หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

1

หลกการ เหตผล และทฤษฎทเกยวของ

หลกการและเหตผล

จากวกฤตทางดานพลงงานทเกดขนในปจจบน พลงงานทดแทนจงเปนทางออกทส าคญอกอยางหนงของประเทศ โดยเฉพาะประเทศไทยเปนประเทศทประสบปญหาทางดานพลงงานอยางมาก ในขณะเดยวกนกมทรพยากรธรรมชาตอยางมากมาย ซงสามารถน ามาใชเปนพลงงานไดประเทศไทยเปนประเทศทมแหลงน าจากธรรมชาต แมน า ล าคลองมากมาย เพอใชในการด ารงชวตประจ าวน เชน ทางดานการอปโภคบรโภค การเกษตรกรรม การคมนาคม และอนๆอกมากมาย พลงงานจากน ากเปนอกวธหนงทสามารถน ามาใชประโยชนได พลงงานน าเปนพลงงานหมนเวยนทสะอาดและไมสงผลกระทบตอสงแวดลอม มการใชประโยชนอยางแพรหลาย เชน พลงงานน าจากเขอนเพอใชในการผลตไฟฟา ระหดวดน า กงหนน าเพอใชในอตสาหกรรมการเกษตร เปนตน

การพฒนาดานพลงงานน านน ไดสอดคลองกบโครงการ กงหนชยพฒนาของพระบาทสมเดจพระเจาอยหว เปนกงหนน าเพอบ าบดน าเสยดวยวธการเตมอากาศ ท างานโดย การหมนปน เพอเตมอากาศใหน าเสยกลายเปนน าด สามารถประยกตใชบ าบดน าเสยจากการอปโภคของประชาชน น าเสยจากโรงงานอตสาหกรรม รวมทงเพมออกซเจน ใหกบบอเพาะเลยงสตวน าทางการเกษตร ซงพระบาทสมเดจพระเจาอยหวทรงทมเทพระวรกายในการศกษาวจยและพฒนาเกยวกบทรพยากรน า ทรงพระราชทานพระราชด ารวางโครงการพฒนาแหลงน าตางๆ

หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

2

ตลอดจนทรงแกปญหาส าคญ ไดแก ปญหาการขาดแคลนน า ปญหาน าทวม และปญหาน า เนาเสย กระทงกอให เกดโครงการอนเนองมาจากพระราชด ารมากมาย ดงพระราชด ารสพระบาทสมเดจพระเจาอยหว เมอวนท 17 มนาคม 2529 วา “…หลกส าคญวาตองมน าบรโภค น าใช น าเพอการเพาะปลก เพราะวาชวตอยทนน ถามน า คนอยได ถาไมมน าคนอยไมได ไมมไฟฟา คนอยได แตถามไฟฟาไมมน า คนอยไมได...”

จากพระราชด ารสของพระบาทสมเดจพระเจาอยหวนน ทางวทยาลยพลงงานทดแทน มหาวทยาลยนเรศวร จงไดมแนวความคดในการออกแบบและพฒนากงหนน าสบน าแบบทนลอย ณ วดก าแพงมณ อ.บางกระทม จ.พษณโลก เปนวดทมพนทตดกบแมน านานซงเปนแมน าสายหลกของทางภาคเหนอของประเทศ ทสามารถใชประโยชนจากทรพยากรทางดานน าเพอใชในชวตประจ าวนตอบรเวณวดและชมชนโดยรอบ โดยการจะน าน าขนมาใชไดนน จ าเปนท จะตองใชเครองสบน าในการสบน าจากแมน าขนมาใช แตพบวาในแตละเดอนตองสนเปลองไปกบคาไฟฟาทใชกบเครองสบน า ทางวดก าแพงมณจงมแนวความคดในการทจะน าพลงงานน าจากแมน ามาใชใหเกดประโยชน โดยการสรางกงหนน าสบน าแบบทนลอย ใชพลงงานจากกระแสน าในการหมนกงหนน าเพอการสบน า แตพบวาดวยระดบของแมน ากบความสงของบรเวณวดมความสงตางกนถง 15-20 เมตร และกระแสน าทไหลชา ท าใหกงหนน าไมสามารถสบน าขนมาถงบรเวณวดได

โดยกงหนน าตวแรก (รปท 1) ททางวดจดสรางขนมามขนาดเสนผานศนยกลาง 1.6 เมตร กวาง 1 เมตร ใบกงหนเปนแบบใบตรงจ านวนใบ 6 ใบ กนน าลก 0.4 เมตร จากการน าไปใชงานเมอตอเขาเครองสบน า พบวาไมสามารถสบน าขน มาใชได

หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

3

รปท 1 กงหนน าตวแรกททางวดสราง มใบตรง 6 ใบ

ตอมาไดมการน ากงหนน าตวใหม (รปท 2) ซงมขนาดเสนผานศนยกลาง 2 เมตร กวาง 1.2 เมตร ใบกงหนเปนแบบใบตรงจ านวนใบ 8 ใบ กนน าลก 0.4 เมตร เมอน ามาตอเขากบเครองสบน าพบวาสามารถสบน าขนมาไดเพยง 5 เมตร ซงพนททใชน าเพออปโภคบรโภคในบรเวณของวดมความสงตางจากแมน า 15-20 เมตร

รปท 2 กงหนน าตวท 2 มใบตรง 8 ใบ

หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

4

จากขอมลขนตนจงไดมแนวความคดในการออกแบบและพฒนากงหนน าสบน าแบบทนลอย เพอใหสามารถสบน าจากแมน าทมความเรวของกระแสน าทต าและมระดบความสงตางกนระหวางผวน ากบรมฝงแมน า 15-20 เมตรขนมาใชได เพอททางวดก าแพงมณจะไดน าน าจากแมน าไปใชในการอปโภคบรโภค และยงสามารถสรางพนทรมแมน าของทางบรเวณวด เพอใหกลายเปนแหลงเรยนรทางดานพลงงานทดแทน ในการน าพลงงานจากกระแสน ามาใชใหเกดประโยชนได

จากงานวจยของทางวทยาลยพลงงานทดแทน เรองการออกแบบและพฒนาระบบสบน าโดยใชกงหนน าแบบทนลอย ทผานมานน ไดแบงผลการวจยออกเปน 2 สวนตามวตถประสงคในการท างานวจย คอ การออกแบบและสรางระบบสบน าโดยใชกงหนน าแบบทนลอยและการศกษาความคมคาทางเศรษฐศาสตรของระบบสบน าโดยใชกงหนน าแบบทนลอยทท าการออกแบบการสรางระบบสบน าโดยใชกงหนน าสบน าแบบทนลอย

จากแบบทไดจากการค านวณ จงท าการสรางกงหนน าขน โดยท าการแบงขนตอนในการสรางออกเปน การขนโครงสราง การประกอบและการตดตง และการวางระบบสงน า

หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

5

รปท 3 แสดงภาพจากการออกแบบระบบสบน าโดยใชกงหนน าแบบทนลอย

รปท 4 แสดงการขนโครงสรางกงหนน า

หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

6

รปท 5 แสดงการประกอบและการตดตง

ทฤษฎทเกยวของ กงหนน า (Turbine) คอเครองจกรทท าหนาทเปลยนพลงงานชลศาสตร จากการไหลของกระแสน า ไปเปนพลงงานกล จากการหมนของเพลากงหนซงสามารถน าไปใชเปนตนก าลงใหเครองจกรตางๆไดกงหนน าแบงเปน 2 ชนดใหญๆ คอ กงหนน าแบบแรงกระแทกและกงหนน าแบบแรงสะทอนกงหนน าแบบแรงกระแทก (Impulse Turbine or Tangential Water Wheel)

เครองกงหนน าชนดอมพลสจะเปลยนรปพลงงานจากการไหลทงหมดเปนพลงงานจลนของล าน ากอนทจะพงเขาปะทะกบลกถวย การเปลยนรปของพลงงานศกยเปนพลงงานจลนจะเกดขนไดดวยการใหน าไหลผานหวฉด โดยความดนทกระท าตอล าน าทงกอนและหลงจากกระทบกบลกถวยแลวมคาเทากน และจากพลงงานจลนของน าจะเปลยนเปนพลงงานเชงกลท าใหใบพดเคลอนทและหมน

หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

7

เพลาของวงลอตอไป เครองกงหนน าชนดอมพลสจะใชงานไดดภายในสภาวะการท างานทเฮดสงและอตราการไหลต า โดยเฮดของแหลงน าควรมคาระหวาง 600-2000 เมตร

ลกษณะการท างานของเครองกงหนน าชนดอมพลสแสดงดงรปท 1 โดยเครองกงหนน าชนดนสามารถเรยกไดอกชอหนงวา เครองกงหนน าชนดเพลตน เนองจากในป ค.ศ.1880 วศวกรชาวอเมรกาชอ เลสเตอร เอ เพลตน (Lester A. Pelton) ไดพฒนาเครองกงหนน าชนดอมพลสซงมการใชงานอยางแพรหลายใหสามารถท างานภายใตเฮดสงๆได ซงลกถวยครงวงกลม ควรมจ านวนอยระหวาง 18-22 ลกถวย แตไมควรต ากวา 15 ลกถวย

รปท 6 ลกษณะการท างานของเครองกงหนน าชนดเพลตน

(ทมา : เครองจกรกลของไหล)

หวฉด

(nozzle)

ลาน า

(water jet)

d

ลกถวย

แนวการหมน ของลกถวย

(pitch circle)

D

D = เสนผานศนยกลางของแนวการหมนของลกถวย

d = เสนผานศนยกลางของลาน า

หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

8

สวนประกอบของกงหนน าแบบทนลอย

กงหนน าแบบทนลอย ประกอบไปดวยสวนตางๆดงตอไปน

รปท 7 สวนประกอบตางๆของกงหนน าแบบทนลอย

กงหนน า

ปมชกสบน า

ชดเฟองทดรอบ

ถงพลาสตกขนาด 200 ลตร

แพ

ไม

หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

9

ข นตอนการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

1. ตดตงกงหนแบบทนลอยในบรเวณทมน าไหลแรง

2. ตอปมชกสบน าเขากบชดเฟองทดรอบ ตามความแรง ระยะทางและความ

สงของน าตามตองการ

หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

10

3. เตมน าเขาปมชกสบน า

4. ตอสายยางจากปมแลวน าน าไปใชไดทนท

หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

11

การดแลรกษากงหนน าแบบทนลอยเบ องตน

1. ท าความสะอาดใบกงหนอยางเปนประจ าอยางนอยเดอนละ 1 ครง 2. คอยน าเศษขยะทลอยมาตดแพไมออก เพราะอาจจะขาไปรบกวนการ

ท างานของกงหนได 3. หากชดเฟองทดรอบ ชดลกปนแกนกงหนและปมชกสบน ามอาการฝดให

หยอดน ามนหลอลน 4. ถากงหนน าไมหมนใหท าการทดรอบชดเฟองใหม เพอใหรอบเบาลงแตกจะ

สงผลใหไดน าปรมาณทนอยลง 5. ชวงฤดน าหลากควรเกบกงหนน าแบบทนลอยใหใกลฝงไว และใชเชอกมด

รงไวใหมนคง 6. ชวงหนาแลงจนน าไมไหล ใหยกกงหนน าเกบไวบนบกในทรม เพอปองกน

การเสอมสภาพ 7. ตรวจดถงพลาสตกขนาด 200 ลตร อยางสม าเสมอ หากพบการรวของถง

ใหน าถงใหมมาเปลยนทนท

หนวยวจยพลงงานชมชน มหาวทยาลยนเรศวร คมอการใชงานกงหนน าแบบทนลอย

12

คณะผจดทา 1. หวหนาโครงการ ดร.พสษฏ มณโชต วทยาลยพลงงานทดแทน มหาวทยาลยนเรศวร 2. ผรวมโครงการ ผชวยศาสตราจารย ดร.ประพธาร ธนารกษ วทยาลยพลงงานทดแทน มหาวทยาลยนเรศวร 3. ผรวมโครงการ ดร.บงกช ประสทธ วทยาลยพลงงานทดแทน มหาวทยาลยนเรศวร 4. ผรวมโครงการ นายวกานต วนสงเนน วทยาลยพลงงานทดแทน มหาวทยาลยนเรศวร