Centrifugal compressor กับการเกิด Surge และการป้องกัน MO Memoir : Saturday 16 February 2556

ว่าจะเขียนเรื่องนี้หลังจากกลับจากเที่ยวโรงเบียร์แล้ว แต่กว่าจะได้ลงมือจริงก็ล่วงไปเกือบ ๒ เดือน

ในการทำงานตามปรกตินั้น เราถือว่าของเหลวนั้นไม่สามารถอัดตัวได้ ดังนั้นเมื่อเราเพิ่มความดันให้กับของเหลว (เช่นโดยการใช้ปั๊ม) ปริมาณของเหลวก่อนและหลังเพิ่มความดันจะถือว่าเท่ากัน ส่วนอุณหภูมิอาจมีการเพิ่มขึ้นบ้าง ปรกติในการปั๊มของเหลวเราก็ไม่ค่อยสนอุณหภูมิของเหลวด้านขาออกจากปั๊ม เราสนแต่อุณหภูมิของเหลวด้านขาเข้าของปั๊มมากว่า เพราะมันเกี่ยวข้องกับการป้องกันไม่ให้ของเหลวเกิดการเดือดกลายเป็นไอภายในปั๊ม
    

นอกจากนี้สำหรับของเหลวประเภทเดียวกัน (เช่นน้ำมันปิโตรเลียม) ความหนาแน่นของของเหลวไม่ค่อยจะเปลี่ยนแปลงมากนั้นเมื่อน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของของเหลวที่ทำการปั๊มนั้นเปลี่ยนไป (เช่นไฮโดรคาร์บอนอัลเคน C12 มีน้ำหนักโมเลกุลเป็น 2 เท่าของอัลเคน C6 แต่ความหนาแน่นของอัลเคน C12 ก็ไม่ได้เป็นสองเท่าของอัลเคน C6) ดังนั้นแม้ว่าในกระบวนการผลิต ของเหลวที่ทำการปั๊มจะมีองค์ประกอบที่ไม่แน่นอน (ส่งผลให้ความหนาแน่นเปลี่ยนแปลงไป) การทำงานของปั๊มก็ไม่ค่อยจะได้รับผล กระทบจากความหนาแน่นที่เปลี่ยนไปเท่าใดนัก
      

ในกรณีของแก๊สนั้นแตกต่างกันไป แก๊สเป็นของไหลที่สามารถอัดตัวได้ การเพิ่มความดันให้กับแก๊สจะทำให้ปริมาตรแก๊สลดลง แถมอุณหภูมิยังเพิ่มขึ้นมากอีกด้วย นอกจากนี้ความหนาแน่นของแก๊สยังแปรผันตามน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยและอุณหภูมิของแก๊สอีก ทำให้การเพิ่มความดันให้กับแก๊สมีปัญหามากกว่า

 รูปที่ ๑ รูปร่างหน้าตา performance curve ของ centrifugal compressor แกนนอนคืออัตราการไหลที่แก๊สไหลเข้าคอมเพรสเซอร์ เส้นสีน้ำเงินคือความเร็วรอบการหมุนของใบพัด (S1 < S2 < S3) เส้นสีเขียวคือประสิทธิภาพ (n1 < n2 < n3) เส้นสีแดงคือ Surge line หรือขอบเขตที่ compressor สามารถทำงานได้ (แก๊สไหลเข้าได้แต่ไหลออกไม่ได้) ส่วนเส้นประสีส้มคือ Surge control line คือจุดที่ระบบป้องกันการเกิด surging เริ่มทำงาน ระยะห่างระหว่างเส้นสีส้มและเส้นสีแดง (เส้นสีม่วง) คือ safety margin 

    

เวลาที่เราทำงานเกี่ยวกับปั๊มเราจำเป็นต้องรู้จักพฤติกรรมของปั๊ม ซึ่งพฤติกรรมของปั๊มมันรวมอยู่ในสิ่งที่เรียกว่า "Pump curve" ซึ่งเรื่องนี้ได้เล่าไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๒๑ วันจันทร์ที่ ๑๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๕ Pump curve" ซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump)
   

ในทำนองเดียวกันเวลาที่เราทำงานเกี่ยวกับคอมเพรสเซอร์ (compressor) เราก็จำเป็นต้องรู้จักพฤติกรรมของคอมเพรสเซอร์ ซึ่งพฤติกรรมดังกล่าวก็รวมอยู่ในสิ่งที่เรียกว่า "Compressor performance curve" สำหรับใน Memoir ฉบับนี้จะขอจำกัดอยู่เพียงแค่ centrifugal compressor ส่วนหน้าตาของ Compressor performance curve นั้นแสดงไว้แล้วในรูปที่ ๑
   

centrifugal compressor ทำงานโดยการเพิ่มพลังงานจลน์ (kinetic head) ด้วยการเหวี่ยงให้กับแก๊ส และเมื่อโมเลกุลแก๊สที่ถูกเหวี่ยงออกจากใบพัดด้วยความเร็วสูงพบกับแรงต้าน พลังงานจลน์ก็จะเปลี่ยนเป็นความดัน (pressure head) อัตราการไหลและความดันด้านขาออกของคอมเพรสเซอร์นั้นจะขึ้นอยู่กับความเร็วรอบการหมุน ถ้าคอมเพรสเซอร์หมุนเร็วขึ้นก็จะส่งผ่านแก๊สได้ที่อัตราการไหลและความดันที่สูงขึ้น ที่ความเร็วรอบค่า ๆ หนึ่ง ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลกับความดันด้านขาออกจะเป็นดังเส้นสีน้ำเงิน
   

สมมุติว่าเริ่มแรกนั้นคอมเพรสเซอร์ทำงานที่ค่าอัตราการไหลและความดันด้านขาออกที่ค่า ๆ หนึ่ง (จุด A ในรูปที่ ๑) ถ้าหากความต้านทานการไหลเพิ่มสูงขึ้นและคอมเพรสเซอร์ยังคงหมุนด้วยความเร็วรอบเท่าเดิม อัตราการไหลของแก๊สจะลดลง (วิ่งจากจุด A ไปยังจุด B) ในขณะนี้แก๊สยังคงสามารถไหลออกไปได้
   

แต่ถ้าความต้านทานด้านขาออกของแก๊สเพิ่มสูงขึ้นอีกจนอัตราการไหลลดลงถึงจุด C อัตราการไหลของแก๊สที่คอมเพรสเซอร์ดึงเข้าจะลดลง แก๊สที่ถูกเพิ่มความดันจะถูกอัดตัวอยู่ทางด้านขาออกของคอมเพรสเซอร์ แต่ไม่สามารถไหลออกไปได้ จุดนี้เป็นจุดสุดท้ายที่คอมเพรสเซอร์ยังสามารถทำงานได้อยู่ และถ้าความต้านทานด้านขาออกของคอมเพรสเซอร์สูงเกินกว่าจุด C แก๊สด้านขาออกที่อัดตัวด้วยความดันสูงนั้นจะไหลย้อนกลับเข้าตัวคอมเพรสเซอร์ ปรากฏการณ์นี้เรียกกว่าเกิดการ "surge (หรือ surging)" ซึ่งสามารถทำความเสียหายให้กับชิ้นส่วนของคอมเพรสเซอร์ได้

ของเหลวนั้นไม่สามารถอัดตัวได้ ปริมาตรของเหลวที่ไหลเข้าปั๊มจะเท่ากับปริมาตรของเหลวที่ไหลออกจากปั๊ม แต่แก๊สนั้นสามารถอัดตัวได้ ปริมาตรแก๊สที่ไหลเข้าคอมเพรสเซอร์จะสูงกว่าปริมาตรแก๊สที่ไหลออกจากคอมเพรสเซอร์ ดังนั้นในกรณีของของเหลวนั้นถ้าหากปั๊มไม่สามารถดันให้ของเหลวไหลออกไปได้ ปั๊มก็จะไม่สามารถดูดของเหลวเข้าได้ อัตราการไหลก็จะเป็นศูนย์ (ปริมาตรเข้าเท่ากับปริมาตรออก) 
    

แต่ในกรณีของคอมเพรสเซอร์นั้นแม้ว่าแก๊สด้านขาออกไม่สามารถเคลื่อนตัวออกไปได้ แต่คอมเพรสเซอร์กัยังสามารถดึงแก๊สด้านขาเข้าได้อยู่ เมื่อแก๊สด้านขาออกเกิดการสะสมกันมากขึ้นก็จะเกิดการไหลย้อนสวนทิศทางกับแก๊สที่คอมเพรสเซอร์ดึงเข้ามา ในระหว่างการเกิด surge นั้นการไหลย้อนของแก๊สด้านขาออกจะเอาชนะแก๊สที่ถูกคอมเพรสเซอร์ดูดเข้ามาได้ ถ้าสังเกต compressor performance curve เทียบกับ pump curve จะเห็นว่าอัตราการไหลต่ำสุดที่ปั๊มยังสามารถทำงานได้คือศูนย์ แต่ในกรณีของคอมเพรสเซอร์นั้นอัตราการไหลต่ำสุดนั้นจะมากกว่าศูนย์

ในกรณีของปั๊มหอยโข่งนั้น ถ้าปั๊มไม่สามารถส่งผ่านของเหลวได้ ของเร็วที่ค้างอยู่ในตัวปั๊มจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนเกิดการเดือดและทำความเสียหายให้กับปั๊มเนื่องจากเกิด cavitation ได้ วิธีการหนึ่งในการป้องกันปัญหาดังกล่าวก็คือการติดตั้ง minimum flow line หรือท่อ bypass ทางด้านขาออกเพื่อให้มีของเหลวไหลย้อนกลับไปทางด้านขาเข้าของปั๊มตลอดเวลาที่ปั๊มทำงาน เมื่อเกิดเหตุการณ์ที่ปั๊มไม่สามารถส่งของเหลวเข้าระบบได้ ก็จะยังคงมีของเหลวในปริมาณน้อย ๆ ไหลผ่านตัวปั๊มและกลับไปยังด้านขาเข้าผ่านทาง minimum flow line นี้ ทำให้ของเหลวไม่มีการค้างในตัวปั๊มและปั๊มจะปลอดภัยจากการเกิด cavitation
   

แต่การอัดแก๊สนั้นสิ้นเปลืองพลังงานมากกว่าการอัดของเหลว และแก๊สที่ถูกอัดตัวแล้วก็ยังมีอุณหภูมิสูงขึ้นอีกด้วย ดังนั้นวิธีการที่ให้มีของไหลในปริมาณน้อย ๆ ไหลวนกลับไปทางด้านขาเข้าตลอดเวลาแบบที่ใช้กับปั๊มนั้นจึงไม่เหมาะสมกับคอมเพรสเซอร์ ในกรณีของคอมเพรสเซอร์นั้นจึงต้องมีการติดตั้งระบบป้องกันการเกิด surge ที่เรียกว่า Anit surge system หรือ Surge control system

รูปที่ ๒ ตัวอย่างแผนผังระบบท่อของ centrifugal compressor

รูปที่ ๒ เป็นตัวอย่างหนึ่งของการเดินท่อรอบคอมเพรสเซอร์ แก๊สที่จะทำการอัดนั้นจะไหลเข้าสู่ Suction knock out drum หรือ compressor suction drum ก่อน หน้าที่ของถังนี้คือแยกเอาของเหลว (ที่อาจมีติดมากับแก๊ส) ออกจากส่วนที่เป็นแก๊ส โครงสร้างในถังก็ไม่มีอะไร เป็นแค่ถังเปล่า ๆ ติดตั้งวัสดุที่มีรูพรุนที่เรียกวา mist eliminator เอาไว้ทางด้านบนเหนือทางแก๊สไหลเข้า ถ้ามีของเหลวติดมากับแก๊สที่ไหลเข้าถัง เมื่อแก๊สไหลเข้าถังพื้นที่หน้าตัดการไหลจะเพิ่มมากขึ้น อัตราการไหลจะลดต่ำลง ของเหลวส่วนหนึ่งที่ถูกพัดพามากับแก๊สก็จะตกลงสู่เบื้องล่าง ของเหลวส่วนที่ยังติดไปกับแก๊สที่ไหลออกทางด้านบนนั้นเมื่อไปกระทบกับวัสดุที่ใช้ทำ mist eliminator ก็จะเกาะติดวัสดุนั้นและรวมตัวกันเป็นหยดของเหลวใหญ่ขึ้นและตกลงสู่เบื้องล่าง
   

ทางด้านขาออกนั้นจะมีท่อสำหรับการไหลย้อนกลับที่ติดตั้งวาล์วควบคุมที่เรียกว่า Anti surge valve เอาไว้ วาล์วตัวนี้จะเปิดเมื่ออุปกรณ์ตรวจวัดการเกิด surge (ไม่ได้แสดงไว้ในรูป) ตรวจพบว่ากำลังจะมีการเกิด surge ขึ้น กล่าวคือเมื่อภาวะการทำงานของคอมเพรสเซอร์มาถึงตำแหน่ง D (รูปที่ ๑) โดยไม่รอให้ถึงตำแหน่ง C ระยะห่างระหว่างเส้นสีส้มที่ระบบ Anti surge system เริ่มทำงานกับเส้นสีแดงที่คอมเพรสเซอร์เริ่มเกิดการ surge นั้นคือ safety margin ของการทำงาน

ถ้าเป็นการอัดอากาศ ระบบที่ใช้จะไม่ซับซ้อนเหมือนที่แสดงในรูปที่ ๒ เพราะอากาศนั้นมีอยู่ทั่วไป ถ้ามีการเกิด surge ขึ้น ระบบ Anti surge system สามารถที่จะระบายอากาศด้านขาออกทิ้งไปได้เลย ไม่จำเป็นต้องมีการวนกลับไปยังด้านขาเข้า และก็ไม่จำเป็นต้องมี compressor suction drum ทางด้านขาเข้าด้วย อาจมีแค่กรองอากาศเท่านั้น (เพราะปรกติในอากาศก็ไม่มีของเหลวอยู่แล้ว เว้นแต่จะดูดเอาอากาศที่มีฝนตกเข้ามา แต่โดยทั่วไปการติดตั้งท่อดูดอากาศเข้าก็ต้องคำนึงถึงปัญหานี้อยู่แล้ว)
   

ท่อแก๊สวนกลับหรือท่อระบายอากาศทิ้งยังใช้เป็นประโยชน์ได้ในตอนเริ่มเดินเครื่องคอมเพรสเซอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ เพราะเมื่อเราเริ่มเดินเครื่องมอเตอร์ขณะที่มอเตอร์หยุดนิ่งนั้น กระแสไฟฟ้าปริมาณมากจะไหลเข้ามอเตอร์ แต่จะลดลงเมื่อมอเตอร์เริ่มหมุน ดังนั้นเพื่อลดปริมาณกระแสที่ไหลเข้ามอเตอร์ในขณะที่เริ่มเดินเครื่อง เราจำเป็นต้องทำให้ภาระ (load) ของมอเตอร์ในขณะที่เริ่มเดินเครื่องนั้นต่ำที่สุด 
     

ในกรณีของปั๊มนั้นเราทำโดยการปิดวาล์วด้านขาออกให้อัตราการไหลเป็นศูนย์ (พลังงานที่มอเตอร์ใช้จะลดลงตามอัตราการไหล และต่ำสุดเมื่ออัตราการไหลเป็นศูนย์) โดยอาจมีการเปิดวาล์ว minimum flow line (ถ้ามี) ร่วมด้วยเพื่อไม่ให้ของเหลวเดือด (ดู Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๒๒ วันพฤหัสบดีที่ ๑๘ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๖ ระบบ piping ของปั๊มหอยโข่งฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๖ ระบบ piping ของปั๊มหอยโข่ง") ซึ่งในภาวะเช่นนี้ความดันด้านขาออกของปั๊มจะมีค่ามากที่สุด
   

แต่ในกรณีของคอมเพรสเซอร์นั้นตรงข้ามกัน ภาระของคอมเพรสเซอร์จะต่ำสุดเมื่อความดันด้านขาออกเท่ากับความดันด้านขาเข้า ดังนั้นเพื่อลดปริมาณกระแสเข้ามอเตอร์จึงต้องปิดวาล์วด้านขาออกและเปิดวาล์วเส้นแก๊สไหลย้อนกลับให้เต็มที่เพื่อให้แก๊สไหลกลับไปยังด้านขาเข้าได้สะดวก ในขณะนี้ความดันด้านขาออกของคอมเพรสเซอร์จะต่ำสุด ถ้าเป็นการอัดอากาศก็จะเป็นการดูดอากาศเข้าและปล่อยออกสู่บรรยากาศใหม่ และเมื่อความเร็วรอบมอเตอร์ได้ที่แล้วก็จะปิดวาล์วไหลย้อนกลับหรือระบายอากาศทิ้งนี้ และเปิดวาล์วให้แก๊สไหลเข้าระบบต่อไป
   

ปิดท้าย Memoir ฉบับนี้ด้วยรูประบบ piping รอบคอมเพรสเซอร์ตัวเล็ก ๆ ตัวหนึ่งที่ใช้อัตแก๊สชีวภาพ รายละเอียดต่าง ๆ ดูในรูปที่ ๓ เอาเองก็แล้วกัน

รูปที่ ๓ คอมเพรสเซอร์ที่ใช้อัดแก๊สชีวภาพจากบ่อบำบัดน้ำเสียของโรงงานผลิตเบียร์เพื่อส่งไปเป็นเชื้อเพลิงให้กับหม้อไอน้ำของโรงงาน (ต้องขอขอบคุณทางโรงงานที่อนุญาตให้ถ่ายรูป) ท่อที่อยู่ด้านบนคือท่อสำหรับให้แก๊สไหลวนกลับ ในกรณีนี้เป็นแก๊สเชื้อเพลิงจึงไม่สามารถปล่อยทิ้งออกสู่บรรยากาศได้ ระบบในรูปนี้เป็นระบบขนาดเล็กที่ไม่มีการติดตั้ง compressor suction drum ทางด้านขาเข้าของคอมเพรสเซอร์ ที่เห็นอยู่ในกรอบสีเหลืองเดาว่าคือวาล์วปีกผีเสื้อ (butterfly valve) ที่บอกว่าต้องเดาก็เพราะไม่ได้เข้าไปดูใกล้ ๆ รูปที่เห็นเป็นการใช้กล้องโทรศัพท์มือถือถ่ายเอาไว้แล้วขยายดู

ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๕ Pump curve MO Memoir : Monday 15 February 2553

ปั๊ม (pump หรือบางรายแปลเป็นไทยว่าเครื่องสูบ) เป็นอุปกรณ์หลักที่ใช้ในการเพิ่มความดันให้กับของเหลว เพื่อให้สามารถ่ายเทของเหลวจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งทางระบบท่อได้ ที่บอกว่าเป็นอุปกรณ์หลักเพราะว่าเรายังสามารถผลักดันให้ของเหลวไหลไปตามระบบท่อด้วยวิธีการอื่นได้ เช่นการใช้แรงดันแก๊ส

รูปแบบหลักของการทำงานของปั๊มที่ใช้กันอยู่ทั่วไปนั้นมี ๒ แบบ คือ (ก) ปั๊มแบบให้การขจัดเป็นบวกไปข้างหน้า (ผมแปลเองนะจากคำว่า positive displacement pum) เช่นปั๊มลูกสูบ (reciprocating pump) ปั๊มแบบไดอะแฟรม (diaphragm) และปั๊มโรตารี (rotary pump) และ (ข) ปั๊มแบบใช้แรงเหวี่ยงหรือที่เรียกกันว่าปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump) เพราะรูปร่างภายนอกมันดูเหมือนหอยโข่ง (ว่าแต่พวกคุณเคยเห็นหอยโข่งหรือรู้จักมันไหม)

ปั๊มแบบลูกสูบมีการทำงานแบบเข็มฉีดยา คือตัวลูกสูบที่อยู่ในกระบอกสูบจะทำหน้าที่ดันให้ของเหลวที่อยู่ในกระบอกสูบนั้นเคลื่อนที่ออกไป ข้อดีของปั๊มลูกสูบคือสามารถเพิ่มความดันได้สูงในขั้นตอนการอัดเพียงขั้นตอนเดียว และสามารถปรับปริมาตรการไหลได้ง่ายโดยการปรับระยะช่วงชักของลูกสูบ แต่ก็มีข้อเสียคือมีรูปแบบการไหลที่ไม่ราบเรียบ กล่าวคือไหลออกเป็นจังหวะตามจังหวะการเคลื่อนที่ของลูกสูบ และมีแรงเสียดทานสูงระหว่างผนังกระบอกสูบกับตัวลูกสูบเอง เพราะต้องมีแหวนป้องกันไม่ให้ของเหลวรั่วไหลย้อนออกมาทางช่องว่างระหว่างผนังกระบอกสูบกับตัวลูกสูบ ปัจจุบันในโรงงานไม่ค่อยใช้ปั๊มแบบลูกสูบกันแล้ว แต่ก็ยังเห็นอยู่ทั่วไปที่ใช้เป็นปั๊มน้ำขนาดเล็กตามบ้าน

ปั๊มแบบไดอะแฟรมนั้นเหมาะกับของเหลวที่มีตะกอนหรือของเหลวที่ไม่ต้องการให้เกิดการรั่วซึม ส่วนปั๊มแบบโรตารีนั้นจะคล้ายกับเฟืองสองตัวขบกัน เหมาะกับของเหลวที่มีความหนืดสูง โครงสร้างของปั๊มแบบทั้งสองแบบนี้เป็นอย่างไรจะขอละไม่กล่าวในที่นี้

ปั๊มหอยโข่งเป็นปั๊มที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน ปั๊มนี้ทำหน้าโดยการใช้แรงเหวี่ยงเพิ่มพลังงานจลน์ให้กับของเหลวที่ไหลเข้ามาในปั๊ม เมื่อของเหลวถูกเหวี่ยงออกไปเจอกับแรงต้าน (ของระบบท่อ) พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งก็จะถูกเปลี่ยนไปเป็นความดันเพื่อดันให้ของเหลวเคลื่อนไปตามระบบได้ ลักษณะเด่นของปั๊มหอยโข่งคือมีโครงสร้างที่เรียบง่าย (มีแค่ใบพัดหมุนอยู่ในตัวเรือน) ให้การไหลที่ราบเรียบ แต่ก็ไม่สามารถให้แรงดันขาออกได้สูง ถ้าต้องการทำให้ของเหลวมีความดันสูงก็ต้องใช้ปั๊มหอยโข่งที่มีหลาย stage คือมีการเหวี่ยงจากใบพัดตัวที่หนึ่ง เข้าสู่ใบพัดตัวที่สอง และเข้าสู่ใบพัดตัวที่สาม ... ไปเรื่อย ๆ วิธีนี้จะได้ปั๊มตัวใหญ่ (เพราะมีใบพัดหลายตัวต่อกัน) แต่ก็ดีตรงที่ไม่จำเป็นต้องเพิ่มความเร็วรอบมอเตอร์ แค่เพิ่มแรงม้าให้ก็พอ

อีกเทคนิคหนึ่งก็คือใช้วิธีเพิ่มความเร็วการหมุนของใบพัด กล่าวคือแทนที่จะให้ใบพัดหมุนด้วยอัตราเร็วเดียวกันกับมอเตอร์ขับเคลื่อน (มักจะต่ำกว่า 1500 รอบต่อนาทีเล็กน้อย ตามความเร็วรอบของ induction motor) ก็ใช้เฟืองทดเพื่อให้หมุนในระดับ 10,000 รอบต่อนาที (เคยเห็นอยู่ตัวหนึ่งที่ให้ความดันขาออกเมื่อปิดวาล์วด้านขาออกได้สูงถึง 70 bar ในขั้นตอนเดียว) แต่ปั๊มแบบนี้ก็ต้องระมัดระวังเรื่องการหล่อลื่นเพลาที่หมุนด้วยความเร็วรอบสูง เพราะถ้าขาดการหล่อลื่นเมื่อใดแบริ่งที่รองรับเพลาหรือตัวเพลาเองก็จะเกิดการเสียหายรุนแรงได้ทันที

ตรงนี้ขอนอกเรื่องนิดนึง เพราะปั๊มเกือบทั้งหมดในปัจจุบันนั้นจะขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับนั้นมีอยู่สองแบบ (จำกันได้ไหมจากวิชาไฟฟ้า) คือมอเตอร์แบบซิงโครนัส (synchronous motor) ที่จะหมุนด้วยความเร็วซิงโครนัส (120f/p เมื่อ f คือความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับ สำหรับในบ้านเราคือ 50 Hz และ p คือจำนวนขั้ว (เป็นเลขคู่เสมอ)) และอีกแบบที่เราพบเห็นกันมากกว่าคือมอเตอร์เหนี่ยวนำ (induction motor) ความเร็วในการหมุนของมอเตอร์เหนี่ยวนำนั้นจะต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัสเล็กน้อยเนื่องจากมี slip มอเตอร์เหนี่ยวนำนั้นเป็นที่นิยมมากกว่าเพราะมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและทนทานกว่า

สำหรับผู้ที่ต้องไปทำงานเกี่ยวกับระบบท่อหรือปั๊มนั้น มักจะโดนถามอยู่ประจำว่าอ่าน "pump curve" เป็นไหม

pump curve เป็นกราฟแสดงสมรรถนะด้านต่าง ๆ ของปั๊มที่อัตราการไหลต่างกัน รูปที่ 1 ข้างล่างแสดงตัวอย่างหนึ่งของ pump curve ของปั๊มหอยโข่งที่จะกล่าวใน memoir ฉบับนี้ (ปั๊มแบบอื่นไม่เกี่ยว)

รูปที่ 1 ตัวอย่าง pump curve ของปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump) (รูปจาก http://www.fao.org/docrep) ปั๊มในรูปนี้บอกความเร็วรอบไว้ที่ 1725 รอบต่อนาที แสดงว่าใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำขับเคลื่อนโดยใช้ระบบไฟฟ้าความถี่ 60 Hz และมีจำนวนขั้ว 4 ขั้ว (ตามเงื่อนไขนี้ ความเร็วซิงโครนัสคือ 1800 รอบต่อนาที แต่พอมอเตอร์มี slip ก็เลยทำให้ความเร็วรอบเหลือเพียง 1725 รอบต่อนาที)

แกนนอนของ pump curve นั้นจะเป็นอัตราการไหล (หน่วยจะเป็นอะไรก็ตามแต่) ส่วนแกนตั้งนั้นมีทั้งความดันด้านขาออก ประสิทธิภาพ พลังงานที่ใช้ และแรงต้านของระบบ

ความดันด้านขาออก (เส้น head capacity ในกราฟ) จะมีค่ามากที่สุดเมื่ออัตราการไหลเป็นศูนย์ กรณีนี้เกิดขึ้นตอนที่เราปิดวาล์วด้านขาออกเอาไว้ ของเหลวที่ถูกเหวี่ยงออกมาด้วยแรงใบพัดจะไม่สามารถเคลื่อนไปข้างหน้าได้ พลังงานจลน์ที่ได้รับจึงถูกเปลี่ยนไปเป็นความดัน (และความร้อนด้วย) แต่เมื่อของเหลวไหลได้ดีขึ้น ความดันด้านขาออกก็จะลดลง (ต้องไม่ลืมว่าของเหลวได้รับพลังงานจลน์โดยการถูกเหวี่ยงออกจากปั๊ม และถ้ามีแรงต้านก็ต้องเปลี่ยนพลังงานจลน์ส่วนหนึ่งไปเป็นความดันเพื่อเอาชนะแรงต้านดังกล่าว ถ้าแรงต้านน้อยก็ใช้ความดันน้อย (ไหลได้มากที่ความดันต่ำ) แต่ถ้าแรงต้านสูงก็ต้องเปลี่ยนพลังงานจลน์ไปเป็นความดันมาก (อัตราการไหลก็จะลดลง)

พลังงานที่มอเตอร์ต้องใช้ในการขับเคลื่อน (เส้นกราฟ motor input) หรือที่จริงก็คือกระแสไฟฟ้าที่มอเตอร์ดึงเข้าจะเพิ่มตามอัตราการไหล โดยพลังงานขับเคลื่อนนี้จะมีค่าต่ำสุดที่อัตราการไหลเป็นศูนย์ ตรงนี้ขอย้ำไว้ก่อนเพราะพฤติกรรมของมอเตอร์ตรงนี้จะเกี่ยวข้องกับการเริ่มเดินปั๊มและการเดินระบบท่อรอบปั๊ม ซึงหัวข้อนี้จะขอยกไปเป็นหัวข้อหนึ่งต่างหาก

กราฟ system head capacity เป็นแรงต้านของระบบ แรงต้านนี้ขึ้นอยู่กับระบบท่อแต่ละระบบและเพิ่มขึ้นตามอัตราการไหล (ยิ่งไหลเร็ว การสูญเสียเนื่องจากแรงเสียดทานก็มากขึ้น) ดังนั้นเส้นจุดตัดระหว่าง system head capacity และ head capacity จะเป็นตัวบอกว่าในระบบของเรานั้นปั๊มตัวนี้จะส่งผ่านของเหลวได้ด้วยอัตราการไหลสูงสุดเท่าใด และที่ความดันเท่าใด อย่างเช่นในรูปที่ 1 นั้นจะอยู่ประมาณ 1200 แกลลอนต่อนาที ⁽¹⁾

แรงต้านของระบบนี้อาจเปลี่ยนไปตามเวลาก็ได้ เช่นระบบท่ออุดตัน หรือในบางครั้งก็มีการซ่อมแซมเปลี่ยนแนวทางการเดินท่อและ/หรือขนาดท่อ ซึ่งทำให้แรงต้านของระบบเมื่อครั้งออกแบบติดตั้งครั้งแรกกับสภาพที่เป็นอยู่ในปัจจุบันนั้นแตกต่างกันออกไป สิ่งที่พวกคุณที่กำลังจะไปฝึกงานต้องเผชิญก็คือเรื่องแรงต้านของระบบนี้แหละ ตลอดช่วงเวลาที่ผ่านมานั้นทางโรงงานมีการดัดแปลงหลายส่วน แต่ตัวปั๊มเองนั้นไม่ได้ถูกเปลี่ยน คำถามที่เขาถามก็คือตัวปั๊มเองหรือตัวระบบเองนั้นจะยังคงใช้ได้กับกำลังการผลิตใหม่หรือไม่

กราฟเส้นสุดท้ายที่เหลืออยู่ในรูปที่ 1 คือประสิทธิภาพของปั๊ม (pump efficiency) จะเห็นว่าประสิทธิภาพการทำงานนั้นจะมีค่าสูงสุดที่ค่าอัตราการไหลค่าหนึ่ง ในการเลือกขนาดปั๊มเมื่อออกแบบครั้งแรกนั้น ทางผู้ออกแบบอาจเลือกปั๊มให้มีขนาดที่ให้ค่าประสิทธิภาพการทำงานสูงสุด แต่เมื่อการทำงานเปลี่ยนไป ประสิทธิภาพการทำงานของปั๊มก็อาจไม่ได้อยู่ที่ตำแหน่งสูงสุดอีกต่อไป การเผื่อขนาดของปั๊มก็เช่นเดียวกัน ถ้าเผื่อขนาดไว้สำหรับการขยายกำลังการผลิตในอนาคต ปั๊มนั้นก็อาจทำงานที่ตำแหน่งที่ประสิทธิภาพต่ำ ทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมากกว่าที่ควรเป็น แต่เมื่อถึงเวลาขยายกำลังการผลิตก็ไม่ต้องเปลี่ยนปั๊มตัวใหม่

pump curve นั้นยังขึ้นอยู่กับรูปแบบของ impeller (ใบพัด) และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของ impeller ด้วย การเปลี่ยนรูปแบบของ impeller และ/หรือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของ impeller (impeller ต้องมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าของตัวเรือน (housing) ของปั๊ม) ก็ทำให้ pump curve เปลี่ยนแปลงไปด้วย ดังเช่นรูปที่ 1 บอกไว้ว่า impeller เป็นชนิด semi open ขนาด 6.5" ส่วนมันจะมีรูปแบบอย่างไรบ้างนั้นก็ลองไปค้นดูกันเองก็แล้วกัน

ในกรณีที่ปั๊มที่ใช้นั้นมีความสามารถในการปั๊มของเหลวสูงกว่าอัตราการไหลที่ต้องการมาก (เช่นออกแบบเผื่อไว้สำหรับการเพิ่มกำลังการผลิตในอนาคต) ถ้าใช้วิธีการเปิดวาล์วด้านขาออกของปั๊มไว้เล็กน้อยเพื่อให้ได้อัตราการไหลที่ต้องการก็จะทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมาก ในกรณีเช่นนี้สามารถแก้ปัญหาได้ด้วยการเปลี่ยนไปใช้ impeller ที่มีขนาดเล็กลง ซึ่งจะประหยัดพลังงานมากกว่าการใช้วิธีเปิดวาล์วด้านขาออกไว้เพียงเล็กน้อย และพอต้องการเพิ่มกำลังการผลิตเมื่อใดก็ค่อยเปลี่ยนมาใช้ impeller ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ทำให้ไม่ต้องเปลี่ยนปั๊มทั้งชุด

⁽¹⁾ แกลลอนนั้นมี 2 หน่วยคือ Imperial gallon ซึ่งเป็นของอังกฤษ มีค่ามากกว่า 4 ลิตรอยู่เล็กน้อย และอีกหน่วยคือ U.S. gallon ซึ่งเป็นของอเมริกา มีค่าประมาณ 3 ลิตรกว่า (เกือบ 4 ลิตร) ดังนั้นเวลาคุยกับต่างชาติและมีการใช้หน่วยแกลลอน ก็ต้องถามให้แน่ใจด้วยว่าเป็นแกลลอนแบบไหน