สวัสดีครับเพื่อนๆ ในโรงงานอุตสาหกรรม “ระบบลมอัด” หรือ Compressed Air System ถือเป็นหนึ่งในระบบ Utility ที่มีความสำคัญต่อกระบวนการผลิต ไม่ว่าจะเป็นการขับเคลื่อนอุปกรณ์ที่ต้องใช้ลมในการทำงาน เช่น ระบบ Pneumatic, กระบอกลม, Control Valve, เครื่องจักรอัตโนมัติ รวมถึงการใช้งานในกระบวนการผลิตต่างๆ
หากเมื่อพูดถึงเครื่องผลิตลมอัด หนึ่งในเทคโนโลยีของ Air Compressor ที่พบได้มากในโรงงานที่สุดแบบหนึ่ง คือ Screw Air Compressor โดยเฉพาะประเภทที่เราเรียกว่า Oil-Flooded Screw Air Compressor ซึ่งถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย เพราะสามารถผลิตลมอัดได้อย่างต่อเนื่อง รองรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม และสามารถออกแบบให้เหมาะกับรูปแบบการใช้ลมของแต่ละโรงงานได้
หนึ่งในเทคโนโลยีที่ถูกใช้อย่างแพร่หลายคือ Oil-Flooded Screw Compressor หรือ Screw Compressor แบบใช้น้ำมันในกระบวนการอัดอากาศ แล้วทำไมจึงต้องใช้น้ำมัน? เหมาะกับโรงงานประเภทไหน และแตกต่างจาก Oil-Free Compressor อย่างไร?
บทความนี้ทางนายช่างมาแชร์จะพาไปทำความเข้าใจหลักการทำงาน และแนวทางเลือกใช้ Oil-Flooded Screw Compressor ให้เหมาะกับโรงงานอุตสาหกรรมกันนะครับ
Screw Air Compressor คืออะไร? (แบบ Twin Screw)
ขอเกริ่นคร่าวๆนะครับ ว่าจริงๆ Air Compressor มีหลากหลายประเภทมากๆ ตั้งแต่ Centrifugal Type, Positive Displacement จำพวกลูกสูบ สกรู ต่างๆ ซึ่งสำหรับบทความนี้เราจะมาเจาะเฉพาะรุ่นของ สกรู ซึ่งตัวที่เป็นที่นิยมที่สุดจะเป็นประเภทของ สกรูคู่ หรือทางนายช่างขอทับศัพท์ไปว่า Twin-Screw Air Compressor กันนะครับ
โดยเจ้าเครื่อง Air Compressor แบบ Twin Screw จะเป็นเครื่องอัดอากาศที่ใช้หลักการการอัด Positive Displacement หรือการอัดแบบปริมาตรแทนที่ ซึ่งข้อดีคือมันจะมีความแม่นยำที่ดีเยี่ยม โดยหากดูส่วนประกอบเค้าจะใช้ Screw Rotor จำนวน 2 ตัว เป็นหัวใจสำคัญของการ Compression โดยทั่วไปเรียกว่า Male Rotor หรือตัวผู้ และ Female Rotor หรือตัวเมีย ในการหมุนทำงานร่วมกันนั้นเองครับ
หากดูภาพด้านบนนะครับ หลักการทำงานแบบคร่างๆคือ จะใช้การหมุนของ Rotor ทั้งตัว Male และ Female หมุนอย่างต่อเนื่องร่วมกัน พออากาศหรือรวมไหลเข้ามาที่ช่องขาดูด (Suction side) ลมจะถูกนำไปเบียดและลดปริมาตรระหว่างช่อง Gap ระหว่าง Male และ Female Rotor หลังจากถูกลดปริมาตรแล้ว ตามหลักการทางวิศวกรรมลมก็จะมีความดันที่เพิ่มขึ้น (รวมถึงอุณหภูมิ) และออกมาเป็นลมที่มีความดันเอาไปใช้งานต่อในโรงงานได้เลยนั่นเองครับผม
สำหรับประเภท Oil-Flooded Screw Compressor จะมีการฉีดน้ำมันเข้าไปใน Compression Chamber ระหว่างกระบวนการ เพื่อช่วยในเรื่องการหล่อลื่น การระบายความร้อน และการซีลภายใน Air End นั่นเองครับ นี่ก็คือหลักการคร่าวๆนั่นเองครับ
หลักการทำงานของ Screw Air Compressor แบบ Oil-Flooded Twin-Screw
มาถึงหลักการทำงานของ Screw Air Compressor กันนะครับ โดยจะเป็นเครื่องอัดอากาศแบบ Positive Displacement Compressor โดยใช้ชุด Screw Rotor 2 ตัว หรือ Twin-Screw ประกอบด้วย Male Rotor และ Female Rotor ทำหน้าที่ดูดอากาศเข้ามา กักอากาศไว้ในช่องระหว่างเกลียว และค่อย ๆ ลดปริมาตรของช่องดังกล่าวเพื่อเพิ่มความดันอย่างต่อเนื่องอย่างที่เกริ่นไป
สำหรับระบบ Oil-Flooded Screw Compressor จะมีการฉีดน้ำมันเข้าไปใน Air End ระหว่างกระบวนการอัดอากาศ เพื่อทำหน้าที่หลัก 3 อย่าง คือ หล่อลื่น (Lubrication), ระบายความร้อน (Cooling) และช่วยซีลช่องว่างภายใน (Sealing) ทางนายช่างมาแชร์จะพาไปดูหลักการทำงานตามเส้นทางของอากาศ สามารถแบ่งออกเป็น 5 ช่วงหลัก ได้แก่
1. อากาศเข้า — Air Intake
กระบวนการเริ่มต้นจาก Atmospheric Air หรืออากาศจากบรรยากาศ ซึ่งโดยธรรมชาติจะประกอบด้วยอากาศแห้ง ฝุ่นละออง ไอน้ำ และสิ่งปนเปื้อนต่าง ๆ อากาศจะถูกดูดเข้าสู่ Compressor ตามความแตกต่างของความดันระหว่างด้านดูดและด้าน Air End เส้นทางพื้นฐานคือ Atmospheric Air → Air Filter → Inlet Valve → Air End
1.1) Air Filter
อากาศจะผ่าน Air Filter เพื่อดักจับฝุ่นและอนุภาคต่าง ๆ ก่อนเข้าสู่ Air End ความสะอาดของอากาศขาเข้ามีผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของ Compressor เพราะอนุภาคที่เข้าสู่ระบบสามารถสะสมหรือทำให้เกิดการสึกหรอของชิ้นส่วนภายใน รวมถึงส่งผลต่อคุณภาพของน้ำมันและประสิทธิภาพของระบบในระยะยาว
ในทางวิศวกรรม Air Filter ไม่ได้มีหน้าที่เพียง “กรองให้สะอาด” แต่ยังต้องมี Pressure Drop ต่ำ ในขณะที่ยังสามารถกรองอนุภาคได้ตามประสิทธิภาพที่ออกแบบไว้
หาก Filter สกปรกมาก Pressure Drop จะเพิ่มขึ้น ทำให้ Compressor ต้องทำงานกับสภาวะดูดที่ไม่เหมาะสมและอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
1.2) Inlet Valve
หลังจากผ่าน Air Filter อากาศจะเข้าสู่ Inlet Valve วาล์ตัวนี้ทำหน้าที่ควบคุมปริมาณอากาศเข้าสู่ Air End ให้สัมพันธ์กับ Operating Condition และ Air Demand ของระบบ ดังนั้น Inlet Valve จึงเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญของระบบ Capacity Control ของ Compressor
2. การอัดอากาศ — Air Compression
หัวใจของ Screw Compressor คือ Air End ภายใน Air End ประกอบด้วย Screw Rotor 2 ตัว ได้แก่
- Male Rotor
- Female Rotor
Rotor ทั้งสองถูกออกแบบด้วย Profile ของเกลียวที่มีความแม่นยำสูง และทำงานร่วมกับ Housing เพื่อสร้างช่องว่างสำหรับกักอากาศ
หลักการ Positive Displacement
เมื่อ Rotor หมุน อากาศจะถูกดูดเข้าไปในช่องว่างระหว่าง Rotor และ Housing เมื่อ Rotor เคลื่อนที่ต่อ ช่องที่กักอากาศจะถูกปิดจากด้าน Suction และเคลื่อนที่ไปทางด้าน Discharge สิ่งสำคัญคือ
“ปริมาตรของช่องที่กักอากาศจะค่อย ๆ ลดลง“
เมื่อปริมาตรลดลง ความดันของอากาศจึงเพิ่มขึ้น สามารถอธิบายเป็นกระบวนการได้ว่า ดูดอากาศ → กักอากาศ → ลดปริมาตร → เพิ่มความดัน
นี่คือหลักการพื้นฐานของ Rotary Screw Compressor ทำไม Screw Compressor จึงสามารถผลิตลมได้อย่างต่อเนื่อง?
แตกต่างจาก Reciprocating Compressor ที่มีจังหวะดูดและอัดเป็นรอบ ๆ Screw Compressor มีช่อง Compression หลายช่องเกิดขึ้นต่อเนื่องตลอดการหมุนของ Rotor ดังนั้นจึงสามารถสร้าง Continuous Flow of Compressed Air ได้ ลักษณะการไหลจึงค่อนข้างต่อเนื่องและเหมาะกับงานอุตสาหกรรมที่ต้องการลมอัดอย่างต่อเนื่อง เช่น Pneumatic System, Automation และ Production Process
3. ระบบ Oil Flood — การฉีดน้ำมันเข้าสู่ Air End
ใน Oil-Flooded Screw Compressor จะมี Compressor Oil ถูกฉีดเข้าไปในบริเวณ Compression Chamber ระหว่างกระบวนการอัดอากาศ
น้ำมันจึงไม่ได้มีหน้าที่เพียงหล่อลื่น Bearing หรือชิ้นส่วนที่หมุนเท่านั้น แต่มีบทบาทโดยตรงต่อกระบวนการ Compression
หน้าที่สำคัญมี 3 ประการ
3.1 Lubrication — การหล่อลื่น
น้ำมันสร้างฟิล์มหล่อลื่นบนพื้นผิวของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ ช่วยลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ ในระบบที่ออกแบบให้ Rotor ทำงานร่วมกันโดยมี Oil Film น้ำมันจึงเป็นส่วนหนึ่งที่ช่วยให้ Rotor สามารถทำงานด้วยความเร็วสูงได้อย่างมีเสถียรภาพ
3.2 Cooling — การระบายความร้อน
การ Compression ทำให้อุณหภูมิของอากาศเพิ่มขึ้น น้ำมันที่ถูกฉีดเข้าไปจะสัมผัสกับอากาศที่กำลังถูกอัดและช่วยดูดซับความร้อนจากกระบวนการ Compression น้ำมันจึงทำหน้าที่เป็น Heat Transfer Medium จากนั้นความร้อนจะถูกนำออกจากระบบผ่าน Oil Cooler ดังนั้น Oil Circuit จึงมีความสัมพันธ์โดยตรงกับ Thermal Management ของ Compressor
3.3 Sealing — การช่วยซีล
ภายใน Air End จะมี Clearance ที่ถูกออกแบบไว้อย่างเหมาะสมระหว่าง Rotor และ Housing น้ำมันสามารถเข้าไปเติมบริเวณ Clearance เหล่านี้ ช่วยลดการรั่วไหลของอากาศจากบริเวณแรงดันสูงย้อนกลับไปยังบริเวณแรงดันต่ำ การลด Internal Leakage ช่วยให้การ Compression มีประสิทธิภาพมากขึ้น
ดังนั้น Oil-Flooded Screw Compressor จึงใช้ประโยชน์จากน้ำมันพร้อมกันทั้ง Lubrication + Cooling + Sealing
หลังจากผ่าน Air End แล้ว ลมจึงไม่ได้เป็นเพียง Compressed Air อย่างเดียว แต่ยังมีน้ำมันปะปนอยู่ด้วย Compressed Air + Oil
4. อากาศออก — Air Discharge & Oil Separation
เมื่ออากาศถูก Compression จนได้แรงดันตามสภาวะการทำงาน อากาศจะถูกส่งออกจาก Air End สำหรับ Oil-Flooded Compressor ลมที่ออกจาก Air End จะมีทั้ง Compressed Air + Oil ดังนั้นก่อนที่จะนำลมไปใช้งาน จะต้องมีการแยกน้ำมันออกจากกระแสลม
โดยแต่ละช่วงทำหน้าที่ดังนี้
1. Oil Separator หลังการ Compression น้ำมันจะถูกแยกออกจาก Compressed Air แล้วรวบรวมกลับเข้าสู่ Oil Circuit
2. Oil Filter น้ำมันจะผ่าน Oil Filter เพื่อกำจัดสิ่งสกปรกและอนุภาคที่อาจเกิดขึ้นในระบบ ก่อนกลับไปใช้งานอีกครั้ง
3. Oil Cooler น้ำมันที่ผ่านการใช้งานจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นจากการดูดซับความร้อนใน Air End จึงต้องผ่าน Oil Cooler เพื่อควบคุมอุณหภูมิ
4. Oil Injection น้ำมันที่ผ่านการกรองและระบายความร้อนแล้วจะถูกส่งกลับไปฉีดเข้าสู่ Air End
5. ระบบเตรียมคุณภาพอากาศ — Air Treatment
แม้ลมจะผ่าน Compressor และ Oil Separator แล้ว แต่ยังไม่ได้หมายความว่าลมจะพร้อมสำหรับทุกกระบวนการผลิต
เพราะ Compressed Air ยังอาจมี
- ความร้อน
- ความชื้น
- น้ำที่เกิดจากการควบแน่น
- อนุภาค
- Oil Aerosol หรือสิ่งปนเปื้อนที่เหลืออยู่
ดังนั้นจึงต้องมี Air Treatment System เพื่อปรับคุณภาพลมให้เหมาะกับการใช้งาน
5.1 Aftercooler — ลดอุณหภูมิ
ลมอัดที่ออกจาก Compressor มีอุณหภูมิสูงจากกระบวนการ Compression
จึงผ่าน Aftercooler เพื่อถ่ายเทความร้อนออกจาก Compressed Air
เมื่ออุณหภูมิลดลง ความสามารถของอากาศในการกักเก็บไอน้ำจะลดลง ทำให้ไอน้ำบางส่วนเกิดการควบแน่นเป็นของเหลว
จึงต้องมี Condensate Drain สำหรับระบายน้ำออกจากระบบ
5.2 Air Dryer — ลดความชื้น
หลังจาก Aftercooler ลมจะเข้าสู่ Air Dryer ตามความต้องการของระบบ
หน้าที่ของ Dryer คือควบคุมปริมาณความชื้นใน Compressed Air โดยพิจารณาจากค่า Pressure Dew Point (PDP) ที่ระบบต้องการ
ชนิดของ Dryer สามารถแตกต่างกัน เช่น
- Refrigerated Dryer
- Desiccant / Adsorption Dryer
- Membrane Dryer
การเลือกใช้ขึ้นอยู่กับ Air Quality Requirement และสภาวะการใช้งานของโรงงาน
5.3 Air Filter — กรองและปรับคุณภาพลม
หลังจาก Dryer ระบบอาจมี Compressed Air Filter หลายระดับตามคุณภาพลมที่ต้องการ
หน้าที่อาจครอบคลุมการกำจัด
Particles → Oil Aerosol → Moisture / Contaminants
ทั้งนี้ไม่ได้หมายความว่าโรงงานทุกแห่งจะต้องใช้ Filter เหมือนกันทั้งหมด แต่ต้องเลือกตาม Required Air Quality ของกระบวนการ
ตัวอย่างเช่น ระบบ Pneumatic ทั่วไปอาจต้องการคุณภาพลมแตกต่างจากกระบวนการที่ลมอัดมีโอกาสสัมผัสกับผลิตภัณฑ์โดยตรง
แล้ว Oil-Flooded Screw Air Compressor “เหมาะกับใคร?”
Oil-Flooded Screw Air Compressor เหมาะกับโรงงานและธุรกิจที่ต้องการ Compressed Air อย่างต่อเนื่อง มีความเสถียร และรองรับการใช้งานในปริมาณมาก โดยเฉพาะงานที่ไม่ได้ต้องการ Compressed Air แบบ Oil-Free ระดับสูงเป็นพิเศษ เช่น
- โรงงานอุตสาหกรรม ที่มีการใช้ลมอัดต่อเนื่องตลอดกระบวนการผลิต
- งาน Automation & Pneumatic เช่น กระบอกลม วาล์ว และอุปกรณ์ควบคุม
- เครื่องจักรและ Air Tools ที่ต้องใช้ลมอัดในการทำงาน
- งานผลิตและ Assembly ที่ต้องการแรงดันลมคงที่และมีความเสถียร
- อุตสาหกรรมยานยนต์และชิ้นส่วน ที่มีการใช้ลมในหลายกระบวนการ
- โรงงานทั่วไป ที่ต้องการระบบลมอัดสำหรับใช้งานหลายจุดพร้อมกัน
แต่ถ้ากระบวนการผลิตมีข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ของอากาศสูงมาก เช่น อาหารและเครื่องดื่ม ยา หรือกระบวนการที่ไม่สามารถยอมรับการปนเปื้อนของน้ำมันได้ อาจต้องพิจารณา Oil-Free Screw Air Compressor หรือระบบ Air Treatment ที่เหมาะสมกับมาตรฐานของกระบวนการนั้นโดยเฉพาะ
=================================
ขอขอบคุณ Sponsor
บทความความรู้เรื่อง Oil-Flooded Screw Air Compressor ในครั้งนี้
ขอขอบคุณ บริษัท Hi-Com Corporation (Thailand) จำกัด ผู้จัดจำหน่าย Hitachi Compressor ในประเทศไทย สำหรับการสนับสนุนข้อมูลและองค์ความรู้ด้านระบบ Compressed Air และเทคโนโลยีเครื่องอัดอากาศสำหรับงานอุตสาหกรรม
Hi-Com Corporation (Thailand) ให้บริการด้าน Industrial Air Compressor พร้อมให้คำปรึกษาเกี่ยวกับการเลือกและประยุกต์ใช้ระบบลมอัดให้เหมาะสมกับลักษณะการใช้งานของแต่ละโรงงาน ตั้งแต่การเลือกเครื่อง Compressor ไปจนถึงการดูแลระบบลมอัดให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ติดตามข้อมูลและรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Hitachi Compressor ได้ที่ Hi-Com Corporation (Thailand)
Contact :
Tel. +66 2150 7825-31 , +081 374 3526, +081 938 2774
email [email protected] , [email protected]
website https://www.hi-comcorp.co.th/
location 55/68 Moo 3 T.Lumpo, A.Bangbuatong, Nonthaburi 11110
=================================
แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ
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 #AirCompressor #ScrewCompressor #HitchiCompressor #OilFlood
