MO Memoir : Memoirs of Metal Oxide Catalyst Research Group: ทำความรู้จัก Data Sheet สำหรับ Reciprocating Compressor MO Memoir 2559 Apr 4 Mon

วันจันทร์ที่ 4 เมษายน พ.ศ. 2559

ทำความรู้จัก Data Sheet สำหรับ Reciprocating Compressor MO Memoir 2559 Apr 4 Mon

ก่อนอื่นก็คงต้องขอออกตัวก่อนเลยว่าเรื่อง Reciprocating compressor สำหรับแก๊สนั้นเป็นเรื่องที่ผมเองก็ไม่มีประสบการณ์อะไรมากไปกว่าคอมเพรสเซอร์อัดอากาศตัวเล็ก ๆ ที่ใช้ในห้องแลปที่ใช้กับเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟ และปรกติก็ไม่ได้ทำอะไรกับมันมากไปกว่าการระบายน้ำออกจากถังเก็บอากาศเป็นระยะ แต่จะเก็บเอาสิ่งที่มีนั้นซุกเอาไว้ก็เห็นว่าจะไม่เกิดประโยชน์อะไร สู้เอามาเผยแพร่ดีกว่าเผื่อมีคนจำเป็นต้องใช้ จะได้พอมีข้อมูลบ้างว่าต้องไปหาความรู้เรื่องอะไรบ้าง

อุปกรณ์พวก Reciprocating (ไม่ว่าจะเป็นปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์) มันมีข้อดีตรงที่มันเพิ่มความดันได้มากด้วยการอัดเพียงขั้นตอนเดียวเมื่อเทียบกับพวก Centrifugal แต่มันไปมีข้อเสียตรงที่มันให้การไหลที่ไม่ราบเรียบและยังมีการเสียดสีระหว่างกระบอกสูบและลูกสูบ การทำให้การไหลราบเรียบขึ้นนั้นทำได้ด้วยการมีหลายกระบอกสูบที่มีจังหวะการทำงานเหลื่อมล้ำกัน หรือไม่ก็มีถัง buffer ส่วนการเสียดสีนั้นก็ไปแก้ปัญหาด้วยการหล่อลื่น

data sheet หน้าที่ ๑ เป็นการสอบถามข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับแก๊สที่จะทำการอัด (เช่น ความดันด้านขาเข้า ความดันด้านขาออก อัตราการไหล อุณหภูมิ ค่าความจุความร้อน (c_p และ c_v) แบบฟอร์มที่แนบมานี้เป็นแบบฟอร์มเมื่อกว่า ๓๐ ปีที่แล้วของบริษัทในสหรัฐอเมริกา หน่วยอุณหภูมิที่ใช้จึงเป็นองศาฟาเรนไฮต์ แต่จุดที่อยากให้สังเกตคืออุณหภูมิอ้างอิงที่เขาใช้ คือเขาใช้ที่ "60 องศาฟาเรนไฮต์" และคำย่ออีกคำที่ปรากฏคือ BHP ซึ่งมาจาก Break Horse Power ซึ่งก็คือกำลังที่ส่งออกจริง ซึ่งเท่ากับกำลังที่หน่วยต้นกำลังผลิต หักลบด้วยงานที่ต้องเอาชนะความเสียดทาน

เพื่อให้เห็นภาพค่า BHP จะขอยกตัวอย่างสมมุติกรณีของเครื่องยนต์ที่ใช้กับรถยนต์ ถ้าเราเอาเครื่องยนต์มาเดินตัวเปล่า แล้ววัดแรงที่ต้องใช้ในการทำให้เพลาเครื่องยนต์หยุดหมุน เราก็จะได้ค่ากำลังของเครื่องยนต์ค่าหนึ่ง แต่ถ้าเราเอาเครื่องยนต์นั้นมาต่อเข้ากับระบบเกียร์ ซึ่งระบบเกียร์นี้ต่อเข้ากับระบบส่งกำลังไปยังล้อ ดังนั้นถ้าทำให้ล้อหยุดหมุนเครื่องยนต์ก็จะหยุดหมุนตามไปด้วย และถ้าเราวัดแรงที่ทำให้ล้อหยุดหมุน เราก็จะได้กำลังของเครื่องยนต์ที่ส่งไปถึงล้อ ค่านี้คือค่า BHP ซึ่งจะต่ำกว่าค่าที่วัดจากเพลาด้านขาออกของเครื่องยนต์ เพราะมันมีการสูญเสียพลังงานในช่วงที่มันต้องส่งกำลังผ่านระบบเกียร์และระบบส่งกำลังไปยังล้อ

อุปกรณ์พวก centrifugal นั้นพลังงานจากมอเตอร์ไฟฟ้ามันส่งตรงไปยังใบพัดโดยตรง (อาจมีการสูญเสียบ้างเล็กน้อยตรงระบบรองลื่น) แต่ในกรณีของอุปกรณ์พวก reciprocating นั้น มันจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบหมุนของเพลามอเตอร์ไฟฟ้าไปเป็นการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงของลูกสูบ และยังมีการเสียดสีกันระหว่างตัวลูกสูบ (หรือแหวนลูกสูบ) กับผนังกระบอกสูบอีก (อุปกรณ์พวก centrifugal นั้นมันไม่มีการสัมผัสกันระหว่างใบพัดกับตัวเรือน) ดังนั้นพลังงานที่มอเตอร์ไฟฟ้าส่งออกมาเพื่ออัดแก๊สจึงมีการสูญเสียไปส่วนหนึ่ง

นอกจากนี้ใน data sheet หน้า ๑ บรรทัดที่ ๔๓ และ ๔๙ ยังมีการกล่าวถึง v-belt ซึ่งก็คือสายพานรูปตัว V การส่งกำลังการหมุนจากเพลามอเตอร์ไปยังอุปกรณ์อาจทำโดยการต่อตรงเพลามอเตอร์เข้ากับเพลาอุปกรณ์ (พวก centrifugal pump มันทำแบบนี้) ซึ่งต้องใช้ความละเอียดในการจัดแนวแกนกลางของเพลามอเตอร์และเพลาอุปกรณ์ให้อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน การต่อตรงนี้ทำให้เพลาอุปกรณ์หมุนด้วยความเร็วรอบเดียวกันกับเพลามอเตอร์ แต่ในกรณีที่เราต้องการให้เพลาอุปกรณ์หมุนด้วยความเร็วรอบที่แตกต่างไปจากเพลามอเตอร์ ก็จำเป็นต้องมีระบบทดรอบ ซึ่งอาจเป็นระบบเฟืองทดรอบ โซ่ (แบบที่รถมอเตอร์ไซค์ใช้กัน) หรือสายพาน (แบบที่เห็นกันทั่วไปในโรงงาน) สายพานที่ใช้ในการส่งกำลังก็มีรูปร่างพื้นที่หน้าตัดหลายรูปแบบ ขึ้นอยู่กับรูปแบบการทำงาน รูปแบบตัว V (อันที่จริงมันก็ไม่เหมือนตัว V ซะทีเดียว เพราะด้านล่างมันไม่แหลม แต่มันแคบกว่าด้านบน) ก็เป็นรูปแบบหนึ่งที่ใช้พื้นผิวด้านข้างสองด้านของสายพานในการรับ-ส่งกำลังระหว่างมูเล่

รูปที่ ๑ หน้าที่ ๑ ของ Reciprocating compressor data sheet

เป็นเรื่องปรกติที่เวลาที่เราอัดแก๊สนั้น อุณหภูมิของแก๊สที่ถูกอัดจะสูงขึ้น ถ้าเป็นอุปกรณ์พวก Centrifugal ก็มักต้องมีอุปกรณ์ระบายความร้อนเพื่อลดความร้อนของแก๊สขาออกแยกต่างหาก แต่ในกรณีของ Reciprocating compressor นั้นสามารถออกแบบให้มีช่องสำหรับให้ของเหลวระบายความร้อนไหลผ่านรอบ ๆ กระบอกสูบ ทำนองเดียวกับเครื่องยนต์รถที่มีช่องให้น้ำหล่อเย็นไหลผ่านรอบ ๆ กระบอกสูบ เพื่อไม่ให้เครื่องยนต์ร้อนเกินไป (มุมล่างขวาของ data sheet หน้าที่ ๒)

ประเด็นที่สำคัญประเด็นหนึ่งที่ควรพึงระลึกในการทำงานกับแก๊สความดันสูงคือ "ความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยา" แก๊สบางชนิดเช่นอากาศ ที่ความดันปรกติก็ไม่ได้มีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยากับสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหนัก (เช่นพวกจารบี หรือน้ำมันหล่อลื่น) เท่าใดนัก แต่ถ้าอากาศถูกอัดให้มีความดันสูงมากขึ้น มันจะมีความว่องไวสูงมากขึ้น ตรงนี้จะสังเกตได้จากอุปกรณ์ที่ใช้ในระบบอากาศอัดความดัน เช่น pressure regulator จะมีการระบุไว้ว่า "ไม่ให้ใช้น้ำมันหล่อลื่น" อะเซทิลีนก็เป็นแก๊สตัวหนึ่งที่ระเบิดได้ง่ายขึ้นจากการสลายตัวของมันเองที่ความดันสูง แก๊สพวกโอเลฟินส์ (เช่นเอทิลีน) ก็สามารถที่จะเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์เป็นโมเลกุลใหญ่ขึ้นเมื่อถูกอัด (ผลจากความดันและอุณหภูมิที่สูงขึ้นจากการอัด) กลายเป็นคราบสกปรกสะสมในระบบได้

ด้วยการที่อุปกรณ์ที่ทำงานแบบ Reciprocating นั้นมีการเสียดสีกันระหว่างผนังกระบอกสูบกับลูกสูบ (หรือแหวนลูกสูบ ที่ทำหน้าที่ป้องกันการรั่วซึมระหว่างลูกสูบกับผนังกระบอกสูบ) จึงจำเป็นที่ส่วนนี้ต้องได้รับการหล่อลื่น และกลไกการเปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบหมุนให้กลายเป็นการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงแบบกลับไปกลับมา (หรือตรงข้ามกันเช่นในกรณีของเครื่องยนต์รถที่เปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบเส้นตรงกลับไปกลับมให้กลายเป็นการหมุน) จะทำงานด้วยการใช้ระบบข้อเหวี่ยง ชิ้นส่วนเหล่านี้จึงต้องการการหล่อลื่น ในกรณีที่เป็นปั๊มของเหลวนั้น การหล่อลื่นระหว่างผนังกระบอกสูบกับลูกสูบนั้นอาจใช้ตัวของเหลวที่ทำการสูบอัดนั้นเป็นสารหล่อลื่นได้ แต่ใช้ไม่ได้ในกรณีที่เป็นคอมเพรสเซอร์อัดแก๊ส แต่ในส่วนของระบบข้อเหวี่ยงก็ยังต้องการการหล่อลื่นอยู่ และในบางระบบก็ต้องการปั๊มน้ำมันหล่อลื่นในการจ่ายน้ำมันหล่อลื่นด้วย (เช่นใน data sheet หน้า ๓ ตรงหัวข้อ Lubricant และหน้า ๔ ตรงหัวข้อ Utility consumption)