คุณรู้จัก เครื่องอัดลม (Compressors) ดีพอรึยัง

คอมเพรสเซอร์ จะทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานกลให้เป็นพลังงานลมอัดซึ่งมีความดันสูง คอมเพรสเซอร์สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่มใหญ่ด้วยกัน คือ คอมเพรสเซอร์ที่ทำงานในลักษณะการเคลื่อนที่ ที่เป็นแนวขึ้นลงกับคอมเพรสเซอร์ที่ทำงานในลักษณะของการหมุน

รูปชนิดของคอมเพรสเซอร์

คอมเพรสเซอร์ที่ทำงานในลักษณะการเคลื่อนที่เป็นแนวตรง (Reciprocating Compressors)
คอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบ คอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบแบบอัดชั้นเดียว (Single Stage Piston Compressors)

คอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบ
รูปแสดงการทำงานของคอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบแบบอัดชั้นเดียว

หลักการทำงาน
ในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ลงจะดูดอากาศจากภายนอกเข้ามาทางลิ้นดูด ส่วนลิ้นอัดจะถูกปิด และในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นก็จะอัดให้อากาศมีความดันสูงขึ้น เนื่องจากปริมาตรน้อยลง เป็นผลให้ในลิ้นปิดปล่อยให้อากาศซึ่งมีความดันสูงออกสู่ภายนอก ส่วนลิ้นดูดจะถูกปิดคอมเพรสเซอร์ชนิดนี้โดยทั่วไปจะใช้กับระบบที่ต้องการความดันอยู่ในช่วง 7-3 บาร์

คอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบอัดสองชั้น (Two Stage Piston Compressor) ในกรณีที่ใช้คอมเพรสเซอร์แบบอัดชั้นเดียวแล้ว ต้องการความดันที่สูงกว่า 6 บาร์ จะส่งผลให้เกิดความร้อนขึ้นซึ่งเป็นผลต่อเนื่องให้ประสิทธิภาพลดลง ด้วยเหตุนี้จึงหันมาใช้คอมเพรสเซอร์แบบอัดสองชั้นแทน

คอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบอัดสองชั้น
รูปแสดงหลักการทำงานของคอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบอัดสองชั้น

หลักการทำงาน
อากาศที่ความดันบรรยากาศจะถูกดูดเข้ามา หากต้องการความดันตอนสุดท้ายเป็น 7 บาร์ ให้ลูกสูบแรกอัดอากาศให้มีความดันประมาณ 3 บาร์ หลังจากนั้นผ่านเข้าท่อระบายความร้อนแล้วอัดให้มีความดันเป็น 7 บาร์ ในลูกสูบตัวที่สอง

ลมที่ถูกดูดเข้ามาที่กระบอกสูบชั้นที่สองนั้นจะถูกลดอุณหภูมิลงภายหลังจากที่ไหลผ่านอินเตอร์คูลเลอร์ซึ่งจะมีท่อน้ำอยู่ภายในท่อที่มีความดันไหลผ่าน เมื่ออัดลมที่มีอุณหภูมิและความดันไหลผ่าน น้ำจะรับความร้อนจากอากาศโดยวิธีการพาความร้อน ทำให้ลมอัดมีอุณหภูมิลดลงแต่ความดันไม่เปลี่ยน น้ำจะรับความร้อนและถ่ายเทออกมาข้างนอก แล้วนำน้ำเย็นไหลเวียนเข้าไป

จะเห็นว่าขั้นตอนนี้เป็นการปรับปรุงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตลมอัดของคอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบอัดสองชั้น ซึ่งมีความแตกต่างกับคอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบแบบอัดชั้นเดียวก็คือ อุณหภูมิที่ได้มาท้ายสุดของกระบวนการในการผลิตลมอัดอาจสูงถึง 120 องศาเซลเซียส

คอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบไดอะแฟรม (Diaphragm Compressor)
คอมเพรสเซอร์แบบนี้ถือเป็นชนิดลูกสูบเหมือนกัน แต่ระหว่างลูกสูบและส่วนที่อัดอากาศถูกปิดกั้นด้วยแผ่นไดอะแฟรมจะสร้างความดันอยู่ในช่วง 3-5 บาร์ ทำให้อากาศที่อัดออกมามีความสะอาดปราศจากน้ำมันหล่อลื่นจากลูกสูบเจือปน จะสร้างความดันอยู่ในช่วง 3-5 บาร์ ส่วนมากจะใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร เคมีภัณฑ์และยา รุ่นเล็ก ๆ สามารถใช้กับมอเตอร์ขนาด 1 kw เพื่อเป็นตัวต้นกำลังได้

คอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบไดอะแฟรม
รูปแสดงหลักการทำงานคอมเพรสเซอร์แบบไดอะเฟรม

หลักการทำงาน
เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลง แผ่นไดอะไดแฟรมจะดูดอากาศจากภายนอกผ่านวาล์วไอดีเข้ามาภายในห้องเก็บลม เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น แผ่นไดอะแฟรมจะอัดอากาศภายในห้องเก็บลมให้มีความดันสูงขึ้น และไหลออกไปทางวาล์วไอเสีย จะเห็นว่าลมอัดภายในห้องเก็บลมจะไม่สัมผัสกับชิ้นส่วนที่เป็นลูกสูบเคลื่อนที่

  • คอมเพรสเซอร์ที่ทำงานในลักษณะของการหมุน (Rotary Compressors)
  • คอมเพรสเซอร์แบบใบพัดหมุน (Rotary Sliding Vane Compressor)

คอมเพรสเซอร์แบบนี้จะดูดอากาศเข้ามาทางด้านเข้า โดยอาศัยใบพัดซึ่งมีลักษณะคล้ายใบมีดแล้วลดปริมาตรให้น้อยลงเพื่ออากาศจะได้มีความดันสูงขึ้นแล้วส่งออกไปใช้งาน หรือเข้า ถังคอมเพรสเซอร์แบบนี้จะใช้น้ำมันเป็นตัวหล่อลื่นเพื่อลดความร้อนในขณะทำงาน

คอมเพรสเซอร์แบบใบพัดหมุน
รูปคอมเพรสเซอร์แบบใบพัดหมุน

หลักการทำงาน
เมื่อตัวหมุนในแนวเยื้องศูนย์ (Roter) ใบพัดเลื่อนจะถูกแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางสลัดออกมาติดกับด้านที่อยู่ห่างจากผนังตัวเรือนมาก อากาศจะถูกดูดจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งโดยตัวหมุน หมุนอัดรอบตัวเรือน ทำให้อากาศถูกอัดให้มีความดันและไหลออกที่ทางออก แผ่นใบพัดเลื่อนจะเลื่อนระหว่างตัวหมุนและเรือนสูบจากห้องแคบเป็นห้องกว้าง และจากห้องกว้างกลายเป็นห้องแคบ คือการอัดลมจากด้านทางเข้าไปยังด้านทางออก

เครื่องอัดอากาศชนิดใบพัดเลื่อน หมุนเรียบ ไม่มีเสียงดัง การผลิตลมอัดสม่ำเสมอ ไม่ขาดเป็นห้วง ๆ เหมือนชนิดลูกสูบ

คอมเพรสเซอร์แบบสกรู (Screw Compressor)
หลักการทำงานของคอมเพรสเซอร์แบบนี้จะอาศัยตัวหมุน 2 ตัว ซึ่งทำเป็นเกลียวมีทิศทางตรงกันข้ามระหว่างเกลียวทั้งสอง จะมีช่องว่างสำหรับดูดอากาศเข้ามาแล้วอัดให้มีปริมาตรน้อยลง เพื่อเพิ่มความดันแล้วส่งออกภายนอก คอมเพรสเซอร์แบบนี้จะให้อัตราการไหลเวียนของลมสูงถึง 400 m3/min ที่ความดันสูงสุดได้ถึง 10 บาร์

คอมเพรสเซอร์แบบสกรู
รูปหลักการทำงานของคอมเพรสเซอร์แบบสกรู

หลักการทำงาน
เมื่อเพลาสกรูหมุน ลมภายนอกจะถูกดูดผ่านท่อเข้ามาและถูกอัดตามร่องฟันที่ขบกัน และเรือนปั๊มด้วยความเร็วสูง ทำให้อากาศถูกอัดมีความดันสูงขึ้น และไหลออกอีกทางหนึ่ง เครื่องอัดอากาศแบบนี้ไม่มีเสียงดัง ไม่มีการหล่อลื่น แต่จะใช้วิธีฉีดน้ำมันหล่อลื่นเข้าไปในห้องอัดอากาศเพื่อช่วยระบายความร้อน และป้องกันการรั่วไหลของอากาศ ทำให้ความดันอากาศสูงขึ้น

Compresser Rating
ความสามารถของคอมเพรสเซอร์ หรือสมรรถภาพทางด้านเอาต์พุตขึ้นอยู่กับปริมาตรการไหล ซึ่งอาจจะอยู่ในหน่อยของ m3/min , m3/s , dm3/min , dm3/s หรือ l/m ปริมาตรในการดูดในเชิงทฤษฏีของคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบสามารถหาค่าได้จากสมการดังต่อไปนี้

Q = AL.n.N (l/min)

เมื่อ Q = ปริมาตรการดูด (l/min)
A = พื้นที่หน้าตัดของลูกสูบ (dm2)
L = ระยะชัก (dm)
n = จำนวนลูกสูบ
N = ความเร็วรอบ (RPM)

ในกรณีที่เป็นคอมเพรสเซอร์แบบอัดสองชิ้นสามารถใช้สมการเดียวกันได้ แต่ต้องพิจารณาลูกสูบในแต่ละชั้น ในความเป็นจริงปริมาตรที่ดูดเข้ามาไม่สามารถที่จัดส่งผ่านออกไปภายนอกทั้งหมดได้ เนื่องมาจากส่วนที่เรียกว่า Dead Volume และนอกจากนี้ความร้อนก็มีผลต่อปริมาตรด้วย

 

ข้อมูลจาก SMC Thailand

Tagged with: , ,