การทําความเข้าใจการวัดค่าเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม: การทํางาน กําลัง และการไหล

งานเชิงกลที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของส่วนผสมก๊าซเป็นหนึ่งในกระบวนการที่สําคัญที่สุดในวิศวกรรมเทอร์โมไดนามิกส์ 

อัตราการไหลของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมโดยทั่วไปจะวัดโดยใช้มิเตอร์วัดการไหลของมวล อย่างไรก็ตาม ทําให้เข้าใจอัตราการไหลของก๊าซในแง่ของปริมาตรได้ง่ายกว่ามวล ข้อเสียที่สังเกตได้คือ จําเป็นต้องระบุสภาวะทางเข้าของก๊าซ เนื่องจากปริมาตรจะเปลี่ยนแปลงตามสภาวะทางเข้าที่เปลี่ยนแปลงไป อย่างไรก็ตาม สําหรับเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม อัตราการไหลของมวลที่ทางออกจะขึ้นอยู่กับสภาวะทางเข้าด้วยเช่นกัน ซึ่งหมายความว่าจําเป็นต้องระบุสภาวะทางเข้าที่ได้อัตราการไหลอยู่เสมอ

อัตราการไหลเชิงปริมาตรของระบบเป็นการวัดปริมาตรของของเหลวที่ไหลต่อหน่วยเวลา ค่านี้อาจคํานวณเป็นผลรวมของพื้นที่หน้าตัดของการไหลและความเร็วการไหลเฉลี่ย หน่วย SI สําหรับอัตราปริมาตรการไหลคือ m3/s

อย่างไรก็ตาม เมื่อซื้อเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม คุณมักจะพบความจุของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม ซึ่งแสดงเป็นลิตร/วินาที (l/s) นี่คือ FAD หรือการส่งอากาศอิสระของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม

การส่งอากาศอิสระคืออะไร อากาศอิสระหมายถึงอากาศภายใต้สภาวะทางเข้าของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม ดังนั้นที่อุณหภูมิแวดล้อมและแรงดัน การส่งมอบหมายความว่าจะพิจารณาเฉพาะอากาศที่ออกจากช่องทางออกของคอมเพรสเซอร์เท่านั้น ซึ่งแตกต่างจากอากาศที่เข้ามาที่ทางเข้า เนื่องจากอากาศบางส่วนอาจรั่วไหลออกจากเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมระหว่างทางเข้าและทางออก โดยปกติแล้วอัตราการไหลของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมจะถูกวัดด้วยมิเตอร์วัดการไหลของมวลที่ทางออก ซึ่งหมายความว่าจะมีการวัดเฉพาะอากาศที่ส่งออกมาเท่านั้น จากนั้นจะแปลงเป็น « อากาศอิสระ » โดยใช้สภาวะทางเข้า

FAD มีจุดประสงค์เพื่อใช้ในการเปรียบเทียบระหว่างเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมต่างๆ หรือเพื่อจับคู่ความจุของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมกับการใช้เครื่องมือ เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น FAD ของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมหรือเครื่องมือ - ซึ่งคุณสามารถพบได้ในเอกสารข้อมูลจําเพาะของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมหรือปั๊มลมนั้น - ได้รับการวัดในขณะที่รักษาสภาวะทางเข้าอ้างอิงไว้ (คือ 20°C, 1 บาร์ และ 0% RH) มวลอากาศที่พอดีกับปริมาตรที่กวาดขององค์ประกอบของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมจะแตกต่างกันไปตามความหนาแน่นของอากาศและดังนั้นจึงเปลี่ยนปริมาณการไหลที่ได้รับอย่างมีประสิทธิภาพที่ด้านทางออกของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม ความหนาแน่นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันของอากาศ นี่คือเหตุผลที่การไหลของมวลที่วัดได้ที่ทางออกจะถูกหารด้วยความหนาแน่นของอากาศขาเข้า ผลกระทบจากความหนาแน่นจะถูกยกเลิกด้วยวิธีนี้

อย่างไรก็ตาม มีผลกระทบรองจากอุณหภูมิและความดัน ขนาดของช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ ทําให้เกิดการรั่วไหลมากหรือน้อย การเปลี่ยนแปลงแรงดันที่ทางเข้าจะทําให้เกิดการบีบอัดมากเกินไปหรือน้อยเกินไป ซึ่งจะเปลี่ยนอัตราการไหลที่ทางออกที่ได้ ด้วยเหตุนี้จึงเป็นสิ่งสําคัญที่จะต้องเปรียบเทียบเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมภายใต้สภาวะเดียวกัน โดยทั่วไปแล้ว (แต่ไม่จําเป็นต้องเป็น) สภาวะอ้างอิงที่กําหนดไว้ในมาตรฐาน ISO1217:2009 ในภาคส่วนหรือภูมิภาคอื่นๆ สามารถใช้สภาวะอ้างอิงที่แตกต่างกันได้

อัตราการไหลอื่นที่มักใช้คืออัตราการไหลปกติ (Nl/s) โดยที่ค่าอ้างอิงอยู่ที่ 0°C, 1 atm และ 0% RH

ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราปริมาตรการไหลสองอัตราคือ q _FAD = q_N × T _FAD / T_N × P_{N /} P _FAD

(โปรดทราบว่าสูตรที่เรียบง่ายด้านบนไม่ได้คํานวณความชื้น)

• qFAD สะท้อนถึงสภาวะการทํางานจริง โดยคํานึงถึงแรงดันและอุณหภูมิที่อากาศออกจากเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม
• qN ให้ค่าอ้างอิงที่เป็นมาตรฐาน ทําให้เปรียบเทียบประสิทธิภาพของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมระหว่างระบบต่างๆ ได้ง่ายขึ้น

วิศวกรและผู้ซื้อในอุตสาหกรรมไว้วางใจ qN ในการเปรียบเทียบมาตรฐาน ในขณะที่ qFAD มีความสําคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบและการทํางานของระบบจริง

แม้ว่าดูเหมือนจะเป็นอัตราการไหลของปริมาตร แต่ FAD สามารถคิดได้ว่าเป็นอัตราการไหลของมวลที่แสดงออกมาในแง่ของปริมาตร เนื่องจากสําหรับสภาวะคงที่ ความหนาแน่นของการไหลของอากาศจะคงที่ ดังนั้นการไหลของมวลจึงคงที่และทราบ

ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงการส่งอากาศอิสระ (FAD):

• FAD ที่ 39l/s สําหรับเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมที่ทํางานที่ 10 bar(e) หมายความว่าอย่างไร
• การเติมถัง 39l ที่แรงดัน 10 bar(e) ใช้เวลานานแค่ไหน?

เราสามารถมองเห็น FAD เป็นอัตราการไหลของมวล มวลรวมของอากาศ 39 ลิตรที่ 10 บาร์(e) หรือ 11 บาร์(a) เท่ากับ 11 เท่าของมวลของอากาศ 39 ลิตรที่สภาวะแวดล้อม เราสามารถเรียกสิ่งที่สองว่าหน่วยมวล สมมติว่าถังบรรจุอากาศแวดล้อมอยู่แล้วในขั้นต้น มี « หน่วยมวล » อยู่ภายในถังแล้ว และเราต้องการเพียง 10 หน่วยเท่านั้น เนื่องจากเราทราบว่าเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมจะส่งมวลหนึ่งหน่วยต่อวินาที เราจึงต้องใช้เวลา 10 วินาทีเพื่อส่งมวลนี้ไปยังถัง

ความแตกต่างระหว่างบาร์(a) และบาร์(e) จะอธิบายไว้ที่นี่

SER คือการวัดประสิทธิภาพ ซึ่งแสดงเป็นปริมาณพลังงานที่จําเป็นในการส่ง FAD 1 ลิตรที่แรงดันที่กําหนด ซึ่งจะให้ค่าในหน่วย Joules/ลิตร (J/l) ตัวอย่างเช่น เครื่องจักรที่ใช้ 35kW เพื่อส่ง 100L/s มี SER เท่ากับ 350J/l

การระบุระบบอากาศอัดของคุณตามการไหลและแรงดัน ไม่ใช่ kW หรือแรงม้า เป็นวิธีที่ดีที่สุดในการจับคู่ประสิทธิภาพกับความต้องการของคุณ ขนาดของเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลมควรตรงกับความต้องการทางธุรกิจของคุณมากกว่าแค่พิกัด kW

มีคําศัพท์ทางเทคนิคมากมายที่ครอบคลุมในบทความนี้ที่เกี่ยวข้องกับการทํางานเชิงกล พลังงาน และการไหล การทําความเข้าใจข้อมูลนี้มีความสําคัญต่อการลงทุนในอุปกรณ์ที่เหมาะสมสําหรับการใช้งานของคุณ หากคุณซื้ออุปกรณ์ที่ใหญ่เกินไปหรือเล็กเกินไป ก็มีความเสี่ยงที่จะไม่มีประสิทธิภาพ

สิ่งสําคัญที่ต้องพิจารณาคือ ต้องใช้แรงเท่าใดในการเคลื่อนย้ายวัตถุเพื่อให้งานที่กําหนดเสร็จสิ้นภายในกรอบเวลาที่กําหนด ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ค่านี้แสดงเป็นการไหลและแรงดัน นอกจากลิตรต่อวินาที (l/s) การไหลจะแสดงเป็นลูกบาศก์ฟุตต่อนาที (cfm) หรือลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง (m3/h) การวัดเหล่านี้ทั้งหมดเกี่ยวข้องกับความเร็ว

แรงดันทั้งสองค่าจะแสดงเป็นบาร์ ที่กล่าวถึงข้างต้น หรือปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) หากคุณต้องเคลื่อนย้ายวัตถุที่มีน้ําหนักมาก คุณจะต้องใช้แรงกดมากขึ้น นอกจากนี้ คุณยังต้องพิจารณาว่าคุณต้องการการส่งอากาศตลอดทั้งวันหรือไม่ และมีข้อกําหนดที่แตกต่างกันสําหรับการใช้งานของคุณหรือไม่ บริบทนี้มีประโยชน์เมื่อพูดถึงการกําหนดขนาดและการเลือกระหว่างเครื่องจักรที่มีความเร็วคงที่และเครื่องจักรที่มีตัวปรับความเร็วรอบมอเตอร์ (VSD) ดูคู่มือของเราเกี่ยวกับการเลือกเครื่องอัดอากาศหรือปั๊มลม