Pump [EP.5] : หลักการทำงานของ Diaphragm pump (ชนิด API)

naichangmashare

4 ปี ago

สวัสดีครับเพื่อนๆ กลับมาเจอกันอีกครั้งกับเรื่องราวของปั้ม วันนี้เราจะพามาดูปั้มอีกชนิดหนึ่งที่เป็นที่นิยมมากๆอีกชนิดหนึ่งในแวดวงอุตสาหกรรมมากๆ นั้นคือ Diaphragm pump หรือ ปั้มที่ส่งกำลังผ่านแผ่นไดอะแฟรม โดยแผ่นไดอะแฟรมทำหน้าที่ตัดแยกระบบจากฝั่งเครื่องจักรออกจากฝั่งของไหล โดยข้อดีนี้ทำให้ปั้มสามารถปั้มสารที่มีความเป็นกรด-ด่างสูงได้ หรือพวกสารที่มีความหนืดหรือพวกตะกอนเยอะๆได้ครับ โดยที่ของไหลพวกนี้จะไม่ไปสัมผัสชิ้นส่วนปั้มด้านในโดยตรง

กลับไปอ่านบทความปั้มอื่นๆตรงนี้นะครับ
Pump Principle 1: ประวัติ และชนิดของปั้มแต่ละแบบ
Pump principle 2: Centrifugal pump ฉบับพื้นฐาน
Pump Principle 3: Mechanical Seal หน้าที่และส่วนประกอบ
Pump Principle 4: Piping plan ของ Mechanical seal

โดยปั้มไดอะแฟรมชนิดนี้ เป็นปั้มชนิด Positive Displacement หรือการส่งกำลังแบบอัดไปด้านหน้า ซึ่งหลักการทำงานจะแตกต่างจาก centrifugal pump อย่างสิ้นเชิงนะครับ โดยปั้มชนิดนี้จะชอบนิยมในการโดส (Dosing) สารเคมี เพราะว่า ปั้มชนิดนี้จะมีความแม่นยำในการให้ปริมาณของของไหลที่เที่ยงตรงมากครับ

โดยหลักการคือ ปั้มไดอะแฟรมจะอาศัยการส่งแรงไปที่ของเหลวด้วยวิธีการอัด ดังนั้นปั้มจะอัดของเหลวไปเรื่อยๆ ยิ่งอัดเร็วมาก หรือ อัดด้วยปริมาณมากเท่าไหร่ของเหลว ก็จะส่งไปไวเท่านั้น

แต่ทว่าถ้าเป็น centrifugal pump จะเป็นการเหวี่ยงของเหลว ซึ่งอาศัยการโยนโมเลกุลของเหลวด้วยความเร็วครับ ซึ่งคุณสมบัติของปั้มทั้งสองตัวจะแตกต่างกันตามกราฟด้านล่างนะครับ(เพื่อนๆสามารถกลับไปอ่านคุณสมบัติของปั้ม 2 ชนิดนี้ได้ใน EP.1 นะครับ)

ส่วนประกอบของปั้มไดอะแฟรม

ขั้นแรกเพื่อความเข้าใจนะครับ ลองมาดูส่วนประกอบต่างๆภายในปั้มไดอะแฟรม และหน้าที่คร่าวๆกันก่อนเลยนะครับ

แผ่นไดอะแฟรม (Diaphragm) ทำหน้าที่ในการส่งถ่ายกำลังกันระหว่างห้องน้ำมัน และห้องของของไหล (Process liquid) ครับ ซึ่งอาจจะเป็นชนิด Single diaphragm, Double diaphragm เป็นต้นนะครับ
เช็ควาล์ว (Check valve) ทำหน้าที่ในการสร้างแรงดันขึ้นในระบบ โดยเช็ควาล์วจะมีสองตำแหน่งคือ ขาดูด (Suction) และขาจ่าย (Discharge)
ลูกสูบ (Plunger) ทำหน้าที่ในการส่งถ่ายกำลังจากชุดมอเตอร์และชุดเกียร์ ทำหน้าที่ส่งกำลังให้ชุดน้ำมันส่งกำลัง และถือเป็นชิ้นส่วนทางกลตัวสุดท้ายที่ทำหน้าที่ส่งกำลัง
วาล์วระบายอากาศ (Air release valve) ทำหน้าที่ในการระบายอากาศออกจากห้องน้ำมัน
วาล์วเติมเต็ม (Replenishing valve) เป็นวาล์วที่ทำให้มั่นใจว่าแผ่นไดอะแฟรมจะไม่พังเสียหายจากภาระที่สูงเกินไป (Overload) และทำหน้าที่ระบายแรงดันจำนวนหนึ่งออกในช่วงขาดูด
วาล์วตั้งค่าแรงดัน (Pressure limiting valve) ทำหน้าที่ตั้งค่าแรงดันของปั้มเพื่อนำไปใช้งาน ซึ่งเมื่อปั้มทำการอัดจะทำการอัดได้แค่ความดันที่ตั้งค่าไว้ จากนั้นวาล์วจะเปิดและระบายแรงดันออกในจังหวะขาส่งอัด

หลักการทำงานของปั้มไดอะแฟรม

ปั้มไดอะแฟรม (Diaphragm pump) จะเป็นการส่งถ่ายแรงแบบอัด โดยจุดเริ่มต้นของแรงส่งมาจาก motor จากนั้นแรงผ่านชุดส่งกำลังมาหาลูกสูบ (Plunger)

ในจังหวะขาส่ง ลูกสูบดันตัวส่งถ่ายแรงไปให้น้ำมัน (Hydraulic oil) และน้ำมันส่งแรงไปดันแผ่นไดอะแฟรม อีกที หลังจากนั้นแผ่นไดอะแฟรม จะไปดันของเหลวให้เกิดการอัดตัวขึ้น โดยเช็ควาล์วขาดูดอยู่ตำแหน่งปิด และเช็ควาล์วขาส่งอยู่ตำแหน่งเปิดเพื่อสร้างแรงดัน

ในจังหวะขาดูด ลูกสูบจะดันตัวกลับ หลังจากนั้นน้ำมันจะสร้างแรงดูดไปดูดแผ่นไดอะแฟรม จากนั้นของเหลวจะถูกดูดเข้ามาด้านในห้องแรงดัน โดยเช็ควาล์วขาดูดอยู่ตำแหน่งเปิด และเช็ควาล์วขาส่งอยู่ตำแหน่งปิดเพื่อสร้างแรงดูดเข้ามา

และเป็นแบบนี้ซ้ำๆ หรือที่เรียกว่า Cycle) และเกิดเป็นความดันและอัตราการไหล (ในกราฟ p-V diagram ด้านล่างนะครับ)

*สีฟ้า : เป็นห้องของ Process ของไหล, *สีเหลือง : เป็นห้องของน้ำมันส่งกำลัง Hydraulic

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อปั้มทำความดันถึงจุดสูงสุด?

ในการทำงานของปั้มไดอะแฟรม ในขณะทำการส่งของเหลว ความดันจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และจะเพิ่มจน ถึงจุดที่ Pressure setting valve จากนั้นวาล์วตัวนี้จะทำการเปิดและระบายแรงดันออก เท่ากับว่า แรงดันขาออกจะประมาณเท่ากับแรงดันที่ตั้งค่าไว้

แต่ในช่วงขาดูดของเหลวจะถูกดูดขึ้นมา และจะมีการระบายอากาศในห้องน้ำมันส่งกำลังออก ด้วยวาล์วระบายอากาศ (Air vent valve) และมีการระบายแรงดันจำนวนหนึ่งออกด้วย (Replenishing valve) เพื่อป้องกันแผ่นไดอะแฟรมเสียหายในช่วงจังหวะดูดเข้านะครับ