Pump [EP.8] : Rotary Screw Pump ปั้มเกลียวสกรูสำหรับของหนืด

หากพูดถึงปั้มชนิดนึงที่มีความสามารถกึ่งๆ เชิง Dynamic pump และ Positive displacement pump และมีความสามารถในการส่งของไหลที่มีความเหนียวหนือมากๆ (High Viscosity) มีอัตราการไหลที่สูง และยังต้องการ NPSHr ที่ต่ำอีกด้วย คำตอบนั้นคือ “Rotary Screw Pump”

จริงๆ หากย้อนอดีตไปประมาณ 2,000 กว่าปี (234 ปี ก่อนคริสศักตกราช) ในยุคสมัยอียิปต์ได้มีการประดิษฐ์ อาร์คิมิดิสสกรู (Archimedes’ screw) ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการขนถ่ายน้ำในสมัยนั้น ซึ่งถือเป็นปั้มตัวแรกๆของโลก และยังเป็นต้นแบบของ Screw pump ในยุคปัจจุบันอีกด้วยนะครับ

ซึ่งในทุกๆวันนี้เจ้า Screw pump ตัวนี้ถือมีบทบาทความสำคัญ ในวงการอุตสาหกรรมมากๆ เพราะใช้ในการ “ขนถ่ายของเหลวที่มีความเหนียวหนือสูงได้ดี” ซึ่งตัวอย่าง หรือ application ที่ใช้ในทุกวันนี้ก็มีตั้งแต่ การขนส่งน้ำมันดิบ (Crude oil) ที่มีความหนืดสูงทั้งในการ Loading จากเรือ, การขนส่ง Transfer pipe, การส่งถ่ายยางมะตอย (Asphalt), หรือแม้กระทั่งอุตสาหกรรมอาหารและอุปโภคบริโภค ยกตัวอย่างเช่น วาซาบิ, น้ำมันหอย, ยาสีฟัน เป็นต้นครับ

งั้นเราไปทำความรู้จักเกี่ยวกับปั้มประเภทนี้ให้มากกว่านี้กันต่อเลยครับ เพื่อที่ว่าเราจะได้มีโอกาสเลือกใช้ และทำงานร่วมกับปั้มชนิดนี้ได้ดีมากขึ้นครับ

Screw Pump คืออะไร ?

สกรูปั้ม หรือ Rotary Screw Pump จัดเป็นปั้มชนิด Rotary ซึ่งถือเป็นหนึ่งในชนิดของ Positive Displacement Pump ที่มีส่วนประกอบในการส่งถ่ายของเหลวหลักคือ สกรู (Screw Rotor) และร่องสกรูในเสื้อปั้ม (Housing Stator) ภายใต้ระยะเล็กๆ (Small Clearance) ระหว่างสกรูและร่องสกรู และของเหลวจะถูกบีบส่งในช่องแคปๆนั้นจากการเคลื่อนที่ของตัวสกรูส่งผมให้เกิด อัตราการไหล และความดันที่ด้านขาออกครับผม

ซึ่งคุณภาพของของเหลวที่ออกจากปั้มชนิดนี้จะออกมาเป็นลักษณะที่มีการไหลวน หรือ Turbulance ที่ต่ำ, มีความสั่นสะเทือน (Vibration) ที่ต่ำ, และมีความสามารถในการเป็น Self priming สูง ทำให้แรงเสียดทาน และเสียงในระบบการส่งถ่ายของเราต่ำตามด้วยนะครับ

โดย Generation ของการพัฒนาก็จะเป็นไปตามปี และจำนวน Screw ที่อยู่ด้านในปั้มนะครับ โดยปัจจุบันย่านการใช้งาน (Operating Range) จะมีประมาณนี้นะครับ

Flowrate Range : สามารถทำได้ถึง 9,000 m³/h
Total head ranges : 10³ to 10^-2 mbar
Horsepower ranges : 5 – 5,000 HP

ประเภทของสกรูปั้ม (Type of Screw Pump)

ในการแบ่งประเภทของตัวสกรูปั้ม การแบ่งที่เป็นทางเดียวและสากลคือ เราจะเป็นตาม “จำนวนสกรู (Screw Rotor)” ที่อยู่ด้านในปั้มนะครับ โดยปัจจุบันมีตั้งแต่สกรูเดียว จนถึงห้าสกรูแล้วนะครับ

(i) ปั้มสกรูเดี่ยว (Single Screw Pump) : ปั้มแบบนี้เราอาจจะคุ้นและอ้างอิงในอีกชื่อคือ “Progrssive Cavity Pump” หรือ PC pump หรือ ปั้มหนอน (Worm pump) แต่บางครั้งหลายๆสำนักของปั้มก็จะไม่จัดปั้มชนิดนี้ให้เป็น Rotary Screw Pump เพราะว่า ลักษณะสกรู จะไม่เหมือนคำนิยามของ สกรูปั้มครับ ซึ่งปั้มชนิดนี้ก็จะมี Rotor Screw หมุนภายใน Housing Stator ดังภาพนะครับ

(ii) ปั้มสกรูคู่ (Two Screw Pump) : ปั้มชนิดนี้จะมีสกรู หรือ Rotary Screw สองชิ้น หรือจัดเป็นเรียกว่า Twin screw pump ครับ เจ้าปั้มชนิดนี้นิยมใช้ในการใช้งานที่ต้องการแรงม้าเยอะๆ เช่น Heavy Oil Transfer Pipeline สกรูจะแบ่งเป็น ตัวผู้และตัวเมีย (Male-femal screw) ตัวผู้จะทำหน้าที่รับแรงขับ และไปขับของเหลวต่อไปครับ

(iii) ปั้มสามสกรู (Triple Screw Pump) : ปั้มชนิดนี้จะมีจำนวน Rotary Screw ถึง สามชิ้น หรือบางที่อาจจะเรียก Three Screw pump การใช้งานจะมักจะนิยมใช้ในงานเล็กๆ เช่น ปั้มในระบบหล่อลื่น หรือ Lubrication System โดยการทำงานคือจะมีสกรูเพียงตัวเดียวที่รับกำลังจากต้นขับ และไปขับของเหลว ส่วนสกรูที่เหลือจะหมุนตามระบบจากแรงของเหลวครับ

(iv) ปั้มสี่สกรู (Four Screw Pump) : เป็นปั้มที่บางสำนักบ่งชี้เป็น Twin screw pump แต่ว่า 1 Rotor จะแบ่งสกรูเป็น 2 ชุด โดยการทำงานคือจะดูดของเหลวเข้าตรงกลางในขาดูด โดยของเหลวจะแบ่งออกตามช่อง ไปด้านซ้าย และ ด้านขวา ของสกรูตัวผู้ (Male Screw) ; สีน้ำเงินตามภาพ จากนั้นสกรูตัวผู้จะส่งกำลังและทำงานร่วมกับสกรูตัวเมีย บีบอัดของเหลวและส่งไปที่ขาออก ปั้มชนิดนี้นิยมในการใช้เป็น Crude oil transfer pipeline ครับ

(v) ปั้มห้าสกรู (Five Screw Pump) : ปั้มชนิดนี้จะคล้ายๆกับ ปั้มแบบ 3 สกรู แต่จะเป็น 5 สกรูแทน โดยจะทำงานเหมือนแบบ 3 สกรู คือมีตัวเดียวหมุน และทุกตัวทำงานตาม นะครับ

ซึ่งบางทีเราอาจจะแบ่งสกรูปั้มตาม portion ของ suction side เป็น single และ double นะครับ

หลักการทำงาน (Working Principle)

หลักการทำงานของ Rotary Screw Pump จะเป็นแนวคิดเดียวกับ Positive Displacement คือการบีบอัดของเหลวให้พื้นที่แคบๆเพื่อสร้างแรงดัน และอัตราการไหลขึ้นอยู่กับจำนวน Loop ของของเหลวในความถี่ที่ใส่เข้าไป ด้วยกำลังที่ใส่เข้าไปที่ Rotary Screw ผ่านช่องแคบๆใน Stator Housing โดยของให้เพื่อนๆลองดู animation ในวีดีโอเพิ่มเติมสำหรับหลักการทำงานนะครับ โดยผมขอแบ่งเป็น 3 วีดีโอ ดังนี้นะครับ

(a) Single Screw
(b) Twin Screw
(c) Triple Screw

การนำไปใช้ในงานต่างๆ (Aplication)

ในอดีตจนถึงปัจจุบันมีการนำ Rotary Screw Pump ไปใช้ในหลายๆภาคส่วน ยกตัวอย่างเช่น อุตสาหกรรม Oil & Gas, เหมืองแร่, กระดาษ, หรือ อุปโภคบริโภค แต่อย่างที่เกริ่นช่วงแรกคือ ปั้มชนิดนี้จะเก่งกับของหนืดๆ ดังนั้นที่เราเห็นเป็นประจำที่ใช้งานบ่อยๆจะมี

• ระบบ Hydraulic and Lubrication Systems ในหลายๆเครื่องจักร ในระบบหล่อลื่น (Lubrication system) และระบบส่งกำลังด้วย Hydraulic สามารถพบเจอได้บ่อยๆ เช่น เครื่องจักรขนาดใหญ่ (Large Machinery) , ระบบ High Pressure hydraulic, และ ระบบการทำงานในลิฟท์ (Elevator) เป็นต้น
• ระบบ Heavy Oil Pipeline ในอุตสาหกรรม Oil & Gas ที่สารมีความหนืดสูงๆ เช่น Crude oil การจะใช้ Centrifugal pump ธรรมดาก็ไม่สามารถทำได้ทั้งในแง่ของความหนืด และความสกปรก ดังนั้นการใช้ Screw pump จึงเป็นคำตอบของ Application เหล่านี้
• ระบบ Multiphase Pumping ในของเหลวบางชนิดก็จะมีเฟสผสม ระหว่างของเหลว และก๊าซ ถ้าหากเราเลือกใช้ Centrifugal แบบธรรมดา หรือจะเปลี่ยนไปใช้ Gas compressor ก็จะทำให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์และอายุการใช้งานก็จะต่ำมากๆครับ ดังนั้นการใช้ Screw pump ก็จะเป็นคำตอบหนึ่งของสารที่เป็นเฟสผสมระหว่างของเหลว และก๊าซครับ

ข้อดี/ข้อเสีย ของ Screw pump

เราลองมาดู ข้อดี/ข้อเสีย ของ Rotary Screw Pump กันนะครับว่ามีอะไรกันบ้างครับ เผื่อเป็นภาพกว้างๆให้เราพิจารณากันดูครับ

ข้อดี (Advantage)

• มีความแข็งแรงทนทานสูง (High Robust)
• มีความสามารถในการใช้กับ เฟสผสมของ ของเหลวและก๊าซ (MultiPhase)
• มีความสามารถใช้กับ ของแข็งผสม หรือ เศษฝุ่น ต่างๆ (Particle/Dust)
• เลือกให้เหมาะสมกับ Application ของ End User ได้ดี
• ไม่มีการป่ะปนด้วยสารอื่นๆ เช่น Auxilary Liquid ของปั้มต่างๆ ในระหว่างปั้มของส่งไป
• ความเสียดทานในระบบไม่มีทำให้ Screw Rotor ไม่สึกหรอ (Wear)
• Operation/Maintenance Cost ต่ำ
• มีการใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพ (Energy Efficency)

ข้อเสีย (Disadvantage)

• ในกรณีของก๊าซตัวเบา (Light Gas) ต้องใช้ Gas Ballash มาช่วยอีกระบบ
• ไม่สามารถส่งของเหลวในกรณีที่ต้องการ Flow ต่ำมากๆ เช่น 50 m³/h
• ถ้าปล่อยให้ทำงานโดยที่ไม่มีของเหลว หรือ Run Dry ความเสียหายจะพังหนักมากทั้งในส่วนของ Rotor Screw และ Stator
• อาจจะต้อง Flushing หลังจากทำการใช้งานเสร็จในบางกรณี
• ราคาถ้าเทียบกับ Positive Displacement Pump แบบอื่นๆถือว่าสูง

โดยแบรน์หลายๆยี่ห้อที่เป็นผู้เล่นที่มีความน่าเชื่อถือและอยู่ในอุตสาหกรรมมานาน มีตั้งแต่  IMO, Allweiler, Houttuin, Warren, Bornemann, Leistritz, and Netzsch

ก็สุดท้ายขอสรุปสั้นๆนะครับ “เจอของไหลไหน เหนียวหนืด มีความสกปรกๆ เยอะๆ อาจจะลองมอง Screw Pump เป็น Option นะครับ”

และขอขอบคุณข้อมูลดีๆจากทางเว็ปไซด์ด้านล่างทั้งหมดเลยนะครับ

Reference :
https://en.wikipedia.org/wiki/Archimedes%27_screw
https://www.watelectrical.com/what-is-a-screw-pump-working-principle-types-and-benefits/
https://powerzone.com/resources/glossary/screwpump
https://www.sbmc.com.cn/market/oil_gas_screw_pump_in_jordan_7203.html

แล้วพบกับสาระความรู้ทางด้านงานช่าง และงานวิศวกรรมได้ในโพสต์ถัดๆไปนะครับ หรือสามารถตามสื่อตามๆของเราด้านล่างเลยนะครับ

Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit :  https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCmIPiSeg-uy4k8JYSmknp_g

#นายช่างมาแชร์ #Pump #Engineering #ScrewPump #PositiveDisplacement