Pump in Parallel – When One is Not Enough [22 December 2021]
ในบทความนี้เราจะมาพูดถึงการใช้งานปั๊ม
โดยการต่อระบบแบบขนาน (Parallel) ว่าทำไมเราจึงต้องต่อระบบปั๊มแบบขนาน
การต่อระบบปั๊มแบบขนาน จะส่งผลอย่างไรต่อระบบ และข้อควรระวังในการต่อระบบปั๊มแบบขนาน
ในบางครั้ง เราอาจต้องการปั๊มมากกว่า 1 ตัว ในงานเดียวกัน ทั้งนี้อาจจะเพราะว่าระบบของเราต้องการอัตราการไหลที่มากเกินกว่าปั๊ม 1 ตัว จะสามารถทำได้ หรือ ระบบเราต้องการให้มีการควบคุมอัตราการไหล ทางออกหนึ่งสำหรับปัญหาเหล่านี้ก็คือการออกแบบระบบปั๊มแบบต่อขนาน (Pumps in Parallel) ซึ่งเป็นระบบที่ทำให้เราสามารถใช้ปั๊ม 2 ตัว หรือมากกว่านั้น ช่วยกันสร้างหรือควบคุมอัตราการไหลภายในระบบ ในเชิงทฤษฎีแล้วนั้น การต่อปั๊มที่เหมือนกัน 2 ตัว ในระบบท่อแบบขนาน จะช่วยเพิ่มอัตราการไหลให้แก่ระบบได้ 2 เท่า โดยที่ใช้ Head เท่าเดิม แต่ในความเป็นจริงแล้ว สำหรับปั๊มหอยโข่งไม่ได้เป็นไปตามนั้น สามารถอธิบายได้จากกราฟสมรรถนะของปั๊ม
สำหรับปั๊มหอยโข่ง
(Centrifugal Pump) ในเชิงทฤษฎีแล้ว การต่อท่อในแบบขนาน ค่าความดันภายในท่อจะมีค่าคงที่
แต่อัตราการไหลที่ปลายทาง
จะมีค่าเท่ากับผลรวมของอัตราการไหลของท่อที่ต่อเข้ามาแบบขนาน ซึ่งสำหรับปั๊ม 2 ตัวที่เหมือนกัน ขนาดท่อเท่ากัน
อัตราการไหลสุดท้ายก็ควรที่จะเป็น 2 เท่าของ อัตราการไหลที่ปั๊ม 1 ตัวทำได้ (จากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 2) แต่ในทางปฏิบัติแล้วกราฟของระบบ (System Curve) โดยเฉพาะของระบบปั๊มแล้ว
จะมีรูปแบบที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (Exponential
Curve) ทำให้จุดตัดของกราฟของระบบและกราฟประสิทธิภาพของปั๊ม
หรือก็คือจุดใช้งาน (Operating
Point) เป็นจุดที่ 3 แทนที่จะเป็น จุดที่ 2 เหมือนอย่างที่กล่าวไว้ในทททฤษฎี
ซึ่งก็จะเห็นว่าจุดตัดที่ได้นั้น กลับมีค่า Head ที่สูงกว่า และค่าอัตราการไหลที่ได้
ก็ไม่ถึงค่าตามทฤษฎีอีกด้วย โดยในการหาอัตราการไหลที่ได้ ก็จะต้องนำเอาค่า Head ที่จุดใช้งานนี้
กลับไปเทียบกับกราฟประสิทธิภาพของปั๊มในขณะทำงานเพียงตัวเดียว (จุด A) ดังนั้นแล้ว
ในระบบที่ปั๊มหอยโข่งทำงานแบบขนาน อัตราการไหลที่ปั๊มแต่ละตัวสามารถทำได้
จะมีค่าน้อยกว่าอัตราการไหลของปั๊มในขณะที่ปั๊มทำงานตัวเดียว
สำหรับปั๊มแบบปริมาตรแทนที่เชิงบวก (Positive
Displacement Pump) เอง
ก็ใช้หลักการเดียวกันกับปั๊มหอยโข่ง นั่นคือนำเอาค่าอัตราการไหลที่ปั๊มทำได้
ที่ความดันเดียวกัน มารวมกันก็จะได้สมรรถณะของปั๊มที่ทำงานขนานกัน
แต่ก็อย่าลืมไปว่าสำหรับปั๊มปริมาตรแทนที่เชิงบวกจะมีค่า Slip หรือการไหลย้อนกลับตามจุด Clearance ต่าง ๆ
ภายในเสื้อปั๊ม และจะส่งผลให้ปริมาณอัตราการไหลลดลงตามไปด้วย ซึ่งยิ่งค่า Head ยิ่งสูง ค่า Slip ก็จะมีค่าเพิ่มขึ้นตามไปด้วย
ในกรณีที่ผ่านมาจะกล่าวถึงเฉพาะ ในกรณีที่ปั๊มที่เลือกเป็นปั๊มที่เหมือนกัน แต่ถ้าหากว่าปั๊มที่นำมาต่อกันแบบขนานนั้นเป็นคนละขนาดกัน สิ่งที่เกิดขึ้นจะเป็นอย่างไร ? ในกรณีของปั๊มหอยโข่ง ประสิทธิภาพของปั๊มจะเป็นไปตามกราฟสมรรถณะด้านล่าง ถ้าหากว่าปั๊มตัวใดตัวหนึ่งทำงานเพียงตัวเดียว จุดใช้งานก็คือจุดตัดระหว่างกราฟของระบบ และกราฟสมรรถณะของปั๊ม ในขณะที่ หากทำงานพร้อมกันทั้งสองตัวอัตราการไหลของปั๊มแต่ละตัวก็จะเปลี่ยนแปลงไปตามค่าความดันของระบบที่เปลี่ยนแปลงไป ตามจุดตัดใหม่ของกราฟระบบ (จุด B)
สำหรับกรณีของปั๊มปริมาตรแทนที่เชิงบวก ไม่ได้มีปัญหาเรื่องของค่าอัตราการไหลที่ต่ำที่สุดเหมือนอย่างปั๊มหอยโข่ง ดังนั้นอัตราการไหลรวม ก็คือค่าอัตราการไหลของปั๊มทั้ง 2 ตัว
สิ่งที่ต้องระวังอย่างมากในการใช้งานลักษณะนี้ก็คือ
ห้ามให้จุดใช้งานของปั๊มที่มีขนาดเล็กกว่า
อยู่ในจุดที่น้อยกว่าค่าอัตราการไหลต่ำสุดที่ทางโรงงานผู้ผลิตแนะนำ (Minimum Continuous Stable Flow) ทั้งนี้เพื่อรักษาการอายุการใช้งานของปั๊มตัวที่เล็กกว่าให้ได้นานที่สุด
ในอีกกรณีหนึ่งของปั๊มหอยโข่ง
หากเลือกปั๊ม 2 ตัว ที่มีขนาดต่างกันมาก ๆ
ปั๊มที่มีขนาดเล็กกว่าจะไม่สามารถดันของเหลวในระบบได้เลย เนื่องจากว่า
จุดทำงานของระบบมีค่าสูงกว่าค่า Shutoff Head หรือค่าความดันสูงสุดที่ปั๊มสามารถทำได้ของปั๊มตัวที่เล็กกว่า
ดังแสดงในกราฟ
ในการเลือกใช้งานปั๊มในระบบแบบขนานเอง
นอกจากจะต้องคำนึงถึงประสิทธิภาพการใช้งานในขณะที่ใช้งานพร้อมกันแล้ว
ยังต้องพิจารณาถึงประสิทธิภาพการทำงานของปั๊มแต่ละตัวด้วย
กราฟของระบบอาจตัดกับกราฟประสิทธิภาพของปั๊มหากปั๊มทั้งสองตัวทำงานพร้อมกัน
แต่หารใช้งานปั๊มเพียงแค่ 1 ตัว ค่าอัตราการไหลอาจไม่เพียงพอต่อความต้องการของระบบก็เป็นไปได้
ปั๊มอาจต้องทำงานที่จุดใช้งานสูงสุด หรือ จุด Runout ส่งผลต่ออายุการใช้งานของปั๊ม (Vibration และเสียงดัง)
นอกจากนี้ค่า NPSHr ของปั๊มยังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วอีกด้วย และอาจเพิ่มจนเกินค่า NPSHa ของระบบทำให้เกิด
Cavitation และความเสียหายต่อปั๊มได้
สำหรับปั๊มแบบการขจัดเป็นบวก
ควรระวังในเรื่องของความดันสูงสุดที่ตัวปั๊มสามารถรับได้ หากนำปั๊มมาต่อแบบขนานกัน
แนะนำให้เลือกใช้ปั๊มที่มีค่าความดันสูงสุดที่ตัวปั๊มสามารถรับได้ให้มีค่าใกล้เคียงกัน
และควรมีวาล์วนิรภัย (Relief Valve) ทีมีการปรับค่าให้ถูกต้องเหมาะสมกับการใช้งาน
สุดท้ายนี้
จะขอสรุปไกด์ไลน์สำหรับการวางระบบปั๊มแบบขนาน ดังนี้
·
ใช้สำหรับเป็นปั๊มแบคอัพ (Backup) ในระบบที่มีความสำคัญมาก ๆ
·
ใช้ปั๊ม 2 ตัว
หรือมากกว่า สำหรับควบคุมอัตราการไหลในระบบที่ต้องมีการปรับเปลี่ยนอัตราการไหล
หรืออาจพิจารณาใช้งาน Variable Speed
Control
·
ควรตรวจสอบว่าปั๊มที่เลือกมานั้นสามารถใช้งานได้ทั้งในระบบแบบต่อขนานและทำงานเพียงตัวเดียวหากจำเป็น
เพื่อเป็นการสำรองไว้สำหรับกรณีฉุกเฉิน
·
ในกรณีที่ใช้งานปั๊มหลาย ๆ ตัว ควรพิจารณาด้วยว่า หากปั๊มตัวที่ใหญ่ที่สุดเสียหาย
ปั๊มส่วนที่เหลือควรจะสามารถยังคงรักษาอัตราการไหลสูงสุดไว้ได้
·
ในกรณีใช้งานปั๊มที่เหมือนกันในระบบปั๊มแบบขนาน
ควรมีการจัดสันปันส่วนระยะเวลาในการทำงานของปั๊มแต่ละตัวให้ใกล้เคียงกัน
เพื่อเป็นการสร้างสมดุลของอายุการใช้งานปั๊ม
ที่สำคัญที่สุด
ควรให้ความสำคัญกับความแม่นยำในการคำนวณและหาค่าความดันต้านของระบบหรือกราฟของระบบ
(System Curve) สำหรับช่วงของอัตราการไหลที่เราต้องการ
ซึ่งจะเป็นจุดตัดสินเลยว่าระบบของเราควรจะมีหน้าตาอย่างไร
