Technology
รู ้อย่ อย่างถู างถูกหลัก กหลัก เกี ่ยวกั ยวกับระบบ บระบบอั อัดอากาศ ดอากาศ
P r o d u c t i o n
> > > 2009
ธนกร ณ พัทลุ พั ทลุง
ในการกาหนดขนาดของเครื ่ หนดขนาดของเครื ่องอัดอากาศ งอัดอากาศ สิ ่งที ่ต้องพิจารณา อันดับแรก คื อ อัตราการใช้ลม (air consumption) ของ เครื ่องมื องมือ อุปกรณ์ ปกรณ์ทีท ่ใี ช้อากาศอัดบวกกั ากาศอั ดบวกกับค บคาเผื าเผื ่อ 25-50% เพื ่อการขยายในอนาคต อการขยายในอนาคต
บทน
โรงงานอุตสาหกรรมโดยสวนใหญ จะตองใช ลมอัด (compressed air) เปนสวนหนึ ่ ่งในระบบ การผลิต เชน ทําความสะอาดอุปกรณ์หรือใชใน ระบบควบคุม เปนตน จึงทําใหการเลือกเครื ่ อ่ งอัด อากาศและการเดินทอลมอัดนั ้นจะตองเลือกและ ติดตั ดตั ้งอย งอยางถู างถูกหลักวิศวกรรม เพื อเพิ ่ ่ อ่ ่ เพิมประสิ มประสิทธิ ทธิภาพ ภาพ ลดตนทุ นทุนในการผลิ นในการผลิตรวมทั ตรวมทั ้งความปลอดภั งความปลอดภัยด ยดวย วย 1. การติ การติ ดตั ้ ้งเครื ่ เครื ่องอัดอากาศ การติดตั ้ง
Air Compressor นั ้นควรติ นควรติดตั ดตั ้งแบบถาวรมี งแบบถาวรมีหหองต องตาง าง หากโดยเฉพาะและควรเปนที ่ นที ่มีอากาศแห ง สะอาด ปราศจากฝุ ปราศจากฝุนละออง นละออง รวมทั ้งต งตองมี องมีการระบายอากาศ การระบายอากาศ ของหองตามหลั องตามหลักดังรูปที ่ ่ 1 (ติดตั ดตั ้งพั งพัดลมระบายอากาศภายในหองเครื ่ อ่ งอัดอากาศ) โดยกําหนดจํานวนเทาของการเปลี ่ ย่ น ปริมาตรอากาศต มาตรอากาศตอชั อชั วโมง ว่ ่ โมง (air changes/hr) ควรมี คคาระหว า ระหวาง าง 10-15 หรือคิ อคิดเป ดเปนปริ นปริมาณลมระบายอากาศได มาณลมระบายอากาศไดจากสู จากสูตร ตร (1) ปริมาณลมระบาย มาณลมระบาย = ปริมาตรห มาตรหอง อง X จํานวน Air Changes/ hr. ----------------------- (1) LOUVERED
EXHAUST FAN
WINDOW
LOUVERED WINDOW
AIR OUT
AIR IN
AIR IN
COMPRESSOR UNIT
▲ รู รูปที ปที ่
1 แสดงหลั กการระบายอากาศของหองติ องติดตั ดตั ้งเครื ้งเครื ่องอัดอากาศ องอัดอากาศ
Technology Promotion Mag.
.
June-July 2009, Vol.36 No.205
023
●
Technology
n o i t c u d o r P
●
>>> 2009
การติดตั ้งเครื ่องอัดลม(installations) มีขอ
แนะนํา ดังนี ้ ้งควรจะอยู ในบริเวณที ่มีความชื ้น ➠ สถานที ่ ติ ด ตั ตํ่า มีการถายเทอากาศที ่ดี โดยเฉพาะเครื ่องอัดอากาศที ่ใช ระบบระบายความรอนดวยอากาศ ้ง I-Beam และรอก เพื ่อสะดวกในการ ➠ ควรติดตั เคลื ่อนยายเมื ่อมีการบํารุงรักษา ดังรูปที ่ 2 แตละชนิด ➠ ประเภทลู ก สู บ (reciprocating) เป น แบบ
Positive Displacement การอัดลมเกิดขึ ้นจากการทํางาน ของลูกสูบเคลื ่อนขึ ้น - ลง ในกระบอกสูบ การสึกหรอของ เครื ่องจักรและคาบํารุงรักษา ดังรูปที ่ 3
▲ รูปที ่
2 แสดงการติดตั ้ง I-Beam สาหรับการบารุงรั กษา
หองที ่ติดตั ้งควรมีทางออกที ่สะดวกในการที ่จะ ตองนําอุปกรณ์ที ่จําเปนตองซอมแซมออกจากหอง ้งอุปกรณ์กันการสั น่ สะเทือน (vibration ➠ ควรติดตั isolator) ที ่ ฐานของเครื ่องอัดลม เพื ่อลดการสั น่ สะเทือนไป ยังโครงสรางของหอง ➠ หลั ง การติ ด ตั ้ ง ระบบอั ด อากาศแล ว ควรมี ก าร ทดสอบที ่ระบบความดัน 150 % ของความดั นใชงาน ➠ จะต อ งคํา นึ ง ถึ ง เรื ่ อ งเสี ย งของเครื ่องอัดลม ถา เปนไปไดควรติดตั ้งในสถานที ่ที ่มีคนไมแออัดและเปนไป ตามหลักความปลอดภัยในการทํางาน ➠
2. ชนิ ดเครื ่องอัดอากาศและการเลือก ● การกาหนดขนาด
ในการกําหนดขนาดของเครื ่องอัดอากาศ สิ ่งที ่ตอง พิจารณาอันดับแรก คือ อัตราการใชลม (air consumption) ของเครื ่องมือ อุปกรณ์ท ี ่ใชอากาศอัดบวกกับคาเผื ่อ 25 – 50% เพื ่อการขยายในอนาคตและจะตองรวมถึงปริมาณลม ที ่อาจจะรั ่วไหลตามทอทางและอุปกรณ์ตาง ๆ ประมาณ 20% ดวย (โดยทั ว่ ไปโรงงานจะมีการสูญเสียจากการรั ว่ ไหล ของอากาศอัดประมาณ 20%) ●
ขอมูลทางดานเทคนิคของเครื ่องอัดอากาศ
024 June-July 2009, Vol.36 No.205 ●
▲ รูปที ่
3 เครื ่องอัดแบบลู กสูบ
ประเภทโรตารี่ (rotary) การอัดลมเกิดขึ ้นจาก การหมุนของโรเตอร์ (rotor) 2 ชิ ้น ขบกันในแนวเส นรอบวง โดยจะเกิดแรงเหวี ่ยง (centrifugal force) อั ดลมในชองอัด (compression chamber) ทําใหระบบการหลอลื ่นของ เครื ่องอัดลมชนิดนี ้ตองดี เพื ่อลดการสึกกรอนของโรเตอร์ นอกจากนี ้การเพิ ่มความดันของลมก็สามารถทําไดโดยการ เพิ ่มสเตจ (stage) ของเครื ่องอัดลม ดังรูปที ่ 4 ้ ➠ แบบหอยโขง (centrifugal) เครื ่องอัดลมชนิดนี ทํางานโดยการหมุนของใบพัด (impeller) ทําใหเกิดแรง เหวี ่ยง ซึ ่งจะเหมาะสมสําหรับปริมาณลมที ่มาก ๆ เครื ่อง อัดลมแบบนี ้มีการสึกกรอนของใบพัดน อย รวมทั ้งมีละออง นํ้ามันไปกับลมนอยมาก จึงเหมาะสําหรับระบบที ่ตองการ ลมที ่สะอาดปราศจากน้ ํามัน (oil free) ดังรูปที ่ 5 ➠
Technology Promotion Mag.
.
Technology
P r o d u c t i o n
PRINCIPAL FEATURES ●
●
● ●
● ●
●
High efficiency TEFC (IP55) 208-230/460V electric motor Automatic starter switch with automatic phase and sequence failure detection 24V panel commands Lubricated Compression unit and oversized air-end Low oil carryover Coolers are on top of the machine facilitate heat recovery at the customer’s facilities Thermostatic valve for working temperature control ● ● ● ● ● ●
▲ รูปที ่
> > > 2009
Load/partial load unload control Designed for use in harsh environments Easy access for maintenance Maximum ambient temperature 113 oF Motor overload protection by thermal sensor Synthetic oil
▲ รูปที ่
6 และ 7 แสดงรายละเอี ยดการติดตั ้งถังเก็บลม
ขนาดของถังเก็บลมตองเลือกถังอากาศอัดใหมีขนาด ใหญพอเพื ่อจะไดจายอากาศโดยไมเกิดการกระเพื ่อมของ ความดันในขณะที ่ตองการอากาศมาก ปกติถงั เก็บอากาศ ตองมีความจุประมาณ 8 เทาของอากาศอัดได ในหนึ ่งวินาที และควรเพิ ่มคาเผื ่ออีก 25% สําหรับการขยายในอนาคต และควรดําเนินทํา Hydrostatics Test ตามความถี ่ทเี ่ หมาะ สมเพื ่อตรวจสอบสภาพในดานความปลอดภัย
4 เครื ่องอัดลมแบบโรตารี ่ สกรู
4. ระบบการส ง จ า ยลมอัด (compressed air system) ระบบการจายอากาศอัด (pneumatic distribution
▲ รูปที ่
5 เครื ่องอัดลมแบบหอยโขง
เลือกชวงความดันใชงาน ซึ ่งปกติอยู ระหวาง 80 – 140 psi หรือLb/ft3 (5.5-9.65 บาร์) และการคํานวณคารวม ปริมาณความตองการอากาศอัดของเครื ่องมืออุปกรณ์ ในรูป อากาศอิสระ (ขนาดของเครื ่องอัดอากาศจะเล็กกวาคาที ่ คํานวณนี ้ ไม ได แมวาจะมีถังใหญ ๆ เพื ่อชวยสะสมและจาย ในชวงความตองการสูง (peak) ก็ตาม มิฉะนั ้น ปริมาณ อากาศอัดจะไมพอใช
system) หรือการเดินทอระบบอากาศอัดตองเปนดังนี ้ ➠ ทําใหเกิดการสูญเสีย (losses) นอยที ่สุด โดย กําหนดใหคา การสูญเสียไมเกิน 10% โดยที ่มกี ารสูญเสียใน ทอรวม (main) ไมเกินครึ ่งหนึ ่ง ➠ จะตองวางทอใหลาดเอียง 0.1-0.25 in/ft และที ่ จุดปลายตํ่าสุดของทอควรติดตั ้งวาล์ว สําหรับระบายนํ้าที ่ ตกคางภายในทอทิ ้งหรือติดตั ้ง Auto Drain นอกจากนี ้ ตองหาตาแหนงที ่จะนาน้าที ่เกิดจากการกลั ่นตัวของความชื ้น อากาศออกจากระบบทอจะระบายทุก ๆ 30 เมตร (ติดตั ้ง AUTO DRAIN ทุก ๆ 30 เมตร)
3. ถังเก็บลมอัด(compressedairreceiver)
ถังเก็ บลมปกติจะทําดวยถังเหล็ก (SS400) แบบรับ แรงดัน (pressure vessel) ซึ ่งมีหนาที ่ในการเก็บลม เพื ่อ รักษาความดันลมของระบบให คงที ่อยู ตลอดเวลา นอกจาก นี ้ยังชวยลดปริมาณน้ ําในระบบดวย ถังเก็บลม ดังรูปที ่ 6 จะประกอบดวย เกจ์ วัดความ ดัน (pressure gauge) ลิ ้นนิรภัย (safety valve) แอร์ แทรป (air trap) ฯลฯ ตองมีถังเก็บลม 1 ถัง ตอเครื ่องอัดอากาศ 1 เครื ่อง Technology Promotion Mag.
.
June-July 2009, Vol.36 No.205
025
●
Technology
ลักษณะการเดินทอลมอัดควรเปนแบบวงแหวน (ring main) ดังรูปที ่ 8 เพราะจะชวยในการรักษาแรงดัน และลดแรงดันตกในระบบทอเมน
n o i t c u d o r P
➠
>>>
ก.
2009
แบบ P วัสดุที ่ ใชทากรอง คือ Pleated Cellulose ความละเอียดในการกรอง 1-5 ไมครอนและควรติดตั ้ง Differential Pressure Gauge ที ่กรองลมอัดเพื ่อตรวจสอบ คาความดันตกทําใหทราบการเสื ่อมสภาพของไสกรอง ดัง รูปที ่ 10 ➦
จุดที ่ ใชลมในโรงงาน ถังเก็บลม ถังลม ▲ รูปที ่
8 แสดงการเดินทอเมนลมอัดแบบวงแหวน
เพื ่อเปนการลดเสียงที ่เกิดจาการสั น่ สะเทือนตอง ใชขอตอแบบยืดหยุ น (flexible coupling) ดังรูปที ่ 9 ➠
▲ รูปที ่
10 แสดงการติดตั ้งDifferential Pressure Gauge ที ่ กรองลมอัด
5.การติดตั ้งทอสงลมอัด(installationofpipeline)
ทอสาขาซึ ่งแยกออกจากทอเมนเพื ่อไปใชงาน นั ้นตองตอขึ ้นทางดานบนและงอโคงลงมาเพื ่อปองกันนํ้า กลั น่ ตัวที ่มากับกระแสลมอัดไหลเข าสู อุปกรณ์นิวแมติก ดัง รูปที ่ 11 ➠
▲ รูปที ่
9 แสดงการใช ทอ Flexible เพื ่อลดการสั ่นสะเทือน
ระบบตองมี After Cooler เพื ่อทาการระบาย ความรอนหลังจากลมถูกอัดเพิ ่มความดันใหสงู ขึ ้น ดังรูปที ่ 10 ➠ อากาศอั ด ที ่ ผ า นการระบายความร อ นมาแล ว ตองนํามาผานการกําจัดความชื ้น โดยใชเครื ่องทําความเย็น (air dryer) เปนตัวกําจัดความชื ้น ➠ อากาศอัดที ่ออกจากถังเก็บกอนที ่ จ ะเข า สู Air Dryer ตองผานกรองอากาศอัด (compressed air filter) แบบ “P” (particulate filter media) แบบ “C” (coalesce filter media) เพื ่อกรองเศษวัตถุ สิ ่งสกปรกที ่ปนมารวมทั ้ง กรองน้ ํามันหลอลื ่นที ่ปนมาบางสวน ตามลําดับ ➠ รายละเอียดของวัสดุที ่นํามาทําตัวกรอง Filter ➦ แบบ C วัสดุท ี ่ ใ ช ท ํา กรอง คื อ Micro-Glass Coalesce ความละเอียดในการกรอง 0.2 – 2 ไมครอน
Mainairline
Air Water
➠
026 June-July 2009, Vol.36 No.205 ●
Slopeabout1in./ft Linetoair-using Devices(includingFRLs) Sludge ▲ รูปที ่
Water
11 แสดงการตอทอแยกจากทอเมน
ทออากาศอัดขนาดเล็ก (เสนผาศูนย์กลางนอย กวา1 ½ ) ควรใชทอทองแดงออนชนิด “L” ดังรูปที ่ 12 สวน กรณีที ่ ใหญกวา 1 ½ ควรใชเหล็กกลาชุบสังกะสี มาตรฐาน ASTM-A-120 Grade A-53 Schedule 40 หรื อ BS 1378 Medium Weight Galvanized Steel Pipe ดังรูปที ่ 13 ➠ ʺ
ʺ
Technology Promotion Mag.
.
Technology
▲ รูปที ่
แยกออกจากทอเมนใชคาความเร็วของทอประมาณ 18 – 24 m/s (60 – 80 ft/s) ➠ หาค า ความดัน ลดในระบบท อ ลมอัด จากสู ต ร ดังนี ้ คาความดันลดในหนวยเมตริก = KLQ2/ Rd5.3 บาร์ โดย K = คาคงที ่ เทากับ 800 L = คาความยาวสมมูลย์ (equivalent length) ทั ้งหมดของทอเปนเมตร Q = ปริมาณของอากาศอิสระ dm3/s R = อัตราการอัด หรือ Compression Ratio d = เสนผาศูนย์กลางภายในทอ mm
12 แสดงลั กษณะทอทองแดง
P r o d u c t i o n
> > > 2009
ตารางที่ 1 อัตราการไหลที่ยอมรับไดทอลมอัดเหล็กกลา น้ าหนักมาตรฐานที่ความดันลม 100 Psig
▲ รูปที ่
13 แสดงทอเหล็ กกลาชุบสังกะสี
สวนทอที ่ใชกับเครื ่องจักร (machine lines) ซึ ่ง ใชตอภายในวงจรนิวแมติกเชื อ่ มโยงระหวางอุปกรณ์ตาง ๆ เชน วาล์วลูกสูบ วาล์วควบคุม ใหใชทอพลาสติกออนหรือ สายลม ดังรูปที ่ 14 ➠
▲ รูปที ่
14 แสดงการใช ทอพลาสติ กเมื ่อนาลมอัดไปใช กับอุปกรณ์ตา ง ๆ
6.การกาหนดขนาดทอลม(determinationofthe pipeline)
การหาขนาดของท อ อากาศอั ด ใช ต ารางที ่ 2 ความดันอางอิง 100 psig โดยความดันตกในระบบท อไม เกิน 10 psi /100 ft และแสดงอัตราการไหลที ่ยอมรับได ➠ กํา หนดค า ความเร็ ว ของลมอั ด สํา หรั บ ท อ เมน ความเร็วควรอยู ในชวง 6-9 m/s (20-30 ft/s) ส วนทอยอยที ่ ➠
Technology Promotion Mag.
.
ขนาดท่อ(นิ ้ว)
อัตราการไหล (freeair)(cfm)
ช่วงแรงดันตก (psi/100ft)
1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 4 5 6 8 10 12
0 - 15 16 - 32 33 - 60 61 - 125 126 - 197 198 - 360 361 - 580 581 - 1100 1101 - 2150 2151 - 3900 3901 - 6300 6301 - 13100 13101 - 24000 24001 - 35000
0 - 1.0 0.30 - 1.0 0.30 - 1.0 0.25 - 1.0 0.40 - 1.0 0.30 - 1.0 0.35 -1.0 0.30 - 1.0 0.25 - 1.0 0.30 - 1.0 0.35 - 1.0 0.25 - 1.1 0.30 - 1.0 0.35 - 1.0
8. ปรับปรุงคุณภาพลมอัดและการเลือกชุดควบคุม
Service Unit หรื อ FRL ประกอบด ว ย Filter, Regulator และ Lubricator พรอมเกจ์วัดความดัน ตองติด ตั ้งทุกจุดที ่ลมอัดนําไปใชงานกับอุปกรณ์ตาง ๆ และตอง ปรับแรงดันใหเหมาะสมกับอุปกรณ์ นั ้น ๆ ดวย โดยทําการ ปรับความดันโดย Regulator สวน Lubricator จะทําหนาที ่ สงละอองนํ้ามันไปหลอลื ่นอุปกรณ์นิวแมติกที ่เคลื ่อนไหว โดยจะสงไอน้ ํามันไดระยะทาง 300 ft ดังรูปที ่ 15 ปริมาณรวมของการใชลมอัดทั ้งหมดเปนลูกบาศก์ June-July 2009, Vol.36 No.205
027
●
Technology
n o i t c u d o r P
>>> 2009
เมตรตอชั ว่ โมง จะเปนคาที ่กําหนดขนาดของ Service Unit ดังนั ้น ตองพิจารณาสังเกตขนาดตามที ่ผ ู ผลิตกําหนดกอน ซื ้อมาใชงาน ความดันใชงานของลมอัดจะตองมี สูงเกินกวา ที ่อุปกรณ์ ไดกําหนดไว ตามปกติ ไมเกิน 10 Bar สิ ่งหนึ ่งที ่ลืม ไม ได คือ อุณหภูมขิ องอากาศในบริเวณที ่ ใชงานจะตองมีคา ไมเกิน 60 ํC (ณ อุณหภูมิน ้ีเปนจุดสู งสุดของชิ ้นสวนที ่เปน พลาสติกของอุปกรณ์ที ่สามารถทนได)
▲ รูปที ่
Belt Tension Indicator ตรวจวัดแรงตึงสายพาน ดังรูปที ่ 17
▲ รูปที ่
16 แสดงเครื ่องมือตั ้งสายพาน
▲ รูปที ่
17 แสดงลั กษณะการกดของแรงสายพาน
15 แสดงชุด FRL (service unit)
9.ตัวอยางคาการปรับตั ้งสายพานเครื ่องอัดอากาศ
การปรับตั ้งสายพานในการบํารุงรักษานั ้นถือวามี ความจําเปนเพราะจะสงผลถึงการทํางานของเครื ่องอัด อากาศใหมีประสิทธิภาพ ลดการสูญเสียในการสงกําลัง หากปรับตั ้งไดเหมาะสม ซึ ่งโดยสวนใหญแลวนอยนักที ่จะมี การใชเครื ่องมือในวัดคาแรงตึงโดยอุปกรณ์ท ี ่เรียกวา Belt Tension Indicator ดังรูปที ่ 16 เชน เครื ่องอัดอากาศแบบ สกรูน ้ันมีความเร็วรอบสูงมากประมาณ 4,250 rpm จึ งควร มีการปรับความตึงของสายพานตามผู ผลิตแนะนําตาม ตารางที ่ 3
สรุป
จากรายละเอียดตาง ๆ ขางตนนั ้นเปนสิ ่งที ่ควรรู เกี ่ยวกับระบบอัดอากาศที ่สามารถนําไปเปนแนวทางปฏิบัติ ไดทันที (quick reference) ไดแก การติดตั ้งเครื ่องอัด อากาศ การเลือกเครื ่องอัดอากาศ ระบบสงจายลมอัด การ ติดตั ้งทอลมอัด การกําหนดขนาดทอที ่เหมาะสมใหแรงดัน ตกนอยลักษณะเปนแบบวงแหวน การเตรียมลมอัดโดยชุด Service Unit รวมทั ้งการบํารุงรักษาโดยทั ้งหลายทั ้งปวงนี ้ จะตองเปนไปตามหลักวิศวกรรม เอกสารอ้างอิง
ตารางที่ 2 แสดงคา Deflection Force กับ Deflection ของสายพาน MOTOR
NO. OF
KW(H.P.)
Belts
30(40) 37(50)
4 4
Deflection ForceN(Lbs) (perbelt)
Deflection Inmm (Inches)
1.3 to 1.9 (6 to 8.5) 9.5 (3/8) 1.5 to 2.2 (7 to 10) 9.5 (3/8)
ถาเปนสายพานใหมแรงกดตองมีคาเปน 1.3 เทา ของคาที ่กําหนด เมื ่อผานไป 24 ชม.ก็ทําการปรับตั ้งความ ตึงสายพานใหมใหไดตามคาที ่กําหนดและลักษณะการใช 028
●
June-July 2009, Vol.36 No.205
1. มงคล อาทิ ภานุ, นิวแมติกส์ 1., บริษัทโรงพิมพ์ ไทยวัฒนา พานิช จํากัด, กรุงเทพ ฯ, 2543. 2. สมาน เสนงาม, กําลังของไหล, เอกสารประกอบการสอน, คณะวิศวกรรมศาสตร์, มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์, 2542. 3. FRANK YEAPLE, FLUID POWER DESIGN HANDBOOK, Marcel Dekker, Inc., New York and Basel, 1992. 4. คู มือวิศวกรรมเครื ่องกล (Mechanical Engineering Quick Reference) (ฉบับปรับปรุงแกไข), บริษัท เอ็มแอนอี จํากัด, กรุงเทพฯ, 2544.
Technology Promotion Mag.
.
