การติดตั้งและบำรุงรักษาเครื่องสูบน้ำ
หลักพื้นฐานที่สามารถนำไปใช้งานในระบบส่งน้ำ

ธนกร ณ พัทลุง
thanakon.n@cpf.co.th

เพื่อให้สามารถเดินเครื่องสูบน้ำได้ดี เราจำเป็นต้องจัดให้เกิดการไหลของของไหลเข้าสู่ทั้งที่ปากทางเข้าท่อดูดและในท่อดูดอย่างสม่ำเสมอทั้งนี้เพราะเครื่องสูบน้ำเมื่อเดินเครื่องจะมีการเปลี่ยนรูปแบบการไหลเข้าสู่ใบพัดเกิดขึ้นได้หลายรูปแบบซึ่งส่งผลต่ออัตราการสูบน้ำ

1. น้ำวนที่มีฟองอากาศปน การไหลรอบแนวแกนเพลาในแนวดิ่งของเครื่องที่ติดตั้งเพลาแนวดิ่งหรือในท่อดูดที่อยู่ในแนวดิ่งมักก่อให้เกิดน้ำวนที่มีฟองอากาศ ถ้าไม่จัดวางตำแหน่งของท่อดูดและน้ำในถังให้ถูกหลัก เมื่อเกิดน้ำวนขึ้นที่ผิวน้ำใกล้ท่อดูด น้ำวนจะดูดฟองอากาศให้ติดมากับน้ำด้วยทันทีและจะเกิดมากขึ้นเมื่อระดับน้ำลดลง

ดังรูปที่ 1 ในบางครั้งถึงกับเกิดมีฟองน้ำต่อ ๆ กันมาตั้งแต่ฝาหนังหรือพื้นจนถึงทางเข้า เมื่อน้ำวนที่มีฟองอากาศติดมานี้เคลื่อนตัวถึงปากทางเข้าเครื่องสูบน้ำจะไม่สามารถสูบน้ำได้ดังเดิม เนื่องจากฟองอากาศเหล่านี้มาแทนที่น้ำไปบางส่วนซึ่งจะทำให้เครื่องสูบน้ำเดินสั้นมาก

รูปที่ 1 น้ำวนในถังล่าง

2. การปั่นป่วนที่ปากทางเข้าท่อดูด การทำงานของเครื่องสูบน้ำอาจขึ้นกับการเกิดการปั่นป่วนที่ทางเข้าท่อดูดได้อีกด้วยโดยหัวความดันรวมอาจเพิ่มขึ้นหรือลดลงทั้งนี้ขึ้นอยู่กับทิศทางการหมุนวนที่เกิดขึ้นอาจเกิดอาการที่เครื่องต้นกำลังต้อง Over Load ดังนั้น จึงมีความจำเป็นที่จะต้องจัดให้น้ำที่ไหลเข้าท่อดูดไหลเข้าได้อย่างสม่ำเสมอโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องสูบที่มีความเร็วจำเพาะสูงและติดตั้งเพลาในแนวดิ่ง

3. การจัดตำแหน่งถังพักน้ำรอสูบ เพื่อที่จะทำให้เกิดรูปแบบการที่เอื้อต่อการดูดรอบ ๆ ทางเข้าท่อดูดจะต้องวางแผนการจัดตำแหน่งถังสูบน้ำให้เหมาะสม ขนาดที่เหมาะสมสำหรับเครื่องสูบน้ำขนาดเล็กจะเป็นดังแสดงไว้ในรูปที่ 2 และ 3 โดยมีวาล์วกันกลับติดตั้งไว้ด้วยและปากทางเข้าผายออกเป็นรูปปากระฆัง

รูปที่ 2 การจัดตำแหน่งท่อดูดในถังสูบแบบมีวาล์วกันกลับติดตั้งไว้ด้วย

รูปที่ 3 การจัดตำแหน่งท่อดูดในถังพักน้ำรอสูบแบบท่อผายเป็นปากระฆัง

รูปที่ 4 การจัดขนาดมาตรฐานต่าง ๆ ในถังพักรอสูบ

จากรูปที่ 4 จะแสดงการจัดตำแหน่งท่อดูดในถัง สำหรับเครื่องสูบขนาดตั้งแต่ 600 มิลลิเมตรไปจนถึง 2,200 มิลลิเมตร ขนาดถังดูดมาตรฐานต้องมีขนาดไม่น้อยกว่า 3D (เมื่อ D เป็นขนาดท่อดูด) แต่อาจจะขยายขึ้นเป็น 4D ก็ได้ ถ้ามีความจำเป็นเกี่ยวกับการติดตั้งอุปกรณ์อื่น ๆ ระยะห่างระหว่างพื้นถึงปากทางเข้า F ควรจะมีระยะไม่น้อยกว่า D หากไม่มีตะกอนตกในถังก็สามารถลดลงเป็น D/2 ได้

4. การจัดนำน้ำเข้าหาท่อดูด รางน้ำนำเข้าหาท่อดูดนั้นต้องเป็นแบบที่จัดให้มีการไหลเข้าสู่เครื่องสูบน้ำตรงและเป็นระยะทางตรงที่ยาวพอสมควร (ไม่น้อยกว่า 8D) ทั้งนี้ก็เพื่อกันการเกิดการเปลี่ยนแปลงค่าของความเร็วอย่างกะทันหัน ถ้าจะเกิดการเปลี่ยนทิศทางการไหลก็ควรจัดทำผนังแบ่งน้ำเพื่อให้น้ำไหลได้ตรงเข้าสู่ท่อดูด

ค่าความเร็วเฉลี่ยที่ปากทางเข้าถังดูด เมื่อติดตั้งตะแกรงจะต้องจัดให้มีค่าไม่เกิน 0.5 m/s ณ จุดที่ออกแบบค่าอัตราสูบไว้ดังในรูปที่ 4 ความเร็วของไหล ณ จุดก่อนระดับปากทางเข้าจะต้องไม่เกิน 0.5 m/s เช่นกัน เมื่อได้จัดตำแหน่งกับขนาดถังดูดแล้วตามที่กำหนดในรูปที่ 4 

จากรูปที่  5 แสดงตัวอย่างการจัดตำแหน่งต่าง ๆ ที่ทางเข้า

รูปที่ 5 การจัดตำแหน่งต่าง ๆ ในถังพักน้ำรอสูบ

วาล์วน้ำควบคุมและระบบท่อ
เพื่อให้เครื่องสูบน้ำทำงานได้ดีจำต้องมีการติดตั้งวาล์วน้ำและระบบท่อตามวัตถุประสงค์
1. วาล์วน้ำ ที่ใช้กับเครื่องสูบน้ำ จัดแบ่งได้เป็น
          * วาล์วน้ำบานเดี่ยว ใช้แยกเครื่องสูบน้ำ มิให้ติดต่อกับระบบท่อทั้งด้านดูดและด้านส่ง ขณะที่เครื่องยังไม่ทำงานหรือใช้ในการบำรุงรักษาเมื่อต้องการถอดชิ้นส่วนของเครื่องสูบออกมาตรวจสอบ
          * วาล์วน้ำกันกลับป้องกันการไหลย้อนกลับของของไหลโดยเฉพาะเมื่อหยุดเดินเครื่อง
          * วาล์วควบคุมอัตราการไหลให้พอเหมาะกับความต้องการ

ตารางที่ 1 แสดงหน้าที่และการใช้งานวาล์วน้ำ

ในการควบคุมอัตราการไหลด้วยการปรับตำแหน่งวาล์วน้ำนั้นจะต้องตรวจสอบสัมประสิทธิ์การเกิด Cavitations ด้วย ดังแสดงไว้ในสมการที่ 1 ทั้งนี้ก็เพื่อจะหลีกเลี่ยงมิให้เกิดผลร้ายเนื่องมาจากการเกิด Cavitations ขณะเดินเครื่อง
         K = (10 + H_Vd)/h_v     . ………………………….. (1)
เมื่อ  K  = สัมประสิทธิ์ Cavitations
         H_Vd  = หัวความดันที่ทางออกวาล์วน้ำ
         h_v  = ผลต่างความดันทั้งสองข้างวาล์วน้ำ

ค่าของ K นี้โดยทั่วไปแล้วควรมีค่ามากกว่า 3 สำหรับวาล์วน้ำบานผีเสื้อและอาจลดลงมาได้ถึง 1.5 สำหรับแบบบอลวาล์วที่มีรูระบายอยู่ที่ทางเข้าวาล์วกับที่ทางออก หรืออาจจะใช้เครื่องมือวัดค่า Cavitations ก็ได้ดังรูปที่ 6

รูปที่ 6 แสดงเครื่องมือที่ใช้วัดค่า Cavitations เรียกว่า Vibscanners

2. ท่อประธาน จะใช้ต่อกับเครื่องสูบน้ำ โดยเริ่มจากจุดที่ดูดน้ำไปจนถึงจุดปล่อยน้ำ ตามรูปแบบและเส้นแนวที่ได้ออกแบบไว้

การเลือกวัสดุท่อประธานนั้นต้องคำนึงถึงแรงดันตกที่เกิดขึ้นในเส้นท่อและปริมาณของของไหลที่ต้องสูบ เช่น ท่อฉาบสังกะสี จะเป็นท่อที่ใช้กันโดยทั่วไป ส่วนท่อเหล็กหล่อเหนียวจะใช้ในงานพิเศษและท่อพลาสติกหรือพีวีซี มีใช้กันบ้าง

การเลือกขีดความสามารถทนแรงดันและความหนาแน่นของท่อประธานจะเลือกตามแรงดันภายในท่อกับโมเมนต์แรงดันที่อาจเกิดขึ้นจากแรงกระทำภายนอกท่อและ/หรือน้ำหนักของท่อกับของเหลวในท่อ การเลือกความหนาท่อต้องดูแรงดันจากภายนอกท่อด้วย โดยเฉพาะเมื่อต้องการฝังดิน ทั้งนี้อาจดูมาตรฐานวัสดุท่อและต้องพิจารณาวัสดุที่มีขายตามท้องตลาดด้วย

ค่าความหนาของท่อที่เหาะสมกับความดันภายในท่ออาจหาได้จากสมการที่ 2
     t = {(P.d)/ (2)} + c   ………………………. (2)
     เมื่อ t = ความหนาท่อ หน่วย mm.
  P  = ความดันภายในท่อสูงสุดที่ใช้ออกแบบ หน่วย kgf/cm2
  d  = ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายในท่อ หน่วย mm.
   = ค่าความเค้นที่ยอมให้รับได้ หน่วย kgf/cm²
  c  = ค่าเผื่อไว้สำหรับอายุท่อ (ประมาณ 1.3 มิลลิเมตร)

การเลือกข้อต่อท่อแบบต่าง ๆ ต้องดูจากขนาดท่อและสภาพการติดตั้งในรูปที่ 7 จะแสดงการใช้ข้อต่อแบบต่าง ๆ โดยข้อต่อที่มีหน้าแปลนและวัสดุกันรั่วซึม (ปะเก็น) ซึ่งใช้ได้กับท่อขนาดกลางและท่อขนาดใหญ่ในขณะที่ข้อต่อเกลียวจะมีการใช้ในระบบท่อขนาดที่เล็กกว่า 100 มิลลิเมตร

รูปที่ 7 แสดงการเลือกข้อต่อท่อแบบต่าง ๆ

บางครั้งก็จำเป็นต้องนำข้อต่ออ่อนมาใช้ เช่น เมื่อการวางตำแหน่งรับเครื่องเรียบร้อยแล้วท่อจมลงหรือเมื่อต้องการรับการยืดหดตัวของท่อ เมื่อเกิดความร้อน ท่อในกรณีเช่นนี้จะต้องจัดการให้เหมาะสมเพื่อให้สามารถรับแรงผลักเชิงชลศาสตร์ที่เกิดขึ้นโดยความดันภายในท่อได้

3. ท่อดูด เพื่อให้เครื่องสูบน้ำทำงานได้ดีจะต้องจัดท่อดูดไว้ให้เหมาะสมด้วย การจัดนี้ต้องให้เกิดการสูญเสียหัวความดันน้อยที่สุดและต้องไม่ปรับตำแหน่งวาล์วน้ำด้านดูดไม่ว่ากรณีใด ๆ เมื่อท่อดูดเกิดแรงดันเป็นลบ จะต้องระมัดระวังไม่ให้การดูดอากาศเข้าไปโดยจัดท่อให้ถูกต้อง เนื่องจากฟองอากาศอาจเข้าไปขัดขวางการไหล (Air Pocket) ทำให้เกิดการสูญเสียหัวความดันมากขึ้นได้ ดังนั้นจะต้องจัดการท่อดูดดังต่อไปนี้

* ในกรณีท่อดูดที่ยาวมาก ๆ ควรจัดท่อให้ท่อดูดเอียงขึ้น ดังรูปที่ 8
* ในกรณีที่มีการเปลี่ยนขนาดท่อต้องใช้ข้อลดเอียง ดังรูปที่ 9
* ในการติดตั้งวาล์วน้ำขนาดกลางและใหญ่ควรจัดไว้ในแนวนอน ดังรูปที่ 10

นอกจากจะต้องจัดให้การไหลก่อนถึงเครื่องสูบไหลได้อย่างสม่ำเสมอ การติดตั้งข้องอก่อนถึงเครื่องสูบจึงไม่ควรมี ถ้าจะต้องมีข้องอก็ควรจัดให้มีข้อตรงต่อกับเครื่องสูบก่อนเข้าและควรมีความยาวไม่น้อยกว่า 3 เท่าของขนาดท่อดูด

รูปที่ 8 ในกรณีท่อดูดที่ยาวมาก ๆ ควรจัดท่อให้ท่อดูดเอียงขึ้น

รูปที่  9 ในกรณีที่มีการเปลี่ยนขนาดท่อต้องใช้ข้อลดเอียง

รูปที่  10 การติดตั้งวาล์วน้ำขนาดกลางและใหญ่ควรจัดไว้ในแนวนอน

4. ท่อส่ง ท่อส่งควรมีขนาดที่เหมาะสม ที่จะไม่เกิดการสูญเสียหัวความดันมากเกินไป ถ้าขนาดท่อของเครื่องแตกต่างกับขนาดท่อส่งที่คัดเลือกไว้ควรจัดหาท่อขยายใส่ไว้ให้ที่จุดที่หอพักข้องอแล้วอาจเกิดฟองอากาศไปติดอยู่ อันอาจทำให้เกิดการสูญเสียหัวความดันมากขึ้นหรือขวางทางเดินของของไหลถ้าท่อมีแรงดันเป็นบวกก็ควรติดตั้งวาล์วระบายอากาศ (Automatic Air Vent) เพื่อไล่อากาศทิ้ง ดังรูปที่ 11

รูปที่  11 ติดตั้งวาล์วระบายอากาศ

เพื่อลดค่าหัวความดันจริงที่กระทำต่อเครื่องสูบ เราจึงเสนอแนะให้จุ่มปลายท่อดูดไว้ใต้ระดับน้ำ ในกรณีที่ติดตั้งเป็นแบบกาลักน้ำ ระยะตามแนวดิ่งวัดจากระดับน้ำในถังดูดจนถึงจุดสูงสุดต้องมากกว่าค่าหัวความดันรวมที่เครื่องสูบน้ำจะให้ได้โดยมีอัตราการไหลผ่านกาลักน้ำในช่วงเริ่มเดินเครื่องได้ด้วย

5. ปัญหาการอัดกระแทกของ (Water Hammer) ปรากฏการณ์ที่เรียกกันว่าการอัดกระแทกน้ำจะเกิดขึ้นเมื่อความเร็วการไหลในท่อเปลี่ยนแปลงขนาดอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความดันในท่อขึ้น ๆ ลง ๆ ในระบบท่อ ปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้นได้เมื่อ

* เริ่มเดินเครื่องสูบหรือหยุดเครื่องสูบ
* ปิดหรือเปิดวาล์วน้ำทันทีทันใด
* เปลี่ยนความเร็วรอบของเครื่อง
ในสามสิ่งที่กล่าวข้างต้นแล้วที่พบเห็นกันบ่อยจะเป็นที่เกิดขึ้นเมื่อมีการปิดเครื่องสูบน้ำอย่างทันทีทันใด เนื่องจากกระแสไฟฟ้าขัดข้อง

เพื่อป้องกันมิให้ท่อเสียหายจากปรากฏการณ์ Water Hammer นั้นจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์แรงดันที่อาจเกิดขึ้นได้สูงสุดและเตรียมการป้องกันไว้ก่อน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงแรงดันที่จะเกิดขึ้น ปกติจะทำการวิเคราะห์หาค่าแรงดันสูงสุดจากสูงสุดจากปรากฏการณ์การอัดกระแทกน้ำ เมื่อพบว่า

* หัวความดันจริงมีค่าเกิน 10 เมตร ในท่อที่มีความยาวประมาณ 20 เท่าของหัวความดันจริง
 หรือมากกว่า
* ท่อวางสูงกว่าระดับท่อที่ต่อระหว่างเครื่องสูบน้ำกับถึงปลายทาง
* ปิด/เปิดวาล์วน้ำเร็วเกินไป
* เริ่มเดินเครื่องขณะที่ยังมีอากาศหรือสุญญากาศในท่อระหว่างเครื่องสูบน้ำกับวาล์วน้ำ

1. ฐานรองรับเครื่อง โดยทั่วไปแล้วเครื่องสูบน้ำจะต้องตั้งอยู่บนฐานคอนกรีต ฐานนี้จะต้องมีกำลังพอรองรับน้ำหนักเครื่องสูบน้ำและแรงที่เกิดขึ้นจากการสูบของเหลวขณะเดินเครื่อง

เราจะยึดแผ่นรองรับเครื่องสูบน้ำกับฐานด้วยน๊อตที่ฝังไว้ในฐานซึ่งต้องมีรูที่ใช้ฝังที่มีขนาดใหญ่พอที่จะอัดปูนได้แน่น ซึ่งคงจะต้องทำตามแบบที่ได้รับการออกแบบไว้แล้ว การติดตั้งจะทำก็ต่อเมื่อคอนกรีตในฐานแข็งตัวดีแล้วซึ่งมักใช้เวลา 14 วัน หลังการเท 

2. การตั้งเครื่อง การตั้งเครื่องต้องวางแผ่นรองแนวด้วยชั้นรองแนวทำด้วยเหล็กบนฐานและแผ่นรองรับติดตั้งไว้ทั้งสองข้างของน๊อตที่ฝังไว้แล้ว ต้องใช้แผ่นรองรับลิ่มใส่เข้าไปด้วย เพื่อให้สามารถปรับฐานได้เมื่อจำเป็น หลังจากตรวจสอบว่าได้ระดับแล้วจึงอัดน้ำปูนลงในช่องเพื่อฝังน๊อต

 3. การตั้ง Alignment ดังรูปที่ 12 เพื่อกันมิให้เครื่องสูบน้ำสั่นขณะเดินเครื่องจะต้องมีการตั้ง Alignment โดยเฉพาะที่ข้อเพลาเครื่องที่ต่อเพลามาตรงแล้วก็อาจจะขยับได้ จึงต้องปรับโดยการปรับแผ่นรองรับแท่นเครื่องเส้นแนวการต่อเพลานี้เราตรวจสอบได้โดยใช้ Dial Gage

ในการติดตั้งท่อที่มาต่อกับเครื่องและวาล์วน้ำจะต้องระวังมิให้เกิดแรงกดเครื่องสูบน้ำหลังจากที่ตรวจสอบแนวเพลาจนได้ศูนย์แล้วควรเชื่อมแผ่นรองรับกับแท่นเครื่องและอัดน้ำปูนกับน๊อตยึดติดฐานแล้วจึงร้อยน๊อตที่ข้อต่อเพลา

รูปที่ 12 แสดงการตั้ง Alignment โดย Laser

เพื่อให้เครื่องสูบน้ำทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด, การบำรุงรักษาน้อยนั้นสามารถทำได้โดยการติดตั้งอย่างเหมาะสมเป็นไปตามหลักวิศวกรรมที่กำหนดข้างต้น

1. ไพโรจน์ คีรีรัตน์, ปั๊มและระบบน้ำ, เอกสารประกอบการอบรม In-house Practical Training, คณะวิศวกรรมศาสตร์, มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์, 2543
2. Jebsen & Jessen industrial Products, คู่มือการติดตั้งและบำรุงรักษาเครื่องสูบน้ำ, Jebsen & Jessen Engineering (T) Ltd., 2544