International Training i สารบัญ บทที่ 1 บทนํา 1.1นิวแมติกสสามารถทําอะไรไดบาง 1 1.2คุณสมบัติในการใชงานของลมอัด 2 บทที่ 2 ระบบนิวแมติกสพื้นฐาน 2.1ระบบผลิตและสงจายลมอัด 4 2.2ระบบที่ใชและสูญเสียลมอัด 5 บทที่ 3 ทฤษฎีลมอัด 3.1หนวยวัด 6 3.2ความดัน 9 3.3คุณสมบัติของแกส 9 3.4ความดันและการไหล 15 บทที่ 4 เครื่องอัดลมและการสงจายลมอัด 4.1เครื่องอัดลม 18 4.2อัตราสวนลมอัด 21 4.3สวนประกอบของลมอัด 23 บทที่ 5 การปรับปรุงคุณภาพลมอัด 5.1การกรอง 38 5.2 วาลวปรับลดความดัน 42 5.3การหลอลื่นลมอัด 45 5.4หนวย F.R.L. 46 บทที่ 6 อุปกรณทํางานในระบบนิวแมติกส 6.1กระบอกลมแนวเสนตรง 47 6.2อุปกรณทํางานในแนวหมุน 62 6.3อุปกรณทํางานพิเศษ 65 บทที่ 7 วาลวเปลี่ยนทิศทางลม 7.1หนาที่ของวาลว 70 7.2การกําหนดจุดตอของวาลว 71
International Training ii 7.3 ชนิดและโครงสรางของวาลว 71 7.4การสั่งงานวาลว 75 7.5 การติดตั้งวาลว 80 7.6การหาขนาดของวาลว 81 7.7วาลวสนับสนุนหรือวาลวชวย 87 บทที่ 8 สัญลักษณและวงจรนิวแมติกสพื้นฐาน 8.1สวนประกอบ 90 8.2สัญลักษณ 90 8.3วงจรควบคุม 93 บทที่ 9 วงจรนิวแมติกสพื้นฐาน 9.1หนาที่ขั้นตน 99 9.2ฟงกชันเวลา 102 9.3 การควบคุมกระบอกลม 105 9.4การตรวจหาตําแหนงของกระบอกลม 108 9.5ลําดับการควบคุม 110 แบบฝกหัด1 - 13 114 ภาคผนวก ภาคผนวก ก. การออกแบบเกลียวทอ 127 ภาคผนวก ข. การวัดความดัน 128 ภาคผนวก ค.ลักษณะการไหลและการวัด 129 ภาคผนวกง. หนวยมาตราฐาน 130
- 1 - บทที่ 1 บทนํา ระบบพลังงานจากของเหลวนั้นเปนหนึ่งในการสงผานและการควบคุมพลังงานผานการใชงานเกี่ยวกับความดัน ของเหลวหรือกาซ ในระบบนิวแมติกสนี้ เปนผลมาจากการบีบอัดของอากาศ ซึ่งแนนอนมาจากชั้นบรรยากาศและการถูกทําใหลด ปริมาณอากาศลงโดยการอัด ซึ่งนั่นถือเปนการเพิ่มแรงดันของมัน อากาศที่ถูกบีบอัดเปนสวนใหญจะถูกใชใหทํางานโดยการกระทําบนลูกสูบหรือกังหัน ในขณะที่ขอบเขตของอุตสาหกรรมนิวแมติกส จะถูกนํามาพิจารณาความสามารถในการใชงานพลังงานในหลายๆ ดานของงานอุตสาหกรรม การควบคุมการใชงานระบบนิวแมติกสที่ถูกตองนั้น ตองการความรูที่มีความเกี่ยวของกับสวนประกอบของระบบ นิวแมติกสอยางเพียงพอ และในการปฏิบัติงานของระบบ เพื่อเปนการแนใจในการทํางานรวมกันของระบบอยางมี ประสิทธิภาพ หนังสือเลมนี้เปนการดําเนินการในเรื่องที่เกี่ยวกับสวนประกอบเทคโนโลยีในระบบการควบคุมซึ่งจะบรรยายถึง ชนิดและลักษณะเฉพาะในการออกแบบของเครื่องมือที่ใชเก็บอากาศ ผูกระทําการเปดและปดของวาลว วิธีการการเชื่อมตอ ระหวางกัน และแนะนําเกี่ยวกับแผงวงจรนิวแมติกสพื้นฐาน. 1. 1 นิวแมติกสสามารถทําอะไรไดบาง ? การใชงานสําหรับลมอัดไมมีขอบเขต ซึ่งจากการนําไปทดสอบแรงดันต่ําในลูกตามนุษย เปนการใชงานที่ หลากหลายของการทํางานของเครื่องจักหุนยนตในแนวเสนตรง และการหมุน เชน ในแรงดันสูงจะตองการใชในงาน ประเภทลมไปกด และ การใชลมในการเจาะ ซึ่งรายละเอียดสั้นๆ ขางลางนี้ เปนการนําระบบนิวแมติกสไปใชงาน และเปนการแสดงถึงการควบคุมการทํางาน ใน อุตสาหกรรมตางๆ การทํางานของระบบวาลวลม, น้ํา,สารเคมี การทํางานของประตูที่มีน้ําหนักมากหรือรอน การนําไปเปดปดของไซโล การขึ้นรูปเหล็ก อุตสาหกรรมเคมี และเหมืองแร การตอกและกดคอนกรีต และ การลาดยางมะตอย การยกและเคลื่อนยายภายในเครื่องจักรที่ใชทําแมพิมพ การทํางานเก็บเกี่ยวผลผลิต และการทํางานที่เกี่ยวกับอุปกรณลากจูงอื่นๆ งานพนสี การจับและการเคลื่อนที่ในงานไมและเฟอรนิเจอร การยึดจับในจิ๊กและการยึดจับใหอยูกับที่ในเครื่องจักรกลและเครื่องมือของเครื่องจักร การใชกาวในการยึดจับ สําหรับซีลกันความรอน หรืองานเชื่อมพลาสติก
International Training -2 - การยึดจับสําหรับงานเชื่อมหรือการประสานเขาดวยกัน การทําการขึ้นรูปใหโคงงอ การวาดแบบ และการทําใหแบนราบ เครื่องจักรที่ใชในการเชื่อมจุด การทํางานย้ําหมุด การทํางานของใบมีดเครื่องตัด เครื่องจักรที่ใชบรรจุและปดขวด เครื่องขับและปอนออกในงานไม การทดสอบใหสามารถใชงานได การปอนของเครื่องมือกลในการทํางานงานหรือเครื่องมือ งานประกอบและการสงถายวัตถุบนสายพาน หุนยนตนิวแมติกส เครื่องมือวัดอัตโนมัติ การกระจายของอากาศและระบบสุญญากาศที่ใชในการยกแผนชิ้นงานบางๆ ขึ้น การเจาะยึดรากฟน และอื่นๆ 1.2 คุณสมบัติในการใชงานของลมอัด เหตุผลบางอยางที่สําคัญที่ทําใหมีการใชงานลมอัดอยางกวางขวางในอุตสาหกรรม คือ: 1.2.1 ความสามารถในการนําใชงาน โรงงานและอุตสาหกรรมเพาะปลูกหลายๆ แหง มีความตองการใชงาน แรงดันลมในพื้นที่การทํางาน และ แรงดันที่ทําการเคลื่อนยายนั้นยังสามารถสนองตอบไดมากในตําแหนงที่อยูไกล 1.2.2 การจัดเก็บ งายตอการจัดเก็บในปริมาตรที่มากตามที่ตองการ 1.2.3 การออกแบบและการควบคุมเปนไปไดงาย สวนประกอบนิวแมติกสนั้นเปนการออกแบบอยาง ธรรมดา และมีความสมบูรณในตัวอยางงายๆ ในการเตรียมการเพิ่มเติมและทําใหกลายเปนระบบอัตโนมัติ โดยเปรียบเทียบ กับการควบคุมการทํางานอยางงาย 1.2.4 ทางเลือกของการเคลื่อนยาย เปนการเสนอทั้งสองทางในการเคลื่อนยาย ทั้ง ในแนวตรง และ มุม การ หมุน ที่ซึ่งงาย และแสดงใหเห็นถึงความเร็วในการปฏิบัติงานอยางตอเนื่อง 1.2.5 การประหยัดความสัมพันธของตนทุนที่ต่ําในการติดตั้งนั้น เนื่องมาจากราคาของสวนประกอบนั้น พอประมาณ นั้นสงผลถึงการบํารุงรักษาที่ต่ําดวย เพราะสามารถใชงานไดยาวนานโดยไมตองมีการบริการ 1.2.6 ความเชื่อใจสวนประกอบนิวแมติกสมีความเชื่อใจไดในผลของการใชงานระยะยาวของระบบสูง
International Training -3 - 1.2.7 ความทนทานตอสภาวะแวดลอมไมมีผลกระทบขนาดใหญในอุณหภูมิสูง สกปรก และ การกัดกรอนจาก สภาวะอากาศ ที่ซึ่งพบไดกับระบบอื่นๆ 1.2.8 ความปลอดภัยตอสิ่งแวดลอม มีความสะอาด เนื่องจากมีสมบัติเฉพาะในการกําจัดของเสียใหหมดไป จึง สามารถติดตั้งในหองสะอาดไดโดยปกติ 1.2.9 ความปลอดภัย จะไมทําใหกลายเปนวัตถุไวไฟในพื้นที่ที่มีความเสี่ยงสูง และระบบจะไม สงผลกระทบ จากการที่ใชกระแสไฟเกิน อันเนื่องมาจาก การหยุดหรือเกิดความผิดพลาดของตัวกระตุนซึ่งตัวกระตุนของ ระบบนิวแมติกสจะไมทําใหสินคาเกิดความรอนขึ้นได
International Training -4 - บทที่ 2 ระบบนิวแมติกสพื้นฐาน กระบอกสูบ อุปกรณทํางานในลักษณะของการหมุน มอเตอรลม เปนอุปกรณทํางานในระบบนิวแมติกสที่ นําไปใชในการจับยึด, เคลื่อนที่, ขึ้นรูป หรือเปนสวนประกอบในขั้นตอนตาง ๆ ของโปรเซสของเครื่องจักรการควบคุม อุปกรณทํางานตางๆ เหลานี้จะตองอาศัยสวนประกอบอื่น ๆ ตัวอยางเชน ชุดบริการ,วาลวควบคุมทิศทางลม, วาลวควบคุม ความเร็ว เปนตน พื้นฐานของระบบนิวแมติกสจะประกอบไปดวย 2 สวนที่สําคัญกลาวคือ ระบบที่ผลิต และสงจายอัดกับ ระบบที่ใช และสูญเสียลมอัด รูปที่ 2.1ระบบนิวแมติกสพื้นฐาน 2.1 ระบบผลิต และสงจายลมอัด จะมีสวนประกอบ และหลักการทํางานดังตอไปนี้ 1. คอมเพรสเซอร เปนอุปกรณที่ทําหนาที่เอาอากาศ (ที่ความดันบรรยากาศ) มาอัดใหมีความดันสูงเพื่อจาย ใหกับระบบนิวแมติกส โดยทั้งนี้เปนการเปลี่ยนพลังงานกลใหอยูในรูปพลังงานนิวแมติกส หรือพลังงาน ลม 2. มอเตอรไฟฟา เปนอุปกรณที่ใหกําลังขับทางกลแกคอมเพรสเซอร โดยทําการเปลี่ยนพลังงานไฟฟาเปน พลังงานกล 3. สวิทซความดัน เปนอุปกรณที่ในการควบคุมการทํางานของมอเตอรไฟฟาโดยการวัดคาความดันในถัง เก็บลม โดยหากมีคาความสูงถึงคาที่ตั้งไวจะสั่งใหมอเตอรหยุดทํางาน และหากความดันต่ํากวาคาที่ตั้ง ไวก็จะสั่งใหมอเตอรทํางานใหม 4. วาลวปองกันการไหลยอนกลับ ทําหนาที่ปลอยใหลมอัดจากคอมเพรสเซอรไหลผานเขาไปเก็บในถัง เก็บลม และปองกันการไหลยอนกลับของลมอัดเมื่อคอมเพรสเซอรหยุดการทํางาน Production System Consumption System
International Training -5 - 5. ถังเก็บลม ทําหนาที่เก็บลมอัดที่ไดจากคอมเพรสเซอรโดยขนาดจะขึ้นกับคอมเพรสเซอร ถังเก็บลมที่มี ขนาดใหญ หรือมีปริมาตรมากจะสงผลใหคอมเพรสเซอรทํางานนาน 6. เกจวัดความดัน ใชสําหรับวัดความดันในถังเก็บลม 7. อุปกรณระบายน้ําอัตโนมัติ ทําหนาที่ระบายน้ําที่เกิดจากการกลั่นตัวภายในถังเก็บลมออกสูภายนอกโดย อัตโนมัติ 8. วาลวนิรภัย ใชทําหนาที่ปลอยลมทิ้งในกรณีที่ความดันภายในถังเก็บลมมีสูงเกินไป 9. อุปกรณกําจัดความชื้นลมอัดที่มีอุณหภูมิคอนขางสูง เมื่อทําใหอุณหภูมิลดต่ําลงจะทําใหความชื้นที่มีอยู ในอากาศกลั่นตัวกลายเปนหยดน้ํา 10. อุปกรณกรองลม ในทอลมหลักตัวกรองลมจะตองมีความดันตกครอมนอยและสามารถดักจับน้ํามันได หนาที่ของตัวกรองลมจะทําหนาที่จับฝุนละอองน้ํา และน้ํามัน 2.2 ระบบที่ใช และสูญเสียลมอัด ประกอบดวยสวนที่สําคัญดังตอไปนี้ 11. ทอสงจายลมจากทอเมน โดยทั่วไปแลวกอนแยกออกจากทอเมนทอที่นําลมอัดไปใชงานตอออกจาก ดานบนดังรูป 2.1เพื่อเปนการปองกันน้ําที่จะเขาไปในระบบ 12. ตัวระบายน้ําอัตโนมัติ ที่ปลายทอลมที่สงจายไปยังจุดตาง ๆ ควรติดตั้งตัวระบายน้ําอัตโนมัติ 13. ชุดบริการ เปนอุปกรณที่ชวยในการทําความสะอาด, ปรับแตงคาความดันรวมทั้งบางกรณีอาจมีการผสม น้ํามันเขาไปในลมอัดดวย เพื่อยืดอายุการใชงานของอุปกรณนิวแมติกส 14. วาลวควบคุมทิศทางของลมอัด ทําหนาที่ควบคุมทิศทางลมเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่เขาออกของกระบอก สูบ หรืออุปกรณทํางาน 15. อุปกรณทํางาน ทําหนาที่เปลี่ยนพลังงานในรูปของความดันลมใหเปนงานทางกล ตัวอยางเชน กระบอก สูบแบบตาง ๆ, มอเตอรลม 16. อุปกรณควบคุมความเร็ว ใชสําหรับควบคุมความเร็วในการเคลื่อนที่ของอุปกรณทํางาน และจากที่กลาวมาในขางตนเราจะศึกษารายละเอียดของอุปกรณตาง ๆ ที่ใชในระบบนิวแมติกสในหัวขอตอ ๆ ไป
International Training -6 - บทที่ 3 ทฤษฎีลมอัด 3.1 หนวยวัด ในทางปฏิบัติ และการประยุกตใชงานระบบตาง ๆ มีความจําเปนอยางยิ่งที่จะตองมีการวัดคาตาง ๆ ออกมา ไมวา จะเปนคาทางฟสิกส เชน ความรอน แสง สี เสียง ความเร็ว ความเรง คาทางกายภาพ เชน ระยะทาง น้ําหนัก หนวยวัดใน ระบบสากลนิยม(SI)ถูกใชกันอยางกวางขวางทั่วโลก เมื่อป ค.ศ. 1960 Quantity Symbol SI Unit Name Remarks 1. BASIC UNITS : Mass m kg kilogram Length S m metre Time T s second Temperature, absolute T K Kelvin 0 o C = 273.16 K Temperature (Celsius) t, o C Degree Celsius 2. COMPOSED UNITS : Radius r m metre Angle a,b,g,d,e,f 1 Radian Area, Section A,S m 2 square metre Volume V m 3 cubic metre Speed (velocity) v m/s metre per second Angular Speed w 1/s Radians per second Acceleration a m/s2 metre per sec. per sec. Inertia J m 2 kg Force F N Newton = kg . m/ s2 =9.80665 m/ s2 Weight G N Earth acceleration Impulse Ns Newton Second I Work W J Joule = Newton metre =kg . m2 / s2 Potential energy E,W J Joule Kinetic energy E,W J Joule 0.5. m . v 2 Torque M J Joule Power P W Watt =J / s1
International Training -7 - Quantity Symbol SI Unit Name Remarks 3. RELATED TO COMPRESSED AIR : Pressure p Pa Pascal =N/m2 Standard volume Vn m 3 n Standard Cubic Metre at q = 0o C and p =100000 Pa Volume flow Q m3 n /s Standard Cubic Metre per second Energy, Work E, W N. m Joule = Pa . m3 Power P W Watt = p.Q =N . m/s ตารางที่ 3.1 SI UNITที่ใชในระบบนิวแมติกส Power Preposition Symbol Power Preposition Symbol 10-1 เดซิ(deci) d 101 เดคา(Deka) da 10-2 เซนติ(centi) c 102 เฮกโต(Hecto) h 103 มิลลิ(milli) m 103 กิโล(Kilo) k 10-6 ไมโคร(micro) 104เมกกา(Mega) M ตารางที่ 3.2 คําที่ใชเติมขางหนาหนวยเอสไอ โดยใชสิบยกกําลัง
International Training -8 - ตารางที่ไมใชหนวยวัดเมตริก ตารางดานลางตอไปนี้เปนการแสดงการเปรียบเทียบระหวางหนวยเอส.ไอ(SI UNIT) กับหนวยวัดอังกฤษ Magnitude Metric Unit (m) English (e) Factor m ⇒e Factor e ⇒m Mass kg pound 2.205 0.4535 g ounce 0.03527 28.3527 Length m foot 3.281 0.3048 cm yard 1.094 0.914 mm inch 0.03937 25.4 Temperature o C o F 1.8 o C+32 ( o F-32) /1.8 Area, Section m 2 sq.ft 10.76 0.0929 cm 2 sq.inch 0.155 6.4516 Volume m 3 cu.yard 1.308 0.7645 cm 3 cu.inch 0.06102 16.388 dm3 cu.ft 0.03531 28.32 Volume Flow m 3 n /min scfm 35.31 0.02832 dm3 n /min (1/min) scfm 0.03531 28.32 Force N pound force (1bf) 0.2248 4.4484 Pressure bar 1bf./sq.inch (psi) 14.5 0.06895 ตารางที่ 3.3 ตารางหนวยวัดที่ไมใชเมตริกซ
International Training -9 - 3.2 ความดัน หนวยวัดความดันในระบบ SI UNITจะใชเปน Pascal (Pa) 1 ปาสคาล(Pa) = 1นิวตันตอตารางเมตร(N/m2 ) 100,000 Pa = 100 kPa = 1 bar หรือหนวยวัด SI UNITแบบเกาจะใชเปน kgf / cm2 รูปที่ 3.1 การแสดงคาความดัน คาความดันในระบบนิวแมติกสจะมีคาสูงกวาความดันของบรรยากาศ โดยในทางปฏิบัติจะใชเปนความดันเกจ โดยความดันเกจมีคาเทากับความดันสมบูรณ (Absolute Pressure) บวกดวยความดันบรรยากาศ (โดยมีคาประมาณเทากับ หนึ่ง และหากความดันมีคาต่ํากวาบรรยากาศจะถูกเรียกวา ความดันสุญญากาศ (Vacuum) 3.3 คุณสมบัติของแกส 3.3.1 การเปลี่ยนแปลงแบบไอโซเทอรมิกส (กฎของบอยล (Boyles Law)) “ เมื่อกําหนดใหอุณหภูมิมีคาคงที่ ความดันทําใหน้ําหนักของมวลของกาซเปนสวนกลับตรงกันขามกับปริมาตร โดยใหสัญลักษณเปน ” p . V = คาคงที่ รูปที่ 3.2 แสดงหลักการกฎของบอยล
International Training - 10 - V P T2 T1 ตัวอยาง ถาปริมาตร V1 = 1 m3 ที่ความดันสมบูรณ 101325 Pa(1 bar ABS) ใหหาคาความดันเมื่อ V2 = 0.5 m3 , V3 = 0.2 m3 จาก p1 .V1 = p2 .V2 ดังนั้น p2 = p1 .V1 V2 P2 = 101.325 kPa . 1 m3 = 202.650 kPa(2 bar ABS) 0.5 m3 p3 = (p1 . V1 ) / V3 = (101.325 kPa . 1 m3 ) / 0.2 m3 = 500 kPa(5 bar ABS) โดยอัตราสวน V1 / V2 เปน“ อัตราสวนการอัด” cr ความดันเกจมีคา 4 บาร, v1 /V2 = (4+1.1013) / 1.013 = 4.95 รูปที่ 3.3 กราฟแสดงความสัมพันธระหวาง ความดันและปริมาตร(PV Diagram) p 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 cr 0.987 1.987 2.974 3.961 4.948 5.935 6.922 7.908 8.895 9.882 ตาราง 3.4 อัตราสวนการอัด อางอิง : ความแตกตางระหวางการลดปริมาตรของอากาศลงครึ่งหนึ่ง 1 : 2.026 และ อัตราสวนความดันที่เกจเทากับ 1 บาร(2 ความดันสัมบูรณ), 1 : 1.987! เปนทางทฤษฎี ยังไมไดนําไปปรับใหเขากันกับเมื่อเราใชเกจวัดความดัน +1 บาร! ในบางสวนหากนําทฤษฎีของบอยลไปใชในนิวแมติกสอาจทําใหผิดพลาดได ดังนั้นในเครื่องมือลมก็ดี เชนใน กระบอกสูบมักไมมีการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของความรอน(ไอโซเทอรมิกส)เปนกระบวนการเปลี่ยนแปลงที่ไมมีความ รอนมาเกี่ยวของ
International Training - 11 - V T P1 P2 P T V1 V2 3.3.2 การเปลี่ยนแปลงทางเทอรโมไดนามิกสที่ใหความดันเทากับศูนย มีการเปลี่ยนแปลงกระบวนการความ รอนในระบบ(Isobaric Change) กฎของชาลส (Charles Law) ที่ความดันคงที่ มวลของกาซจะเพิ่มขึ้น 1/273ของปริมาตรทุกๆ องศาเซลเซียสของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น กฎของเกยลูแซด (Law of Gay Lussac) V / T =คาคงที่ ดังนั้น : V1 = T1 และ V2 = V1 T2 V2 T2 T1 ตัวอยาง: V1 = 100, T 1 = 0o C, T 2 = 20o C, V2 = ? เมื่อตองการใหอุณหภูมิอยูในหนวยของคาสัมบูรณ (K) จึงตองบวกดวย 273 จาก V1 / V2 = T1 / T2ดังนั้น V2 = V1 . T2 / T1 V2 = (100) . (293) / (273) =107.326 รูปที่ 3.4 กราฟแสดงความสัมพันธระหวาง ปริมาตร และอุณหภูมิ(VT Diagram) 3.3.3 การเปลี่ยนแปลงทางเทอรโมไดนามิกสเมื่อกําหนดปริมาตรเทากับศูนยเมื่อไมมีความดัน(Isochoric Change) เมื่อกําหนดใหปริมาตรมีคาคงที่ ความดันเปนสวนที่แปรผันกับอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงเมื่อไมมีความดันมาเกี่ยวของนี้มาจากภาษากรีก (cwra)อานวา ครอรา สําหรับชองวางหรือบริเวณสวน ไอโซแปลวาเทากัน ดังสมการ P1 . P2 / (T1 . T2 ) and P2 = P1 (T2 / T1 ) เมื่อ T เปนอุณหภูมิสัมบูรณหนวยเปนเควิน (Kelvin) ความสัมพันดังกลาวเปนการรวมกันในรูปของสมการแกสทั่วไป : (P1 . V1 ) / T1 = (P2 . V2 ) / T2 =คาคงที่ รูปที่ 3.5 กราฟแสดงความสัมพันธระหวาง ความดัน และอุณหภูมิ(pT Diagram) ทฤษฎีนี้เปนสวนหนึ่งจากพื้นฐานในการคํานวณออกแบบหรือเลือกอุปกรณนิวแมติกส เมื่ออุณหภูมิมีการ เปลี่ยนแปลง
International Training - 12 - 3.3.4 กระบวนการอะเดียแบติก(ไอเซนโทปก) กระบวนการอะเดียแบติก ในทางอุณหพลศาสตรคือกระบวนการที่ไมมีการถายเทความรอนเขาและออกจากระบบ กระบวนการอะเดียแบติกที่ผันกลับไดจะเรียกวากระบวนการไอเซนโทรปก กระบวนการที่จะเรียกวาเปนกระบวนการอะเดียแบติกนั้นจะเกิดขึ้นไดเมื่อการเปลี่ยนแปลงนั้นรวดเร็วจนความรอนไม สามารถถายเทระหวางระบบกับสิ่งแวดลอมไดทัน กระบวนการอะเดียแบติกกับกระบวนการไอโซเทอรมอล คือ กระบวนการไอโซเทอรมอลจะเกิดขึ้นไดเมื่อการ เปลี่ยนแปลงเกิดไดชามาจนความรอนเปลี่ยนแปลงไปเปน พลังงานในรูปอื่นโดยการทํางานของระบบกระบวนการ อะเดีบแบติกของแกสอุดมคติสามารถเขียนเปนสมการไดคือ p . Vk = C (คาคงที่) รูปที่ 3.6 กระบวนการที่ไมมีการถายเทความรอน ก. ปริมาตรมาตรฐาน ความสัมพันธระหวางปริมาตร, ความดัน และอุณหภูมิ มีความจําเปนที่ตองอางอิงขอมูลทั้งหมดบนปริมาตรของ อากาศ 1 ลูกบาศกเมตร(mn 3 ) มีน้ําหนัก 1.293 กิโลกรัม ที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส และมีความดันสัมบูรณที่ 760 mmHg หรือ 101325 Pa ข. การไหล หนวยวัดพื้นฐานของปริมาณการไหลQ คือ m 3 n /S ซึ่งทางดานนิวแมติกสจะใชเปน l/min หรือกรณีที่เปนหนวยวัด แบบอังกฤษจะใชเปนลูกบาศกฟุตตอนาที :SCFM (Standard Cubic Foot Per Minutes) ค. สมการของเบอรนัวลี่ (Bernoulli’s Equation) เบอรนัวลี่ไดกลาววา คุณสมบัติของของเหลวที่ไหลในแนวนอนผานทอซึ่งมีขนาดที่ตางกัน ผลรวมของพลังงานที่ จุดที่ 1 และ 2 จะมีคาเทากัน หรือ P1 + (1/2)ρv1 2 = P2 + (1/2) ρv2 2 สมการนี้กลาวถึงการนําไปใชกับกาซที่ความเร็วเกินกวา 330 เมตรตอวินาที โดยประมาณ การใชงานสมการนี้เปนทอเวนจุรี่และเปนคาชดเชยการไหลในความดันปกติ รูปที่ 3.7 แสดงกฎของเบอรนัวลี่ P V P . V = C (คาคงที่) p . Vk = C (คาคงที่)
International Training - 13 - จากสมการนี้สามารถนํามาประยุกตใชกับแกสที่มีอัตราการไหลไมเกิน 330 m/S โดยประมาณตัวอยางการ ประยุกตใชงาน เชน Venturi Tube และการไหลชดเชยในอุปกรณปรับความดัน ง. ความชื้นอากาศ (Air Humidity) อากาศในบรรยากาศโดยทั่วไปแลวจะมีสวนผสมของน้ํา หรือไอน้ําอยูดวยเสมอ โดยคิดออกเปนเปอรเซ็นตจะมี จํานวนมาก หรือนอยนั้นขึ้นอยูกับอุณหภูมิ และความชื้น เมื่ออากาศเย็นจนถึงจุดอิ่มตัว (Saturated) หรืออาจเรียกวาจุด DEW Point ถาใหความเย็นตอไปอีกความชื้นในอากาศจะกลั่นตัวเปนหยดน้ํา ตารางดานลางตอไปนี้จะเปนการแสดงปริมาณของน้ําในอากาศที่อุณหภูมิตาง ๆ จาก –40o C ถึง +40o C Temperature o C 0 5 10 15 20 25 30 35 40 g/m3 n * (Standard) 4.98 6.99 9.86 13.76 18.99 25.94 35.12 47.19 63.03 g/m3 (Atmospheric) 4.98 6.86 9.51 13.04 17.69 23.76 31.64 41.83 54.108 Temperature o C 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 g/m3 n * (Standard) 4.98 3.36 2.28 1.52 1 0.64 0.4 0.25 0.15 g/m3 (Atmospheric) 4.98 3.42 2.37 1.61 1.08 0.7 0.45 0.29 0.18 ตารางที่ 3.5 อากาศอิ่มตัวเปนน้ํา(จุดน้ําคาง) จ. ความชื้นสัมพัทธ (Relative Humidity) ความชื้นสัมพัทธสามารถอธิบายความหมายไดจากสมการตอไปนี้ Relative humidity r.h. = actual water content x 100% saturation quantity (dew point) ตัวอยาง 1 อุณหภูมิ 25o C, r.h 65% อยากทราบวาจะมีน้ําอยูปริมาณเทาไร ที่ Dew Point 25o C = 24 g/m30.65 = 15.69 g/m
International Training - 14 - ตัวอยาง 2 อากาศ 10 m3ที่อุณหภูมิ 15o C และความชื้นสัมพัทธ 65%ถูกอัดใหมีความกดดันเปน 6 บาร (โดยวัดดวย เกจ) อุณหภูมิสูงขึ้นเปน 25o C อยากทราบวาจะกลั่นตัวออกเปนปริมาณเทาใด จากตารางที่ 3.5ที่อุณหภูมิ 15o C อากาศ 10 m3จะมีน้ําเปน 13.04 g/m 10 m3 = 130.4 g. และความชื้นสัมพัทธ 65% จะมีน้ํา 130.4 g 065 = 84.9 g (a)ปริมาตรจะลดลงเมื่อถูกอัดเปน 6 บาร p 1 . V1 = p2. . V2 ดังนั้น V2 = p1 . V1 = 1.013 bar . 10 m3 p2 6+1.013 = 1.44 m3 ที่อุณหภูมิ 25o C และปริมาตร 1.44 m3 จะมีน้ํา 23.76 g 1.44 m3 = 34.2 g (b) ดังนั้นน้ําที่จะระบายออกสูภายนอกมีคาเปน 84.9 - 34.2 = 50.6 g. รูปที่ 3.8 ความชื้นสัมพัทธ(Absolute Humidity Diagram) ความชื้นสัมพัทธ (กรัมน้ําตอลูกบาศก เมตร)Absolute Humidity (g H2O/m 3 )
International Training - 15 - 3.4 ความดันและการไหล สิ่งที่มีความสําคัญและความสัมพันธกับนิวแมติกสก็คือ ความดันและการไหล การไหลจากจุดหนึ่งไปสูอีกจุดหนึ่ง ความดันจะไมเทากัน เนื่องจากเกิดความดันตกครอมขึ้นซึ่งจะอยูกับคาตาง ๆ ดังตอไปนี้ ความดัน ณ จุดเริ่มตน ปริมาณการไหล ความตานทานการไหลของทอทาง และจุดตอ การตานทานการไหลของอากาศ จะไมมีหนวยในระบบไฟฟาความตานทานจะมีหนวยวัดเปนโอหม ในระบบนิว แมติกสจะใชลักษณะที่ตรงขามกับคาความตานทาน คือจะใชสวนที่ลมไหลผาน (S, Kv or CV Factory)โดยที่สวนที่ลมไหล ผานสวนS จะมีหนวยเปนตารางมิลลิเมตร แทนดวยพื้นที่ของรูกับความสัมพันธระหวางความดันกับขอจํากัดของการไหลนี้ รูปที่ 3.9 Flow Section Diagram จากรูป 3.9 เปนการแสดงความสัมพันธระหวางความดัน และการไหลของ Orificeที่มีพื้นที่ 1 ตร.มม. พื้นที่ใน สวนที่แรงเงาสวนนี้จะเรียกวา Sonic Flow Speed
International Training - 16 - ตัวอยางการใชไดอะแกรม ตัวอยางที่ 1 ความดันดานอินพุท เปน 6 บาร, ความดันตกครอมเปน 1 บาร ดังนั้นความดันดานเอาทพุท มีคา = 5 บาร สังเกต เสนความดัน 6 บาร ที่ตัดกับเสนในแนวนอนที่ 5บาร แลวกําหนดจุดลากเสนตรงในแนวดิ่งจะไดคาประมาณ 55 ลิตร/นาที หรือมีคา = 54.44 ลิตร/นาที จากการคํานวณซึ่งจะไดกลาวถึงในลําดับตอไป ปริมาณการไหลของลมที่ความดันอินพุท และ เอาทพุทนี้ถูกเรียกวาเปนปริมาณการไหลมาตรฐาน (Standard Volume Flow On) ปริมาณการไหลที่ 54.44 l/min นี้สามารถนําไปประยุกตใชกับอุปกรณตาง ๆ เชน วาลว, ขอตอ, ทอ ที่มีคา Sเทากับ 1 mm2หรือ อาจเปนคาอื่นก็ไดเชน S = 4.5 mm2ดังนั้นอัตราการไหลมีคา 4.5 54.44 = 245 l/min ตัวอยางที่ 2 ทออันหนึ่งมีคา Sเทากับ 12 mm2ความดันที่ปอนเขาเปน7 บาร ปริมาณการไหลของลมเปน 600ลิตร/นาที ให หาความดันดานเอาทพุท ที่อัตราการไหล 600 l/minผาน S ที่ 12 mm2 ดังนั้นถา S = 1 อัตราการไหลจะมีคา = 600/12 =50 l/min จากแผนภาพไดอะแกรมในรูปที่ 3.7 ที่ความดัน 7 บาร และอัตราการไหลเปน 50 l/min ดังนั้นจะไดความ ดันดานเอาทพุท = 6.3บาร สูตร : หากตองการคามากขึ้นจากไดอะแกรม เราสามารถคํานวณการไหลจากสองสูตรขางลางนี้ โดยดูจากไดอะแกรมรูป 3.9 โดยที่ตองทราบความแตกตางของการไหลเพื่อใหทราบถึงชวงการไหลที่ผานจุดที่มีความเร็วของเสียงกับเร็วของอากาศ ไหลผานชองเล็กๆ ทําใหเกิดเสียง (Sonic:ความเร็วในการไหลสูงและ Subsonic:ความเร็วในการไหลต่ํา)ที่เกิดขึ้นในการ ไหลรูปแบบตางๆ ในชั่วขณะที่เกิดการไหลเมื่อสัดสวนความดันทางเขาและความดันขาออกนอยกวาหรือเทากับ 1.896ดังนี้ ความเร็วในการไหลสูง(Sonic flow) = p1 + 1.013 – 1.896 • (p2 + 1.013) ความเร็วในการไหลต่ํา(Subsonic flow) = p1 + 1.0013 – 1.896 • (p2 + 1.013) ปริมาณการไหลสําหรับการไหลแบบ Subsonic and Sonic Subsonic Q = 22.2 •S • (p2 + 1.013) x (p1 - p2 ) (l/min) Sonic Q = 11.1 •S • (p1 + 1.013) (l/min) เมื่อ Sหนวยเปนตาราง ม.ม. และ p เปนบาร: 22.2เปนคาคงที่ในสมการ (dm3 / 60 Ns’)เปนลิตรตอ 60 วินาที ตอ แรงที่กระทําตอความดัน อางอิง:ระบบนิวแมติกสไมสามารถทํางานไดต่ํากวาการไหลแบบโซนิก เมื่อปอนความดันเชน 6 บาร และใหออกนอยกวา 2.7 บาร
International Training - 17 - ตวอยาง เราสามารคํานวณอัตราการไหล โดยที่กําหนดดังตัวอยาง 2 ใหความดันขาเขา 7 บาร ผลรวมของการไหลเทากับ 12 ม.ม.2 สําหรับวาลและทอ เราคํานวณความดันใชงานที่ 6.3 บาร Q = 22.2 x 12 x 7.313 x 0.7 = 602.74 l/min สวนที่แสดงถึงความละเอียดของไดอะแกรมเปนเพียงสวนหนึ่งสําหรับนิวแมติกสใชกัน
International Training - 18 - Displacement Compressors Reciprocating Rotary Piston Diaphragm Vane Screw บทที่ 4 เครื่องอัดลม และการสงจายลมอัด Air Compression and Distribution 4.1 เครื่องอัดลม (Compressors) คอมเพรสเซอร จะทําหนาที่เปลี่ยนพลังงานกลใหเปนพลังงานลมซึ่งมีความดันสูงคอมเพรส-เซอรสามารถแบง ออกไดเปน 2 กลุมใหญดวยกัน คือคอมเพรสเซอรที่ทํางานในอีกขณะการเคลื่อนที่ที่เปนแนวตรงกับคอมเพรสเซอรที่ทํางาน ในลักษณะของการหมุน รูปที่ 4.1 ชนิดของคอมเพรสเซอร 4.1.1. เครื่องอัดลมที่ทํางานในลักษณะการเคลื่อนที่เปนแนวตรง(Reciprocating Compressors) ก. คอมเพรสเซอรชนิดลูกสูบแบบอัดชั้นเดียว (Single Stage Piston Compressor) หลักการทํางาน :ในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ลงจะดูดเอาอากาศจากภายนอกเขามาทางลิ้นดูด สวนลิ้นอัดจะถูกปด และในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นก็จะอัดใหอากาศมีความดันสูงขึ้น เนื่องจากปริมาตรนอยลงเปนผลใหในลิ้นอัดปดปลอยให อากาศซึ่งมีความดันสูงออกสูภายนอก สวนลิ้นดูดจะถูกปดคอมเพรสเซอรชนิดนี้โดยทั่วไปจะใชกับระบบที่ตองการความ ดันอยูในชวง 3-7 บาร รูปที่ 4.2 แสดงการทํางานของคอมเพรสเซอรชนิดลูกสูบแบบอัดชั้นเดียว
International Training - 19 - ข. เครื่องอัดลมชนิดลูกสูบอัดสองชั้น (Two Stage Piston Compressor) ในกรณีที่ใชคอมเพรสเซอรแบบอัดชั้นเดียวแลว ตองการความดันที่สูงกวา 6 บาร จะสงผลใหเกิดความรอนขึ้นซึ่ง เปนผลตอเนื่องใหประสิทธิภาพลดลง ดวยเหตุนี้ในอุตสาหกรรมจึงหันมาใชคอมเพรสเซอรแบบอัดสองชั้นแทน โดยการนํา อากาศเขามาอัดสองชั้นเพื่อใหไดความดันที่ตองการ ถาเราตองการความดันที่ 7 บาร จะทําการอัดในขั้นตนประมาณ 3 บาร หลังจากนั้นมีการระบายความรอนกอนทําการอัดในจังหวะที่สองตอที่7 บาร ทางเขาลมอัดในจังหวะสูบที่สองที่มีการลดอุณหภูมิกอนผานครีบระบายความรอน เปนผลใหประสิทธิภาพดีกวา แบบจังหวะเดียว ซึ่งลมอัดที่ไดอุณหภูมิอาจจะสูงถึง 120 °C รูปที่ 4.3 แสดงหลักการทํางานของคอมเพรสเซอรชนิดลูกสูบอัดสองชั้น ค. เครื่องอัดลมชนิดลูกสูบไดอะแฟรม (Diaphragm Compressor) คอมเพรสเซอรแบบนี้จะสรางความดันอยูในชวง 3-5 บาร อากาศที่อัดออกมาปราศจากน้ํามัน สวนมากจะใชใน อุตสาหกรรมอาหาร และยา รุนเล็ก ๆ สามารถใชกับมอเตอรขนาดเล็ก1 กิโลวัตต(kW) ซึ่งนําไปใชกับเครื่องอัดในการพนสี เปนตน รูปที่ 4.4 แสดงหลักการทํางานคอมเพรสเซอรแบบไดอะแฟรม
International Training - 20 - 4.1.2. เครื่องอัดลมที่ทํางานในลักษณะของการหมุนตามเสนรอบวง(Rotary Compressors) ก. เครื่องอัดลมแบบใบพัดหมุน (Rotary Sliding Vane Compressor) คอมเพรสเซอรแบบนี้จะดูดอากาศเขามาทางดานเขา โดยอาศัยใบพัดซึ่งมีลักษณะคลายใบมีดแลวลดปริมาตรให นอยลงเพื่ออากาศจะไดมีความดันสูงขึ้นแลวสงออกไปใชงาน หรือเขาถังคอมเพรสเซอรแบบนี้จะใชน้ํามันเปนตัวหลอลื่น เพื่อลดความรอนในขณะทํางาน และเปนแบบที่นิยมใช รูปที่ 4.5คอมเพรสเซอรแบบใบพัดหมุน ข. เครื่องอัดลมแบบสกรู (Screw Compressor) หลักการทํางานของคอมเพรสเซอรแบบนี้จะอาศัยตัวหมุน 2 ตัว ซึ่งทําเปนเกลียวมีทิศทางตรงกันขามระหวาง เกลียวทั้งสอง จะมีชองวางสําหรับดูดอากาศเขามาแลวอัดใหมีปริมาตรนอยลงเพื่อเพิ่มความดันแลวสงออกภายนอก คอมเพรสเซอรแบบนี้จะใหอัตราการไหลของลมอัดสูงถึง 400 m3 /min ที่ความดันสูงถึง 10 บาร ซึ่งไดลมอัดมากกวาแบบ ใบพัดหมุน และเปนแบบที่นิยมนําไปใช รูปที่ 4.6 หลักการทํางานของคอมเพรสเซอรแบบสกรู
International Training - 21 - 4.2 อัตราสวนลมอัด(Compressor Rating) ความสามารถของคอมเพรสเซอร หรือสมรรถภาพทางดานเอาทพุทขึ้นอยูกับปริมาตรการไหล ซึ่งอาจจะอยูใน หนวยของ m 3 /min, m3 /s, dm3 /min, dm3 /s หรือ I/min ปริมาตรในการดูดในเชิงทฤษฎีของคอมเพรสเซอรแบบลูกสูบสามารถ หาคาไดจากสมการดังตอไปนี้ Q = A . L . n . N (I/min) เมื่อ Q = ปริมาตรการดูด (I/min) A = พื้นที่หนาตัดของลูกสูบ (dm2 ) L = ระยะชัก (dm) n = จํานวนลูกสูบ N = ความเร็วรอบ (rpm) ในกรณีที่เปนคอมเพรสเซอรแบบอัดสองชิ้นสามารถใชสมการเดียวกันได แตตองพิจารณาลูกสูบในแตละชั้น ความเปนจริงปริมาตรที่ดูดเขามาไมสามารถที่จัดสงผานออกไปภายนอกทั้งหมดไดเนื่องมาจากสวนที่เรียกวา Dead Volume และนอกจากนี้ความรอนก็มีผลตอปริมาตรดวย ความรอนที่เกิดขึ้นระหวางการทํางานของคอมเพรสเซอร จะมีอุณหภูมิที่สูง ดังนั้นปริมาตรที่เพิ่มขึ้น สามารถทํา ใหอุณหภูมิลดลงไดหากอุณหภูมิของอากาศที่รอบนอกกอนดูดเขามีความเย็น(จากกฎของชารล) 4.2.1 ประสิทธิภาพการไหล อัตราสวนระหวางลมกอนอัดสวนลมอัด เปนสัดสวนของประสิทธิภาพการไหล และจะเปลี่ยนแปลงโดยขนาด และชนิดของคอมเพรสเซอร จํานวนจัวหวะและความดันสุดทาย ประสิทธิภาพการไหลในจังหวะที่สองของคอมเพรสเซอร จะนอยกวาในจัวหวะแรกซึ่งทั้งสองจัวหวะในการอัดมีการเกิดปริมาตรที่ไมสามารถนําไปใชได 4.2.2 ความรอนและประสิทธิภาพโดยรวม นอกจากการสุญเสียดังกลาวแลว จะพบวาความรอนที่เกิดขึ้นก็จะทําใหประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องอัดอากาศ ลดลง การลดความสูญเสียดังกลาวที่แสดงจากอัตราสวนลมอัดและโหลด เครื่องอัดอากาศทํางานเต็มประสิทธิภาพ จะทําให เกิดความรอนสะสมและการสูยเสียประสิทธิภาพ จากเครื่องอัดอากาศสองจังหวะอัตราการอัดตอจังหวะมีนอย และลมอัดใน สูบแรกจะไมมาก สวนการทําใหลมอัดเย็นลงโดยการใชระบบอินเตอรคูลเลอรกอนทําการอัดเพื่อใหไดความดันสุดทายใน จังหวะที่สอง
International Training - 22 - ตัวอยาง :ถาความดันบรรกาศ นํามาทําการอัดในจังหวะแรกในสูบที่หนึ่ง กลาวคือการอัดในสวนปริมาตรที่สาม ความดัน สัมบูรณที่ขาออกที่ 3 บาร ความรอนไดเกิดขึ้นทําใหประสิทธิภาพการอัดลดต่ําลง การอัดลมดังกลาวในชวงที่สอง ตองผาน การทําการลดอุณหภูมิลมลงกอน ที่จะไดปริมาตรลมอัดในชวงที่สาม ที่ความดันสุดทายมีคา 9 bar abs จากไดอะแกรมรูป 4.7 การอัดและประสิทธิภาพโดยรวมในจัวหวะที่หนึ่งและที่สองของเครื่องอัดอากาศกอนความ ดันเปลี่ยนแปลง สําหรับความดันสุดทายที่ต่ํา จัวหวะการอัดในจังหวะแรกจะดี และก็ใหประสิทธิภาพในการไหลดีกวา และถาหาก เราทําการเพิ่มความดันสุดทานใหมากขึ้น จะเปนผลทําใหเกิดความรอนที่ทําใหเกิดการลดประสิทธิภาพลง และสวนสําคัญ สําหรับเครื่องอัดที่ใชงานจังหวะที่สอง จะทําใหเกิดความรอนตามมา รูป 4.7 ไดอะแกรมประสิทธิภาพโดยรวม 4.2.3 ความตองการปริมาณพลังงาน การวัดประสิทธิภาพโดยรวมและเราสามารถที่จะใชประมาณการตนทุนคาใชจายเครื่องผลิตลมอัดดังรูป แลวยัง สามารถที่จะสรุปไดวาที่ 1 kW ของคากระแสไฟฟาสําหรับผลิตลมอัด 120-150ลิตรตอนาที = 0.12 ถึง 0.15 mn 3 / min / kW ที่ความดัน 7บาร หมายเหตุ จากรูปเปนการประมาณซึ่งขึ้นอยูกับชนิดและขนาดของเครื่องกําเนิดลมอัด
International Training - 23 - 4.3 สวนประกอบสําหรับลมอัด(Compressor Accessories) 4.3.1 ถังเก็บลม (Air Receiver) ลมอัดที่ออกมาจากคอมเพรสเซอรจะถูกเก็บไวในถังเก็บลมที่ทําจากแผนเหล็ก ซึ่งนํามาเชื่อมตอกัน โดยอาจจะ ติดตั้งไวในแนวนอน หรือแนวตั้งก็ได จุดประสงคหลักของถังเก็บลมก็คือ เพื่อเปนการลดภาระในการทํางานของ คอมเพรสเซอร นอกจากนี้ยังอาจจะถือวาเปน After Coolerอีกรูปแบบหนึ่งก็ได ในการติดตั้งควรติดตั้งไวในสถานที่อากาศ สามารถถายเทไดสะดวก นอกจากนี้ถังที่เก็บลมควรติดตั้ง Safety Valve,เกจวัดความดัน, ตัวระบายน้ํา และตัววัดความ สะอาดภายในดวย ขนาดของถังเก็บลม ขนาดของถังเก็บลมจะขึ้นอยูกับปริมาณลมที่ออกจากคอมเพรสเซอร ขนาดของระบบรวมทั้งปริมาณความตองการ ใชลมดวยการทํางานของเครื่องอัดอากาศในอุตสาหกรรม จํานวนในการตอพวง สวิทซควบคุมระหวางความต่ําและความ ดันสูงสุด จะถูกควบคุมโดยชุดควบคุม ซึ่งแนนอนความจําเปนสําหรับปริมาณลมสํารองต่ําสุดที่ควรมี เครื่องผลิตลมอัดชนิดที่สามารถเคลื่อนยายไดที่ใชเครื่องยนตจะไมหยุดเมื่อความดันสูงสุดแตจะมีวาลวสําหรับการ เปดยกเพื่อใหลมไหลออกสูขางนอก โดยปราศจากการอัด ความดันที่แตกตางระหวางการอัดและการเดิน ก็จะทําใหเสียงเบา ลง โดยจะใชสําหรับความตองการที่นอย แตสําหรับอุตสาหกรรมขนาดใหญ จะทําใหเกิดความยุงยากในการเลือกใชขนาดของถังสําหรับเก็บลมอัด คํานวณไดจาก ขนาดถงลม =ปริมาณลมอัดตอนาที (ไมใชปลอยสูอากาศ) ตัวอยาง : การคํานวณปริมาณความตองการ 18 mn3/min (free air),ความดันเฉลี่ย 6 บาร ดังนั้น = 18000/(6+1) = 2571.42 ลิตร เลือกขนาดถังโดยประมาณ 2500 ลิตร หรือจะใชเปนขนาด 2750ลิตรเพื่อความรองรับไดดียิ่งขึ้น 4.3.2 ตัวกรองลมดานเขา (Inlet Filter) ในอากาศโดยทั่ว ๆ ไป จะประกอบดวยสิ่งเล็ก ๆ ประมาณ 40ลานชิ้น (ฝุนละออง) ตอปริมาตร 1 ลูกบาศกเมตร และหากอัดอากาศใหมีความดันสูงถึง 7 บาร จะทําใหมีสิ่งเหลานี้เพิ่มขึ้นเปนประมาณ 320ลานชิ้นตอ 1 ลูกบาศกเมตร หาก ฝุนละอองเหลานี้ผานเขาไปในคอมเพรสเซอร อาจสงผลตอการทํางานของกระบอกสูบ, ลูกสูบ ดังนั้นจึงจําเปนที่จะตองมีตัว กรองลม โดยไมจําเปนตองละเอียดมากนัก การกรองไมจําเปนตองละเอียดมากจะทําใหประสิทธิภาพของเครื่องอัดอากาศไดนอยลงทําใหเกิดแรงเสียดทาน ในการไหล จะใชอยูประมาณ 2-5 µ การนําอากาศเขาควรมีการทําความสะอาดกอนเขา ทอทางเขามีขนาดใหญเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพลดความดันที่จะ สูญเสีย มีการใชตัวเก็บเสียง เชนเดียวกับการกรองเมื่อเวลาลมออกจะเกิดเสียงรบกวน ดังนั้นการเก็บเสียงจะทําใหการไหล ของอากาศเปนชวงๆสั้นๆ
International Training - 24 - 4.3.3 การนําน้ําออกจากลมอัด (Air Dehydration) การระบายความรอนลมอัด(After Coolers) ในจังหวะสุดทายของการอัดของคอมเพรสเซอร จะทําใหอากาศหรือลมอัดมีความรอนเพื่อเปนการลดอุณหภูมิให ต่ําลง และเปนการนําน้ําออกจากลมอัด จึงมีการใชตัวระบายความรอนซึ่งสามารถแบงออกไดเปน 2 ลักษณะคือ ก. ระบายความรอนดวยอากาศ การระบายความรอนแบบนี้จะใหลม อัดไหลผานในทอ ซึ่งมีครีบเปนตัวชวยระบาย ความรอนดวยแลวใชพัดลมเปาระบายความ รอน อุณหภูมิของลมอัดที่ออกที่ปลายทออีก ดานหนึ่งควรมีอุณหภูมิประมาณ 15 o Cดังรูป 4.8 รูปที่ 4.8 การระบายความรอนโดยใชลมเปา ข. ระบายความรอนดวยน้ํา การระบายความรอนแบบนี้ จะใหลมอัดไหลผานในทอซึ่งอยูในทอน้ําอีกชั้นหนึ่งการไหลของลมอัด และน้ําจะมี ทิศทางตรงขามกันดังรูป 4.9 การใชน้ําในการระบายความรอนควรใชน้ําอุณหภูมิประมาณ 10 °C โดยประมาณสําหรับน้ําในการหลอเย็น ควรมีอุปกรณระบายน้ําอัตโนมัติติดรวมอยูที่ เครื่องระบายความรอนเพื่อระบายน้ําที่เกิดการควบแนนกลายเปน หยดน้ําของลมอัด อุปกรณระบายความรอนควรเปนอุปกรณที่มีวาลวนิรภัย เกจวัดความดัน และเครื่องมือวัดอุณหภูมิสําหรับลมและ น้ํารวมอยูดวย รูปที่ 4.9 การระบายความรอนโดยใชน้ํา
International Training - 25 - 4.3.4 เครื่องทําลมแหง (Air Dryer) อุณหภูมิของลมอัดที่ผานตัว After Coolerจะอยูในชวงประมาณ 10-15o C โดยที่อุปกรณทางดานนิวแมติกสจะ ทํางานอยูในชวงอุณหภูมิประมาณ 20o Cในกรณีที่ทอสงลมผานในปริมาณที่มีอุณหภูมิต่ําหรือในหนาหนาว หรือเวลา กลางคืน ปนเหตุใหเกิดการกลั่นตัวของลมอัดเปนหยดน้ําขึ้นในระบบนิวแมติกดวยเหตุนี้จึงจําเปนตองมีอุปกรณกําจัดน้ํา และความชื้นอีกชั้นหนึ่ง ก. การดูดความชื้นโดยใชสารดูดความชื้นผานพื้นผิว(Absorption (Deliquescent) Drying) การกําจัดความชื้นดวยวิธีนี้โดยการนําลมอัดไหลผานผงชอลก หรือแมกนีเซียมคลอไรด ลิเทียมคลอไรด หรือ แคลเซียมคลอไรด ในรูปของแข็ง จะถูกเปลี่ยนเปนโซเดียมครอไรด หรือแคลเซียมคลอไรด และความชื้นจากกระบวนการนี้ จะถูกกําจัดโดยดานลางของถังดังรูป วัสดุดูดความชื้นตองคอยเติมอีกครั้งใหอยูในระดับปกติ โดยผานทางชองวางนี้ทําใหเกิดการกลั่นตัวเปนหยดน้ํา จากเกลือที่ใสในกระบวนการ โดยที่อุณหภูมิการควบแนน(PDP) 5 °C ที่ความดน 7 bar รูปที่ 4.10หลักการทํางานของ Absorption Dryer ขอดีสําหรับวิธีการนี้จะทําใหคาใชจายลดลง แตอุณหภูมิทางเขาไมควรเกิน 30°Cและเคมีที่อยูระหวางนี้ควร ระมัดระวังเนื่องจากจะทําใหเกิดการกัดกรอนในอุปกรณนิวแมติกส
International Training - 26 - ข. การดูดความชื้นโดยใชสารดูดความชื้นดูดซึม(Adsorption (Dessicant) Drying) การกําจัดความชื้นดวยวิธีนี้จะใหเม็ดซิลิกาเจล หรืออลูมินา ซึ่งเก็บอยูในถังเปนตัวดูดความชื้น โดยใหลมอัดไหล ผาน โดยปกติแลวจะมี 2 ถัง ใหลมผานไดทีละถัง อีกถังสามารถใหความรอนกับสารดูดความชื้นเพื่อนํากลับมาใชใหมได ดัง รูป 4.11ลมอัดที่ออกมาจะเปนลมที่แหงมาก ลมอัดที่มีความชื้นไหลผานวาลวปดเปด และผานเขามาที่สารดูดความชื้นในถังที่หนึ่ง และจะเปนลมแหงนําไปใช งาน ระหวางการทําลมอัดใหแหงไหลผานจะมีการนําลมแหงประมาณ 10-20% ไหลผานชองเล็กๆ ที่ O2 เปนผลใหมี การทําการไลความชื้นออกจากสารดูดความชื้นในถังที่สองเพื่อเปนการไลความชื้นนั่นเอง รูปที่ 4.11 Heatless Adsorption Air Dryer วาลวควบคุมในการเปลี่ยนทิศทางจะมีเวลาเพื่อเปนการเปลี่ยนทิศทางการทํางานของลมที่จายใหจากถังที่หนึ่งและ ไลความชื้นในถังที่สองเพื่อทําใหลมแหงตลอดการใชงาน ซึ่งเปนวิธีที่ทําใหเกิดจุดที่กลั่นตัวเปนน้ําต่ําลงถึงติดลบ 40 °C การเปลี่ยนสีเปนการบอกถึงการอิ่มตัวของสารดูด ความขึ้น ดังนั้นจําเปนอยางยิ่งที่เราจะใชตัวกรองละเอียดเพื่อปองกันไมใหเกิดการพาความชื้นไปกอนเพื่อเปนการลดตนทุน ในการดําเนินการ และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ยังเปนการลดการบํารุงรักษาลงดวย
International Training - 27 - ค. เครื่องทําลมแหงแบบใชความชื้นผานทอเสนใย(Membrane Air Dryer) เครื่องทําลมแหงชนิดนี้ถูกออกแบบมาเพื่อไมตองใชกระแสไฟฟา และสารความเย็น ซึ่งเปนเครื่องทําลมแหงที่มีขนาดเล็ก เพื่อใชในการนําไปใชประโยชนกับเครื่องมือ เครื่องบรรจุ และอุปกรณที่ตองการใชลมอัด เครื่องทําลมแหงชนิดนี้ใชหลักการไลความชื้นผาน เสนใย ซึ่งทําใหสามารถไลความชื้นไดอยางมีประสิทธิภาพ ดวยทอเสนใยจะทําใหอณูของอากาศแหงไหลผานไปในขณะที่ ความชื้นที่มีน้ําหนัก จะถูกไลผานผนังของทอ เมื่ออากาศมี ความชื้นเขามาผานทอเสนใยจําทําใหอากาศขาออกแหง ไอน้ํา จะถูกไลผานเสนใยออกนอกทอดวยความดันที่แตกตางระหวาง ภายในและภายนอกทอของเครื่องทําลมแหงชนิดนี้ อากาศดาน นอกของทอเสนใยนี้จะใชเทากับความดน 1 บรรยากาศ ดวย หลักการ ลมอัดที่ไหลผานดานในของเสนใยจะถูกไลความชื้น ออก
International Training - 28 - ง. เครื่องทําลมแหงแบบใชสารความเย็น(Refrigerant Drying) การกําจัดความชื้นดวยวิธีนี้จะใชสารความเย็น โดยมีตัวระบายความรอนสองขุดดังรูป 4.12 กลาวคือจะใหลมอัด ซึ่งมีความชื้น โดยการนําความเย็นขาออกมาในการลดอุณหภูมิขาเขา 1 เปนการใชความเย็นของอากาศมาเพื่อลดพลังงาน เมื่อมีการทําใหอากาศเย็นจากเครื่องทําลมแหงชนิดใชสารความเย็นนี้โดยการใชกาซฟอ็อน ในเครื่องทําความเย็น สวนการแลกเปลี่ยนความรอนที่จุด 2 นี้ทําใหความชื้นและน้ํามันถูกควบแนนกลายเปนหยดน้ํา การทําใหลมเย็นจะทําใหให ลมแหงไหลผานอากาศรอนขาเขา 1 เปนการทําใหอากาศรอนที่เขามา เปนการปองกันการกลั่นตัวเปนน้ําในขาที่ลมออก ในขณะที่เพิ่มปริมาตรและลดปริมาณความชื้นสัมพัทธ รูปที่ 4.12 Refrigerated Air Dryer สําหรับลมออกที่อุณหภูมิลดลง 2 °Cนั้นสําหรับวิธีการนี้ จะทําใหลมขาออกเพิ่มเปน 5 °C ซึ่งใชอยูสําหรับการใช งานลมอัดทั่วไป อุณหภูมิขาเขา ถึง 60 °Cซึ่งในทางการคาแลวควรทําใหอุณหภูมิต่ํากวานี้ ซึ่งโดยทั่วไปตนทุนคาใชจายของ เครื่องทําลมแหงจะอยูประมาณ 10-20 % ของคาลมอัด
International Training - 29 - 4.3.5 ตัวกรองลมเมน (Main Line Filter) ตัวกรองลมหลักซึ่งมีขนาดใหญควรติดตั้งไวหลังถังเก็บลม เพื่อกรองฝุนละอองตาง ๆ รวมทั้งน้ําออกจากลมอัด ตัว กรองลมอัดที่ดีควรมีความดันตกครอมนอย และมีประสิทธิภาพในการกรองฝุนละอองตาง ๆ ไอน้ํามันออกจากปมลม ที่เปน สีขาวออกจากระบบลมอัด ถาเรามีการปองกันโดยเราใชในสวนของกรองลมหลัก บางครั้งอาจเกิดความดันตกครอมเล็กนอย เพื่อเปนปองกันทําความสะอาดลมอัดแลว จึงควรมีตัวถายน้ําอัตโนมัติจะทําใหลดการสะสมของน้ํา ซึ่งไสกรองสามารถทํา การเปลี่ยนไดงาย รูปที่ 4.13โครงสรางของ Main Line Filter
International Training - 30 - 4.3.6 การสงจายลมหลัก(Air Distribution) การสงจายลมอัดเพื่อนําไปใชงาน หรือเขาเครื่องจักรที่เปนระบบนิวแมติกสสามารถแบงออกไดเปน 2กลุมใหญๆ คือ ก. การเดินทอแบบปด(Dead end line) รูปที่ 4.14 แสดงการเดินทอแบบทายปด การเดินทอแบบนี้จะมีจุดออนกลาวคือ ยิ่งทอยาวเทาไหร ความดันที่ปลายทอจะนอยกวาตนทางเนื่องจากเกิดความ ดันตกครอม และการเดินทอควรทําเปนสโลปเพื่อชวยในการระบายไปในตัว ข. การเดินทอแบบวงแหวน(Ring main) รูปที่ 4.15แสดงการเดินทอแบบวงแหวน การเดินทอดวยวิธีนี้จะชวยแกปญหาของการเดินทอแบบแรก
International Training - 31 - ค. ทอสงจายลมรอง(Secondary Lines) เพื่อใหประสิทธิภาพของลมอัดและลมที่แหงในการนําไปใชงานลมอัด และทอสงจายควรมีการทําใหเย็นและมีการ ดักน้ําและน้ํามันออกจากทอ ทอแยกตางๆควรทําการปรับใหอยูดานบนสําหรับการนําลมอัดไปใชงาน เพื่อเปนการปองกัน น้ําที่เกิดกับทอลมหลัก จากการที่ลมอัดเคลื่อนที่ ผานทอ การนําน้ําออกจากระบบทําไดคือการใชงานสวนลางของขอตอ และมีการถายน้ําออกอยางสม่ําเสมอดวยตัวถายน้ําอัตโนมัติเปนประจํา รูปที่ 4.16 Automatic Drains หากการติดตั้งมีคาใชจายสูง ควรมีการใชแรงงานเพื่อทําการถายน้ําในทุกชั่วโมงการทํางานเปนประจํา เพื่อปองกัน การปนเปอนจากปญหาดังกลาว หากไมสะดวกเนื่องจากมีการใชงานลมปริมาณมากๆ ควรมีการติดตั้งวาลวถายน้ําอัตโนมัติ จะเปนการดี ง. วาลวถายน้ําอัตโนมัติ ประกอบไปดวยสองชนิดสําหรับวาลวปลอยน้ําทิ้งอัตโนมัติ ดังรูป 4.17 และ 4.18ในสวนสําหรับชนิดที่เปนลูก ลอย ดังรูป4.17 รูปที่ 4.17ตัวระบายน้ําอัตโนมัติแบบลูกลอย ในกรณีที่มีน้ําอยูภายในลูกลอยจะยกตัวขึ้น เปดลิ้นใหลมอัดไหลลงดานลางดันใหกานสูบเลื่อนเปดน้ําออกสู ภายนอก นอกจากนั้นตัวระบายน้ําแบบนี้ยังสามารถปลอยน้ําออกจากระบบดวยวิธีการใชมือกดไดอีกดวย
International Training - 32 - รูปที่ 4.18 ตัวระบายน้ําอัตโนมัติแบบใชมอเตอร ตัวระบายน้ําแบบนี้จะใชมอเตอรขับลอหมุนซึ่งติดแคมเอาไว เมื่อหมุนถึงรอบที่ติดตั้งแคมไวก็จะกดใหวาลว ดานลางเปลี่ยนตําแหนงปลอยน้ําออกสูภายนอก จ. ขนาดของทอเมน (Sizing Compressed Air Mains) ขนาดของทอเมน และทอแยกในการพิจารณาตองมีการกําหนดความเร็วลม โดยทั่วไปจะใชที่ 6 m/s ในขณะที่ วงจรยอยจะใชความดันประมาณ 6 บาร และกรณีมีความยาวไมมากนักอาจใชความเร็วถึง 20 m/sความดันตกครอมจาก คอมเพรสเซอรถึงปลายสุดไมควรเกิน 0.3 บาร ขนาดของทอสามารถหาไดจากแผนภาพโมโนกราฟ (ในรูปที่ 4.19) ตัวอยาง (A) : ใหหาขนาดทอที่จะใหลมอัดผาน 16,800 l/minมีความดันตกครอมไมเกิน 0.3 บาร ในความยาว125เมตรของทอ คอมเพรสเซอรเปนระบบลูกสูบอัดสองชั้นทํางานที่ 8 บารจะหยุดทํางานที่ 10บาร คาเฉลี่ยที่ 9 บาร 30 kPaความดันตกครอมที่ความยาวตอ 125เมตร 30 kPa = 0.24 kPa/m. 125 m. อางอิงกับโมโนแกรมในรูปที่ 4.19ลากเสนจาก 9 บาร บนเสน Pressure lineผาน 0.24 kPa/m บนเสน Pressure drop line ตัดเสนอางอิงที่ x ลากเสนจาก x ไป 0.28 m/s แลวลากเสนตัดเสน Pipe size line จะไดเสนผานศูนยกลางของทอ ประมาณ 61 มม. ดังนั้นทอที่ใชควรมีเสนผานศูนยกลางไมนอยกวา 61 มม. อาจจะเลือกใชเปน 65 มม.ซึ่งเปนขนาดที่มีใชกันอยู ทั่วไป
International Training - 33 - ตัวอยาง (B) : ถาความยาวของทอเปน 125เมตร ในตัวอยาง (A) และมีขอตอตาง ๆ ดังนี้ ขอตอหักศอก 2 ตัว ของอ 90o 2 ตัว ขอตอตัวที 6 ตัว Gate Valve 2 ตัว จงหาขนาดของทอที่สามารถกําหนดความดันตกครอมที่ 3 kPa ในตารางที่ 4.20คอลัมน 65 มม. เราสามารถเปรียบเทียบขอตอตาง ๆ ออกมาเปนความยาวไดดังตอไปนี้ Two Elbows : 2x1.4 m. = 2.8 m. Two 90 bends : 2X0.8 m. = 1.6 m. Six standard tees : 6x0.7 m. = 4.2 m. Two Gate Valve : 2x0.5 m. = 1.0 m. Total = 9.6 m. ดังนั้นความยาวรวมทั้งหมดคือ 125+9.6 = 135 m. ความดันตกครอมตอเมตร 30 kPa = 0.22 kPa/m. 135 m อางอิงกับโมโนกราฟในรูป 4.19ขนาดทอจะพิจารณาใหมในขณะที่เสนผานศูนยกลางเหมือนเดิมคือ 65 มม. โดย ที่เสนผานศูนยกลางจริงภายในเปน 68มม. Note : แผนภาพโมโนแกรมที่ใชในการหาขนาดทอ
International Training - 34 - รูปที่ 4.19 ตารางที่ใชในการเปลี่ยนขอตอตาง ๆ และวาลวใหอยูในรูปความยาว Type of Fitting Nominal pipe size (mm) 15 20 25 30 40 50 65 80 100 125 Elbow 0.3 0.4 0.5 0.7 0.8 1.1 1.4 1.8 2.4 3.2 90* Bend (long) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9 1.2 1.5 90* Elbow 1.0 1.2 1.6 1.8 2.2 2.6 3.0 3.9 5.4 7.1 180* Bend 0.5 0.6 0.8 1.1 1.2 1.7 2.0 2.6 3.7 4.1 Globe Valve 0.8 1.1 1.4 2.0 2.4 3.4 4.0 5.2 7.3 9.4 Gate Valve 0.1 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 0.9 1.2 Standard Tee 0.1 0.2 0.2 0.4 0.4 0.5 0.7 0.9 1.2 1.5 Side Tee 0.5 0.7 0.9 1.4 1.6 2.1 2.7 3.7 4.1 6.4 ตารางที่ 4.1ตารางเทียบเทาความยาวของขอตอ
International Training - 35 - ฉ. วัสดุสําหรับใชเปนทอลม 1. ทอ SGP (Standard Gas Pipe) ในบางครั้งอาจจะใชทอเหล็ก หรือทอเหล็กออน ซึ่งอาจจะอยูในรูปของทอดํา หรือ กัลปวาไนซ เผื่อปองกันการผุ กรอน ทอแบบนี้สามารถทําเกลียวได แตกรณีที่มีขนาดใหญกวา 80 มม. ขึ้นไปสามารถเชื่อมตอได Nominal Width A B Outside Dia. mm. Thickness mm. Mass kg/m 6 1/8 10.5 2.0 0.419 8 1/4 13.8 2.3 0.652 10 3/8 17.3 2.3 0.851 15 1/2 21.7 2.8 1.310 20 3/4 27.2 2.8 1.680 25 1 34.0 3.2 2.430 32 1 1/4 42.7 3.5 3.380 40 1 1/2 48.6 3.5 3.890 50 2 60.3 3.65 5.100 65 2 1/2 76.1 3.65 6.510 75 3 88.9 4.05 8.470 100 4 114.3 4.5 12.100 ตารางที่ 4.2 SGP Standard diameters 2. ทอแสตนเลส จะใชในกรณีที่ทอมีขนาดใหญมาก และระยะทางไกล 3. ทอทองแดง ในที่ที่เปนสนิม, ตานทานความรอน และความแข็งคอนขางสูงจะใชทอทองแดง เพื่อสนอง ความตองการดังกลาว สามารถใชทอทองแดงไดถึงขนาด 40มม. 4. ทอยางในสวนที่ตองการความยืดหยุนสําหรับเครื่องมือลม หรือสวนที่ตองการความอิสระในการเคลื่อนที่ของ การใชงาน มาตราฐานเสนผานศูนยกลางของทอยางในนิวแมติกส จะแสดงดังตาราง 4.3 (อางอิงจากทอที่มีการถักเสนใย ภายใน)ทอยางที่แนะนําสําหรับเครื่องมือหรือการใชงานในที่ที่ไมมีการเสียดสีทางแมคคานิกส
International Training - 36 - Nominal Width Inches Outside Dia. mm Inside Dia. mm Inner Sectional Area mm2 1/8 9.2 3.2 8.04 ¼ 10.3 6.3 31.2 3/8 18.5 9.5 70.9 ½ 21.7 12.7 127 5/8 24.10 15.9 199 ¾ 29.0 19.0 284 1 35.4 25.4 507 1 ¼ 45.8 31.8 794 1 ½ 52.1 38.1 1140 1 ¾ 60.5 44.5 1560 2 66.8 50.8 2030 2 ¼* 81.1 57.1 2560 2 ½* 90.5 63.5 3170 ตารางที่ 4.3 สายลมขนาดตาง ๆ 5. ทอพลาสติก สวนมากจะใชในการตอระหวางอุปกรณนิวแมติกสดวยกัน มีขอจํากัดสําหรับเรื่องอุณหภูมิการ ใชงาน งายตอการตัดทอตามขนาดความยาว งานในการเดิน หรือติดตั้ง มีความยืดหยุน
International Training - 37 - ช. ขอตอ ใชในการตอสายลมเขาดวยกันหรือตอสายลมเขากับตัวอุปกรณตาง ๆ ของนิวแมติกส ขอตอ ชนิดที่มีความแข็งแรง โดยการนําทอตอเขากับปลายที่เปนบาแลวนํานัตฝาทายขันอัดทอ แรงขันนัตทําใหทอแนบสนิทกับบา และปองกันการหลุดออกเมื่อมีความดันภายในทอได (สําหรับชนิดที่เปนแบบสวมอัด; Insert) รูปที่ 4.20ตัวอยาง Insert Fitting รูปที่ 4.21ตัวอยาง Push in Fitting ขอตอแบบที่รวมเอาระบบปองกันการกลับมา ซึ่งเปนวาลวทางเดียว เพื่อไมใหลมมีการระบายทิ้งเมื่อไมมีการใช งานหลังจากถอดสายลมออกจากขอตอชนิดนี้ และสามารถใชไดกับที่ไมตองการทองแดงเปนสวนปนเปอนไดเชนกัน รูปที่ 4.22 ตัวอยางขอตอที่มีวาลวกันกลับ(Check Valve)ในตัว (Self Seal Fitting)
International Training - 38 - บทที่ 5 การปรับปรุงคุณภาพลม 5.1 การกรอง (Filtering) 5.1.1 ตัวกรองมาตราฐาน(Standard Filter) มาตรฐานของตัวกรองจะประกอบดวย ตัวแยกน้ํา และตัวกรอง เพื่อเปนการปองกันน้ํา และฝุนละอองกอนที่จะนํา ลมอัดเขาไปในระบบนิวแมติกส รูปที่ 5.1แสดงโครงสราง และสัญลักษณของตัวกรอง เมื่อลมอัดจากภายนอกเขามาปะทะกับแผนบังคับทิศทางลม (Baffle Plate)ทําใหเกิดเปนกระแสอากาศไหลวนขึ้น สลัดน้ํา และฝุนละอองลงดานลาง และกอนที่ลมอัดออกสูดานนอกจะไหลผานไสกรองกรองฝุนละออง ละอองน้ํามัน ซึ่ง สามารถกรองไดละเอียดถึง 5 ไมครอน นอกจากนี้ที่ตัวกรองยังสามารถติดตั้งตัวระบายน้ําอัตโนมัติไดอีกดวย
International Training - 39 - 5.1.2 กรองละเอียด (Micro Filters) เมื่อมีการปนเปอนของไอน้ํามันจากปมลม เพื่อความแนใจในการที่จะนําเอาลมอัดไปใชงาน โดยปราศจากน้ํามัน และฝุนละอองใหมีความละเอียดมากยิ่งขึ้นนั้นจําตองใชกรองที่มีความละเอียด(Micro Filter)เขามาชวยกรองอีกชั้นหนึ่ง เพื่อใหไดลมที่มีสะอาดมากยิ่งขึ้น รูปที่ 5.2 แสดงโครงสรางของ Micro Filter 5.1.3 กรองละเอียดชนิดพิเศษ(Sub-Micro Filters) เพื่อเพิ่มความสามารถในการกรองไอน้ํามันใหมีขนาดต่ําลงอีกรวมถึงขนาดของฝุนละออง0.01μm เพื่อทําการ ดักจับและปองกันสําหรับงานเครื่องมือวัดนิวแมติกส งานที่มีการพนสีแบบไฟฟาสถิตย งานทําความสะอาดชิ้นงาน งาน ประกอบ เปนตน
International Training - 40 - การเลือกขนาดของตัวกรอง ขนาดของการกรองนั้นขึ้นอยูกับขนาดของละอองโมเลกุลที่พบจาก ก. อัตราไหลสูงสุดของลมอัด ขึ้นอยูกับอุปกรณการใชงาน ข. ขนาดที่ยอมรับของความดันตกครอมของการใชงาน ในกระบวนการผลิตอธิบายถึงการไหล ความดัน จากไดอะแกรมของขนาดที่ถูกตอง โดยที่จะแสดงในการใชกรอง มาตราฐานสําหรับการใชงานจะไมทําการมากไปกวาที่ใชงานเนื่องจากจะทําใหเกิดการไหลที่ต่ําลง คุณภาพของลมอัด (Air Quality) การเลือกกรอง(filter) ตามรูป 5.3 แสดงใหเห็นความแตกตางของระดับของคุณภาพการกรองสําหรับการใชงาน ลมอัดจากปมไหลผาน ตัวลดอุณหภูมิลมอัด โดยมีวาลวระบายน้ําอัตโนมัติสําหรับระบายน้ําทิ้งที่เกิดจากการควบแนน เพื่อทําใหลมอัดเย็นลงกอน เขาสูถังสํารองลมอัด การควบแนนนี้เปนการระบายน้ําออกโดยตัววาลวระบายน้ําอัตโนมัติ โดยติดตั้งตัววาลวใหอยูต่ําสุดใน ทอลมดังรูปไดแบงออกเปน 3 สวน คือ 1 - 2 สําหรับสวนที่ตอโดยตรงจากถังเก็บลมอัด 3 – 6 สวนที่ใชกับเครื่องลดอุณหภูมิลมอัด (Air Dryer)ชนิดน้ํายาทําความเย็น 7 สําหรับสวนนี้จะเพิ่มตัวทําลมเย็นชนิดที่เปนสารดูดความชื้น รูปที่ 5.3 แสดงระดับการกรอง
International Training - 41 - สําหรับกรองมาตราฐานในสวนที่1-2 ใชรวมกับวาลวระบายน้ําอัตโนมัติ สวนที่ 2 มีระดับการกรองที่มีการกรอง ละเอียดขึ้น สวนที่ 3 – 5ไดมีการใชเครื่องลดอุณหภูมิลมอัด สวนที่ 3 ไมมีวาลวระบายน้ําอัตโนมัติ สวนที่ 4 ใชการกรองลม สองสวนในสวนกอน และหลังในชุดเดียวกัน สวนที่ 5 เปนการเพิ่มคุณสมบัติโดยการทําใหลมอัดมีความสะอาดจากละออง น้ํามัน และฝุนละออง ความชื้น โดยใชเครื่องลดอุณหภูมิลมอัดชนิดสารความเย็น สวนที่ 6 เปนการใชตัวกรองรวมมีการ นําเอากรองที่ใชสําหรับการกรองกลิ่นไอน้ํามันออกจากลมอัด สวนที่ 7 การใชตัวลดอุณหภูมิลมอัดชนิดแบบดูดซับ ทําให เกิดการควบแนน ที่อุณหภูมิต่ํา Number Removal of … Application Typical Examples >99% Saturated humidity Dust particles > 5μm Liquid oil > 96% Where some solid impurities, humidity and oil can be accepted Workshop Air for clamping, blowing, simple pneumatic drives Dust particles > 0.3μm Oil Mist > 99.9% Saturated humidity 99% Where the removal of and oil dominates, but a certain amount of condensation can be risked General industrial , equipment pneumatic, controls and drives sealless metallic joints, air tools and air motors Humidity to an atmospheric dew point below –17 oC Further as in (1) Where the removal of humidity is imperative but traces of fine dust and oil are acceptable Similar to (1) but as the air is dry additionally general spray paining Dust particles > 0.3μm Oil mist > 99.9% Humidity to an atmospheric dew point below –17 oC Where no humidity, fine dust and oil vapor are Acceptable Process control, measuring equipment, high quality spray painting, cooling of foundry and injection molding dies Dust particles > 0.01 μm Oil mist > 99.9999% Humidity as (4) Where pure air, practically free from any impurity is Required Pneumatic precision, measuring devices, electrostatic spray painting, cleaning and drying of electronic assemblies as (5), with additional odour removal Where absolutely pure air, as under (5), but odour free air is required Pharmacy, food industry for packaging, air transport and brewing, Breathing air All impurities as in (6) but With an atmospheric dew Point below –30 oC Where every risk of condensation during expansion and at low temperatures must be avoided Drying electronic Components Storage of pharmaceuticals, Marine measuring Equipment, Air transport of power ตารางที่ 5.4 การใชงานของลมอัดที่คุณภาพลมตางกัน
International Training - 42 - 5.2 วาลวปรับลดความดัน (Pressure Regulation) วาลวปรับลดความดันสําหรับปรับลดความดันไปสูความดันใชงาน สามารถปรับลดไดทั้งนอยและไมมีการปรับ การใชงานที่ความดันต่ํามากไมเหมาะสําหรับนําไปใหเกิดประสิทธิภาพ 5.2.1 วาลวปรับลดความดันมาตราฐาน ความดันที่ออกมาจากถังเก็บลมบางครั้งอาจจะสูงกวาที่อุปกรณตาง ๆ ในระบบนิวแมติกสจะสามารถทนได จึง จะตองใชอุปกรณในการปรับแตงความดันโดยการลดคาใหต่ําลงมา ในการปรับคาความดัน แรงดันดานเขาจะมากกวาความ ดันดานออกใชงานเสมอ รูปที่ 5.5 แสดงโครงสรางของอุปกรณปรับความดัน หลักการทํางาน รูปที่ 5.5 ตําแหนงระบาย
International Training - 43 - หลักการทํางาน ในรูป aคือในสภาวะปกติสปริงดานบนจะมีแรงมากกวาสปริงดานลางกดใหแกนวาลวเลื่อนลง ดานลาง ความดันลมจาก p1 สามารถไหลผานออกไปยัง p2 ได ในกรณีที่ p2 มีความดันมากกวา (เพื่อเปนการรักษาความดัน ใหคงที่) ก็จะมีแรงยกใหแผนไดอะแฟรมขึ้นดานบน ความดันลมจาก p2 สามารถระบายทิ้งออกสูภายนอกได ในกรณีที่อัตราไหลของลมสูงวาลวจะเปดกวางสปริงจะยืด และออนตัวในสภาพที่คงที่ เพื่อเปนการชดเชยเหตุการณดังกลาว จึงมีการออกแบบเพิ่มเติมโครงสรางจากแบบเดิม รูปที่ 5.6 วาลวปรับลดความดันจะชดเชยการไหล ในกรณีที่ไมสะดวกสําหรับการติดตั้งวาลวดังรูป 5.6 ถาความดันทางดาน p1 เพิ่มขึ้น ก็จะเกิดแรงที่สูงขึ้นกระทํา กับวาลว พยายามปด ดังนั้นถาความดันเพิ่มขึ้น แลวลดความดันดานออกออกแทน ดังแสดงโดยวาลวที่กระทํากับพื้นที่หนา ทั้งทางเขาและทางออก ดังรูป 5.7 1. กานปรับ 2. สปงปรับตั้ง 3. บาระบายลม 4. ไดอะแกรม 5. หองชดเชยการไหล 6. ทอตอหองชดเชยการไหล 7. วาลว 8. โอริงสําหรับชดเชยความดัน 9. สปงวาลว 10. โอริงสําหรับชดเชยการไหล รูปที่ 5.7 การปรับความดันเมื่อคายสุด
International Training - 44 - 5.2.2 อุปกรณปรับลดความดันโดยใชลมชวยใน การทํางาน (Pilot Operated Regulator) อุปกรณปรับแตงความดันประเภทนี้จะ ใหความดันแนนอน หรือความเที่ยงตรงสูง นอกจากการปรับละเอียดโดยการนําลมผานรูป เล็กไปตั้งคาสปงมาตราฐาน แทนการใชมือหมุน วาลวปรับความดันชนิดนี้จะมีรูลมเขา ทาง ดานบนในสวนที่จายลมหรือสวนที่ระบายลมทิ้ง เพียงเทานั้น เพื่อใหทางออกตามที่ตองการ รูปที่ 5.8 Pilot Pressure Regulator 5.2.3 กรองและวาลวปรับลดความดัน (Filter – Regulator) เพื่อความสะดวก และประหยัดพื้นที่จึงมีการรวมเอาตัวกรอง และปรับลด ความดันเอาไวในตัวเดียวกัน ดังรูป 5.9 แสดงสวนประกอบไว คุณสมบัติ การเลือกขนาดของอุปกรณปรับแตงความดันขึ้นอยูกับความตองการปริมาณ ลมความดันในชวงที่ใชงาน ในการเลือกใชควรพิจารณาจากกราฟ หรือขอมูลของบริษัท ที่ผลิต a : ชวงเริ่มตนการไหล(Inrush) b : ชวงในการปรับแตง c : ชวงอิ่มตัว วาลวจะเปดและเปนผลใหปรับคาได รูปที่ 5.10 Regulator Flow / p2 Diagram รูปที่ 5.9 Typical Filter Regulator
International Training - 45 - 5.2.4 ขนาดของตัวปรับลดความดันและตัวกรอง ขนาดของตัวกรองของอุปกรณ FRLนั้นขึ้นอยูกับอัตราการไหลที่ตองการ สําหรับตัวปรับลดความดัน คาเฉลี่ยดัง รูป 5.11 สวนขนาดของตัวกรองก็ขึ้นอยูกับความดันตกครอม สวนการใชตัวกรองรวมกับตัวกรองน้ํามันจะใชในสายงานที่ ไมมีการใชน้ํามันหลอลื่น ความดันตกครอมต่ําสุดประมาณ 0.2 บาร หรือประมาณ0.02 MPa อยางไรก็ดีหากเกิดความดัน ตกครอมมากถึง 1 บาร หรือประมาณ 0.1 MPa ควรทําการเปลี่ยนไสกรองทันที สําหรับขนาดนั้นขึ้นอยูกับความตองการการไหล ไมไดขึ้นกับขนาดขอตอ การประกอบเขากับระบบโดยเกลียว ผานไปยังทอ รูปที่ 5.11 Filter Flow/Pressure Drop Diagram 5.3 การหลอลื่นลมอัด อุปกรณลอลื่นน้ํามันปจจุบันแทบไมมีความจําเปน เนื่องจากคุณภาพที่มีการพัฒนาทําใหการใชงานนานยิ่งขึ้นรวม กับประสิทธิภาพของอุปกรณมีคุณภาพทางดานแมคคานิกสที่ดีขึ้น ขอดีสําหรับระบบที่ไมไดหลอลื่นดวยน้ํามัน 1. ประหยัดสํารับอุปกรณ น้ํามันหลอลื่น และรักษาระดับน้ํามัน 2. เทคโนโลยีสะอาด สามารถใชกับอุตสาหกรรมอาหารและยา 3. น้ํามันไมถูกปลอยสูบรรยากาศ สรางความปลอดภัยใหกับสภาพแวดลอม ซึ่งก็จําเปนสําหรับอุปกรณที่ตองการการหลอลื่น การใชงานสําหรับน้ํามันหลอลื่นอยางตอเนื่อง คุณภาพน้ํามันที่ ใชสําหรับลมอัดที่ตองการการหลอลื่น อุปกรณจายน้ํามัน จะทําหนาที่สงจายน้ํามันใหกับระบบการทํางานของนิวแมติกส หลักการทํางาน เมื่อใสความดันเขาตัวสงจายน้ํามัน อัตราเร็วของลมอัดที่ไหลออกไปใชงานจะมีความเร็วสูงเปนผลใหถังน้ํามันใน กระเปาะขึ้นมาผสมกับลมอัดกอนที่จะเขาระบบนิวแมติกส การปรับน้ํามันโดยทั่วไปจะปรับ 1 หรือ 2 หยด ตอการทํางาน หนึ่งรอบของเครื่องจักรหรือตามขนาดของความตองการของอุปกรณที่ใชลมอัดที่มีการใชน้ํามันหลอลื่น
International Training - 46 - รูปที่ 5.12 แสดงโครงสรางของตัวสงจายน้ํามัน 5.4 หนวยF.R.L หนวย FRL เปนการรวมเอาตัวกรอง,ตัวปรับลดความดันลม และตัวสั่งจายน้ํามันเขาไวเปนชุดเดียวกันซึ่งอาจเรียก อีกอยางวาชุดบริการลมอัด(Service Unit) รูปที่ 5.13 แสดงหนวย FRL
International Training - 47 - บทที่6 อุปกรณทํางานในระบบนิวแมติกส เปนอุปกรณที่ใชในการเปลี่ยนพลังงานลมใหเปนพลังงานกล ซึ่งอาจทํางานในแนวตรงหรือแนวหมุนโดยการ เคลื่อนที่อาจใชลูกสูบในกรณีที่การเคลื่อนที่เปนแนวตรง หรืออาจใชใบหรือใบพัดในกรณีที่การเคลื่อนที่เปนลักษณะเปนมุม โดยทั่วไปกระบอกลมไดแบงออกเปนสองแบบ 6.1. กระบอกลมทํางานแนวเสนตรง 6.2. กระบอกลมทํางานแนวเสนรอบวง 6.1 กระบอกลมแนวเสนตรง กระบอกลมนิวแมติกสในปจจุบันนี้ถูกผลิตออกมาคอนขางหลากหลาย แตในรูปแบบที่หลากหลายเหลานั้น สามารถแบงออกเปน 2 กลุมใหญ ๆ ดวยกันคือ 6.1.1 กระบอกลมแบบทางเดียว (Single Acting Cylinder) 6.1.2 กระบอกลมแบบสองทาง (Double Acting Cylinder) 6.1.3 กระบอกลมแบบพิเศษ(Special Cylinder) 6.1.1 กระบอกลมแบบทางเดียว (Single Acting Cylinder) กระบอกลมแบบทางเดียวจะใชความดันลมในการทํางานเพียงดานเดียว อีกดานจะใชแรงของสปริงโดยที่สปริง อาจจะติดตั้งไวดานทาย หรือดานหนาของลูกสูบก็ไดแลวแตลักษณะของงาน และความตองการ รูปที่ 6.1 กระบอกสูบทํางานทางเดียว กระบอกลมทํางานแบบทางเดียวสวนมากจะใชในการจับยึดชิ้นงานทําเครื่องหมาย หรือคัดเลือกชิ้นงาน อัตราการ สูญเสียลมจะนอยกวากระบอกลมสองทางที่ขนาดเดียวกัน กระบอกสูบทางเดียวจะไมนิยมทําขนาดใหญ ๆ เนื่องจากแรงของ สปริง และพื้นที่ในการเก็บสปริง