บทท 4 เครองขบเคลอนของไหล

4.1 คานา

ในระบบทมการเคลอนทของๆไหลดงในบทท 3 จะพบวาตองมเครองมอทชวยทางานเพอ ทา

หนาทเพมพลงงานใหแกของไหลเพอจะเอาชนะตอคาการสญเสยพลงงานจากความฝด หรอให

พลงงานทจะเพมความเรว ความดน หรอความสงใหแกของไหล ระบบเครองมอทใชเรยกวา ปมหรอ

เครองสบ (pump) เมอของไหลเปนของเหลว หรอเครองอดอากาศ (Compressor) เมอของไหลเปน

อากาศหรอกาซอนๆ และคดวาเครองมอเหลานเปนสงแวดลอม (surrounding) ททางานใหกบของ

ไหล ซงถอวาเปนระบบ(system) พลงงานทนามาเพมใหแกของไหลอาจมาจากเครองยนต มอเตอร

แรงลม แรงคน หรอพลงงานจากแหลงอนกได

ปม หรอเครองสบชวยทาใหชวตมนษยงายขนมาก เมอกอนผคนจะเลอกทอยอาศยใหใกล

แหลงนาเพอความสะดวกในการนานามาใชในการอาบกนและทาการเกษตร ทาอตสาหกรรม การใช

นาปรมาณมากๆ ทาใหมนษยจาเปนตองหาทางทาเครองมอทจะชวยใหงานขนสงนางายขน ปม

สมยใหมไดเรมมววฒนาการมาตงแตประมาณ ป ค.ศ. 1840 โดยเปนแบบลกสบชก (Reciprocating)

ชนดตอตรงเขากบเครองจกรไอนา และพฒนาตอมาเรอย ๆ ในทกดาน

4.2 การแยกประเภทปม

การจดหมวดหมของปม อาจทาไดโดยใชแนวทางตางกน คอ

4.2.1 แยกตามลกษณะการเพมพลงงานใหแกของเหลว หรอการไหลของของเหลวในปม

ไดแก

ก. ประเภทเซนตรฟกอล (Centrifugal) เปนการเพมพลงงานโดยอาศยแรงเหวยงหนจด

ศนยกลาง บางครงเรยกวา Roto-dynamic

ข. ประเภทโรตาร (Rotary) เพมพลงงานโดยอาศยการหมนของฟนเฟองรอบแกนกลาง

ค. ประเภทลกสบชก (Reciprocating) เพมพลงงานโดยอาศยการอดโดยตรงในกระบอกสบ

ง. นอกแบบ (Special) เพมพลงงานโดยอาศยกลไกอน ๆ นอกเหนอจากสามแบบขางตน 4.2.2 การแยกประเภทตามลกษณะการขบดนของเหลวในเครองสบ ซงยงแบงไดเปนสองลกษณะ

คอ

ก. ทางานโดยไมอาศยหลกการแทนทของเหลว (Non-Positive Displacement) ซง

ปมประเภทอาศยแรงเหวยงหนศนยกลางอาจจดอยในประเภทน

87

ข. ทางานโดยอาศยหลกการแทนทของเหลวในหองสบโดยการขบเคลอนชนสวนของเครองสบ

ประเภทนรวม Rotary และ Reciprocal อยในกลมเดยวกน การใชแผนภมอาจทาใหเหนการ

จาแนกประเภทปมชดเจนขน

รปท 4.1 การจาแนกประเภทของปม

Volute

Diffuser เซนตรฟกอล Regenerative-turbine Single-stage (Centrifugal) Vertical-turbine Multistage

Mixed-flow

Axial-flow (propeller)

Gear

Vane

โรตาร Lobe

(Rotary) Screw

etc. Simplex

Duplex

Direct-acting Triplex

ลกสบชก Diaphragm Quadruplex

(Reciprocating) Rotary-piston etc.

etc.

Jet

นอกแบบ Gas lift

(Special) Hydraulic ram

etc.

88

รป 4.2 ปมแบบลกสบชกชนดลกสบเดยวสองจงหวะ

4.3 ปมแบบลกสบชก (Reciprocating) ปมแบบนเพมพลงงานใหแกของเหลวโดยการเคลอนทของลกสบซงเขาไปอดของเหลวใหไหล

ไปสทางจาย ปรมาตรของเหลวทสบไดแตละครงเทากบผลคณของพนทหนาตดของกระบอกสบกบชวง

ชกของกระบอกสบนน แตกตางจากปมแบบโรตารซงผลกของเหลวออกสทางจายโดยการหมนของ

เฟองรอบแกน ในขณะทปมลกสบเคลอนทในแนวนอน ปมทมกระบอกสบเดยว ซงรอใหนาเขากระบอก

สบแลวอดออกไปทาใหการไหล

ของนาไมสมาเสมอมนาออกมา

เฉพาะจงหวะอด เรยกปมแบบน

วา Simplex single action ม

กราฟแสดงอตราการไหลเปน

ชวง ๆ

วศวกรไดหาทางแกไขการขาดชวงของนาทจายออกโดยการดดแปลงกระบอกสบใหทางานได

ทงจงหวะอดและจงหวะดด แมจะมกระบอกสบเพยงชดเดยว โดยเพมความยาวของกระบอกสบทาให

จงหวะอดปลายกระบอกสบดานหนงเปนจงหวะดดของอกดานหนงและเราเรยกปมนวา Simplex

double acting ตามรป 4.2 ในรป 4.3 เปน discharge curve ของ ปมแบบลกสบชกแบบตางๆ ซง

รป 4.3 Discharge curves ของปมแบบลกสบชกแบบตางๆ

89

รป 4.4 Internal Gear Pump

เปนการพฒนาเพอใหไดการจายนาทสมาเสมอมากยงขน และดวยแนวคดเกยวกบความสมาเสมอของ

การจายนาหรอความคงทของแรงดนอาจทาไดดวยการเพมจานวนกระบอกสบเปนสอง สาม หรอส

โดยโปรแกรมใหลกสบเหลานทางานเสรมกน เรยกปมตามจานวนลกสบ Simplex หมายถงมกระบอก

สบเดยว, Duplex สองสบ, Triplex สามสบ, Quaduplex สสบ นอกจากนกอาจแกปญหาโดยการปม

ของเหลวผานเขาไปในหมอลมกอนจายเขาไปในระบบ อากาศทมการขยายและหดตวไดดจะชวยทาให

อตราไหลสมาเสมอ ซงดไดจากกราฟเสนลางของรป 4.3

4.4 ปมแบบโรตาร (Rotary Pump) ปมแบบนทางานโดยของเหลวถกดดเขาและอดออกไปจากเครองปม โดยการหมนรอบ

ศนยกลางของเครองมอกล ซงมชองวางใหของเหลวไหลเขาทางดานทางดด และเกบอยระหวางผนง

หองสบกบชนสวนทเปนตวหมนหรอโรเตอร ซงจะขบเคลอนของเหลวไปเรอย ๆ จนถงดานจาย อตรา

ไหลของปมชนดนขนอยกบปรมาตรของชองของเหลวในหองสบและอตราเรวของการหมนของโรเตอร

ปมแบบนจะใหประสทธภาพสงถง 80 – 85 % ถาใชกบของเหลวทมความหนดสงหรอเขมขนมาก

ปมประเภทนกมหลายแบบ เชน แบบเฟอง (Gear pump), แบบครบ (Vane pump), แบบลอน (Lobe

pump)สกรปม (Screw pump)

4.4.1 Gear Pump เปน Rotary pump ทใชกนมากทสด

ประกอบดวยเกยรสองตวหมนขบกนในหองสบ เมอของเหลว

ถกดดเขามาอยระหวางรองฟนของเกยรกถกพาใหเคลอนท

ออกไปสทางจาย ฟนของเฟองจะอยชดกบผนงหองสบกน

การไหลยอนกลบไปทางดานดด เมอถงทางจายแลวรอง

ฟนเฟองซงเดมมของเหลวอยเตมจะถกแทนทดวยฟนจาก

เฟองอกตวหนง ซงขบกนสนทจนของเหลวไมสามารถไหลผาน

ฟนเฟองไปสดานดดได รป 4.4 4.4.2 ปมโรตารแบบครบ (Vane Pump) ปมแบบนมหองสบเปนรปทรงกระบอก และมโรเตอร ซงเปน

ทรงกระบอกเหมอนกนวางเยองศนยใหผวนอกของโรเตอรสมผสกบผนงหองสบทกงกลางทางดดกบ

ทางจาย

90

รป 4.5

รป 4.6

4.4.3 ปมโรตารแบบลอน (Lobe pump) มลกษณะคลายกบ gear pump แตโรเตอรหนาตาแปลกไป

แทนทจะเปนเฟองเกยรกจะเปนลอนหรอพ สองถงสพ ชองวางระหวางพจะแบนและกวางจงมปรมาตร

การสบทสงกวา Gear pump แตเนองจากการถายทอดกาลงหมนของโรเตอรมประสทธภาพคอนขาง

ตา จงตองมเฟองอยนอกหองสบชวยขบใหจงหวะการหมนของโรเตอรทงสองชดเขากนไดด

4.4.4 ปมโรตารแบบสวาน (Screw pump) โรเตอรของปมแบบนหนาตาเหมอนดอกสวาน เมอหมน

จะขบเคลอนใหของไหลใหเดนหนาไปเรอย ๆ จนถงทางออก ถามดอกเดยวเรยก Single Screw และ

อาจมScrew สองหรอสามตวกได

91

4.5 ปมแบบเซตรฟกอล (Centrifugal Pump)

ปมชนดนถายเทพลงงานจาก

เครองยนตตนกาลงหรอมอเตอร

ไฟฟาใหแกของเหลวทถกดดเขา

ตรงจดศนยกลางของใบพด การ

หมนของใบพดจะเหวยงของเหลว

ออกสปลายใบพดทาใหเกดการ

ไหลในแนวของแรงลพธระหวาง

แรงในแนวรศมและแรงในแนว

สมผส แรงเหวยงนเรยกแรงหน

ศนยกลาง เมอของเหลวเคลอนท

ไปสปลายใบพด ความกดดนของ

ของเหลวจะเพมขนเรอย ๆ และมคามากทสดเมออยหางจดศนยกลางของใบพดมากทสด เมอม

ความเรวมากพอแรงเหวยงนจะทาใหเกดสภาวะศนยกลางทตาแหนงดมของใบพดซงเออใหของเหลว

จานวนใหมถกดดเขามาแทนในตาแหนงศนยกลางใบพดนและถกเหวยงออกไปเรอย ๆ ตอเนองเมอ

ของเหลวทถกดดเขาไปทศนยกลางถกเหวยงออกไปดานนอกทกทศทางในแนวของใบพดเพอให

ของเหลวทสะสมอยโดยรอบมเพมขนได จงตองตดตงใบพดใหเยองศนย มจดทปลายใบพดแทบจะ

แตะเรอนปมตาแหนง ตาแหนงนเรยกวา “ลนของเรอนปม”, Tong of the casing จากตาแหนงลนของ

รป4.7 Screw pump a) Single Screw b)Double

รป 4.8 ปมแบบเซตรฟกอล

92

ปมไปทางดานทางออกปรมาตรจะเพมเรอย ๆ เพอรองรบของเหลวทเพมขนและถกขบออกไปทางดาน

จาย (Discharge opening) ซงตอกบทอปมเซน

ตรฟกอลนมอยดวยกนหลายแบบ ไดแก 4.5.1 ปมแบบหอยโขง (Volute Type) เปนเซนตรฟกอลปมชนดพนฐานของเหลวถกดด

เขาสศนยกลางของใบพดในทศทางขนานกบ

แกนเพลาและไหล(ถกเหวยง)ออกตงฉากกบ

ทศทางทไหลเขา ชองทางเดนของๆเหลวจะเรมท

ลนของเรอนปมสะสมมากขนในทศทางการหมน

ของใบพด ชองทางของๆไหลนอาจมชองเดยว

หรอมากกวาเพอชวยใหแรงกดบนเพลาของ

ปมลดลง

4.5.2 แบบมครบผนนา (Diffuser) ปมแบบนมลกษณะของเรอนปมและใบพดเหมอนแบบ Volute

type ทกอยาง แตภายในเพมเตมครบผนนาตดอย

กบเรอนปมเพอชวยปรบทศทางใหของเหลวทถกดน

ออกมาเขาสทศทางไปสชองทางเดนทเปนสวนโคง

รอบนอกไดเรวขน ทาใหมการสญเสยพลงงานนอยลง

ทาใหการเปลยนพลงงานจลนมาเปนพลงงานศกย

ในรปของความดนมประสทธภาพดขน

4.5.3 แบบเทอรไบน (Turbine Type) ปมแบบนบางครงเรยกวาแบบ Vertex, periphery หรอ

Regenerative Turbine ลกษณะเดนของมนคอตวใบพดจะเปนแผนแบบกลม มความหนา ครบของ

ใบพดเกดจากการกดเซาะรองบนของของแผนใบพด เกดเปนแผนครบแคบ ๆ และลนในแนวรศม เมอ

รป 4.10 เซนตรฟกอลปม แบบมครบผนนา

รป 4.9 ปมแบบเซตรฟกอลแบบหอยโขง

93

ของเหลวจากทางดดสชองวางระหวางครบของใบพด มนจะถกเหวยงออกดวยแรงหนศนยกลาง แต

เนองจากผนงของเรอนปมปดกนอยมนไปไหนตอไมได กจะถกบงคบใหตองยอนกลบเขาสชองวาง

ระหวางครบและถกเหวยงกลบออกไปอก ขบวนการนเกดซาไปมาจนกวาจะเคลอนทถงทางออกทาใหม

พลงงาน

เพมขนเรอย ๆ ตามจานวนครงของการเดนทางไปมาระหวางครบ และขอบใบพด ซงอาจมจานวนครง

ตงแต 2 ถง 50 ยงจานวนครงมากพลงงานศกยของๆเหลวกจะเพมมากขน 4.5.4 แบบ Vertical Turbine ปมแบบนมเรอนปมแตกตางจาก

Volute type แตยงคงมหลกการของ Centrifugal คอ

ของเหลวเขาสจดศนยกลางของใบพดและถกเหวยงออกดวยแรง

หนศนยกลาง แตตวเรอนปมสงนาจากลางขนบน มกใชสบนา

จากบอลกขนมาบนดน จงมกถกเรยกวา Deep Well type หรอ

Deep Well Turbine มใบพดไมใชแบบเทอรไบน แตเปน radial

flow หรอ Mixed flow และมกมหลายชดตอกนเปนอนกรมเพอ

สะสมพลงงานใหมากพอทจะยกนาจากบอลก ๆ ได แตละชด

ของใบพดเรยกวา Stage Vertical Turbine, Three Stage Deep

Well Turbine

รป4.11 Regenerative Turbine

รป4.12 Vertical Turbine

94

4.5.5 Mixed Flow เปนปมซงมใบพดทบงคบทศทางของนาจากทางเขาของทางดดทศนยกลางใบพด

ใหนามทศทางทเกดจากการผสมระหวางแรงในทศทางของแรงหนศนยกลาง ซงอยในแนวรศมกบแรง

ผลกจากรปรางของใบพดทมทศขนานกบแกนเพลา ของเหลวทออกจงมทศทางทามม 45° ถง 80°

กบแกนเพลา ขอดของปมแบบนคอจะไดคาอตราการสบสง แตจะให head ไดนอยกวาแบบ Redial

flow ซงนาออกจากศนยกลางทอดวยแรงหนศนยเพยงอยางเดยว ใชมากในปมแบบ Vertical Turbine

ปมแบบ Mixed Flow นมคาเฮดตงแต 3 ถง 50 เมตร ตอใบพด 1 ชด และใหอตราการสบมากถง 7000

ลกบาศกเมตรตอชวโมง ความเรวปกตของใบพด 1,450 รอบตอนาท 4.5.6 Axial Flow Type แบบนของเหลวทไหลเขาและออกจากใบพดมทศทางขนานกบแกนเพลา แรง

ทเพมพลงงานใหแกของเหลวเปนแรงในทศทางของการไหลเพยงอยางเดยว ไมมแรงเหวยงหน

ศนยกลาง ใหเฮดตงแตประมาณ 50 เซนตเมตร ถง 7 เมตร ตอใบพด 1 ชด อตราการสบอาจมากถง

100,000 ลกบาศกเมตรตอชวโมง ความเรวปกตของใบพด 1,160 รอบตอนาท 4.6 ลกษณะใบพดของปมแบบเซนตรฟกอล เนองจากทศทางการไหลของของเหลวถกบงคบดวยลกษณะของใบพดและจานประกบ

(Shroud) หลายรปแบบดวยกน คอ

4.6.1 ใบพดเปด (Open Impeller) เปนแบบทตวใบพดยนยาวออกจากแผนประกบหรอรศม

ของจานประกบเลกกวารศมของใบพด

4.6.2 ใบพดกงเปด (Semi-open Impeller) แบบนจานประกบมรศมเทาใบพดแตมจาน

ประกบเพยงดานเดยว

4.6.3 ใบพดปด (Closed Impeller) แบบนจานประกบมรศมยาวเทาใบพดและปดอยทงสอง

ดาน มทงแบบทางดดดานเดยวและสองดาน (Closed - Single suction impeller) และ(Closed-

Double suction impeller)

4.6.4 Paper Stock Impeller มใบพดออกแบบใหเหมาะสาหรบการปมของทมความขนสง

เนองจากเดมมใชในอตสาหกรรมเยอกระดาษ ดงนนแมตอมาจะถกใชกบของเหลวอนกยงคงมชอ

เหมอนเดม คอ Paper Stock Impeller

4.6.5 Propeller ใบพดแบบนบงคบการไหลใหอยในทศทางการไหลเขาสใบพดเพยงอยาง

เดยวไมมแรงหนศนยกลางเรยกตามทศทางไหลของๆเหลววา Axial Flow Type

4.6.6 Mixed Flow แบบนของไหลเขาสใบพดขนานกบแกนเพลา แตมใบพดบงคบใหไหลออก

ทามม 45° ถง 80° กบทศทางเดม แรงขบเปนผลรวมของแรงขบดนในทศทางของเพลาและแรงหน

ศนย

95

4.6.7 Radial Flow เปนใบพดชนดทบงคบของไหลใหออกจากปมดวยแรงเหวยงหนศนยกลาง

เพยงอยางเดยว

รป 4.13 ลกษณะใบพดของปมแบบเซนตรฟกอล

96

4.7 การคานวณเกยวกบเรองปม จากสมการดลพลงงานในบทท 3

WFVdPggz

g2v '

f2p

1pcc

2−=Σ++Δ+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

αΔ

∫ (3.14)

แตละเทอมสามารถใชชอ “เฮด” เทอมแรกเรยกวา Velocity head เทอมทสองเรยกวา Potential head

เทอมทสามเรยก Pressure head เทอมทสเรยก Friction head และ W'f− คองานทปมจะตองใหแก

ของไหลเพอเอาชนะ head ตางๆ เมอของไหลเขาสระบบ หรอ W'f คอ งานทของไหลออกจากระบบ

และทางานใหสงแวดลอม คา W'f− ซงเปนงานทปมจะตองใหแกของไหล เพอเอาชนะคา head

ทกประเภท ผลรวมทางดานซายมอของสมการ energy balance นในหนงสอบางเลม เรยกวา Total

dynamic head (TDH) หรอ Total discharge head ทกเทอมในสมการนมหนวย N m/kg, ft lbf/lb

กาลงและประสทธภาพของปม กาลงหมายถงอตราการทางานตอหนวยเวลา หนวยของกาลงท

นยมใชไดแก Watt และแรงมา โดยหนงแรงมามคาเทากบ 745.7 Watt (745.7 N.m/s) หรอ 550 ft-

lbf/s และนกศกษาอาจพบคาวา แรงมาตามทฤษฎ, Theoretical horse power, และ Water horse power (Whp)

wWfW 'hp −= (4.2)

QW'f ρ−=

เมอ Q คอคาอตราไหล ม3/วนาท ρ คอคาความหนาแนนของของไหลและยงมคา break hourse

power (Bhp) ซงหมายถงกาลงทตองใหกบมอเตอรหรอเครองยนตทใชเปนตนกาลงขบเคลอนปม ซง

ความสมพนธระหวางกาลงทงสอง ไดแก

η= hp

hpW

B ; เมอ η คอคาประสทธภาพของปม

ในกรณทตนกาลงเปนมอเตอร ซงใชพลงงานไฟฟาเปนกโลวตต (kW) คานวณไดจาก

ของมอเตอรη=

746.0kW (4.3)

และประสทธภาพรวม = ประสทธภาพของปม x ประสทธภาพของมอเตอร

4.8 กราฟเฮดของระบบ (System Head Curve) System Head Curve คอ กราฟแสดงความสมพนธระหวางอตราการไหลผานระบบกบ Total

Discharge head หรอพลงงานทปมจะตองใหกบระบบเพอกอใหเกดการไหลนนกบอตราการไหลของ

ระบบ โดยปกตบรษทผผลตปมจะใหความสมพนธของการทางานของปมกบตวแปรตาง ๆ เราเรยก

97

กราฟเหลานวา Pump Characteristic Curve ซงใหความสมพนธของอตราไหล (Q) กบเฮด, กาลง,

ประสทธภาพของปมแตละรนและขนาดไว เมอผบรโภคจะซอปมหนงตวทถกตองแลวจะตองวเคราะห

ภาระงานของปมนนวาจะตองทางานเอาชนะภาระงานใดบางสมการดลพลงงานตามสมการ

WFVdPggz

g2v '

f2p

1pcc

2−=Σ++Δ+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

αΔ

∫ (3.14)

ซงเขยนไวคลมภาระงานทกประเภทแตในการปฏบตจรงอาจมเฉพาะบางเทอมเทานนทมความสาคญ

ตวอยางเชน การทชาวนาสบนาจากบงมาลงทนาของตนซงมระดบความสงเกอบเทากน องคประกอบ

ของภาระงานของปมกอาจจะมเพยงการเอาชนะความฝดเทานนเนองจากเทอมc

2

g2vΔ , ∫

2p

1pVdP ,

cggzΔ

มคาเปนศนยไปหมดและเนองจากไมมการเปลยนแปลงคาความเรว (ถาขนาดทอดดและทอสงเทากน)

ไมมการเปลยนแปลงคาความดน (เนองจากแหลงนาและทอสงเปดสบรรยากาศ เทอม PΔ จงเปน

ศนย) และความตางระดบไมม zΔ เปนศนย ดงนนในกรณนปมทางานเพอเอาชนะคา Friction Head

เพยงอยางเดยว ตวอยางเรองการสบนาขนถงสง การสบนาเขาถง boiler เปนตวอยางทจะเหนวา

นอกจากการเอาชนะความฝดแลว ปมยงตองใหกาลงมากพอเอาชนะเทอมของ Potential head และ

pressure head ตามลาดบ

จาก Graph Pump Characteristic ซงแกน y เปนคา total dynamic head แกน x เปนแกน

อตราการไหลนนมประเดนทนกศกษาตองระวงคอเรองหนวย นกศกษาตองไมลมวาคา total discharge

head ทคานวณจากสมการ 3.14 นน คา head มหนวยเปน ft-lbf/lb แตคา head ในแกน y มหนวยเปน

ft ซงหมายความวา เมอคานวณหา total

head ไดแลว จะตองคณดวยคา g

gc เพอให

หนวยเปน ft; ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⋅

⋅⋅

−fts

lbslbft

lblbft 2

f2

f ซง

กรณสาหรบขอมลในระบบ English

engineeringการไมไดคณดวยคา g

gc กอน

จะไมมปญหาใด ๆ แตถา graph นนเปน

ระบบ SI ซงม head มหนวยเปน kg

mN − ,

เมอคณดวย g

gc จงจะมหนวยเปนเมตร

mms

Nsmkg

kgmN 2

2⇒

−×

−⇒

ตวอยาง 4.1 It is necessary to pump a

constant flow of a liquid with density รป 4.14 Characteristic Curve of Gear Pump

98

and viscosity similar to water into a reactor at a rate of 90 gal/min. The pump must operate

agains a pressure of 200 psi, as determined by an energy balance on the flow system. A

pump with the characteristics shown in Figure 4.13.is avaible, with a variable-speed drive.

At what speed should the pump be operated? What horsepower would be required to

maintain flow?

วธทา เมอพลอตบนกราฟ 4.14 จดทแสดงตาแหนงอตราไหลและความดนทตองการไมตก

บนเสนกราฟใด แตอยระหวางกราฟทมความเรวรอบ 400 และ 600 รอบตอนาท การเปลยนแปลง

อตราไหล และความเรวดจะไมเปนกราฟเสนตรง ดไดจากระยะหางของการเปลยนแปลงจากความเรว

รอบ 200-400 กบ 400-600 ดงนนการทา interpolation จะใหความเรวรอบประมาณ 520 rpm และ

คากาลงของปมประมาณ 21 แรงมาทความดนดานจายเทากบ 200 psi 4.9 คณสมบตของปมแบบเซนตรอลฟกอล เนองจากปมแบบเซนตรอลฟกอล เปนปมชนดทมการใชกนอยางกวางขวางมากทสด มความ

เหมาะสมกบงานหลากหลายลกษณะ จงควรรถงลกษณะสาคญไวบาง

4.9.1 กราฟ H-Q ของปม, กราฟ H-Q head capacity curve ของปม คอกราฟแสดงความสมพนธ

ระหวางอตราการสบกบเฮดทปมสามารถทางานได ตงแตอตราการสบเปนศนย จนถงอตราการสบ

สงสดของปมนน โดยปกตบรษทผผลตจะมขอมลนสาหรบปมแตละรน เพอใหผใชไดพจารณาขนาดท

เหมาะสมหลงจากไดวเคราะหระบบดวยสมการดลพลงงานของระบบแลว เวลาเลอกใชงานเราจะเลอก

ปมทใหเฮดและอตราการสบทตองการ โดยคาทงสองตรงกบจดทมประสทธภาพสงสด หรอใกลเคยง

รป4.15 กราฟ H-Q ของปม

99

กบตาแหนงดงกลาวมากทสด จดทเลอกเรยกวา Design Operating Point รปรางของเสน H-Q จะ

ขนกบชนดของใบพด

ตวอยาง 4.2 A pump with the characteristics given in Figure 4.16 is to deliver 350 gal/min at a

head of 80 ft. What size impeller should be used? What power will be required?

รป 4.16 Characteristic Curve of Centrifugal Pump, 1750 rpm(upper), 3550 rpm(lower)

100

รปท 4.17 ความเรวจาเพาะ (Specific Speed)

วธทา จากกราฟ4.16 ปมขนาดความเรวรอบ 1750 รอบตอนาท ดจะเหมาะสม เมอกาหนด

ตาแหนงดวยคาอตราไหล 350 gal/min, head 80ft จะพบวาจดตดของเฮดและอตราไหลอยระหวาง

คาของใบพดเสนผานศนยกลาง 9 นว และ 10 นว ตามลาดบ ใบพด 9 นว สงนาได 175 gal/min ทคา

เฮด 80 ft ดงนนจงตองใชใบพด 10 นว ซงอาจจะใหอตราไหลสงมากกวาทตองการ และอาจแกไขโดย

ใชวงจรควบคม และประมาณกาลงสาหรบปมใบพด 10 นวดวยวธ interpolationได เทากบ 11 แรงมา 4.9.2 ความเรวจาเพาะ (Specific Speed) คอคาความเรวรอบใบพดในหนวยรอบตอนาท ซงปมตาม

ทฤษฎ (แบบเดยวกบปมใชจรง) หมนไดทประสทธภาพสงสด ขณะทสบนาได 1 gal/min ตานกบความ

ดนดานจายเทากบคาเฮด 1 ฟต โดยมสมการคาความเรวจาเพาะ

75.0sH

QnN =

(4. 4)

เมอ Ns = specific

speed, rpm n= actual speed, rpm H = total head per speed, ft

Q = pump

capacity, gal/min at speed n and

total head z

คาความเรวจาเพาะนใชเปนขอมลในการเลอกชนดของเซนตรฟกอลปมทงนเพราะลกษณะ

รปทรงของใบพด และคาความเรวรอบ องคประกอบหลกทมผลตอคาพลงงานทปมสามารถถายทอด

ใหแกของเหลวได

สมการ Ns เมอเปนระบบ SI มดงน

75.0sH

lpsrpm633.1N =

โดยท Ns, rpm มหนวยเปน rpm เชนเดยวกบสมการขางตน ตวอยาง 4.3 It is necessary to pump a liquid with properties similar to water at a rate of 300

gal/min against a head of 70 ft. Recommed a pump type and size.

วธทา ชนดของปมสามารถหาไดจากการตรวจสอบคาความเรวจาเพาะ และกราฟ

Characteristic และ Ns ซงจะให guide line ชนดของ pump ทเหมาะสม

101

ดงนน เมอ H = 70, Q = 300 gal/min เนองจากไมมขอมลดานความเรวรอบ n เลอก n =

1750 rpm

75.0s)70(

3001750N =

5.1252=

รป 4.18 คาความเรวจาเพาะและชนดใบพด

รป 4.19 ความสาพนธระหวางH-Q และขนาดใบพด ,3*4*8,

3- discharge ,4- suction ,8 impeller diameter

102

เมอเชคกบกราฟ Ns รป 4.17 และpump type พบวาควรเปนปมเซนตรฟกอลแบบ radial flow

แมวาคา Ns จะดวาชวงบนสดของ rang และเมอตรวจสอบกบคาขนาดใบพดทเหมาะสมจาก กราฟ

4.19 พบวาปมขนาด 1043 −× นาจะทางานไดด ( 3 คอ เสนผานศนยกลางทอทางดานจาย , 4 คอ

เสนผานศนยกลางทอทางดานดด 10 คอ เสนผานศนยกลางของใบพด )

4.10 วอเตอรแฮมเมอร (Water Hammer) วอเตอรแฮมเมอร (Water Hummer) เปนปรากฎการณทความดนในทอมการเปลยนแปลง

อยางรนแรงและฉบพลน โดยมความดนเพมขนและลดลงจากความดนเดมในลกษณะเปนคลนขนลง

สลบกนไปเปนอนกรม

สาเหตสาคญททาใหเกดวอเตอรแฮมเมอร กคอมการเปลยนแปลงความเรวของการไหลในทอ

อยางกะทนหน เปนตน เมอมการเปลยนแปลงความเรวในลกษณะดงกลาว โมเมนตมของของเหลวจะ

ถกเปลยนไปกลายเปนแรงกระแทกบนประตนาและผนงของทอ แรงกระแทกทเกดขนถาหากมากเกน

กวาความสามารถของทอจะรบไวไดกจะทาใหทอระเบด หรอทาใหระบบทอและอปกรณเสยหายอยาง

รนแรงขนได ระดบความเสยหายเนองจากวอเตอรแฮมเมอรขนอยกบความแขงแรงและความยดหยน

(Elasticity) ของทอ ความเรวของการไหล อตราการเปลยนแปลงความเรวการไหล ลกษณะการยดทอ

ใหอยกบท และระบบปองกนวอเตอรแฮมเมอรทตดตงไว เปนตน

4.11 Net Positive Suction Head (NPSH) ในชวตประจาวนเราพบวาของเหลวจะเดอดและกลายเปนไอถาอณหภมสงพอ แตความเปน

จรงแลวของเหลวอาจเดอดกลายเปนไอทอณหภมไมสงนกกได ถาหากความดนบนผวของของเหลว

ลดลงมากพอ

การทางานของปมโดยทว ๆ ไปจะเปนการลดความดนในหองสบลงใหตากวาความกดดนของ

บรรยากาศกอนทจะเพมพลงงานใหกบของเหลว ดงนนถาของเหลวอยระดบเดยวกนกบศนยกลางของ

ปม แรงทขบดนใหของเหลวไหลเขาไปสหองสบกจะมแตความกดดนของบรรยากาศเพยงอยางเดยว

หรอถาระดบของของเหลวอยสงกวากจะมแรงดนจากของเหลวมาชวยดวย ในทางตรงกนขาม ถาหาก

ของเหลวอยตากวาปมแรงขบดนกจะลดลง เนองจากเราไมตองการใหของเหลวกลายเปนไอ ความ

กดดนใหของเหลวไหลเขาไปในหองสบทเปนประโยชนอยางแทจรง กคอความกดดนทหนาหองสบ

เฉพาะสวนทมากกวาความดนไอของของเหลวนน NPSH กคอความดนสมบรณ (Absolute pressure)หรอเฮดทหนาหองสบทงหมด โดยบอกเปนคาความดนเทากบแทงความสงของของเหลว ทกอใหเกดการไหลของของเหลวเขาไปในหองสบของปม ลบดวยความดนไอของของเหลวนน

103

หลกการของ NPSH ใชไดกบปมทกประเภทไมวาจะเปนแบบเซนตรฟกอล โรตาร หรอแบบ

ลกสบชก คา NPSH มความสาคญตอการทางานของปมมากเพราะวาถาคานไมมากพอของเหลวใน

หองสบจะกลายเปนไอซงมผลใหประสทธภาพการทางานลดลงมาก ปมจะเกดการสนสะเทอนอยาง

รนแรง อาจเกดการกรอนเนอโลหะของใบพดหรอหองสบและทาความเสยหายใหแกปมได การกด

กรอนเนอโลหะเนองจากสาเหตดงกลาวนเรยกวา คาวเตชน (Cavitation)

NSPH มอย 2 แบบดวยกนคอ NPSH ทตองการ (Required NPSH, NPSHr) และ NPSH ทม

อย (Available NPSH, NPSHa) สาหรบคาแรกเปนคาทขนอยกบการออกแบบปมซงจะเปลยนไปตาม

ลกษณะอตราการสบ ความเรว ฯลฯ คาดงกลาวนบรษทผผลตจะบอกมาพรอมกบรายละเอยดอยางอน

ของปม สวน NPSHa ขนอยกบสภาพการทางานทปมนนตดอย กลาวคอเปนเฮดทมอยจรงตาม

ลกษณะการตดตง ถาหากจะใหปมทางานอยางมประสทธภาพแลว NPSH ทมอยจรงจะตองไมนอย

กวาคาทตองการสาหรบปมนน

การคานวณเกยวกบ NPSH อาจพจารณาไดโดยถอวาความดนสงสดทกอใหเกดการไหลเขา

ไปสศนยกลางของใบพดมคาไมเกนความจรงบนผวของของเหลว หรอความดนของบรรยากาศ เมอผว

ของของเหลวเปดสบรรยากาศ (ประมาณ 101.325 kN/m2 หรอคดเปนความสงของแทงนา 10.33

เมตร ทระดบนาทะเลปานกลาง) เมอมการไหลในทอดดของปมกจะมการสญเสยพลงงานในทอซง

จะตองนาเอามาหกออก และเนองจากเราไมตองการใหของของเหลวกลายเปนไอ ดงนน เพอความ

ปลอดภยจะตองนาเอาความดนไอของของเหลวมาหกออกไวเสยกอน เหลอเทาใดจงเปนความดนท

เหลออยทหนาหองสบ (NPSHa) ในกรณทระดบของของเหลวเทากบระดบศนยกลางของใบพด แตถา

ของเหลวมระดบตากวากจะตองนาเอาความตางระดบนนมาหกออกอกเหลอเทาไรจงเปน NPSHa

ในทางตรงกนขาม ถาของเหลวอยสงกวาศนยกลางของใบพดกจะตองเอาความตางระดบนนมาบวกจง

จะไดเปน NPSHa

ในกรณทเปนการตดตงททราบ NPSHr ความแตกตางระหวางความดนของบรรยากาศกบ

ผลรวมของการสญเสยพลงงานทางทอดด (Head losses) NPSHr และความดนไอจะเปนสงบอกให

ทราบวาจะสามารถตดตงปมใหอยสงกวาระดบของเหลวไดมากทสดเทาใด เชน ถาความดนของ

บรรยากาศมคาสงกวาผลรวมดงกลาว 5 เมตร กจะบอกไดวาจะตงปมสงกวาระดบผวของของเหลวได

ไมเกน 5 เมตร แตถาความดนของบรรยากาศมคานอยกวาผลรวมทกลาว 3 เมตร กจะตองตดตงปมให

อยตากวาผวของของเหลวไมนอยกวา 3 เมตรปมจงจะม NPSH ไมนอยกวาทตองการ เปนตน

หลกการทไดอธบายขางตนนสามารถทาความเขาใจไดงายขนมากเมอพจารณาจากรปท รปท

4.20 และ 4.21

104

รปท 4.20 NPSHa เมอปมอยสงกวาระดบของของเหลวทางดานดด

รป 4.21 NPSHa เมอปมอยตากวาระดบของของเหลวทางดานดด

เมอปมอยสงกวาระดบของเหลวทางดานดด

NPSHa = Hp-Hvp-Hf-Hz (4.5)

105

ในเมอ Hp = ความดนสมบรณ (Absolute pressure) บนผวของของเหลวทางดานดด โดย

บอกเปนแทงความสงของของเหลวทอณหภมเดยวกนกบของเหลวนน ใน

กรณทเปนความดนของบรรยากาศ Hp จะเปนคาความกดดนจรงทระดบ

ความสงของของเหลว

Hvp = ความดนไอของของเหลวทอณหภมทกาหนด บอกเปนแทงความสงของ

ของเหลว

Hf = ผลรวมของเฮดทเสยไป (Head loss) ในทอดดทงหมด

Hz = ความสงตางระหวางระดบผวของของเหลวกบศนยกลางของปม หรอระยะดดยก

(Static Suction Lift)

เมอปมอยตากวาระดบของของเหลวทางดานดด

NPSHa = Hp+ Hz - Hvp - Hf (4.6)

คาความกดดนของบรรยากาศทระดบผวนาซงทอดดของปมตดตงอยอาจจะคานวณไดจาก

สมการ

Hp = 10.33 – 0.00108 El (4.7)

โดย Hp เปนความกดดนของบรรยากาศเทยบใหเปนเฮดของนาท 4°C มหนวยเปนเมตร El

เปนความสงของผวนาเหนอระดบนาทะเลปานกลาง มหนวยเปนเมตร

ในกรณทของเหลวทสบเปนนา คาความดนไอนาทอณหภมของนาทสบอาจจะดไดจากตาราง

ไอนา ตวอยางท 4.4 NPSH ทตองการสาหรบปมเครองหนงเทากบ 5.18 เมตร เมอสบนาทอตราทกาหนด ระดบนา

อยสงจากระดบนาทะเลปานกลาง 300 เมตร ผลรวมของการเสยเฮดความฝดทางทอดดทงหมดเทากบ

0.60 เมตร จงหาระยะสงสดทจะตงปมเหนอผวนาได สมมตวานามอณหภม 30°C

วธทา

ทความสง 300 เมตร เหนอระดบนาทะเล ความกดดนของบรรยากาศเมอคดเปนความสง

(เฮด) ของแทงนาท 4°C

Hp = 10.33 – 0.00108 El

= 10.33 – 0.00108 x 300 = 10.01 เมตร

106

ตาราง4.1 ความถวงจาเพาะ (Sp.gr.) และความดนไอของนาทอณหภมขนาดตาง ๆ คาความดนไอม

หนวยเปนมลลบาร (mb) และความสงของแทงนาท 4°C มหนวยเปนเมตร

รป4.22 Dfferent Heads in Exam.4.4

ตาราง 4.1 ขอมลทางฟสกสของนา

ความกดดนของบรรยากาศ

H p = 1

0.01

/0.9

957

= 10

.05 ม.

ระยะสงสดทจะตงปมเหนอผวนาได

←Hz = 10.05 – 0.60 – 0.43 – 5.18 = 3.84 เมตร

←เฮดความฝดทางทอดด = 0.60 ม.

←NPSHr = 5.18 ม.

←−−−−−−Hvp ของนาท 30°C = 0.43 ม.

107

ความถวงจาเพาะของนาท 30°C = 0.9957

ความดนไอนาท 30°C = 0.43 เมตรท 4°C

เปลยนเฮดความกดดนของบรรยากาศ (Hp) และเฮดความดนไอนา (Hvp) ใหมาเปนความสง

ของแทงนาท 30°C

Hp = 10.01/0.9957 = 10.05 เมตร

Hvp = 0.43/0.9957 = 0.43 เมตร

แทนคาสมการ

NPSH = Hp – Hz – Hf – Hvp

5.18 = 10.05 – Hz – 0.60 – 0.43

Hz = 10.05 – 0.60 – 0.43 – 5.18 = 3.84 เมตร

ดงนน จะตงปมใหอยสงกวาผวนาไดไมเกน 3.84 เมตร

ตวอยางท 4.5

จากตวอยางทแลว ถาอณหภมของนาเพมเปน 90°C จงหาระยะสงสดทจะตงปมเหนอผวนา

ได

วธทา

จากตารางท 4.1

ความถวงจาเพาะของนาท 90°C = 0.965

ความดนไอนาท 90°C = 7.15 เมตรนาท 4°C

= 7.15/0.965 = 7.41 เมตรนาท 90°C

ความกดดนของบรรยากาศเมอเทยบเปนความสงของนาท 90°C

= 965.0

01.10 = 10.37 เมตร

108

รป 4.23 Dfferent Heads in Exam.4.4

แทนคาสมการ NPSH = Hp – Hz – Hf – Hvp

5.18 = 10.37 – Hz – 0.60 – 7.41

Hz = 10.37 – 0.60 – 7.41 – 5.18 = – 2.82 เมตร

ดงนน จะตองตงปมใหอยตากวาระดบผวนาไมนอยกวา 2.82 เมตร

ในกรณทปมนนตดตงไวแลว เราอาจหาคา NPSH ทมอยจรงไดโดยการตดตงเกจวดความดน

(Pressure gage) ททอดดของปม พลงงานศกยทวดไดเมอแปลงใหเปนความดนสมบรณรวมกบพลงงาน

จลน (Velocity head, V2/2g) กจะเปนพลงงานทขบดนใหของเหลวไหลเขาไปในหองสบ เมอลบผลรวม

ดวยความดนไอกจะเปน NPSH ทมอยจรงสาหรบปมนน กลาวคอ

NPSHa = Hp + Hg + g2

V2 - Hvp (4.8)

ในเมอ Hp = ความดนสมบรณของบรรยากาศหรอความดนทผวของของเหลว

Hg = ความดนทวดไดดวยเกจวดความดนปรบใหเปนความดนทศนยกลาง

ของปม

g2

V2 = พลงงานจลนหรอเฮดความเรว (Velocity Head) ของการไหลของของ

เหลวเขาไปสหองสบ

Hvp = ความดนไอของของเหลวทอณหภมของของเหลวนน

ความกดดนของบรรยากาศ

H p =

10.

01/0

.965

= 1

0.37

ม.

←Hf = 0.60 ม. ←ความดนตาสดทตองการทหนาสบ

(0.60 + 5.18 + 7.41) - 10.37 = 2.82 ม.

← NPSHr = 5.18 ม.

←Hvp = 7.41 เมตรนาท 90°C

109

ตวอยางท 4.6

สถานสบนาแหงหนงตงอยทระดบ 300 เมตร เหนอระดบนาทะเล นามอณหภม 25°C เกจวด

ความดน ซงตดตงททอดดในระดบเดยวกนกบศนยกลางของปมอานได 60 kN/m2 สญญากาศ

ความเรวของการไหลในทอดดเทากบ 3.6 เมตร/วนาท จงหา NPSH ทมอยจรงสาหรบปมนน

วธทา

ความกดดนของบรรยากาศทระดบ 300 เมตร = 10.33 – 0.00108 x 300

= 10.01 เมตรนาท 4°C

ถ.พ. ของนาท 25°C = 0.9971

ดงนน Hp อณหภม 25°C = 10.01/0.9971 = 10.04 เมตร

ความดนเกจ Hg = 9971.081.91000

100060××

×−

= - 6.13 เมตร

g2

V2 =

81.92)6.3( 2

× = 0.66 เมตร

ความดนไอนา Hvp = 0.32 เมตรท 4°C

= 0.32/0.9971 = 0.32 เมตรท 25°C

NPSH ทมอยจรง = Hp + Hg + g2V2

- Hvp

= 10.04 – 6.13 + 0.66 – 0.32 = 4.25 เมตร 4.12 คาวเตชน (Cavitation) คาวเตชนเปนปรากฎการณทเกดการกดกรอนเนอโลหะของใบพดหรอหองสบโดยมสาเหตมาก

จากการท NPSH ทมอยจรงมคาตากวา NPSH ทตองการสาหรบปมนน ในปมแบบเซนตรฟกอลขณะท

ของเหลวไหลผานทอดดเขาไปยงศนยกลางของใบพด ความเรวของการไหลจะเพมขนอยางรวดเรว

เนองจากพลงงานทกอใหเกดการไหลดงกลาวมคาคงท การเพมความเรวจะเปนผลใหความดนลดลง

ถาความดนลดลงตากวาความดนไอทอณหภมของของเหลวนน ของเหลวกจะกลายเปนไอและเกดเปน

ฟองสญญากาศทมความดนภายในเทากบความดนไอและไหลปนรวมไปกบของเหลวนน ในขณะท

ชองทางไหลในใบพดเพมขนาดขนความเรวของการไหลจะลดลงพรอม ๆ กบเพมความดนขน ดวย

ความดนทเพมชนและทไดรบจากแรงกระแทกของครบใบพด ฟองของไอซงมความดนตามากกจะแตก

ตวทาใหเกดเสยงหรออาการสนขน นอกจากนนการแตกตวของฟองสญญากาศทาใหเกดแรงกระแทก

อยางรนแรง ผวหนาโลหะของใบพดซงอยตดกบฟองดงกลาวกจะเกดการกดกรอนไปดวย

โดยแทจรงแลวคาวเตชนจะไมเกดขนถาหากปมนนไดรบการออกแบบตดตงใหม NPSH สง

กวาทตองการ แตถาเกดขนแลวผลทตามมาอยางแนนอน กคอประสทธภาพของปมจะลดลง การกด

110

กรอนชนสวนของใบพดอาจเกดขนหรอไมกไดขนอยกบวาคาวเตชนนนรนแรงมากหรอนอยและเกด

ตดตอกนเปนเวลานานเทาใด

สาหรบปมแบบเซนตฟกอล คาวเตชนเปนสงทปองกนไดโดยการพยายามหลกเลยงการตดตง

หรอใชงานในลกษณะดงตอไปนใหมากทสดเทาทจะมากได คอ

1. ใหปมทางานทเฮดตากวาเฮดของปมทจะใหประสทธภาพสงสดมาก เชน ปมทางานได

ประสทธภาพสงสดทเฮด 30 เมตร แตนาปมนนไปใชงานทมเฮดเพยง 3 เมตร เปนตน

2. ใหปมทางานทอตราการสบสงกวาอตราการสบทจะใหประสทธภาพสงสดมาก

3. ระยะดดยก (Suction lift) มากกวา หรอ NPSHa นอยกวาความตองการของปมตามท

บรษทผผลตกาหนดไว

4. อณหภมของของเหลวสงกวาคาทใชในการออกแบบมาก

5. ความเรวของใบพดสงกวาทบรษทผผลตกาหนดไวมาก

ในกรณทเปนปมแบบ Axial flow หรอ Propeller ขอทควรหลกเลยงจะแตกตางกน กลาวคอ

ในขณะทปมกาลงทางานของเหลวจะไหลเขาไปหาพดโดยมทางเขารปคลายปากแตรซงคอย ๆ ลด

ขนาดลง จนถงบรเวณทตงใบพดซงเปนสวนทเลกทสด ความเรวของการไหลในบรเวณนจะตองไมสง

มากจนเกนไป แตจะตองมากพอทจะไหลไปเสรมสวนทถกใบพดขบดนไปขางหนาไดทนดวย

เนองจากวาใบพดมไดมลกษณะเปนเกลยวสวานตดตอกนไป การขบดนของเหลวดวยใบพดจงทาได

คอนขางจากด โดยเฉพาะอยางยงในกรณทใชปมแบบนสาหรบเฮดทสงมาก ๆ อตราการสบจะลดลง

และเปนเหตใหของเหลวไหลขนไปเสรมสวนทถกขบดนไปกอนแลวไมทน กจะเกดเปนฟองสญญากาศ

บนแผนใบพดขน เมอฟองสญญากาศนสลายตวในเสยววนาทตอมากจะเกดแรงกระแทรกของ

ของเหลวบนแผนใบพดอยางรนแรงและเกดเสยงดงขน

การปองกนคาวเตชนโดยการหลกเลยงสาหรบปมแบบ Axial flow นน มดงนคอ

1. หลกเลยงการใชปมสาหรบงานทตองการเฮดสงกวาเฮดสงกวาเฮดของปมทจะใหประสทธภาพสงสดมาก

2. หลกเลยงการสบทอตราตากวาอตราการสบของปมทจะใหประสทธภาพสงมาก

3. ระยะดดยก (Suction lift) สงกวา หรอ NPSHa ตากวาทบรษทผผลตกาหนดไว

4. อณหภมของของเหลวสงกวาคาทใชในการออกแบบมาก

5. ความเรวของใบพดสงกวาทบรษทผผลตกาหนดไวมาก

111

4.13 การเลอกปม ( Pump Selection) เนองจากมปมมากมายหลายชนดใหเลอกใชได การเลอกใชปมจงเปนเรองทควรจะเรมตนทา

อยางมพนฐานสนบสนนทถกตาง ขอมลทควรพจารณาไดแก การวเคราะหระบบงานเพอทราบคาเฮ

ดรวม (total discharge head) ทราบคณสมบตของไหลทจะสบวาหนดมากนอย ใสหรอขน มอนภาค

ของแขงปนอยหรอไม รอนหรอเยน เปนกรดหรอเปนกลาง ความดนททางจายเปนเทาใด สงเหลานเปน

สวนชวยในการเลอกชนดของปม

การกาหนดขนาดของปม กาหนดโดยความดนทตองทาได และอตราการไหลทตองการ

การเลอกวสดทสรางปม ตองการขอมล คณสมบต และสภาวะของของไหล

ตาราง 4.2 PUMP CHARACTERISTICS

Centrifugal

Standard

(Radial Flow)

Turbine

(Mixed Flow)

Propeller

(Axial Flow)

Rotary

(Gear or

Screw)

Reciprocating

(Piston or Plunger)

Head

(or discharge

pressure)

High, single

stage-

Up to 600 ft:

Multistage-up

to 6000 psi

Intermediate

, up to 200 ft

Low, up to

60 ft

Intermediate,

up to 600 psi

Highest available

up to 100,000 psi

Capacity

(or delivered

flow rate)

Low (100

gal/min) to very

high (200,000

gal/min)

Intermediate

, up to

16,000

gal/min

High, up to

100,000

gal/min

Low(1 gal/min)

to intermediate

(500 gal/min)

Intermediate up to

500 gal/min

Liquids

handled

Clean or dirty High solids

contents

Abrasive Up to high

viscosity;

nonabrasive

Clean; no solids

Metering or

flow-

Control

Capability

No No No Yes Yes

112

รป 4.24 axial flow (a) centrifugal fan(b)

(a)

b

4.14 การอดกาซ (Compressing Gases) ในกรณทของไหลเปน Compressible fluid เครองมอทใชเพมพลงงานเพอการขนถายกาซไป

ตามทเรยกวา Fan, blower หรอ Compressor ขนอยกบความดนทตองใหกบกาซ โดยปกตพดลมจะ

ใชกรณทตองการความดนไมสง (อยางมาก 0.4 psi) blower ใชเมอความดนเพมไปถง 4.0 psi และ

Compressor สาหรบอดใหความดนสงกวานน (4.0-60,000 psi) อนงการแยกชนดดวยความดนทได

จากเครองเพมพลงงานเหลานกไมใชจะเขมงวดนก

การอดอากาศแตกตางจากการปมของเหลวอยหลายประการ กาซมความหนดและความ

หนาแนนตากวาของเหลวมาก ตามทฤษฎของกาซสมบรณ แบบความหนาแนนของกาซแปรผกผน

ความดน ดงนนเมอกาซถกอดปรมาตรลดลงอยางมาก ซงตรงกนขามกบของเหลว และเมอกาซถกอด

อณหภมจะเพมขนมาก ซงทานายไดดวยกฎของเทอรโมไดนามก ดงนนจาเปนตองมระบบการทาความ

เยนใหอยในขายของอณหภมทเปนไปได ซงเรองแบบนไมมปญหาเมอของไหลเปนของเหลว

4.14.1 Fan and Blower พดลมทางานทความดนตาจนไมจาเปนตองคานงถงการอดหรอลด

ปรมาตร หรอพดไดวาปรมาตรขาเขา และออกเทากน พดลมทาหนาทเพยงทาใหกาซ-อากาศเคลอนท

พดลมแบงออกเปน axial flow หรอ radial flow ใน Radial flow แรงทกระทามเพยงแรงหนศนยกลาง

เพยงอยางเดยว ในขณะท axial flow ใหพลงงานกบกาซ เมอมนไหลขนานกบแกนเพลาตาม

113

4.14.2 Compressor การอดอากาศใหมความดนสงขน มบอย ๆในอตสาหกรรมเคม ซง

ปฏกรยาเคมบางอยางตองการความดนสงเพอใหไดผลผลตสง ตวอยางเชนการผลตแอมโมเนย

ไนโตรเจน และไฮโดรเจนถกอดขนไปถงความดน 15000 psi ซงอตสาหกรรมผลตแอมโมเนยม

แนวโนมทจะใชเครองอดอากาศแบบเซนตรฟกอล แมวาเครองอดอากาศแบบนจะใหความดนสงสดได

ตากวาเครองอดแบบชวงชก การทาใหกาซมความดนสงทาใหกาซกลายเปนของเหลวไดงาย ซง

หลกการพวกนทาเพอประโยชนแตกตางกนออกไป ตวอยางเชนในเครองทาความเยน ซงเปนวฏจกร

ตอเนองของการ Compressor, cooling, expansion and heating ของสารทเปน refrigerant

4.14.2.1 เครองอดอากาศแบบลกสบชก (Reciprocating Compressor) เครองอด

อากาศแบบน สามารถอดอากาศจากความดนตาขนไปถงความดนสงมาก ๆ ไดเชน 35,000 psig

รปรางหนาตาของเครองอดอากาศแบบนกคลาย ๆ กบของ ๆ เหลวมลกสบกระบอก ทางดดและทาง

จายอาจเปน single stage หรอ multiple stage กได

4.15 แบบฝกหด

4.12.1 From the data in Figure 4.14 plot the pump efficciency as a function of

capacity at 400 rpm.

4.12.2 A rotary pump with the characteristics shown in Figure 4.14 is to be used to

pump and meter 25 gal/min of a liquid of 2 cp viscosity and 0.8 specific gravity through a

piping system equivalent to 100 ft of 1-in. sch.-40 steel pipe. The suction pressure is 25

psig. Velocvity head and static energies are negligible. Can the pump be used? At what

speed? What power is required?

4.12.3 Contrast the results of closing a value just downstream of a positive-

displacement pump with the case of a centrifugal pump, assuming power to the pump

continues.

4.12.4 Check a point on the efficiency curve of Figure 4.14 by calculating the

efficiency using head and horse-power curves.

4.12.5 A pump with the characteristics given in Figure 4.16 and a 10-in. impeller are

availble in the storage warehouse. Can it be used to pump 400 gal/min against a head of

300 ft? What will be the speed and power consumption? Is there any disadvantage in using

this pump?

114

4.12.6 A centrifugal pump must be selected to deliver 50m3/hr of water against a

head of 20 m. Can any of the pumps of Figure 4.1 be used? What power (watts) must be

supplied?

4.12.7 A centrifugal pump with characteristics shown in Figure 4.15 is operating at

1600 rpm, delivering 2500 gal/min of water at a head of 61 ft. Over a period of months, scale

buidup in the line increases the head to 70 ft. What happens to the delivery rate of water if

no other changes are made? Suggest a modification to restore the original delivery rate.

4.12.8 A plastic intermediate is to be pumped from a storage tank into a batch

reactor. Pumping time is to be held to a minimum. Preliminary plans call for placing the

storage tank on the second floor, the pump being on the ground floor. System specifications

are:

Fluid properties:

( )ft/Ffthr/Btu36.0k

ft/lb45

cp500lbF/Btu65.0C

2

3

P

=

=ρ

=μ

=

M.wt. = 3000

Vapor pressure at 80F = 100 mm Hg

System geometry: See the accompanying illustration.

Pump: Any one of centrifugal pumps of from 10 to 1000 gal/min capacity can be purchased.

All of these pumps specify a minimum NPSH of 10 ft of water, and develop ample head.

What pump capacity should be specified (use a friction factor of 0.033)?