่งผลต่อแรงดัน ยิ่งใหญ่ แรงดันยิ่งมาก
- ความสูงของใบพัดส่งผลต่อปริมาณการไหล ยิ่งสูง ปริมาณการไหลยิ่งมาก
หลักการฟิสิกส์ของใบพัด (Impeller Physics)
ใบพัดคือจุดเชื่อมระหว่างพลังงานขาเข้า (จากมอเตอร์) กับพลังงานขาออก (การเคลื่อนที่ของของเหลว)
เมื่อมอเตอร์หมุนใบพัดผ่านแกนเพลา
- น้ำจะถูกผลักจากจุดศูนย์กลางออกสู่ขอบใบพัด ทำให้แรงดันเพิ่มขึ้น
- น้ำแรงดันสูงจะถูกส่งเข้าสู่โวลูต (Volute) และไหลออกด้วยอัตราไหลและแรงดันตามรูปทรงของใบพัด
- ขณะน้ำเร่งผ่านใบพัด ความดันที่ “ตาใบพัด” จะต่ำกว่าความดันบรรยากาศ
- ความดันบรรยากาศจะดันของเหลวเข้าสู่ใบพัดอย่างต่อเนื่อง
ใบพัดคือหัวใจของปั๊ม
- ใบพัดมีองค์ประกอบหลากหลายที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ เช่น ความเร็วจำเพาะ ขนาด และรูปแบบ
- ส่วนนี้จะเน้นที่การทำงานของใบพัด
- เปรียบเทียบใบพัดกับถังน้ำที่มีรูด้านล่าง หากเหวี่ยงถังเป็นวงกลม น้ำจะพุ่งออกจากรู
- ความเร็วของการเหวี่ยงมีผลโดยตรงกับความเร็วของน้ำที่พุ่งออกมา
- ยิ่งเหวี่ยงเร็ว น้ำก็ยิ่งพุ่งแรง คล้ายการทำงานของใบพัด
- การแปลงจากความเร็วเป็น “หัวความเร็ว (Velocity head)” เกิดจากแรงหนีศูนย์กลาง ซึ่งเป็นที่มาของชื่อ “ปั๊มหอยโข่ง (Centrifugal Pump)”
การหมุนของใบพัด
- ทิศทางการหมุนของใบพัดทำให้เกิดการ “เหวี่ยงน้ำ” ออก
- ใบพัดไม่ได้ “ตักน้ำ” แต่เป็นการพุ่งออกโดยแรงหนีศูนย์กลาง
- หากปั๊มหมุนกลับทิศ ก็ยังสูบน้ำได้เล็กน้อย แต่ไม่มีประสิทธิภาพ
ใบพัดหมุนถูกทิศ
- ทดสอบแสดงให้เห็นว่าเมื่อปั๊มเริ่มหมุน:
- ความดันจาก 12.5 PSI → 25 PSI
- อัตราการไหลจาก 0 → 14.4 GPM
ใบพัดหมุนผิดทิศ
- เมื่อหมุนย้อนทิศ:
- ความดันเพิ่มแค่ 16 PSI (เพิ่ม 3.5 PSI เท่านั้น)
- อัตราการไหลแค่ 6.2 GPM หรือเพียง 43% ของการหมุนถูกทิศ
- ผลกระทบของการหมุนผิดทิศ:
- อัตราการไหลและแรงดันลดลง
- เกิดเสียงรบกวน
- ไม่สามารถปิดหัว (Shutoff head) ได้
- ประสิทธิภาพลดลง
- สาเหตุส่วนมากเกิดจากการต่อสายของมอเตอร์ 3 เฟสผิด
ประเภทของใบพัด
- แบบเปิด (Open Impeller)
- ปริมาณน้ำมาก ความดันต่ำ ประสิทธิภาพต่ำ
- ผ่านของแข็งขนาดใหญ่ได้
- แบบกึ่งเปิด (Semi-open Impeller)
- มีแผ่นปิดด้านหลัง (Back Shroud)
- สำหรับแรงดันและอัตราการไหลระดับกลาง
- แบบปิด (Closed Impeller)
ความดันสูง ประสิทธิภาพสูง
ต้องเลือกใช้ใบพัดประเภทใด
การเลือกประเภทใบพัดที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับลักษณะของการใช้งานและของเหลวที่ต้องการสูบ เช่น
- ใบพัดแบบเปิด เหมาะสำหรับของเหลวที่มีความหนืดต่ำและไม่มีของแข็งแขวนลอย
- ใบพัดแบบปิด เหมาะสำหรับการสูบของเหลวที่มีของแข็ง
- ใบพัดแบบเปิด เหมาะกับของเหลวสะอาดที่ไม่มีของแข็งหรืออนุภาค
- ใบพัดแบบปิด เหมาะกับของเหลวที่มีของแข็ง เพราะช่วยป้องกันการอุดตัน
- ใบพัดแบบกึ่งเปิด เป็นแบบผสมระหว่างใบพัดเปิดและปิด
- ใบพัดแบบเว้า ถูกออกแบบสำหรับการสูบของเหลวที่มีของแข็งสูง
- ใบพัดแบบวอร์เท็กซ์ ใช้สำหรับการสูบของเหลวที่มีปริมาณก๊าซสูง
การเลือกประเภทใบพัดควรพิจารณาจากอัตราการไหลที่ต้องการ, ประสิทธิภาพ, การบำรุงรักษา และต้นทุน โดยมีรายละเอียดของใบพัดชนิดต่างๆดั่งนี้ คือ
1. ใบพัดแบบเปิด (Open Impeller)
ตามชื่อของมัน ใบพัดแบบเปิดจะมีครีบหรือใบพัดที่เปิดทั้งสองด้าน โดยไม่มีฝาครอบป้องกันใด ๆ เนื่องจากไม่มีโครงสร้างรองรับทั้งสองด้าน ใบพัดประเภทนี้จึงมักจะมีความแข็งแรงน้อยกว่า และมักถูกใช้ในปั๊มขนาดเล็กที่มีราคาถูก ซึ่งไม่ได้ทำงานภายใต้แรงดันหรือภาระที่สูงมาก แม้ว่าใบพัดแบบเปิดจะสามารถจัดการกับของแข็งในระดับหนึ่งได้ (แตกต่างจากใบพัดแบบปิด) แต่ก็ต้องการค่าความดันสุญญากาศขาเข้า (NPSH) ที่สูงกว่า เพื่อป้องกันการเกิดโพรงอากาศ (cavitation) ความเสียหาย และการสูญเสียประสิทธิภาพในการทำงาน
ใบพัดแบบเปิด (Open Impellers) มีจุดเด่นคือสามารถสูบของเหลวที่มีของแข็งแขวนลอยอยู่ได้ เช่น กิ่งไม้เล็ก ๆ หรือของเหลวประเภทตะกอน (slurries) เนื่องจากใบพัดแบบเปิดมีโครงสร้างที่ไม่ปิดทึบ จึงไม่อุดตันง่าย และยังมีระบบปรับแต่งภายนอกที่ช่วยให้สามารถบำรุงรักษาและปรับระยะห่างภายในได้เมื่อเกิดการสึกหรอ
การใช้งาน ใช้สำหรับสูบของเหลวที่มีความหนืดต่ำและไม่มีของแข็งแขวนลอย และง่ายต่อการทำความสะอาดและบำรุงรักษา
- ตัวอย่างการใช้งาน มักใช้ในอุตสาหกรรมเคมี, การบำบัดน้ำ และอุตสาหกรรมอาหาร
- ข้อดี-ข้อเสีย ข้อดีคือ ผลิตง่าย แต่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าใบพัดประเภทอื่น
- ใบพัดแบบกึ่งเปิด (Semi-open Impeller)
ใบพัดแบบกึ่งเปิดจะมีแผ่นฝาด้านหลัง (Back-wall shroud) ที่ช่วยเพิ่มความแข็งแรงทางกลให้กับใบพัด ขณะที่ด้านหน้าจะยังคงเปิดอยู่ ใบพัดประเภทนี้ถือเป็นตัวกลางระหว่างใบพัดแบบเปิดและแบบปิด ทั้งในแง่ของประสิทธิภาพและค่าความดันสุญญากาศขาเข้า (NPSHr) จึงเหมาะกับปั๊มขนาดกลางที่มีของแข็งชนิดอ่อนอยู่ในปริมาณเล็กน้อย
จุดสำคัญที่ควรทราบคือ ใบพัดแบบกึ่งเปิดจะต้องมีช่องว่างระหว่างใบพัดกับตัวเรือนของปั๊มที่แคบมาก เพราะหากช่องว่างกว้างเกินไป จะเกิดการลื่นไถล (Slippage) และการไหลหมุนเวียนกลับ (Recirculation) ซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง
ใบพัดแบบกึ่งเปิด (Semi-Open Impellers) ใบพัดกึ่งเปิดมีครีบที่ติดกับแกนกลางด้านหนึ่ง ส่วนอีกด้านเปิดโล่ง เหมาะสำหรับสูบของเหลวที่มีของแข็งแขวนลอย
- ตัวอย่างการใช้งาน ใช้ในอุตสาหกรรมเคมี, แปรรูปอาหาร และเหมืองแร่
- ความแตกต่างระหว่างใบพัดแบบเปิดและกึ่งเปิด ใบพัดกึ่งเปิดมีประสิทธิภาพสูงกว่าใบพัดแบบเปิด แต่การผลิตและบำรุงรักษายากกว่า
- ใบพัดแบบปิด (Closed Impeller)
หลังจากที่คุณได้อ่านเกี่ยวกับใบพัดแบบเปิดและกึ่งเปิดแล้ว ก็คงพอจะเดาได้ว่า ใบพัดแบบปิดนั้นจะถูกปิดทั้งด้านหน้าและด้านหลัง เพื่อให้มีความแข็งแรงสูงสุด ใบพัดประเภทนี้ต้องการค่าความดันสุญญากาศขาเข้าที่ต่ำ (Low NPSH required) และสามารถส่งของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า อย่างไรก็ตาม ใบพัดแบบปิดมีการออกแบบที่ซับซ้อนและมีราคาสูงกว่า เนื่องจากต้องอาศัยวงแหวนกันสึกแบบช่องว่างแคบ (Close-clearance wear rings) เพื่อลดแรงแกน (Axial load) และรักษาประสิทธิภาพในการทำงาน
ใบพัดชนิดนี้เป็นประเภทที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปั๊มขนาดใหญ่ที่ใช้ส่งของเหลวสะอาด เนื่องจากสามารถอุดตันได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับของแข็ง
ใบพัดชนิดนี้เป็นประเภทที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปั๊มขนาดใหญ่ที่ใช้ส่งของเหลวสะอาด เนื่องจากสามารถอุดตันได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับของแข็ง
ใบพัดแบบปิด (Closed Impellers) การใช้งาน เหมาะสำหรับสูบของเหลวที่มีของแข็งแขวนลอย
- ตัวอย่างการใช้งาน ใช้ในอุตสาหกรรมบำบัดน้ำเสีย, กระดาษและเยื่อกระดาษ, และเหมืองแร่
- ข้อดี-ข้อเสีย ข้อดีคือ มีประสิทธิภาพสูงและจัดการของแข็งได้ดี
- ข้อเสียคือ ทำความสะอาดและบำรุงรักษายาก
4. ใบพัดแบบวอร์เท็กซ์ (Vortex Impeller)
แตกต่างจากใบพัดทั้งสามประเภทก่อนหน้านี้ ใบพัดแบบวอร์เท็กซ์ไม่ใช่ใบพัดแบบช่องทาง (Channel impeller) โดยลักษณะภายนอกจะคล้ายกับใบพัดแบบกึ่งเปิด แต่มีช่องว่างภายในตัวเรือนปั๊ม (Volute) มากกว่า และทำงานต่างกันอย่างชัดเจน
การออกแบบของใบพัดประเภทนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับของเหลวที่สกปรก มีเศษขยะ หรือของแข็งที่เป็นเส้นหรือพันกันได้ เนื่องจากมันสร้างกระแสน้ำหมุน (Whirlpool) หรือสุญญากาศ ซึ่งช่วยให้ของแข็งถูกดึงผ่านโดยไม่เข้าไปสัมผัสกับใบพัดโดยตรง ส่งผลให้ภายในปั๊มไม่ได้รับความเสียหาย
ข้อดีของใบพัดแบบวอร์เท็กซ์คือ มีความสามารถในการจัดการของแข็งได้ดีเยี่ยม และมีความเสี่ยงต่อการอุดตันน้อยมาก อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพในการทำงานจะต่ำกว่าใบพัดประเภทอื่น ๆ ดังนั้น ใบพัดแบบวอร์เท็กซ์จึงควรเลือกใช้เฉพาะในกรณีที่จำเป็นเท่านั้น
ใบพัดแบบวอร์เท็กซ์ (Vortex Impellers)
- ตัวอย่างการใช้งาน มักใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ
- ข้อดี-ข้อเสีย ใบพัดแบบนี้มีประสิทธิภาพดีในการสูบของเหลวที่มีอากาศหรือก๊าซปนอยู่ ข้อดีคือ สามารถจัดการของเหลวที่มีปริมาณก๊าซสูงได้ดี
ข้อเสียคือ มีประสิทธิภาพต่ำเมื่อเทียบกับใบพัดประเภทอื่น
- ใบพัดแบบมีใบตัด (Cutter Impeller)
เช่นเดียวกับใบพัดแบบวอร์เท็กซ์ ใบพัดแบบมีใบตัดถูกออกแบบมาเพื่อรองรับการจัดการของแข็ง อย่างไรก็ตาม ใบพัดชนิดนี้แตกต่างออกไป เพราะแทนที่จะปล่อยให้ของแข็งไหลผ่านเหมือนใบพัดแบบวอร์เท็กซ์ มันจะใช้ครีบที่มีลักษณะคล้ายกรรไกรหรือมีดคม เพื่อบดหรือหั่นของแข็งให้ละเอียดก่อนเข้าสู่ตัวปั๊ม แม้ว่าประสิทธิภาพในการทำงานจะต่ำ แต่ใบพัดแบบมีใบตัดถือเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสูบของเสีย เช่น น้ำเสียหรือสิ่งปฏิกูล ที่ใบพัดแบบช่องทาง (Channel impeller) มักจะเกิดการอุดตัน
การจัดการของแข็งในของเหลว (Solids Handling)
ในหลายการใช้งาน เช่น ปั๊มแช่ ที่ตั้งอยู่ในบ่อรวมน้ำเสียหรือน้ำทิ้ง จำเป็นต้องสูบของเหลวที่มีของแข็งปนอยู่
- Channel Impeller มีช่องระหว่างใบพัดให้ของแข็งผ่านได้ เหมาะกับน้ำเสีย
- Vortex Impeller (Recessed Impeller) ใบพัดวางห่างจากช่องดูด สร้างวังน้ำหมุน (Vortex) ให้ของเหลวและของแข็งไหลผ่านโดยแทบไม่สัมผัสใบพัด เหมาะกับของแข็งขนาดใหญ่หรือของมีฤทธิ์กัดกร่อน
ใบพัดแบบตัดและบด (Cutters & Choppers) สำหรับการใช้งานที่เสี่ยงต่อการอุดตัน เช่น
- Cutter Pump
- ใบพัดมีคมตัดด้านหน้า ทำจากวัสดุแข็ง เช่น ทังสเตนคาร์ไบด์
- ทำงานร่วมกับแผ่นดูดที่มีขอบฟันเลื่อย
- ตัดเศษผ้า ผ้าเช็ดทำความสะอาด และของแข็งอื่น ๆ ก่อนเข้าสู่ปั๊ม
- Chopper Pump
- คล้าย Cutter แต่มีใบมีดแยกติดตั้งอยู่ภายนอก ใกล้ตาใบพัด
- รักษาระยะห่างแน่นหนาระหว่างใบมีดกับใบพัดเพื่อให้ตัดได้ตลอดทั้งแฉก
- ลดการอุดตันภายในโวลูตได้อย่างมีประสิทธิภาพ
Grinder Pump:
- มีใบมีดบดที่ช่องดูดด้านนอก
- สับของแข็งให้ละเอียดก่อนเข้าสู่ปั๊ม
- ใช้ร่วมกับใบพัดแรงดันสูง (High Head Impeller)
- เหมาะกับการรวบรวมน้ำเสียในพื้นที่ภูมิประเทศไม่สม่ำเสมอ
ใบพัดแบบเว้า (Recessed Impellers)
การใช้งาน ใบพัดแบบเว้ามีแผ่นปิดที่มีโพรง ซึ่งช่วยให้จัดการของเหลวที่มีของแข็งสูงได้โดยไม่อุดตัน
- ตัวอย่างการใช้งาน
มักใช้ในงานสูบตะกอน (slurry) และการบำบัดน้ำเสีย - ข้อดี-ข้อเสีย
- ข้อดีคือ รับมือกับของแข็งได้ดี ข้อเสียคือ มีประสิทธิภาพต่ำ
Impeller Flow Designs
มี Flow 3 แบบหลักคือ Axial (ตามแนวแกน), Radial (ตามรัศมี), Mixed (ผสม)
การเลือกใบพัดต้องสอดคล้องกับลักษณะการไหลของปั๊ม
ประเภทของใบพัด (Impeller Blade Designs)
ใน Centrifugal pump มี 3 แบบ คือ Forward blade, Backward blade, Radial blade
ใบพัดยอดนิยมในปั๊มหอยโข่งคือ Backward-curved blade เพราะมีประสิทธิภาพสูงและดูแลรักษาง่าย
ความแตกต่าง Impeller กับ Propeller
- Impeller ใช้ในปั๊มหอยโข่งเพื่อเคลื่อนของเหลว
- Propeller ใช้ในระบบขับเคลื่อนทางทะเลเพื่อเคลื่อนยานพาหนะ
ใบพัดแบบดูดเดี่ยวกับดูดคู่ (Single-suction vs Double-suction)
- ดูดเดี่ยวมีทางดูดของเหลวด้านเดียว
- ดูดคู่มีทางดูดของเหลวสองด้าน ทำให้สมดุลแรงดันมากขึ้นและเหมาะกับงานที่มีปริมาณน้ำมาก
ความสามารถเปลี่ยนหรืออัปเกรดใบพัดในปั๊มเก่า สามารถทำได้ แต่ต้องคำนึงถึงความเข้ากันได้กับแบบปั๊มและเงื่อนไขการทำงาน
ในกรณีที่ต้องสูบน้ำขึ้นที่สูง หรือระบบท่อขนาดเล็กโดยวิธีเพิ่มแรงดัน ทำได้โดย
- เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด
- ใช้ใบพัดแบบปิด (Enclosed) เพื่อป้องกันการไหลย้อนกลับภายใน (Recirculation)
- ใบพัดแบบปิดจัดการของแข็งได้น้อยลง จึงมักใช้ร่วมกับ
การเพิ่มประสิทธิภาพของปั๊มหอยโข่ง
เพื่อให้ปั๊มหอยโข่งทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ควรมีการตั้งระยะห่างที่เหมาะสมระหว่างด้านหน้าของครีบใบพัดกับเพลตดูด (Suction plate) อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้งานไปนาน ๆ ใบพัดและเพลตดูดจะเริ่มสึกหรอ ทำให้ประสิทธิภาพของปั๊มลดลง แต่หากมีการตรวจสอบช่องว่างและปรับแต่งอย่างสม่ำเสมอ ก็ยังสามารถรักษาสมรรถนะของปั๊มไว้ได้
นอกจากนี้ เรายังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพโดยการ เพิ่มช่องว่างด้านหลังใบพัด (Clearance behind the impeller) โดยปรับตำแหน่งของใบพัดให้เข้าใกล้แผ่นกันสึกด้านดูดมากขึ้น ด้านหลังของใบพัดจะมีใบพัดเล็ก ๆ ที่เรียกว่า “Back pump-out vanes” ซึ่งอยู่ด้านที่ไม่ได้ทำหน้าที่สูบของเหลว ใบพัดเล็กเหล่านี้ทำหน้าที่เหมือนปั๊มหอยโข่งขนาดเล็กอีกชุดหนึ่ง ช่วยในการลดแรงดันและควบคุมแรงดันด้านหลัง ทำให้รักษาสภาพการทำงานของปั๊มได้ดีขึ้น
ประสิทธิภาพของปั๊มแรงเหวี่ยงของคุณลดลง
ใบพัดปั๊มอาจเป็นสาเหตุที่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง สาเหตุอาจมาจากการหมุนของใบพัดในทิศทางผิด หรือมีการอุดตันจากสิ่งสกปรก หรือแม้แต่การสึกหรอที่มากเกินไป นอกจากนี้ หากช่องว่างระหว่างใบพัดและแผ่นสึกหรอ (Wear plate) กว้างเกินไป ของเหลวจะไหลวนภายในปั๊ม อากาศที่เกิดฟองรอบใบพัดหรือหน้าช่องดูดอาจทำให้ไม่มีการสูบของเหลวเลย
การเลือกวัสดุใบพัดมีความสำคัญไม่แพ้การเลือกแบบใบพัด
| วัสดุ | คุณสมบัติ |
| เหล็กหล่อ (Cast Iron) | ทนต่อการสึกหรอ ราคาประหยัด แต่ไม่ทนการกัดกร่อนมาก |
| สแตนเลส (Stainless Steel) | ทนเคมีสูง ทนการกัดกร่อนมาก ราคาสูงกว่าเหล็กหล่อ |
| ทองสัมฤทธิ์ (Bronze) | ทนเค็ม ใช้ในบริเวณชายฝั่งหรือระบบน้ำเกลือ |
| พลาสติกเรซิน (Plastic/Resin) | ทนเคมีสูง ราคาย่อมเยา เหมาะกับปั๊มขนาดเล็ก |
ประเภทของของเหลวและเงื่อนไขของระบบ จะเป็นตัวกำหนดประเภทและวัสดุของใบพัดที่เหมาะสม
ควรแจ้งข้อมูลเหล่านี้ให้ผู้ผลิตหรือผู้จำหน่ายปั๊มเพื่อช่วยเลือกปั๊มและใบพัดที่เหมาะสมที่สุด
ผลกระทบของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัด
นอกจากประเภทของใบพัดแล้ว ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดก็เป็นอีกปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกใช้ปั๊มหอยโข่ง (Centrifugal pump) เนื่องจากมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของปั๊ม
โดยหลักการแล้ว
- ใบพัดที่มีขนาดใหญ่กว่า จะมีความเร็วรอบที่ขอบใบพัด (Circumferential speed) สูงกว่า ซึ่งทำให้สามารถสร้างแรงดันส่ง (Head) และอัตราการไหล (Flow) ได้มากกว่า
- ใบพัดที่มีขนาดเล็กกว่า จะให้แรงดันส่งและอัตราการไหลที่น้อยลง
ด้วยเหตุนี้ ใบพัดจึงสามารถ ปรับขนาด (Trim) ให้พอดีกับจุดทำงาน (Duty point) ที่ต้องการในการใช้งานเฉพาะทางได้ โดยเส้นโค้งสมรรถนะของปั๊มหอยโข่งส่วนใหญ่จะแสดงช่วงของขนาดใบพัดที่สามารถตัดแต่งได้ ซึ่งใช้เป็นแนวทางในการกำหนดขนาดใบพัดที่เหมาะสมกับความต้องการ
การปรับแต่งใบพัด (Impeller trimming) เป็นวิธีที่มีต้นทุนต่ำกว่าการใช้ อินเวอร์เตอร์ (Variable Frequency Drive – VFD) เพื่อควบคุมจุดทำงานของปั๊ม อย่างไรก็ตาม ยิ่งมีการตัดแต่งใบพัดมากเท่าใด ช่องว่างระหว่างใบพัดกับตัวเรือนปั๊มก็จะกว้างขึ้น ซึ่งส่งผลให้ ประสิทธิภาพลดลง นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมการปรับขนาดใบพัดจึงมีขีดจำกัด
แรงดันที่เกิดจากใบพัดจะถูกแปลงเป็นความเร็วเมื่อการเคลื่อนที่ออกไปของของเหลวถูกจำกัดอยู่ภายในตัวเรือนของปั๊ม โดยทั่วไป ใบพัดจะมีลักษณะเป็นทรงกระบอกสั้น มีช่องเปิดสำหรับให้ของเหลวไหลเข้าเรียกว่า “Eye” มีครีบหรือใบพัดเพื่อผลักของเหลวออกไปในแนวรัศมี และมีรูเจาะแบบบั้ง (Splined), มีร่องลิ่ม (Keyed) หรือแบบเกลียว (Threaded) สำหรับต่อเข้ากับเพลาขับ
ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดส่งผลต่อประสิทธิภาพของปั๊ม
- ใบพัดที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น สามารถจัดการของเหลวได้มากขึ้น ส่งผลให้อัตราการไหลสูงขึ้น
- แต่ต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการหมุน ส่งผลให้การใช้พลังงานสูงขึ้น
- ในทางกลับกัน ใบพัดขนาดเล็กกว่าใช้พลังงานน้อยกว่า แต่สามารถจัดการของเหลวได้น้อยกว่า ทำให้อัตราการไหลต่ำลง
5 ปัจจัยสำคัญในการเลือกใบพัด
การเลือกใบพัด ต้องพิจารณาปัจจัยสำคัญ 5 ประการ ซึ่งมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพ ความคงทน และสมรรถนะของปั๊ม ได้แก่
- อัตราการไหล (Flow rate):
คือปริมาณของเหลวที่ปั๊มสามารถส่งได้ในช่วงเวลาหนึ่ง โดยปกติจะแสดงเป็นแกลลอนต่อนาที (GPM)
ตัวอย่างเช่น ปั๊มที่ส่งได้ 100 GPM เหมาะกับงานที่ต้องการอัตราการไหลสูงมากกว่าปั๊มที่ส่งได้ 50 GPM - แรงดันน้ำหรือศีรษะ (Head):
หมายถึงความสูงสูงสุดที่ปั๊มสามารถยกของเหลวได้ โดยแสดงเป็นฟุตหรือเมตร
ตัวอย่างเช่น ปั๊มที่มี Head 50 ฟุต สามารถยกของเหลวให้สูงถึง 50 ฟุตได้ - ความถ่วงจำเพาะ (Specific gravity)
คืออัตราส่วนของความหนาแน่นของของเหลวเทียบกับน้ำ ซึ่งส่งผลต่อแรงดันและประสิทธิภาพของปั๊ม
ตัวอย่างเช่น ของเหลวที่มี Specific gravity มากกว่า 1 จะมีน้ำหนักมากกว่าน้ำและต้องใช้กำลังมากขึ้นในการสูบ - ความหนืด (Viscosity)
หมายถึงความต้านทานต่อการไหลของของเหลว ซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพของปั๊ม
ตัวอย่างเช่น ของเหลวที่มีความหนืดสูงจะต้องใช้กำลังมากกว่าของเหลวที่มีความหนืดต่ำในการสูบ - ปริมาณของแข็ง (Solids content) ปริมาณของแข็งหมายถึงจำนวนของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในของเหลวที่สูบ ซึ่งมีผลต่อ การออกแบบและประสิทธิภาพของใบพัด เช่น ปั๊มที่ใช้ใบพัดแบบปิดเหมาะสำหรับของเหลวที่มีของแข็งแขวนลอย
ข้อน่าสนใจเกี่ยวกับใบพัดปั๊ม (Impellers)
- เช่นเดียวกับยางรถยนต์ ใบพัดปั๊มต้องถูกปรับสมดุลอย่างเหมาะสมเพื่อลดการสั่นสะเทือนในปั๊มแรงเหวี่ยง
- คุณภาพอยู่ที่รายละเอียด การหล่อและการเลือกวัสดุมีบทบาทต่อประสิทธิภาพของปั๊ม ใบพัดที่มีโครงสร้างวัสดุเรียบเนียนจะมีประสิทธิภาพสูงกว่า
- ในกรณีส่วนใหญ่ ปั๊มแรงเหวี่ยงที่มีขนาดใหญ่และใบพัดที่ใหญ่กว่าจะทำงานได้มีประสิทธิภาพสูงกว่าปั๊มขนาดเล็กที่มีใบพัดขนาดเล็ก
- ใบพัดที่ออกแบบมาอย่างดีจะมีใบพัดด้านหลัง (back vanes) ซึ่งช่วยลดแรงดันต่อซีลกลไก และลดแรงแนวแกนที่ส่งผลต่อแบริ่ง
- สำหรับใบพัดที่มีช่องเปิดด้านหน้าใหญ่ แต่เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกเล็ก การไหลของของเหลวจะมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับแรงดันของปั๊ม
- สำหรับใบพัดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกใหญ่ แต่ช่องเปิดด้านหน้าเล็ก แรงดันของปั๊มจะมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับการไหลของปั๊ม
- ใบพัดปั๊มสามารถถูกตัดแต่งหรือกลึงได้ เช่น ในกรณีที่ต้องลดเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดเนื่องจากกำลังของเครื่องยนต์ที่มีอยู่ หากความเร็วของปั๊มแรงเหวี่ยงยังคงเท่าเดิม แรงดันและประสิทธิภาพของปั๊มจะลดลงเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดลดลง
- ใบพัดของปั๊มแรงเหวี่ยงถูกออกแบบให้หมุนในทิศทางเดียว หากใบพัดหมุนในทิศทางผิด แรงดันและปริมาณการไหลจะน้อยกว่าการหมุนในทิศทางที่ถูกต้องอย่างมาก