Pump Guru

Troubleshooting: Liquid Ring Pumps [24 December 2021]

ในบทความครั้งนี้ เราจะมากล่าวถึงปัญหาและการแก้ไขปัญหาเบื้องต้นของปั๊มสุญญากาศแบบวงแหวนน้ำ (Liquid Ring Vacuum Pump) ซึ่งปัญหาที่พบเจอส่วนใหญ่ก็จะได้แก่ คาวิเตชั่น (Cavitation), ปัญหาเกี่ยวกับแบริ่ง (Bearing Problems) และ ปั๊มทำสุญญากาศไม่ได้ (Pump not Producing Correct Vacuum)

ปรากฏการณ์คาวิเตชั่น (Cavitation Effect)

ปรากฏการณ์คาวิเตชั่นสามารถตรวจสอบได้จากการฟังเสียงที่เหมือนกับมีก้อนกรวดหรือเม็ดทรายกลิ้งไปมาอยู่ภายในตัวปั๊ม

ในปั๊มสุญญากาศแบบวงแหวนน้ำจะเริ่มเกิดคาวิเตชั่นเมื่อแรงดันไอ (Vapor Pressure) ของของเหลวที่เป็นวงแหวนนั้นเข้าใกล้แรงดันดูด (Suction Pressure) ที่ปั๊มทำได้ สิ่งที่เกิดขึ้นคือ ของเหลวนั้นจะเริ่มเดือดและเกิดเป็นฟองอากาศ ฟองอากาศเหล่านี้เมื่อแตกออกจะเกิดเป็นหลุมสุญญากาศที่ซึ่งถูกแทนที่ด้วยของเหลวรอบ ๆ อย่างรวดเร็วเกิดเป็นคลื่นกระแทก หรือ Shock Waves ขึ้นมาทำให้ปั๊มเสียหายได้นั่นเอง

รูปแสดงปรากฏการณ์คาวิเตชั่นขณะที่ฟองอากาศกำลังแตกออก

โดยปรากฏการณ์นี้ทำให้ชิ้นส่วนภายในของปั๊มเสียหาย เป็นรูพรุน และชิ้นส่วนที่สึกก่อนเวลาอันควนเหล่านี้ก็นำไปสู่การทำสุญญากาศได้น้อยลงด้วยนั่นเอง

รูปเปรียบเทียบระหว่าใบพัดใหม่ (ซ้าย) และใบพัดจากปั๊มที่เกิดคาวิเตชั่น (ขวา)

ในการที่จะป้องกันการเกิด Cavitation สิ่งเหล่านี้คือสิ่งที่ควรจะทำ:

-        ลดอุณหภูมิของวงแหวนของของเหลวในตัวปั๊ม สิ่งนี้จะทำให้ความดันไอของของเหลวนั้นลดลงไปด้วย และช่วยไม่ให้ของเหลวนั้นระเหย จำเอาไว้ว่าคาวิเตชั่นจะเกิดขึ้นเมื่อวงแหวนของของเหลวเข้าใกล้แรงดันด้านดูดของปั๊ม

-        ใช้ของเหลวอื่นในการสร้างวงแหวน ถ้าหากว่าของเหลวที่นำมาใช้มีความดันไอต่ำ อย่างเช่น น้ำมัน หรือ ethylene glycol ก็จะทำให้ปั๊มสามารถทำงานที่ความดันสัมบูรณ์ (Absolute Pressure) ต่ำลงได้โดยที่ไม่เกิดคาวิเตชั่น แต่อย่างไรก็ตามควรจะต้องมีการตรวจสอบขนาดของมอเตอร์ด้วยว่ามีความเหมาะสมหรือไม่ หากเปลี่ยนของเหลวที่ใช้เป็นอย่างอื่นนอกเหนือจากน้ำ

ชุด Oilsys ของ PompeTravaini s.p.a. ซึ่งใช้น้ำมันแทนน้ำในการดึงสุญญากาศ

-        เพิ่มแรงดันด้านดูดของปั๊ม สามารถทำได้โดยการปล่อยให้อากาศเข้าไป (ผ่านทาง Vacuum Relief Valve, Vacuum Regulator หรือ Anticavitaion Valve ) โดยรักษาปริมาณอากาศที่เข้าไปให้แรงดันด้านดูดของปั๊ม ไม่เข้าใกล้ความดันไอของวงแหวนของเหลว

ปั๊ม Liquid Ring Vacuum Pump รุ่น TRVX650 พร้อมติดตั้ง Vacuum Relief Valve

-        เพิ่มอัตราการจ่ายของเหลว [gpm] ให้กับวงแหวนของเหลว ก็จะช่วยให้สามารถควบคุมหรือลดอุณหภูมิของของเหลวภายในปั๊มได้ ลดผลของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจากการทำงานของปั๊ม นั่นหมายความว่าความดันไอของวงแหวนของเหลวก็จะลดลงหรือไม่เพิ่มขึ้น เพียงพอที่จะไม่ทำให้ตกไปอยู่ในช่วงที่ทำให้เกิดคาวิเตชั่น

-        ติดตั้งปั๊มร่วมกับอุปกรณ์ช่วยเพิ่มแรงดันอย่างเช่น Gas Ejector หรือ Rotary lobe blower เพื่อช่วยให้แรงดันด้านดูดของตัวปั๊มไม่เข้าใกล้ความดันไอของวงแหวนของเหลว

ชุด HydroTwin ของ PompeTravaini s.p.a. ที่ประกอบชุด blower เข้ากับ LRVP เพื่อให้ดึงสุญญากาศได้ลึกขึ้น

ในการตรวจสอบการเกิดคาวิเตชั่นนั้น สามารถตรวจสอบได้จากนำค่าแรงดันที่ปั๊มทำได้ที่ทางด้านดูด รวมถึงอุณหภูมิของของเหลวที่จ่ายให้กับปั๊มเพื่อสร้างวงแหวนของเหลว

โดยทั่วไปแล้วสามารถประมาณได้โดยคร่าว ๆ ว่าอุณหภูมิของของเหลวที่อยู่ในตัวปั๊ม (วงแหวนของเหลว) นั้น จะมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิของเหวลที่จ่ายเข้าไปอยู่ 10 ถึง 15 °F (~ 5 ถึง 8 °C) ขึ้นอยู่กับลักษณะการออกแบบของปั๊ม นำค่าที่ได้ไปเปรียบเทียบกับตารางคุณสมบัติของของเหลวเพื่อหาค่าความดันไอของของเหลวที่อุณหภูมินั้น (Steam Table สำหรับน้ำ) ถ้าหากว่าค่าของแรงดันด้านดูดของปั๊มกับความดันไอของของเหลวต่างกันอยู่ 5 mmHg [6.67 mbar] หรือต่ำกว่า หมายความว่าปั๊มกำลังทำงานอยู่ในช่วงของปรากฏการณ์คาวิเตชั่น

ตารางแปลงหน่วยและหาอุณหภูมิอิ่มตัวของน้ำ สำหรับตรวจสอบการระเหยของน้ำ (ลากเส้นตามแนวนอนจากแรงดันที่ปั๊มทำได้ขณะนั้น ไปยังแถว Saturation Temperature of Water เพื่อดูอุณหภูมิที่น้ำเริ่มระเหย)

https://www.pompetravaini.com/media/editor/ITV1-unit%C3%A0-di-misura.pdf

หรือ

Steam Table

https://thermopedia.com/content/1150/

เพื่อให้แน่ใจยิ่งขึ้นว่าปั๊มของเรามีการเกิดคาวิเตชั่นจริง ให้ลองค่อย ๆ ปล่อยอากาศเข้าไปในระบบ ถ้าหากว่าเสียงแกรก ๆ ในปั๊มหายไป นั่นแปลว่ามีการเกิดคาวิเตชั่นขึ้น และควรจะมีการจัดการตามวิธีการที่ได้กล่าวไปแล้วเพื่อป้องกันปั๊มของเราเอง

ปัญหาแบริ่ง (Bearing Problems)

โดยทั่วไปแล้วปั๊มสุญญากาศแบบวงแหวนน้ำจะเกิดการสั่นที่น้อยมาก การประกอบชุดหมุนของปั๊มให้เยื้อยงศูนย์จากจุดศูนย์กลางของเสื้อปั๊ม ในขณะที่วงแหวนของของเหลวที่ก่อตัวขึ้นจะก่อตัวรอบจุดศูนย์กลางของเสื้อปั๊ม ซึ่งปกติแล้วจะประกอบกันให้มีการหมุนอย่างสมดุล ทำให้สามารถลดความรุนแรงของการสั่นไปได้ ปั๊มวงแหวนน้ำโดยทั่วไป จะมีค่าการสั่นอยู่ที่ 2 ถึง 3 mm/s เท่านั้น

ถ้าหากว่าบริเวณห้องแบริ่ง (Bearing Housing) มีความร้อนเมื่อสัมผัส หมายถึงปัญหาที่บริเวณแบริ่ง อย่างเช่น อาการสึกจากการใช้งานทั่วไป หรือของเหลวจากวงแหวนของเหลวมีการรั่วไหลผ่านชุดซีลเพลา และ Lip seal

ถ้าหากว่ามีร่องรอยการกัดกร่อนบริเวณแบริ่ง หรือมีความชื้นในจารบี ปัญหาก็มาจากความผิดปกติที่บริเวณชุดซีลเพลา (Mechanical Seal หรือ Gland Packing) หรืออาจจะที่บริเวณ Lip Seal ด้วย (Oil Seal, Flinger, etc.) ควรทำให้มั่นใจว่าชุดซีลเพลาได้รับการหล่อลื่นและมีการระบายความร้อนอย่างเหมาะสม และมีการอัดน้ำมันจารบีอย่างเหมาะสมที่แบริ่งตามช่วงเวลาการซ่อมบำรุง แบริ่งที่มีการสึกหรือเสียหายควรได้รับการแก้ไขในทันที เนื่องจากว่าเป็นอุปกรณ์สำคัญในการรับชุดเพลาของปั๊ม หากมีการเสียหายก็จะทำให้ชุดเพลาทั้งหมดล่วงลงและทำให้ชุดหมุนทั้งหมดขูดกับชิ้นส่วนภายในปั๊ม ถึงเวลานั้นการเลือกซื้อปั๊มตัวใหม่ก็เป็นทางออกที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

ปัญหาอีกสิ่งหนึ่งที่สามารถทำให้ชิ้นส่วนภายในตัวปั๊มเสียหายได้คือ ถ้าหากว่าปั๊มเริ่มทำงานโดยที่ภายในเต็มไปด้วยของเหลวเกินกว่าครึ่งหนึ่งของตัวปั๊ม จะทำให้เพลาของปั๊มทำงานหนักและรับค่าความเครียดที่ไม่เหมาะสม ส่งผลให้เกิดความเสียหายที่ร้ายแรงได้ ปั๊มควรจะเริ่มทำงานโดยที่มีของเหลวอยู่ภายในที่ระดับของเส้นผ่านศูนย์กลางของปั๊ม หรือประมาณครึ่งหนึ่งของห้องปั๊มเท่านั้น และที่วาล์วทางด้านจ่ายของระบบเปิดอยู่ด้วย

ยอย หรือ Coupling ก็ควรจะถูกตรวจสอบค่า Alignment และปั๊มควรถูกยึดขาอย่างเหมาะสม การทำ Alignment ที่ไม่ดีหรือการยึดขาปั๊มที่ไม่ได้มาตรฐานก็ส่งผลให้ปั๊มเกิดการสั่นที่ไม่ต้องการได้ นำไปสู่การสึกของชิ้นส่วนภายในปั๊มและความเสียหายของแบริ่งก่อนเวลาอันควรได้

ปั๊มไม่สามารถทำสุญญากาศได้ (Pump Not Producing Correct Vacuum)

ปัญหานี้สามารถเกิดจากปัญหาการรั่วเข้าของอากาศจำนวนมากสู่ระบบ เราควรเริ่มจากตรวจสอบแรงดันด้านดูดของปั๊มที่ทำได้ จากนั้นก็ตรวจสอบอุณหภูมิและอัตราการไหลของของเหลวที่จ่ายให้กับตัวปั๊ม รวมถึงตรวจสอบว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ของระบบที่ปั๊มกำลังทำงานอยู่ ถ้าหากไม่มีสิ่งผิดปกติใด ๆ ก็เป็นไปได้ว่าอาจเกิดการรั่วเข้าของอากาศจำนวนมากที่ทำให้ปั๊มไม่สามารถทำสุญญากาศได้

ถ้าเป็นไปได้ วัดปริมาณอากาศรั่วเข้าที่ออกมาจากปั๊มสุญญากาศ ด้วย Rotameter หรือทำการทดสอบ Vacuum Drop Leak Test ซึ่งจะช่วยบอกว่าปั๊มของเรารับอากาศเข้ามาเท่าไหร่

ถ้าหากว่าสาเหตุไม่ได้เกิดจากการที่อากาศรั่วเข้าในปริมาณมาก และไม่มีการเปลี่ยนแปลงของระบบ ควรจะทำการตรวจสอบชิ้นส่วนอุปกรณ์ภายในตัวปั๊ม ถ้าหากค่า Clearance มีการเพิ่มขึ้นอันเนื่องมาจาก Cavitation, การกัดกร่อน (Corrosion) หรือ การสึกกร่อน (Erosion) ก็จะทำให้เกิดการไหลย้อนกลับของแก๊สได้ (Internal Slippage) นั่นหมายความว่า แทนที่แก๊สที่ปั๊มดูดเข้ามาจะถูกผลักออกจากตัวปั๊มไป แก๊สเหล่านี้กลับสามารถเล็ดรอดผ่านทางช่องว่างที่เกิดจากการสึกของชิ้นส่วนต่าง ๆ กลับไปทางด้านดูดของปั๊มแทน ทำให้ปั๊มดึงอากาศได้น้อยลงส่งผลต่อการทำสุญญากาศของปั๊ม

ปัญหาต่าง ๆ ที่กล่าวมาในบทความนี้ล้วนเป็นปัญหาที่สามารถตรวจสอบได้บนพื้นที่การทำงานจริง ๆ หากรู้ว่าอะไรที่ทำให้เกิดปัญหาเหล่านั้นขึ้น ก็จะยิ่งทำให้สามารถวิเคราะห์และแก้ไขปัญหาเล่านั้นได้อย่างรวดเร็วและทันท่วงที ก่อนที่จะนำไปสู่ความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต

เรียบเรียงและจัดทำโดย; อานนท์

อ้างอิง; Pump Maintenance and Reliability, Troubleshooting Liquid Ring Pumps, Joe Allasso