บทที่ 10 10.1 ความนํา - LRU 10.pdfบทท 10 เคร องสบน า...

บทที่ 10

เครื่องสูบน้ํา

10.1 ความนํา เครื่องสูบน้ําเปนอุปกรณหนึ่งที่มีความสําคัญมากในระบบการใหน้ําแกพืช ซ่ึงโดยทั่วไปจะ

เรียกเครื่องสูบน้ําวา “ปมน้ํา(Pump)” ซ่ึงปมจะทําหนาที่เพิ่มแรงดันน้ําภายในทอ ทําใหสงน้ําไปยัง

จุดตาง ๆ ไดตามที่ตองการ เครื่องสูบน้ํานี้มีใหเลือกใชหลายแบบตามวัตถุประสงคของการใชงาน

ซ่ึงก็มีขอจํากัดในดานตาง ๆ เชน ตนกําลังที่ใช ประเภทของน้ํา และความลึกของแหลงน้ํา เปนตน

ดังนั้นในการพิจารณาเลือกเครื่องสูบน้ํามาใชในระบบการใหน้ําแกพืชแบบตาง ๆ จึงเปนสิ่งสําคัญ

อยางยิ่ง เนื่องจากเครื่องสูบน้ําเปนอุปกรณหลักทีจ่ะขาดไมไดสําหรบัการใชงานในระบบการใหน้ํา

แกพืช

10.2 ชนิดของเครื่องสูบน้ํา เครื่องสูบน้ําที่ใชในการเกษตรแบงออกเปน 2 ชนิดใหญ ๆ คือ

10.2.1 เคร่ืองสูบน้ําสําหรับงานระบายน้ํา

เครื่องสูบน้ําสําหรับงานระบายน้ํา เปนเครื่องสูบน้ําที่สามารถสูบน้ําไดปริมาณมาก ๆ

(อัตราการไหล ,Q) แตไมสามารถสงน้ําไปไดไกล (แรงดันต่ํา, H) เชน ทอสูบน้ําพญานาค เครื่อง

สูบน้ําเทพฤทธิ์ เปนตน

10.2.2 เคร่ืองสูบน้ําสําหรับงานสงน้ํา

เครื่องสูบน้ําสําหรับงานสงน้าํเปนเครื่องสูบน้ําที่สามารถสูบน้ําไดปริมาณตามตองการ

(อัตราการไหล ,Q) ขึ้นอยูกบัคุณสมบัติของเครื่องและสามารถสงน้ําไปไดไกล (แรงดันสูง, H) เชน

เครื่องสูบน้ําแบบหอยโขง (Centrifugal Pump) เปนตน สําหรับเครื่องสูบน้ําที่จะนํามาใชในระบบ

ใหน้ําแกพืชนัน้ สวนใหญจะนิยมใชเครื่องสูบน้ําประเภทนี้

10.3 การเลอืกเครื่องสูบน้ํา การเลือกใชเครื่องสูบน้ําโดยระบุขนาดทอและแรงมาที่ใชกันทั่วไปนั้น มีโอกาสผิดพลาดสูง

เนื่องจากมีความเปนไปไดสูงที่จะไดเครื่องสูบน้ําที่มีอัตราการไหล (Q) และแรงดัน (H) ไมตรงกับ

ความตองการใชงาน

216

ในการเลือกเครื่องสูบน้ําที่ถูกตองนั้นจะตองเลือกจากอตัราการไหล(Q) และแรงดนั(H)

ที่ตรงกับความตองการใชงานจริง ซ่ึงทั้ง Q และ H จะเปนตัวกําหนดกาํลังงานที่ตองใชและขนาดทอ

สงที่เหมาะสม

ในกรณีที่ทอดดูสงน้ําของเครื่องสูบน้ําเล็กกวาขนาดทอที่ติดตั้งไวสามารถขยายไดโดย

ไมจําเปนตองเลือกเครื่องสูบน้ําที่มีทอดูดสงน้ําขนาดเทากับทอที่ติดตั้งไวแลว

แตถาเลือกเครื่องสูบน้ําโดยพิจารณาจากอตัราการไหล(Q)และแรงดนั(H)แลวไดทอดูด

สงน้ําใหญกวาทอสงน้ําที่ติดตั้งไวแลว แสดงวาเลือกใชขนาดทอสงน้ําที่เล็กเกินไป ซ่ึงเครื่องสูบน้ํา

หอยโขงจะมทีอดูดใหญกวาทอสง

เครื่องสูบน้ําแบบหอยโขงตามมาตฐาน จะมีเสนโคงแสดงสมรรถนะของเครื่องสูบน้ํา

(Pump Performance Curves) ดังแสดงในภาพที่ 10.1 และ 10.2 ไวใหผูใชนําไปพิจารณาเลือกใชให

เหมาะสมกับความตองการใชงาน จากเอกสารของบริษัทผูผลิตตามตัวอยางจะระบยุี่หอ รุน รอบ

หมุน หนวยวดัเปนรอบตอนาที (RPM ; Round Per Minute) ขนาด / รุนของใบพัด (Ø ) หรือรุนซ่ึง

สามารถไปหาขนาดเสนผานศูนยกลางใบพดัอีกทีหนึ่ง

ภายใตเสนโคง (Curve) จะสามารถหาอัตราการไหลมหีนวยวัดเปนลูกบาศกเมตรตอ

ช่ัวโมง ลิตรตอนาที แกลลอนตอนาที ที่มีความสัมพันธกับแรงดันมีหนวยวดัเปนเมตรหรือฟุต

ประสิทธิภาพ (η เปอรเซ็นต) กําลังงานที่ตองการ(KW/HP) และคา Net Positive Suction Head

(Required) = [NPSH (req} ] มีคาเปนฟุตหรือเมตร ของเครื่องสูบน้ํานั้น

เครื่องสูบน้ําแบบหอยโขงทีไ่ดมาตรฐานจะอางอิงมาตรฐาน ISO 2548 ( International

Standard Organization-ISO) สําหรับเครื่องสูบน้ําขนาดทอ 2 นิ้ว ขึ้นไป และสําหรบัขนาดทอเล็ก

กวา 2 นิ้ว จะอางอิง ISO 2548 Annex-B

จะเห็นวาเสนโคงแสดงสมรรถนะ (Performance Curves) จะมีความสําคัญมาก เพราะ

เปนเอกสารทีบ่อกถึงคุณลักษณะตาง ๆ ของเครื่องสูบน้ํานั้น ๆ ซ่ึงสามารถชวยใหผูใชสามารถเลือก

เครื่องสูบน้ําไดตรงกับความตองการใชงาน ถามีใหเลือกควรเลือกรอบหมุนที่ชาและประสิทธิภาพที่

สูงกวา ซ่ึงเครื่องสูบน้ําที่มีรอบหมุนชาจะมีการสึกหรอนอยกวารอบหมุนเร็ว ขณะเดียวกันประสิทธิ

ภาพที่สูงกวาจะสิ้นเปลืองกําลังงานนอยกวา

217

ภาพที่ 10.1 เสนโคงแสดงสมรรถนะ (Performance Curves) ของเครื่องสูบน้ําริทซ (Ritz)

ท่ีมา : ดิเรก ทองอราม และคณะ , 2545

218

ภาพที่ 10.2 เสนโคงแสดงสมรรถนะ (Performance Curves) ของเครื่องสูบน้ําคาลปดา (Calpeda)


219

นอกจากพิจารณาอัตราการไหล (Q) และแรงดัน (H) แลวช้ินสวนประกอบตาง ๆ ของ

เครื่องสูบน้ําก็มีความสําคัญในการนํามาพจิารณาเลือกเครือ่งสูบน้ําไปใชงานดังนี ้

10.3.1 ใบพัดปมน้ํา (Impeller)

ในเสื้อสูบของเครื่องสูบน้ํารุนเดียวกนัผูผลิตอาจจะผลิตใบพัดหลาย ๆ ขนาดสําหรับเสื้อ

สูบรุนนั้น เพื่อใหเกิดชวงการใชงานที่มากขึ้นและผูใชสามารถเลือกใหตรงความตองการไดใบพัด

หลาย ๆ ขนาดนั้น อาจจะแตกตางกนัไมมากและผูผลิตจะมีคุณลักษณะเฉพาะของใบพัดปมน้ําแต

ละขนาดไว ดงันั้นถาไมมีใบพัดรุนที่ตองการแตมีรุนที่ใหอัตราการไหล(Q)และแรงดัน (H) สูงกวา

สามารถนําใบพัดรุนที่สูงกวามาแตงเพื่อใหไดอัตราการไหล(Q)และแรงดัน(H)ตามที่ตองการได แต

จะตองทําโดยชางผูมีความชํานาญและมีประสบการณ

เครื่องสูบน้ําโดยทั่วไปจะมขีนาดใบพดัใหเลือกหลายขนาดตามความตองการอัตราการ

ไหล(Q)และแรงดัน(H) นอกจากนีย้ังมีชนดิหลายใบพัด เรียกวา “เคร่ืองสูบน้ําแบบมีใบพัดหลาย

ใบ” หรือ “Multi-stage” กลาวคือในเครือ่งสูบน้ําเดียวกันนั้นไดนําเอาใบพัดหลาย ๆ ใบมาเรียงตอ

กัน เครื่องสูบน้ําแบบนีจ้ะมสีมรรถนะดานอัตราการไหล(Q)คงที่เทากบัใบพัดใบเดยีว แตแรงดัน(H)

จะเพิ่มสูงขึ้นเปนจํานวนเทาของใบพัด

10.3.2 Net Positive Suction Head (Required) ; NPSH (Req)

NPSH (Req) คือแรงดันขั้นต่ําที่ตองการดานทอดูด ณ จุดตั้งเครื่องสูบน้ําที่จะทําใหเครื่อง

สูบน้ําสามารถดูดน้ําขึ้นไดโดยไมเกิดฟองอากาศ (Cavitation) หรือกลาวอีกนยัหนึ่งวา เปนความลึก

ที่เครื่องสูบน้ําสามารถดูดน้ําขึ้นไดโดยไมเกิดฟองอากาศน้ํา

10.4 ตนกําลัง

เครื่องสูบน้ําเปนเพียงเครื่องมือกลชนิดหนึง่ จําเปนตองมีตนกําลังมาขับเพื่อใหเครือ่งสูบน้ํา

ทํางานได ตนกําลังที่นิยมใชในการสูบน้ํามี 2 ชนิด คือมอเตอรไฟฟาและเครื่องยนตดีเซล

10.4.1 มอเตอรไฟฟา (Motor)

มอเตอรที่ใชกบัเครื่องสูบน้ําโดยทั่วไป ใชมอเตอรชนิดเหนี่ยวนํา (Induction Motor) ทั้ง

ที่ใชไฟฟา 2 สาย (1 เฟส) และ 4 สาย (3 เฟส)

220

1) การถายทอดกําลัง ถามอเตอรเปนตนกําลังในการขับเครื่องสูบน้ํา สวนใหญจะ

ถายทอดกําลังโดยตรง (Direct coupling) ขับเครื่องสูบน้ํา ถาเปนการตดิตั้งอยูบนเพลาแกนเดียวกนั

ที่ประกอบมาจากโรงงานเรยีกวา “แบบชิ้นเดียว” (Monoblock) แตถาไมไดติดตั้งบนเพลาแกน

เดียวกัน สวนใหญจะใชขอตอกากบาท (Flexible coupling) และในกรณีที่ตองทําการทดรอบหมุน

สามารถทําไดโดยใชมูเลยและสายพาน เนือ่งจากรอบหมนุของตนกําลังและเครื่องสูบน้ําไมเทากนั

2) การเลือกมอเตอร ในการเลือกมอเตอรเพื่อมาใชกบัเครื่องสูบน้ํา จะตองมีขอมูล

ไฟฟาในพื้นทีท่ี่จะนํามอเตอรไปใชงาน เชน ไฟฟาที่มีเปนไฟฟา 1 φ (เฟส) หรือ 3 φ (เฟส) ขนาด

ของโวลต และมิเตอรไฟฟาที่มีใชงานอยู ทั้งนี้เพื่อที่จะใชเปนขอมูลในการจัดหามอเตอรที่เหมาะสม

สามารถใชงานกับระบบไฟฟาที่มีอยูแลว โดยไมกระทบตอการใชไฟฟาในดานอืน่ ๆ มอเตอรที่

เลือกควรมีรอบหมุนเทากับหรือใกลเคียงกับรอบหมุนของเครื่องสูบน้ํา โดยทั่วไปแลวมอเตอรไฟ 3

φ (เฟส)ที่ใชกาํลังเทาๆ กันจะมีราคาถูกกวาและใชงานไดดีกวามอเตอรไฟ 1 φ (เฟส)

สําหรับเครื่องสูบน้ําไฟฟาแบบชิ้นเดียว (Monoblock) นั้น เมื่อเลือกอัตราการไหล (Q)

และแรงดนั(H) ของเครื่องสูบน้ําไดแลว ใหตรวจสอบมอเตอรวาใชไฟฟาของมอเตอรตรงกับไฟฟา

50 ไซเกิ้ล กี่โวลต และกินกระแสไฟฟาขณะสตารทกี่แอมแปร ใชไฟฟา 1 เฟส หรือ 3 เฟส ถาระบบ

ไฟฟาของมอเตอรตรงกับไฟฟาที่มีอยูในสถานที่ที่จะไปติดตั้งใชงานนั้นแสดงวาเครื่องสูบน้ําไฟฟา

นั้นสามารถนําไปใชงานไดทนัที

ในกรณีที่ซ้ือเครื่องสูบน้ํากับมอเตอรไฟฟาแยกกัน เมือ่เลือกเครื่องสูบน้ําไดแลวจะรูวา

อัตราการไหล(Q),และแรงดนั(H) และกําลังงาน(แรงมา,HP ) ที่ตองการใชงาน ในการเลือกมอเตอร

นอกจากจะตองตรวจสอบวา เปนระบบไฟฟาเชนเดียวกับในแบบชิ้นเดียว (Monoblock) แลว ตอง

ตรวจสอบกําลังงาน(HP) ของมอเตอรดวย ซ่ึงกําลังงานของมอเตอรควรมากกวากําลังงานที่ตองการ

ของเครื่องสูบน้ําประมาณ 10 เปอรเซ็นต เผ่ือสําหรับประสิทธิภาพในการถายทอดกําลัง จากการ

ตอเชื่อมระหวางเครื่องสูบน้ํากับมอเตอรดวย

นอกจากนี ้ควรดูช้ันของฉนวน และระดับของการปองกัน (IP = Internal Protection)

ของมอเตอรที่แผนปาย (Name Plate) ประกอบ เนื่องจากชั้นของฉนวนจะบงชี้อุณหภูมิสูงสุดที่

มอเตอรจะทนไดโดยระบุเปนตัวอักษรภาษาอังกฤษเพยีงตัวเดยีว ดังแสดงในตารางที่ 10.1

221

ตารางที่ 10.1 แสดงชั้นของฉนวนมอเตอร (Insulation Class)

ชั้นของฉนวน A E B F H C

อุณหภูมิสูงสุด ºC 150 120 130 155 180 > 180

สวนระดับการปองกันระบุดวยตวัอักษรภาษาอังกฤษ IP ตามดวยตัวเลขอีก 2 หลัก


ตัวเลขหลักแรกมี 6 ระดับ เร่ิมจาก 0-5 บอกระดับที่เพิม่ขึ้นของการปองกันบุคคลจากการสัมผัสกับ

ไฟฟาหรือปองกันวัสดแุปลกปลอมเขาไปในมอเตอร ตัวเลขหลักที่ 2 มี 9 ระดับ เร่ิมจาก 0 - 8 บอก

ถึงระดับที่เพิ่มขึ้นในการปองกันน้ําเขาสําหรับมอเตอรที่ผลิตขายทั่วไป จะมีระดับการปองกันสูงสุด

คือ IP 55 มอเตอรที่มีระดับ IP สูงกวานี้เปนมอเตอรที่ตองสั่งทําพิเศษ

3) ขนาดของมอเตอร ขนาดของมอเตอรจะกําหนดที่ขนาดของกําลังงานที่ไดเปนกโิล

วัตต (KW) หรือแรงมา(HP) ดังนั้นถึงแมจะคํานวณออกมาไดวาตองการใชกําลังของมอเตอรขนาด

กี่แรงมาหรือกีก่ิโลวัตต แตในทางปฏิบตัิไมไดมีมอเตอรขนาดตรงกบัที่ตองการพอดี เนื่องจาก

มอเตอรมาตรฐานที่ผลิตขายมีขนาดตายตวั ตามตารางที่ 10.2

ตารางที่ 10.2 แสดงขนาดมอเตอรมาตรฐาน : หนวยวัด กิโลวัตต(kW) ,แรงมา( HP)

หนวย ขนาดของมอเตอร

กิโลวัตต(kW),แรงมา(HP) 0.4 0.75 (1) 1.5 (2) 2.2 (3) 3.7 (5) 5.5 (7.5) 7.5 (10) 11 (15)

กิโลวัตต(kW),แรงมา(HP) 15 (20) 18.5 (25) 22 (30) 30 (40) 37 (50) 45 (60) 55 (75) 75 (100)

กิโลวัตต(kW),แรงมา(HP) 90 (20) 110(150) 132(180 160(215) 200(270) 250(335) - -


10.4.2 เคร่ืองยนตดีเซล

ตนกําลังที่ใชขบัเครื่องสูบน้ําสวนมากนยิมใชเครื่องยนตดีเซล เนื่องจากเครื่องยนตดีเซล

มีรอบหมุนต่ําและใหแรงบิดที่รอบต่ําไดดกีวาเครื่องยนตเบนซิน และราคาน้ํามันเชื้อเพลิงดีเซลยังมี

222

ราคาถูกกวาน้าํมันเบนซิน คาใชจายในการใชงานและการบํารุงรักษาต่ํา และเครื่องสูบน้ําที่เปน

เครื่องยนตจะใหกําลังงานสงูกวาเครื่องสบูน้ําที่เปนมอเตอร ดังนั้นการใชตนกําลังของเครื่องสูบน้ํา

ควรเลือกชนิดที่จะชวยลดคาใชจายใหไดมากที่สุด โดยการเลือกใชขนาดเครื่องยนตและรอบหมุนที่

เหมาะสม โดยทั่วไปแลวรอบหมุนของเครือ่งสูบน้ําที่ขับดวยเครื่องยนตควรอยูระหวาง 1,750-2,400

รอบตอนาที ดังนั้นการเลือกเครื่องสูบน้ําที่จะมาใชงานควรเลือกเครื่องยนตที่มีรอบใชงานตอเนื่อง

ในระดับเดยีวกันกับเครื่องสบูน้ํา

ทั้งนี้ที่รอบการใชงานเครื่องยนตนัน้ ควรใหแรงบิดสูงสูดและผลิตกําลังงานไดมากกวา

ที่เครื่องสูบน้ําตองการประมาณ 25-30 เปอรเซ็นต โดยมีอัตราการสิ้นเปลืองน้ํามันเชื้อเพลิงต่ําหรือ

อยูในเกณฑมาตรฐาน ดังแสดงในตารางที่ 10.3

ตารางที่ 10.3 อัตราการใชน้าํมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนตดีเซล

แรงมาเคร่ืองยนต (HP) อัตราการใชน้ํามัน

100-300 300-500 500-1,000 >1,000

kg/HP.hr 0.22 0.20 0.18 0.17

l/HP.hr 0.24 0.22 0.20 0.19

l/hr 24.72 66-110 100-200 >190

หมายเหตุ น้ํามันดีเซล 1 ลิตร หนักประมาณ 0.911 กิโลกรัม


จะเห็นไดวา เครื่องยนตมีเสนโคงแสดงสมรรถนะ(Performance Curves) เชนเดยีวกับ

เครื่องสูบน้ําเหมือนกนั (ภาพที่ 10.3) แตคาที่ไดจะแตกตางกัน ซ่ึงในเครื่องยนตจะบอกคาแรงบิด ณ

รอบที่ตองการกําลังงาน (แรงมา,HP) ที่ผลิตไดทั้งในลกัษณะชวงเวลาสั้น ๆ (Intermittant) และใน

ลักษณะตอเนือ่ง (Continuous) ขณะเดยีวกันจะบอกถึงอัตราการสิ้นเปลืองน้ํามันเชือ้เพลิงดวย

223

ภาพที่ 10.3 เสนโคงแสดงสมรรถนะ (Performance Curve) เครื่องยนตคัมมินส (Cummins)


224

ในทางปฏิบัตกิารเลือกเครื่องยนต ควรพิจารณาเปรียบเทยีบหลาย ๆ ยีห่อ ซ่ึงนอกจาก

พิจารณาจากราคาเครื่องและคาใชจายแลว ควรคํานึงถึงการหาอะไหลสําหรับการซอมแซมใน

อนาคตดวย โดยเฉพาะกับเครื่องยนตใชแลวที่ปจจุบันนยิมนํามาใชกับเครื่องสูบน้ํา ซ่ึงมีการเปลี่ยน

รุนอยูตลอด ปญหาอะไหลในอนาคตจึงไมแนนอน

เครื่องยนตดีเซลรุนใหมปจจบุันใชสตารทดวยกุญแจ จึงมีขอดีที่สามารถนํามาใชโดย

เพิ่มอุปกรณควบคุมเขาไป เพื่อใหสามารถใชงานแบบอตัโนมัติได แตเครื่องยนตเหลานี้มีรอบหมุน

คอนขางสูง (มากกวา 3,000 รอบตอนาที) ถานํามาใชงานจะมีขอเสียคือ มีการสึกหรอของทั้งเครื่อง

สูบน้ําและเครือ่งยนตตนกําลังสูง เพราะวาในการใชงานเครื่องสูบน้ําจะถูกใชงานที่รอบคงที่เปน

ระยะเวลานาน ๆ (8-12 ชม./วัน)

10.5 การติดตั้งและวิธีการถายทอดกําลัง

ในการติดตั้งเคร่ืองสูบน้ําเขากับตนกําลัง ซ่ึงตนกําลังอาจจะเปนเครือ่งยนตหรือมอเตอรไฟฟา

เพื่อถายทอดกาํลังจากเครื่องยนตหรือมอเตอรไฟฟามาขับเครื่องสูบน้ําสามารถทําไดหลายวิธี วิธีที่ดี

ที่สุดคือ การตอตรง (Direct Coupling) ดวยขอตอกากบาท (Flexible Coupling) ดังภาพที่ 10.4 วิธีนี้

รอบของเครื่องสูบน้ําจะใกลเคียงกับรอบของมอเตอรไฟฟา ในกรณีทีจ่ําเปนตองปรบัรอบหมุนอาจ

ใชเกยีรชวยโดยมีชุดเกยีรอยูกึ่งกลางระหวางตนกําลังกับเครื่องสูบน้ําหรืออาจใชสายพาน ซ่ึงแตละ

วิธีของการติดตั้งจะมีประสิทธิภาพในการถายทอดกําลังไมเทากัน ดังแสดงในตารางที่ 10.4

ดังนั้นเมื่อเลือกวิธีการติดตั้งไดแลวจะตองหาอุปกรณทีจ่ะใชใหมีขนาดที่เหมาะสมและ

สัมพันธกัน เชน ขนาดเสนผาศูนยกลาง(∅) เพลาจะตองเทากันดวย เปนตน

ภาพที่ 10.4 ขอตอกากบาท (Flexible Coupling)


225

ตารางที่ 10.4 ประสิทธิภาพการถายทอดกาํลัง

วิธีการติดตัง้ ประสิทธิภาพ ตอตรง 1.00 เกียร 0.95-0.98 สายพานแบน 0.90-0.93 สายพานว ี 0.93-0.95

สําหรับการคํานวณหา ขนาดเสนผาศูนยกลาง(∅)มูเลย และความยาวของสายพาน

สามารถหาไดจาก สูตรขางลางนี้


L = [3.1416 (D-d) /2] + 2C

D = dr / R, d = DR / r, R = dr / D ,r = DR / d

ในเมื่อ

L = ความยาวของสายพาน

D = เสนผาศูนยกลางของมูเลยตนกําลัง

C = ระยะหางระหวางเพลามูเลยทั้งสอง (หนวยเปนนิ้วหรือเซ็นติเมตร)

R = รอบตอนาทีของมูเลยตนกําลัง

d = เสนผาศูนยกลางของมูเลยที่ถูกขับ

r = รอบตอนาทีของมูเลยที่ถูกขับ

10.6 การคํานวณเกี่ยวกับเครื่องสูบน้าํ

การคํานวณเกีย่วกับเครื่องสูบน้ํารวมทั้งมอเตอรและเครือ่งยนตมีมาก แตเพื่อไมใหเกิดความ

สับสนและนําไปใชงานไดอยางถูกตอง ในที่นี้จะกลาวถึงเฉพาะสวนที่จาํเปนนําไปใชงานเทานั้นคือ

TDH NPSH และ Affinity Law สูตรคํานวณประสิทธิภาพเครื่องสูบน้ํามีดังนี้

226

10.6.1 แรงดนัรวมของเครือ่งสูบน้ํา (TDH)

TDH ยอมาจาก Total Dynamic Head สามารถหาไดจากสูตร

TDH = Hd + fd + Hs +fs + (V2 /2g) (1)

เม่ือ Hd = คาความแตกตางของระดับปลายทอสงกับศูนยกลางเครื่องสูบน้ํา + แรงดันใชงาน

fd = คาการสูญเสียแรงดันจากแรงเสียดทานภายในทอดานทอสง (3 เปอรเซ็นตของ L)

Hs = คาความแตกตางของระดับน้ําดานดดูกับศูนยกลางทอสูบน้ํา

fs = คาการสูญเสียแรงดันจากแรงเสียดทานภายในทอดานทอดูด

V2/2g = คาความแตกตางของแรงดันที่เกิดจากความเร็ว (Velocity Head) ระหวางทอสงกับทอ

ดูด (หนวยเปนเมตร)

คา Hs จะเปน – เมื่อระดับของน้ําที่สูบอยูสูงกวาศนูยกลางใบพัดของเครื่องสูบน้ํา(ภาพที่ 10.5 ก.)

และเปน + เมื่อระดับของน้ําที่สูบอยูต่ํากวาศูนยกลางใบพดัของเครื่องสูบน้ํา (ภาพที่ 10.5 ข.)

ก. เครื่องสูบน้ําที่บอน้ําอยูสูงกวาเครื่องสูบ ข. เครื่องสูบน้ําที่บอน้ําอยูตํ่ากวาเครื่องสูบ

ภาพที่ 10.5 แรงดันรวมของเครื่องสูบน้ํา (Total Dynamic Head, TDH หรือ H)


227

ตัวอยางที่ 10.1 จงคํานวณหาคาแรงดันรวม (TDH) ของเครื่องสูบน้ําที่จะใชสูบน้ําขนาดทอดดู

เสนผาศูนยกลาง(Ø) 10 นิ้ว ทอสงเสนผาศูนยกลาง(Ø) 8 นิ้ว เพื่อสงน้ํา 220 ลูกบาศกเมตร จาก

ระดับ + 145 เมตร ขึ้นไป เกบ็บนบอที่ระดบั + 217 เมตร โดยใชทอเหล็กเปนระยะทาง 1,300 เมตร

ระดับน้ําอยูต่ํากวาเครื่องสูบน้ํา 3 เมตร

วิธีทํา

จากสมการ TDH = Hd + fd + Hs + fs+ V2 /2g

แทนคา

Hd = 217 – 145 = 72 ม.

fd = 1,300 x 0.03 = 39.00 ม.

fd + 10 เปอรเซ็นต = 39 + 3.9 = 42.9 ม.

Hs = 145 – 142 = 3 ม.

fs = 1.21 ม.

หาคาความเร็ว (V) จาก Q = VD2 /354

ดานดดู (suction) Qs = VsDs2 / 354 เพราะฉะนัน้ Vs = (354 x Qs)/ Ds2

เมื่อ Qs = 220 ม.3 , Ds = 10 นิ้ว = 254 มม.

แทนคา Vs = 354 x 220 / (254 )2 = 1.207 ม. / วนิาที

ดานสง (delivery) Qd = VdDd2 / 354 เพราะฉะนั้น Vd = (354 x Qd)/ Dd2

เมื่อ Qd = 220 ม.3, Dd = 8 นิ้ว = 203.2 มม.

แทนคา Vd = 354 x 220 / (203.2 )2 = 1.886 ม. / วินาท ี

Vs2 / 2g = (1.207)2 / (2 x 9.81) = 0.074 ม. (1)

Vd 2/ 2g = (1.886)2 / ( 2 x 9.81) = 0.181 ม. (2)

ดังนั้น V2 /2g = 0.181 - 0.074 = 0.107 ม.

เพราะฉะนั้น TDH = 72 + 42.90 + 3 +1.21 + 0.107 = 119.21 ม. ปดขึ้นเปน 120 ม.

228

เผ่ือแรงดันไวอีก 20 เปอรเซ็นต ในกรณรีอบหมุนไมไดตามกําหนด รวมทั้งเผื่อการ

สูญเสียที่อุปกรณควบคุมตนทาง (Head Control) ที่จุดสูบน้ํา เพราะฉะนั้นแรงดนัของเครื่องสูบน้ําที่

จะนํามาใชงาน = 120 x 1.2 = 144 ม.

โดยทั่วไปแลวจะเลือกเครื่องสูบน้ําที่ใหแรงดันสูงกวาที่ตองการใชงาน 10 – 20 เปอรเซ็นต

จะไมเลือกทีใ่หแรงดันต่ํากวา เนื่องจากถาแรงดันมากเกนิไปสามารถปรับลดไดดวยวาลวลดแรงดัน

(Pressure Regulator) หรือปรับลดดวยประตูน้ํา (valve) แตถาแรงดนัต่ํากวาทีต่องการแลวจะไมมี

วิธีการที่จะเพิม่แรงดันได สาเหตุหนึ่งที่ตองเผื่อแรงดันใหสูงไวนอกจากปญหาของรอบหมุนของ

เครื่องยนตที่ไมไดตามตองการ ซ่ึงเกิดขึ้นไดเมื่อนําไปใชงานจริงอาจจะต่ํากวาที่คํานวณแลว หรือ

เมื่อใชไปนาน ๆ ใบพัดเครื่องสูบน้ําเกิดการสึกหรอแรงดนัก็จะลดลง

10.6.2 คาแรงดูดน้ําสุทธิ NPSH (Net Positive Suction Head)

คา NPSH มีอยู 2 คาคือ NPSHreq ซ่ืงเปนคาที่กําหนดโดยผูผลิตเครื่องสูบน้ํา และ

NPSHAV ซ่ึงเปนคา ณ จุดที่เครื่องสูบน้ําถูกนําไปใชงานหรือสามารถจะกลาวไดอีกนัยหนึ่งวาคา

NPSHreq คือคาที่บอกวาเครือ่งสูบน้ําเครื่องนั้นสามารถสูบน้ําไดลึกมากนอยเทาไร โดยคาที่ระบจุะ

แสดงคาตรงกนัขามกับความลึกในการสบูน้ําได นั่นกค็ือถาคาที่ระบุต่ําจะดดูน้ําไดในระดับลึกและ

คาที่ระบุสูงจะดูดน้ําไดในระดับที่ตื้น

= Habso + NPSHAV Hs – Hf – Hvp .………. (2)

ในเมื่อ

Habso = คาความดนัสมบูรณ (Absolute Pressure) ที่ระดับผิวน้ํา (ม.)

Hs = คาความตางของระดับ (Elevation) จากผิวน้ํากับศูนยกลางเครื่องสูบน้ํา (ม.)

ซ่ึงจะมีคาเปนลบ ถาระดับน้ําอยูที่ต่ํากวาปม

Hf = คาแรงดันที่สูญเสียจากแรงเสียดทานภายในทอดูด (ม.) (3 เปอรเซ็นตของ L)

Hvp = คาความดนัไออิ่มตัว (Suturated Vapour Pressure) ที่อุณหภูมิของน้าํที่สูบ (ม.)

229

ตารางที่ 10.5 ความดันของบรรยากาศที่ระดับความสูงตาง ๆ

ระดับความสูง (ม.) 0 200 400 800 1,000

แรงดัน (ม.ของน้ํา) 10.33 10.20 9.85 9.38 9.14

ตารางที่ 10.6 ความดันไออิม่ตัว

อุณหภูมิ ( C) ° 0 20 25 40 60 80 100

แรงดัน (ม.ของน้ํา) 0.06 0.24 0.32 0.75 2.03 4.83 10.33


ตัวอยางที่ 10.2 จงหาคา NPSHAV ณ จุดสูบน้ําที่มีระดับน้าํที่จะสูบอยูทีร่ะดับ (Elev.) + 142 ม. และ

เครื่องสูบน้ําอยูที่ระดับ +145 ม.ทอดูดเปนทอเหล็กยาว 36 ม. ขนาดเสนผาศูนยกลางทอ 8 นิ้ว

(203.2 มม.) อัตราการสูบน้ํา 220 ลบ.ม./ชม. อุณหภูมิของน้ํา 25 °C

วิธีทํา จากสมการ NPSH = Habso +AV Hs – Hf – Hvp

Habso ที่ระดบั 142 ม. จากระดับน้ําทะเล = 10.24 ม.

Hs = 145-142 = 3 ม.

Hf = 36 x .03 = 1.08 ม.

Hf + 10 เปอรเซ็นต = 1.08 + 0.108 = 1.108 ม.

Hvp ที่ 25 °C = 0.32 ม. ของน้ํา

เพราะฉะนั้น NPSHAV = 10.24 – 3 – 1.108 – 0.32 = 5.81 ม.

คา NPSHAV > 1.2 NPSHReq

เพราะฉะนั้น เครื่องสูบน้ําที่จะมาใชงานได ควรมีคา NPSHReq ไมเกิน = 5.81 /1.2 = 4.84

นําคา 4.84 ม. ไปเทียบกับเสนโคงแสดงสมรรถนะของเครื่องสูบน้ําที่ซ้ือ ถาเครื่องสูบน้ํา

นั้นมีคา NPSHReq ต่ํากวา 4.84 ม. แสดงวา เครื่องสูบน้ําที่ซ้ือมาใชจะสูบขึ้นได แตถาคา NPSHReq

ของเครื่องสูบน้ําที่ซ้ือมา มีคามากกวา 4.84 ม. ไมควรซื้อเพราะจะสูบน้ําไมได

230

10.6.3 กฎการคํานวณปรับแรงดัน (Affinity Law)

กฎการคํานวณแรงดนัเปนสูตรที่มีไวใชในการคํานวณในกรณีที่รอบหมุนของเครื่องสูบ

น้ําเปลี่ยนแปลงไป เนื่องมาจากปญหาไฟตกหรือเลือกเครื่องยนตที่ไมเหมาะสมมาใชงานและเปน

ประโยชนอยางหนึ่งก็คือใชในการเปรียบเทียบเครื่องสูบน้ําตางยี่หอทีเ่สนอขอมูลแตกตางกัน กอน

ที่จะทําการเปรียบเทียบจะตองปรับใหขอมูลเหมือนกันกอน เชน ความเร็วรอบที่เสนอแตกตางกัน

ตองปรับรอบใหเทากนักอนจึงจะสามารถเปรียบเทียบขอมูลคาอัตราการไหล(Q), แรงดัน (H) และ

กําลังงาน (P) ได Q/Q1 = (D/D1) (N/N1)

2 2 H/H1 = (D/D1) (N/N1)3 3 P/P1 = (D/D1) (N/N1)

เมื่อ Q = อัตราการไหล (ลบ.ม. / ชม.)

H = แรงดัน (ม.) P = กําลังงานที่ตองการของเครื่องสูบน้ํา (kW) N = ความเร็วรอบการทํางาน (รอบ/นาท ี; RPM) D = เสนผาศูนยกลางของใบพัด (มม.)

ตัวอยางที่ 10.3 การคํานวณเครื่องสูบน้ําที่ตองการจาก Affinity Law ซ่ึงรายละเอียดทีต่องการมีดังนี ้

1. เครื่องสูบน้ําที่ตองการมสีมรรถนะ สูบไดน้ํา (Q) 220 ลบ.ม. /ชม. สงน้ําไดสูง

146 ม. ที่รอบหมุน 1,800 รอบ/นาที NPSH AV = 5.71 ม.

2. ถามีผูเสนอเครื่องสูบน้ําที่มีสมรรถนะ สูบไดน้ํา (Q) 180 ลบ.ม. /ชม. สงน้ําได

สูง 106 ม. ที่รอบหมุน 1,450 รอบ/นาที NPSH AV = 2.5 ม. อยากทราบวาเครื่องสูบน้ําที่เสนอมามีสมรรถนะเทากับทีต่องการหรือไม ถาขนาดใบพัดของเครื่องสูบน้ําทั้งสองเทากัน

วิธีทํา จากสมการ Q/Q1 = [D/D1]N/N1

จะได Q1 = Q x N / N (1) 1

เมื่อ Q = 180 ลบ.ม./ชม. N = 1,450 รอบ/นาที

= 1,800 รอบ/นาที N1

231

แทนคาในสมการ (1) เพราะฉะนั้น Q1 = 180 x 1,800 /1,450

= 223 ลบ.ม./ชม. > 220 ลบ.ม./ชม.

2 2 จากสมการ H/H1 = [D/D1] [N/N1]

จะได H1 = H x N12/ N2 (2)

เมื่อ H = 180 ลบ.ม./ชม.

N = 1,450 รอบ/นาที


2 2 แทนคาในสมการ (2) เพราะฉะนั้น H1 = 106 x 1,800 / 1,450 = 163.35 ม. > 146 ม.

คา NPSHreq 2.5 ม. < 5.71 ม. NPSHAV

เพราะฉะนั้น เครื่องสูบน้ําที่เสนอมามีสมรรถนะสูงกวาทีต่องการ

ในการหาประสิทธิภาพตนกาํลังของเครื่องสูบน้ํา สูตรสําหรับการคํานวณหาใชสูตร

Pw = γQH /270 (แรงมา,HP) หรือ

Pw = γQH /367 (กิโลวัตต,kw) (3)

เมื่อ Pw = กําลังงานที่ตองการของเครื่องสูบน้ํา (kW)

γ = ความหนาแนนของน้ํา (0.99 กก.ตอลิตร)

Q = อัตราการไหล (ลบ.ม./ชม.)

H = แรงดันรวมของเครื่องสูบน้ํา (ม.)

Ep = Pw/Pm x100 …………. (4)

เมื่อ Ep = ประสิทธิภาพของระบบสูบน้ํา (เปอรเซ็นต)

Pw = กําลังงานที่ตองการของเครื่องสูบน้ํา (kW)

Pm = กําลังงานของตนกําลัง (kW)

232

Pm = Pw (1+a) / Ep x Et ………..... (5)

เมื่อ Pm = กําลังงานของตนกําลัง (kW)

Ep = ประสิทธิภาพของเครื่องสูบน้ํา (เปอรเซน็ต)

Et = ประสิทธิภาพในการถายทอดกําลัง (ตารางที่ 10.4)

a = คาตัวแปร ซ่ึงมีคา 0.1-0.2 (ถาใชมอเตอร) 0.15-0.25 (ถาใชเครื่องยนต)

ตัวอยางที่ 10.4 การคํานวณหาขนาดตนกําลังของเครื่องสูบน้ํา ส่ิงที่ตองการจากเครื่องสูบน้ําที่

เสนอในตวัอยางตองการกําลัง 70 แรงมา ที่ 1,450 รอบ/นาที จงคํานวณหาขนาดของเครื่องยนตตน

กําลังที่จะมาตอตรงกับเครื่องสูบน้ําที่รอบหมุน 1,800 รอบ/นาที เมื่อประสิทธิภาพของเครื่องสูบน้ํา

เทากับ 75 เปอรเซ็นต

วิธีทํา จากสมการ P/P 3 31 = [D/D1 ] [N/N1 ]

จะได P1 = P x N13 / N (1)

เมื่อ P = 70 แรงมา

N = 1,450 รอบ/นาที


3 3แทนคาในสมการ (1) เพราะฉะนั้น P1 = 70 x 1,800 / 1,450

= 134 แรงมา

หาแรงมาของเครื่องยนตตนกําลัง จากสมการ Pm = Pw (1+a) / Ep x Et (2)

เมื่อ Pw = 134 แรงมา

Ep = 75 เปอรเซ็นต

Et = 1

a = 0.2 (ใชเครื่องยนต)

แทนคาในสมการ (2) เพราะฉะนั้น Pm = 134 x (1+0.2) / 0.75 x 1

= 214.4

≈ 215 แรงมา

233

ภาพที่ 10.6 ตัวอยางเสนโคงแสดงสมรรถนะ (Performance Curves) ของเครื่องยนต


10.7 การคํานวณหาอัตราการใชน้ํามนัเชื้อเพลิง

ในการคํานวณหาอัตราการใชน้ํามันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต เพื่อใหเขาใจงายจึงขอยกตวัอยาง

การเลือกเครื่องยนตตนกําลังสําหรับเครื่องสูบ 2 ยี่หอ เพื่อนํามาเปรียบเทียบกนั ดังนี้

234

10.7.1 การเลือกเคร่ืองยนตดีเซลคัมม่ิน (Cummins) รุน 6 CTA 8.3

จากตัวอยางที่ 10.4 เลือกเครื่องยนตดีเซลคัมมิ่น (Cummins) รุน 6CTA 8.3 ตาม

Performance Curves ภาพที ่10.7 จงหาอัตราการใชน้ํามนัเชื้อเพลิง จากเสน Performance Curve ที่

1,800 รอบตอนาที ใหกาํลังงาน 220 แรงมา อัตราการใชน้ํามันเชื้อเพลิง 0.38 ปอนด / แรงมา – ชม.

( น้ํามันเชื้อเพลิง 1 ปอนด เทากับ 0.453 กิโลกรัม)

ดังนั้น น้ํามันเชื้อเพลิง 0.38 ปอนด = 0.457 x 0.38 = 0.172 กก. / แรงมา – ชม.

เพราะฉะนั้น อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง = 0.175 x 220

= 37.84 กก./ชม.

เมื่อ คาความหนาแนนของน้าํมันเชื้อเพลิง (γ) = 0.911 กก.ตอลิตร

เพราะฉะนั้น เมื่อคิดเปนลิตร/ชม. จะได = 37.84/0.911 = 41.54 ลิตร / ชม.

10.7.2 การเลือกใชเคร่ืองยนต VM รุน 1308 V

การเลือกใชเครื่องยนต VM รุน 1308 V ซ่ึงมีเสน Performance Curve ตามภาพที ่10.7

ที่ 1,800 รอบตอนาที ใหแรงมาสูงสุด 220 แรงมา ซ่ึงเทากับ 217 แรงมา (HP) สูงกวาแรงมาที่

ตองการเล็กนอย จากภาพที ่9.8 เสน Performance Curve แสดงอัตราการใชน้ํามันเชื้อเพลิงพบวาที่

1,800 รอบตอนาที จุดที่เสนโคงใหกําลังสูงสุดมีอัตราการใชน้ํามันเชือ้เพลิง 175 กรัมตอแรงมาตอ

ช่ัวโมง

ดังนั้น อัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง = 175 x 220 / 1,000

= 38.5 กก. / ชม.

เมื่อ คาความหนาแนนของน้าํมันเชื้อเพลิง (γ) = 0.911 กก.ตอลิตร

เพราะฉะนั้น เมื่อคิดเปนลิตร/ชม. จะได = 38.5/0.911 = 42.26 ลิตร / ชม.

10.7.3 เปรียบเทียบผลการเลือก

เปรียบเทียบอัตราการใชน้ํามันเชื้อเพลิงระหวางเครื่องยนตคัมมิ่นกับเครื่องยนตวีเอม็ จะ

เห็นวาเครื่องยนตวีเอ็มใชน้ํามันเชื้อเพลิงมากกวาชัว่โมงละ 0.72 ลิตร (42.26 – 41.54) ดังนั้นเมื่อนํา

ขอมูลดานสมรรถนะของเครื่องยนตทั้ง 2 เครื่องมาเปรียบเทียบกันแลว จึงเลือกเครื่องยนตคัมมิ่น

เนื่องจากมีอัตราการใชน้ํามนัชื้อเพลิงต่ําจงึประหยดัน้ํามันเชื้อเพลิงมากกวาเครื่องยนตวีเอ็ม

235

นอกจากนี้เครือ่งยนตคัมมิ่น รุน 6 CTA 8.3 เปนเครื่องยนต 6 สูบ ขณะที่เครื่องวีเอ็ม

1308 V เปนเครื่องยนต 8 สูบ จะมีราคาแพงกวา ดังนั้นควรเลือกเครื่องยนตคัมมิ่นรุน 6 CTA 8.3 ที่มี

ราคาและคาใชจายในการใชงานถูกกวา

ภาพที่ 10.7 เสนโคงแสดงสมรรถนะ (Performance Curve) ของเครื่องยนตคัมมิ่น (Cummins)

รุน 6 CTA 8.3


236

ภาพที่ 10.8 เสนโคงแสดงสมรรถนะ (Performance Curve) ของเครื่องยนต VM-1308 V


237

10.8 บทสรุป

การพิจารณาเลือกเครื่องสูบน้ําที่เหมาะสมจะชวยใหใชประโยชนไดอยางคุมคาและประหยดั

คาใชจาย เครื่องสูบน้ําที่เลือกใชตองมีอัตราการไหล(Q) และแรงดัน(H) เพียงพอทีจ่ะทําใหระบบ

การใหน้ําแกพชืสามารถใชงานไดดีตลอดอายุการใชงาน และการตดิตั้งระบบจะตองคํานึงถึงการ

สูญเสียอัตราการไหล (Q) และแรงดัน (H) จากการสึกหรอของเครื่องสูบน้ําและความเสียดทานการ

ไหลภายในทอที่จะเพิ่มขึน้เนื่องจากการสะสมของตะไครน้ํา เมือก ตะกอน สนิมเหล็ก หินปูนและ

สารตาง ๆ ดังนั้นในการคํานวณจึงตองคํานึงถึงแรงดันรวมของเครื่องสูบน้ํา(TDH) ความสามารถใน

การสูบน้ําในระดับลึกของเครื่องสูบน้ํา (NPSH) นอกจากนีย้ังตองพจิารณาคาที่ตองปรับทดแทน

แรงดัน (Affinity Law) ในกรณีที่ความเร็วรอบในการทํางานของเครื่องสูบน้ําลดลง เนื่องจากการ

สึกหรอของตนกําลังและเครื่องสูบน้ํา

10.9 คําถามทายบท

1) จงบอกหลักเกณฑในการพิจารณาเลือกเครื่องสูบน้ํามาใชในระบบการใหน้ําแกพืช

2) จงคํานวณหาคาแรงดันรวม (TDH) ของเครื่องสูบน้ําที่จะใชสูบน้ํา โดยใชขนาดทอดูดเสน

ผานศูนยกลาง(Ø) 12 นิ้ว ทอสงเสนผานศูนยกลาง(Ø) 10 นิว้ เพื่อสงน้ํา 250 ลูกบาศกเมตร จาก

ระดับ + 145 เมตร ขึ้นไป เก็บบนบอที่ระดับ + 217 เมตร โดยใชทอเหล็กเปนระยะทาง 1,500 เมตร

ระดับน้ําอยูต่ํากวาเครื่องสูบน้ํา 4 เมตร

3) จงหาคา NPSHAV ณ จุดสูบน้ําที่ระดับน้ําสูบอยูที่ระดับ (Elev.) + 145 ม. และเครื่องสูบน้ํา

อยูที่ระดับ + 150 ม.ทอดูดเปนทอเหล็กยาว 40 ม.ขนาดเสนผาศูนยกลางทอ 10 นิ้ว (254 มม.) อัตรา

การสูบน้ํา 250 ลบ.ม./ชม. อุณหภูมิของน้าํ 25 °C

บทที่ 10 10.1 ความนํา - LRU 10.pdfบทท 10 เคร องสบน า...

Documents

Transcript of บทที่ 10 10.1 ความนํา - LRU 10.pdfบทท 10 เคร องสบน า...