ลกษณะและการทางานของปม

ปม คอ เครองมอกลททาหนาทเพมพลงงานใหแกของเหลวเพอใหของเหลวนนไหลผานระบบทอปดจากจดหนงไปอกจดหนง

หลกการใชงานทวไป

จากบรเวณทมระดบนาตาไปสบรเวณทมระดบนาสงกวา จากบรเวณทมความดนตาไปสบรเวณทมความดนสง ทมระยะทางไกลๆ

การจาแนกประเภทปม1. แยกตามลกษณะการเพมพลงงานใหแกของเหลว

2. แยกประเภทตามลกษณะการขบดนของเหลวในเครองสบ แบงออกเปน 2 ประเภท

Non-positive displacement ปมทอาศยแรงเหวยงหนศนยกลาง จะใหอตราการไหลสงแตแรงดนคอนขางตา)

Positive Displacement พลงงานจะถกสงใหกบของเหลวเปนจงหวะโดยปกตจะใหอตราการไหลทคอนขางตาแตจะใหแรงดนสง ปมแบบนไดแก ปมลกสบรวมและแบบโรตารปม

การทางานของ Centrifugal Pump (ปมแบบไคเนตก: Kinetic pump)

ทางานโดยอาศยการหมนโดยใบพด (Impeller) ซงไดรบพลงงานจากเครองยนตหรอมอเตอรไฟฟา

ของเหลวจะถกผลกดนโดยการหมนของครบใบพด (Vane) ทาใหเกดการไหลในแนวสมผสกบเสนรอบวง (Tangential flow) การไหลในลกษณะด ง ก ล า ว จ ะ เ ก ด แ ร ง เ ห ว ย ง ห น ศ น ยก ล า ง (Centrifugal force) และเปนผลใหของเหลวไหลไปสแนวเสนรอบวงทกทศทกทาง

โดยหลกชลศาสตรเมอของเหลวถกหมนในภาชนะปดและมความเรวมากพอ ความกดอากาศทจดศนยกลางข อ ง ใ บ พ ด จ ะ ต า ก ว า ค ว า ม ด นบรรยากาศทาใหของเหลวไหลสทางดด (suction opening)

เมอของเหลวถกดดและถกผลกโดยครบใบพด ของเหลวกจะไหลมาตามแนวเสน

เพอทจะรวบรวมของเหลวจะตองมจดหนงทชดกบเรอนปมเรยกวา ลนของเรอน รอบวงและถกรวบรวมโดยเรอนปม (casing) และไหลไปสทางจาย (discharge opening)

ปม (tongue of the casing)

แบบตางๆของ Centrifugal Pump1. แบบหอยโขง (Volute Type)

2. แบบมครบผนนา (Diffuser Type)

3. แบบเทอรไบน (Turbine Type)

4. แบบ Vertical Turbine Type

5. แบบ Mixed Flow

6. แบบ Axial Flow

Volute Type

เปนแบบทของเหลวไหลเขาสจดศนยกลางของใบพดแลวไหลออกทามม 90° กบ ทศทางของการไหลเขา

ชองทางเดนของของเหลวมทงแบบ Single and double volute

Single volute double volute

Diffuser Type

ใบพดและรปรางภายนอกจะเหมอนกบแบบ Volute Type ทกอยางแตจะตางกนทปมแบบนจะมครบผนน า (Guide Vanes) ครบดงกลาวจะอยตดกบเรอนปมชวยใหของเหลวทถกผลกดนออกมาคอยๆเบนทศทางไปสชองทางเดน ทาใหมการสญเสยพลงงานนอยลง และมผลทาให kinetic energy มาเปนพลงงานศก ดในรปความดน (pressure) มประสทธภาพดขน

Turbine Type ป ม แบบ น บ า ง ค ร ง เ ร ย ก ว า vortex,

periphery หรอ regenerative turbine ลกษณะพเศษคอใบพดจะเปนแผนแบนกลมมความหนา ครบของใบพดเกดจากการเซาะรองบนขอบของใบพด

เ ม อของ เหลวไหล เขา ส ชองทาง ดด ชองวางระหวางครบของใบพดมนจะถกเหว ยงออกดวยแรงหนศนยกลางแตเนองจากผนงของเรอนปม ของเหลวจงไหลยอนกลบ และกระทาแบบนไปเรอยๆจนถงชองทางจาย (Discharge Opening)

ยงจานวนครงของการไหลสชองวางระหวางครบมผลตอการเพมพลงงานศกด

Vertical Turbine หรอ Deep Wall Turbine ปมแบบนผลตขนมาเพอสบน าบาดาลโดยออกแบบ

ใหใบพดเปนแบบ radial flow หรอ mixed flow และประกอบดวยเรอนปมหลายชดเขาดวยกนเปนชนๆ โดยอาศยเพลาหมนใบพดทอนเดยวกน เรอนปม (Casing) ตองดดแปลงใหรบนาจากใบพดแลวสงขนไปสทางดดของใบพดตวบน เรอนปมแบบนเรยกวาโบวล (Bowl)

โบวล 1 ชดเทยบไดกบปม 1 เครอง โดยทวไปปมแบบ Vertical Turbine จะมมากกวาหนงชน ในการเรยกชอจงจาเปนทจะตองบอกจานวนชนควบคไปดวย ตวอยางเชน three-state deep wall turbine

Mixed Flow เปนปมทเรยกตามลกษณะของใบพดหรอทศทางการไหลของของเหลวออกจาก

ใบพด ปมหรอใบพดแบบนจะเพมพลงงานใหแกของเหลวโดยอาศยทงแรงเหวยงหนศนยกลางและแรงผลกดนของแผนใบพดในแนวขนานกบแกนเพลา ของเหลวทไหลออกจะทามม 45-80o กบแกนเพลา ปมแบบนให head นอยกวา radial flow แตจะใหอตราการสบสงกวา ปมแบบนใชมากในแบบ vertical turbine

Axial flow

ปมแบบนของเหลวทไหลเขาและออกจากใบพดมทศทางขนานกบแกนของเพลาแรงทเพมพลงงานใหกบของเหลวเปนแรงผลกดนในทศทางการไหลเพยงอยางเดยว ไมมแรงเหวยงหนศนยกลาง ปมแบบนจะให Head ตาแตใหอตราการสบถง 100,000 ลกบาศกเมตรตอชวโมง

ลกษณะใบพดของปมแบบ Centrifugal

Open Impeller Enclosed Impeller Semi-open Impeller

Affinity Laws

ในการนาปมไปใชงานจรง สภาพการทางานอาจไมเหมอนกบททาการทดลองไว ความแตกตางนแบงออกเปน 2 ลกษณะดายกน คอ

1. รอบของความเรวเปลยนไป

2. ขนาดของเสนผาศนยกลางเปลยนไป

Affinity Laws (กฎความคลาย)

เมอขนาดเสนผาศนยกลางของใบพดมคาคงทแตมการเปลยนแปลงรอบความเรว

2

1

2

1

N

N

Q

Q

2

2

1

2

1

N

N

H

H

3

2

1

2

1

N

N

Bhp

Bhp

สมการทง 3 นจะถอวาประสทธภาพการทางานของปมจะไมเปลยนแปลงเมอความเรวเปลยนไมเกน 25% ของความเรวทออกแบบ

เมอรอบความเรวคงท แตขนาดของเสนผาศนยกลางเปลยนไป

3

2

1

2

1

D

D

Q

Q

2

2

1

2

1

D

D

H

H

5

2

1

2

1

D

D

Bhp

Bhp

สมการนใชไดกบปมเซนตรฟกอลเทานน

ตวอยางปมสบน าได 1700 แกลลอนตอนาท ทเฮด 180 ฟตและแรงมาทตองการ (Bhp) เทากบ 84 แรงมา เมอใบพดหมนดวยความเรว 2000 รอบตอนาท จงหาอตราการสบ, เฮด และ Bhp เมอความเรวรอบเปลยนไปเปน 1600 รอบตอนาท

2

2

1

2

1

N

N

H

H

3

2

1

2

1

N

N

Bhp

Bhp

2

1

2

1

N

N

Q

Q min/13601700

2000

16001 galQ

ftH 2.1151802000

16002

1

.43842000

16003

1 hpBhp

วธทา

ปมแบบแทนทโดยปรมาตร (positive displacement pump)

อาศยการแทนทปรมาตรของไหลตามกลไกการเคลอนตวภายในตวปม

ปมแบบเกยร (gear pump)

ปมชนดลอน (lobe pump)

ปมโรตารชนดสวาน (screw pump)

ปมลกสบ (reciprocating pump)

Rotary Pump

ปมโรตาร (rotary pump) เปนปม (pump) ประเภท positive displacement pump ทเพมพลงงานของเหลว โดยอาศยการหมนของฟนเฟองรอบแกนกลาง มชนสวนภายในทหมนได เพอตกหรอตวงของเหลว ของเหลวถกดดเขาและอดปลอยออก โดย การหมนรอบจดศนยกลางของเครองมอกล ซงมชองวางใหของเหลวไหลเขาทางดานดดและเกบ อยระหวางผนงของหองสบกบชนสวนทหมนหรอโรเตอรจนกวาจะถงดานจาย การหมนของโรเตอรทาใหเกดการแทนทเปนการเพมปรมาตรของของเหลว (Positive Displacement) ใหทางดานจาย

โรตารแบบเฟอง (gear pump)

เปนปมทแพรหลายทสด จะประกอบดวยฟนเฟองสองตวหมนขบกนในหองสบ ของเหลวจากทางดดจะไหลเขาไปในรองฟนซงหมนและพาของเหลวไปสทางจาย ซของฟนเฟองจะอยชดกบผนงของหองสบปองกนไมใหของเหลวไหลยอนมาสชองทางดดได ตวอยางของการใชปมแบบนคอ ice-cream, molasses และ oil

http://www.youtube.com/watch?v=KbOVoW1C_nE

http://www.youtube.com/watch?v=c6gwU7IHtlo&list=PL74CEB87AE394403B

ปมโรตารแบบครบ

ปมแบบนมหองสบเปนรปทรงกระบอกและมโรเตอรซงเปนทรงกระบอกเหมอนกนวางเยองศนย รอบๆโรเตอรจะมครบทเลอนไดในแนวเขาออกจากศนยกลางมาชนกบฝาผนงของหองสบ เมอโรเตอรหมนครบเหลานกจะกวาดเอาของเหลวซงอยระหวางโรเตอรกบหองสบไปสทางจาย

ปมโรตารแบบลอน

ปมแบบนมลกษณะคลายกบแบบเฟอง แตตวโรเตอรมลกษณะเปนลอน ชองวางระหวางลอนมลกษณะแบนและกวาง ดงนนอตราการสบจงมากกวาแบบเฟอง

ปมโรตารแบบสวาน ปมแบบนจะเพมพลงงาน

ใหกบของเหลวโดยอาศยโรเตอรทมลกษณะเปนสวานทหมนในลกษณะขบดนใหใหของเหลวเคลอนทไประหวางรองเกลยวสวานกบผนงของหองสบ

http://www.youtube.com/watch?v=BM-vUd9fAbc

ประสทธภาพการทางานของโรตารปมขนอยกบ

1. ชองวาง (Clearance) ระหวางโรเตอรกบผนงสบ

2. ความแตกตางของความดนระหวางดานสบและดานจาย

3. ความเขมขนของของเหลว

4. ความเรวของการหมน

ลกษณะและการทางานของปบแบบลกสบชก (Reciprocating Pump)

เปนการเพมพลงงานใหแกของเหลวโดยการเคลอนทของลกสบเขาไปอดของเหลวใหไหลไปสทางจาย

ปรมาตรของๆ เหลวทสบไดในแตละครงจะเทากบผลคณของพนทหนาตดกระบอกสบกบชวงชกของกระบอกสบนน

ตางจากโรตารปมตรงท เปนการเคลอนทในแนวเสนตรงในขณะทโรตารปมจะเคลอนทโดยการหมนรอบแกน

แบบขบดนโดยตรง (Direct-acting) เปนปมทมลกษณะการทางานคลายกระบอกสบเครองยนต เมอมการอด

ของเหลวไปสทางจายแลวกจะตองมการดดของเหลวทตองการดดมาแทนท ในชวงดงกลาวนการไหลๆของของเหลวกจะขาดชวง การไหลแบบนเรยกวา อดจงหวะเดยว (Single-acting)

ในการใชงานสวนใหญตองการอตราการไหลทสมาเสมอ จงไดมการดดแปลงกระบอกสบใหทางานไดในทงจงหวะดดและจงหวะอด

การอดในลกษณะนเรยกวา แบบอดสองจงหวะ (double-acting)

ตวอยางกราฟแสดงอตราการไหลของปมลกสบชก แบบสองและสามสบ

แบบ Rotary Piston

ปมแบบนการดดและการอดจะเกดจากการหมนของโรเตอรซงกอใหเกดการกดและคายบนลกสบรอบๆเวยนกนไป

ในทางตรงกนขามถาหากสวนทเปนกระบอกสบเคลอนทแตเสอสบอยกบทเราเรยกปมแบบนวา Rotating-block

http://www.youtube.com/watch?v=_CnIP85oY3o&list=PL74CEB87AE394403B

แบบไดอาแฟรม ปมไดอะแฟรม (Diaphragm Pump) การใชงาน

ทวไปจะเปนปม ทใชสาหรบ ดดของเหลวทมความหนด เชน นามนหรอสารเคม

ปมไดอะแฟรม จาเปนตองมปมลมชวยในการทางาน ซงความดนลมจะเปนตวควบคมปรมาณการไหล

ขอดคอพลงการปมคอนขางด head สง ขอเสยกคอ ปรมาณการดดกจะนอยตามไปดวย เปนจดเดนของ ปมไดอะแฟรม เพราะวาจะทา

ใหควบคมปรมาณของเหลวไดงายและคอนขางแมนยา จงทาใหนยมใชในงานอตสาหกรรม

http://www.youtube.com/watch?v=Y6To-bgL4GE

แบบ SpecialJet pump

น าจากหวฉดซงมแรงดนสงจะพงผานชองแคบของทอทมลกษณะเปนคอคอด(Venturi) ความเรวทพงออกจากหวฉด ทาใหน าทอยรอบๆไหลตามสายน าผานทอคอคอดเขาไปดวย และไหลเขาไปสทางดดของปมเซนตรฟกอล ปรมาณน าทออกจากปมสวนหนงจะถกสงยอนกลบเขาไปสหวฉดใหมอก สวนทเหลอจะไหลออกไปใชงาน

ขอดสาหรบ Jet Pump

1. ใชไดดกบบอบาดาลทมขนาดเลกและลก เชน ขนาด 2 นว

2. สามารถดแลรกษาไดงาย

3. ปมเซนตรฟกอลทนามาใชมราคาถกจงทาใหคาลงทนครงแรกและคาบารงรกษาถก

Air lift pump

หลกการทางานของปมแบบนคอเมอลมถกปลอยออกจากเครองอดลมความดนสงผานทอไปยงกนบาดาล ฟองอากาศเมอผสมกบนาจะทาใหความถวงจาเพาะของนานอยลงและจะถกฟองอากาศดนขนมาสปากบอ

Hydraulic Ram

http://www.youtube.com/watch?v=qWqDurunnK8

ขอดของ Hydraulic Ram

ขอเสยของ Hydraulic Ram1. สญเสยนาท Impulse Valve2. ในขณะทเครองทางานจะมเสยงดงตลอดเวลา

1. ใชพลงงานจากแหลงนาทมอยแลว 2. มชนสวนทมการเคลอนทและมการสกหรอไดเพยงสองชน คอ Impulse Valve

and Delivery Valve 3. ถามการปรบจงหวะการปดเปดของวาลวควบคมความเรวไดพอเหมาะจะให ประสทธภาพในการทางานสงเกอบตลอดชวงอตราการไหล4. สามารถประกอบขนไดจากอปกรณทอทมขายอยแลวในทองตลาด และไม

ตองการเครองมอเพอประกอบมากนก

Selecting a pump

การเลอกปมขนอยกบ

Capacity required

Pressure difference

Other special factors: pumping fluid, sanitary requirement, space limitation, noise restriction etc.

ความกวางของใบพด

ความโคงของใบพด

จานวนของใบพด

Pump performance vs. system Curves

ควรเลอกจดทางานของปมควรทอยใกลกบตาแหนงประสทธภาพสงสดไปดานขวาเลกนอย

พดลม (Fan)

ลกษณะและการทางานของพดลม

ตวอยางการใชประโยชนของพดลม การอบแหง (Drying) การระบายอากาศ (Ventilating) ระบบการใหความรอน (Heating) ระบบทาความเยน (Refrigeration) ระบบการลาเลยง (Conveying)

Pump Liquid (Incompressible)Fan Gas (Compressible)

Fan Types

Axial – flow fan

Propeller fan

Tube - axial fan

Vane - axial fan

Propeller fans

ใบพดอาจมใบพด 2 อน หรอมากกวาได และอาจมรปรางเปน Sheetsteel หรอ Airfoil

ใบพดมทงแบบกวางและแบบแคบ

ระยะ pitch อาจเปนแบบสมาเสมอหรอไมกได

ใชกบระบบทตองการปรมาณอากาศมากแตแรงดนตา นยมใชกบการระบายอากาศในทางการเกษตร

Tube-axial fan

จะประกอบดวยใบพด (Wheel หรอ Impeller) อยในทอทรงกระบอก

ระยะของใบพดจะอยใกลกบทอทรงกระบอกเพอประสทธภาพ

พดลมแบบนจะใหแรงดนทสง และประสทธภาพทางกลสง

Vane-axial fan

จะมลกษณะเหมอนกบพดลมแบบ axial fan แตจะมชดของ guideVane กอนหรอหลง ใบพด

ครบจะชวยในการไหลของอากาศใหมการไหลเปนเสนตรงมากทสดเพอลดการไหลแบบปนปวนใหนอยลง และลดการสญเสยพลงงาน

Single axial fan สามารถใหความดนไดถง 15 MPa (eff. = 85%)

Guide vane

Centrifugal fan Straight or radial fans

Backward-curved fans

Forward-curve fans

Forward-curved-tip fans

ใบพดของพดลมชนดนจะลกษณะเหมอนกรงกระรอก และอาจมมากถง60 ใบ

เปนพดลมทใชความเรวตา ใหความดนพอประมาณ

ใชสาหรบอากาศทสะอาด (ไมเหมาะกบอากาศทมฝน)

Straight or radial-tip fans

มจานวนใบพด (Blade) ประมาณ 6-20 ใบ ม housing ขนาดใหญ ราคาคอนขางแพง

ใชสาหรบอากาศทสกปรก (มฝนมาก)

Backward-curve-tip fans

มจานวนใบพด (Blade) ประมาณ 12 ใบ เปนพดลมทหมนเรว (High speed type) เปนพดลมเซนตรฟกอลทใหประสทธภาพสงสด

ใชสาหรบอากาศทสะอาด (ไมแนะนาใหใชกบอากาศทสกปรก)

Cross-flow fans

ใหการไหลทคอนขางคงทและอตราการไหลคอนขางสง เสยงเบา เตาอบขนมปง, หนวยทาความรอน,

อปกรณในการอบแหง

ปกตทศทางของอากาศจะทามม 90o, แตกสามารถทามมไดถง 180o

Mixed-flow fans

มลกษณะผสมระหวางพดลมแบบ centrifugal และ axial flow

Fan testing

ความดนจะถกวดโดยใช pitot tube ทความเรวรอบคงทแตเปลยนอตราการไหล

เสน performance ของพดลมจะประกอบดวย static pressure, total pressure,power, total efficiency และ volumetric flow rate

Key Pressure Terms

Static Pressure (Pt) - ใชสาหรบเลอกพดลม Velocity pressure (Ps) - ใชสาหรบวดอตราการไหล Total Pressure (Pv) - ใชสาหรบการหา velocity pressure

Pt = Ps + Pv

ถาเราร total pressure หรอ static pressure และ ขนาดของทอเราสามารถหาคาอนไดจาก

)2

(2v

pp st

คา v สามารถหาไดจาก

A

Qv

ถาเราร power input (P) เราสามารถหาประสทธภาพ (e)ไดจาก

P

Qpe t

t

P

Qpe s

s

Total efficiency

Static efficiency

Performance curve

ExampleA fan having an outlet area of 0.6 m2 produces a volumetric air flow rate

(ρ = 1.2 kg/m3) of 6.0 m3/s at the static pressure of 500 Pa and requires

an input power of 4200 W. Determine the total pressure, total efficiency

and static efficiency

Solution

V = Q/A =(6.0 m3/s)/(0.6 m2) = 10 m/s

)2

vρ(+p=p

2

st

= 500 + (1.2)(10)2/2

= 560 Pa

8.0=P

Qp=e t

t714.0=

P

Qp=e s

s

Sound Power Level RatingThe sound emitted by fan is a inevitable byproduct of energy transfer process

)W

Wlog(10=L

0

L = Sound power level (dB)

W = Power (W)

W0 = reference power (1 x 10-12W)

Two or more source

( ))10/nL()10/2L()10/1L(c 10...+10+10log10=L

Lc = Overall sound power level (dB)

L1, L2,… L3 = Sound power level (dB)

ExampleA fan has a sound power of 0.002 W. Determine the sound power level in

decibels for a single fan and the three identical fans operating at the same

distance from the point at which sound power is determined

Solution

dB0.93=)W10×1

W002.0log(10=)

W

Wlog(10=L 12

0-

For single fan

For three identical fans

( ) dB8.97=10×3log10=L )10/93(c

Fan Laws (Affinity Laws)3

2

1

2

1

2

1

D

D

N

N

Q

Q

2

2

1

2

2

1

2

1

D

D

N

N

p

p

t

t

5

2

1

3

2

1

2

1

D

D

N

N

P

P

2

1

2

1

2

121 log20log50log70

N

N

D

DLL

ExampleA fan geometrically similar to the following performance curve has a diameter of 1.588 m and at 875rpm. Determine its volumetric flow rate, total pressure, power requirement and sound power level at the point where its total efficiency is maximum.

The figure has the following characteristics at its maximum total efficiency

Q1 = 6.0 m3/s

pt1 = 780 Pa

P1 = 5.6 kW

L = 99 dB

et = 83%

D1 = 0.794 m

N1 = 1750 rpm

Solution

1

2

1

212 D

D

N

NQQ

smQ /24794.0

588.1

1750

8756 3

2

2

1

2

2

1

212

D

D

N

Npp tt

Papt 780974.0

588.1

1750

875780

22

2

5

1

2

3

1

212

D

D

N

NPP

4.22794.0

588.1

1750

8756.5

53

2

P

2

1

2

1

2

121 log20log50log70

N

N

D

DLL

dBL 1051log205.0log502log70991

Example

Determine the diameter and operating speed of a vane-axial fan geometrically

Similar to that following figure which will provide a volumetric flow rate of 10 m3/s

at a total pressure of 1000 Pa and a total efficiency of 75% (to right of maximum)

The figure has the following characteristics at 75% total eff.

Q1 = 6.0 m3/s

pt1 = 780 Pa

P1 = 5.6 kW

L = 99 dB

et = 83%

D1 = 0.794 m

N1 = 1750 rpm

Solution

The known parameters for the fan to be selected are:

Q1 = 10 m3/s pt2 = 1000 Pa

3

2

1

2

1

2

1

D

D

N

N

Q

Q3

1

2

2

1

2

1

D

D

Q

Q

N

N

2

2

1

2

2

1

2

1

D

D

N

N

p

p

t

t

4

1

2

2

2

1

2

1

D

D

Q

Q

p

p

t

t

Then,2/1

1

2

4/1

2

112

Q

Q

p

pDD

t

t

mD 761.07.7

0.10

1000

500794.0

2/14/1

2

Then,3

2

1

1

212

D

D

Q

QNN

rpmN 2583761.0

794.0

7.7

0.101750

3

2