Knowledge>Air Compressor Topics>Operation of rotary screw air compressor


การทำงานของปั๊มลมชนิด Screw Oil Flooded

การทำงานของปั๊มลมชนิด screw oil flooded (ชนิดที่ใช้น้ำมัน) โดยหลักๆ แล้วถ้ามองง่ายๆ การทำงานของปั๊มลมชนิดนี้จะมีการทำงานแบ่งออกเป็น 2 ลูป โดยแบ่งออกตามนี้

1. ลูปของลม

2. ลูปของน้ำมัน

โดยบางช่วงทั้งสองลูปจะทำงานร่วมกัน ซึ่งเมื่อถึงจุดหนึ่ง การทำงานจะแยกออกจากกัน และปั๊มลมชนิดนี้จะมีน้ำมันช่วยในการทำงานอยู่ 3 คุณสมบัติ

1. ระบายความร้อน

2. หล่อลื่นลูกปืนของ screw

3. เติมเต็มแก๊ป ช่องว่างระหว่าง screw เพื่อให้เกิดการรีดลมที่สมบูรณ์ที่สุด

วิธีการทำงานของปั๊มลม จะเริ่มนับจากจุด เมื่อมีการกดปุ่ม “ON” ที่ตัวเครื่อง motor ของปั๊มลมจะเริ่มขับ screw ให้หมุน และตัว unloader จะเปิด ให้อากาศสามารถไหลเข้ามาในตัวเครื่องได้ ณ จุดนี้ปั๊มลม จะมีการทำงานคล้ายกับเครื่องดูดฝุ่น คือดูดอากาศจากภายนอกเข้ามาในเครื่อง ดังนั้น air filter จะถูกเอามาใช้งานเป็นด่านแรกในการกรองอากาศก่อน กรณีที่เราไม่มีหรือ air filter เสื่อมสภาพไปแล้ว ฝุ่นที่หลุดเข้ามาในเครื่องจะตีรวมกับน้ำมันในระบบ แล้วทำให้น้ำมันฟอร์มตัวเป็นก้อนชะแล็ก จนน้ำมันเสียคุณภาพเสื่อมสภาพก่อนวาระของมันเอง

เมื่ออากาศไหลผ่านตัว air filter เข้ามาแล้วลมที่ถูกดูดจะวิ่งผ่านตัว unloader แล้วผ่านต่อเข้าไปที่ screw ซึ่งหน้าที่การทำงานของอุปกรณ์ตัวนี้ ให้มองเหมือนเป็นประตูขาเข้า ลมจะผ่านได้เมื่อประตูเปิด ซึ่งสถาณะที่ unloader เปิด เราเรียกว่าสถาณะ “load” และเมื่อประตูปิด หรือหมายถึงไม่อนุญาตให้ลมไหลเข้า สถาณะนี้เราจะเรียกว่า “unload”

Screw โดยปกติจะเป็นลักษณะของฟันสองตัวขบเข้าหากัน แต่จะไม่มีการสัมผัสกัน (ลักษณะเกือบๆ จะแตะกัน) นับเป็นหัวใจหลักของปั๊มลม โดยปกติประสิทธิภาพการทำลม ทำได้ช้าหรือเร็ว ทั่วไปจะขึ้นกับสภาพของ screw เมื่อ motor หมุน screw ก็จะหมุนตาม ตรงนี้จะขึ้นอยู่กับรุ่นหรือยี่ห้อ บางรุ่นเป็นสายพาน บางรุ่นเป็นชนิด coupling หรือบางรุ่นเป็นชนิด gear drive (direct drive) แต่ตอนจบคือระบบจะไปขับให้ screw หมุนเหมือนกัน เมื่อเกิดการหมุนก็จะเกิดการรีดลมควบคู่กันไป โดยใช้น้ำมัน เป็นตัวเติมเต็มแก๊ปช่องว่างเพื่อทำให้เกิดการรีดลมที่สมบูรณ์ที่สุด (โดยปกติมีอยู่ประมาณ ¾ ของพื้นที่ในห้อง screw) ลมที่ถูกรีดแล้วตอนนี้จะเป็นลมที่มีแรงดัน และเป็นลมสกปรกบวกกับร้อนมาก ซึ่งยังไม่สามารถนำใช้งานได้

หลังจากลมที่ผ่านตัว screw มาแล้วลมที่มีแรงดันจะถูกส่งไปทำให้สะอาดก่อน โดยการส่งเข้าไปที่ถัง separator หรือถังแยกน้ำมัน ซึ่งการทำงานที่แยกออกเป็น 2 ลูป จะเกิดขึ้นตรงนี้ เมื่อลมสกปรกเข้ามาในถังแยกน้ำมัน โดยลักษณะของถังเป็นถังทรงกระบอก ลมที่ถูกอัดเข้ามา จะเกิดการหมุนภายในถังจนเกิดเป็นไซโคลน เมื่อเกิดการสะบัดแรงๆ ขึ้นภายในถังลมกับน้ำมันส่วนใหญ่จะแยกตัวออกจากกัน น้ำมันจะตกลงไปก้นถังส่วนลมจะวนขึ้นมาด้านบนแทน

ลูปที่ 1 ลูปของลม ลมที่ย้อนขึ้นมาด้านบน จะต้องผ่านตัวกรองอีกชั้นก่อนที่จะส่งออกไปใช้งาน ตัวกรองที่ว่าเราเรียกว่า oil separator ทำหน้าที่ดักจับน้ำมันรอบสุดท้ายภายในระบบตัวเครื่องปั๊มลม น้ำมันที่โดนดักจับจะตกลงไปที่ก้นของ oil separator โดยจะมีท่อเส้นเล็กๆ เส้นหนึ่งจิ้มลงไปที่ก้น oil separator ทำหน้าที่ดูดน้ำมันกลับไปที่ screw เหตุผลที่ต้องมีคือ หนึ่งระบบของปั๊มลมชนิดนี้คือชนิด oil flooded ดังนั้นอีกหนึ่งสิ่งสำคัญคือการต้องรักษาปริมาณน้ำมันให้อยู่ในระบบให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ (ถึงแม้ความจริงจะทำไม่ได้ 100% ก็ตาม) โดยปกติจะมีน้ำมันหลุดออกไปกับลมที่ 3 mg/m3 ส่วนข้อที่ 2 ถ้าไม่มีท่อมาดูดน้ำมันกลับ เท่ากับว่าเป็นการบังคับให้น้ำมันไม่มีที่ไป ดังนั้นน้ำมันที่ไม่มีที่ไปจะไปที่ไหนได้อีกนอกจากวิ่งออกจากเครื่องเข้าไปในไลน์ผลิต

Motor and Screw Element

เมื่อลมผ่าน oil separator ออกมาแล้วลมที่ค่อนข้างสะอาด จะวิ่งผ่านตัว minimum pressure valve (จากนี้จะขอเรียกว่า MVP) ถ้ามองง่ายๆ ก็ให้มองเหมือนประตูขาออก ซึ่งกลไกการทำงานของ MVP นั้นจะทำงานแปรผันตามแรงดันในถัง separator โดยใช้ค่า K constant ของสปริงเป็นตัวควบคุม โดยปกติ MPV จะเปิดเมื่อแรงดันภายในถัง separator เกิน 4 bar ถ้าแรงดันตกลงมาต่ำกว่า 4 bar เมื่อไร MPV จะปิด เพื่อรักษาแรงดันไว้ในระบบเวลาที่เครื่องไม่ทำงาน หลังจากลมผ่าน oil separator แล้ว และไปผ่านที่ตัว MPV ต่อ ลมจะถูกส่งไปที่ air cooler เพื่อลดอุณหภูมิให้เป็นลมอุ่นก่อน โดยปกติลมที่ออกมาจาก screw โดยตรงอุณหภูมิจะอยู่ที่ราว 80 – 100 องศา ซึ่งสูงเกินกว่าที่จะเอาไปใช้งานได้ หลังจากลมที่ผ่านตัว air cooler ลมที่ออกจะมีอุณหภูมิอยู่ประมาณ ambient + 10 องศา (ambient หมายถึงอุณหภูมิรอบเครื่องจักร) สมมุติเครื่องตั้งอยู่ในห้องเครื่องที่อุณหภูมิ 30 องศา ลมจากขาออกเครื่องจะอยู่ที่ 30+10 เท่ากับ 40 องศา ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพและศักยภาพของการระบายความร้อนที่ air cooler ด้วย

กลับมาลูปที่ 2 ลูปของระบบน้ำมัน ย้อนกลับมาที่ถัง separator น้ำมันที่แยกออกจากลม โดยการสะบัดของลมจะตกลงมาที่ก้นถัง separator น้ำมันจะถูกส่งต่อไปตามท่อ ไปที่อุปกรณ์อีกตัวเรียกว่า thermostatic valve เป็นวาล์วชนิดพิเศษที่มีหลักการทำงานแปรผันตามอุณหภูมิของน้ำมัน ทั่วไป thermostatic valve ที่มาพร้อมเครื่องจะเป็น version 40 องศา หลักการทำงานเป็นไปตามนี้ครับ

กรณีที่ 1 เมื่อน้ำมันอุณหภูมิต่ำกว่า 40 องศา เกิดขึ้นส่วนใหญ่เมื่อเป็นการ start up เครื่องครั้งแรกช่วงที่อุณหภูมิน้ำมันสูงเท่ากับอุณภูมิห้อง น้ำมันจะถูกส่งตรงเข้าไปที่ oil filter เพื่อกรองสิ่งสกปรกเช่นคราบชะแล็กออกไปก่อนที่จะส่งน้ำมันที่สะอาดคืนกลับไประบายความร้อนและหล่อลื่นที่ screw

กรณีที่ 2 จะแตกต่างออกไปเล็กน้อย เมื่อใช้เครื่องไปได้สักพัก จนอุณหภูมิน้ำมันสูงเกิน 40 องศา น้ำมันแทนที่จะถูกส่งเข้า oil filter เหมือนกรณีที่ 1 น้ำมันจะถูกส่งไปที่ oil cooler ก่อนเพื่อลดอุณหภูมิลงก่อน (กรณีที่น้ำมันมีอุณหภูมิสูงเกินกว่าที่ควรเป็น น้ำมันจะเสื่อมสภาพก่อนวาระ และเครื่องมีโอกาส shutdown high temperature) หลังจากนั้นน้ำมันจะส่งต่อเข้าไปที่ oil filter เพื่อกรองแล้วก็ส่งกลับคืนไปที่ screw เหมือนกรณีที่ 1 ครับ การทำงานจะวนเป็นลูปแบบนี้ไปเรื่อยๆ

กลับมาเรื่องสุดท้าย คือเรื่องของ MPV เรื่องที่ว่าทำไม MPV ถึงจะเปิดเมื่อแรงดันในถัง separator เกิน 4 bar เหตุผลหลักๆ เลยคือเมื่อเราปิดเครื่องปั๊มลมเวลาไม่ได้ใช้งาน เท่ากับว่าแรงดันจะคลายออกไปจากเครื่องเรื่อยๆ จนแรงดันแตะที่ 4 bar แล้ว MPV จะเคลื่อนลงมาปิดทำให้ภายในถัง separator มีแรงดันสำรองเก็บไว้ 4 bar ตลอดเวลา เมื่อถึงเวลาที่เครื่องต้องทำงานครั้งต่อไป ตอนที่เครื่องเริ่มออกตัว ปั๊มลมจะบังคับให้เอาแรงดันในถัง separator อัดฉีดน้ำมันคืนกลับมาที่ screw ให้เร็วที่สุด เพื่อเลี่ยงไม่ให้ screw วิ่งสภาพแห้ง จนอาจทำให้ลูกปืนเสียหายได้ ส่วนกรณีที่เป็นการ start up เครื่องครั้งแรก ตัวเครื่องปั๊มลมจะไม่มีแรงดัน 4 bar ในระบบ ดังนั้นเวลาที่จะต้องทำการ start up เครื่องครั้งแรกโดยปกติทางช่างจำเป็นที่จะต้องเปิด unloader ออกมาก่อน แล้วแล้วเอาน้ำมันจากถัง separator ออกมาบางส่วนแล้วเติมกลับเข้าไปที่ screw แทน

สนใจติดตามข่าวสารอัพเดทความรู้เกี่ยวกับอุตสาหกรรมปั๊มลมใหม่ๆ สามารถกดติดตามได้ที่

Social Media: www.facebook.com/cetiagroup

Line: @cetiacorp

Knowledge>Air Compressor Topics>Operation of rotary screw air compressor