Water hammer และ Cavitation ในระบบปั๊มน้ำคืออะไรมีวิธีป้องกันอย่างไร

Water hammer และ Cavitation ในระบบปั๊มน้ำคืออะไรมีวิธีป้องกันอย่างไร

 ในระบบปั๊มน้ำ ปัญหาเรื่อง Water hammer และ Cavitation เป็นเรื่องที่มักจะเกิดขึ้นอย่างไม่คาดคิด และมีผลกระทบที่สำคัญต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของรปั๊มน้ำโดยตรง ในบทนี้เราจะมาศึกษาเกี่ยวกับ water hammer และ cavitation ว่ามันคืออะไร และมีวิธีการป้องกันอย่างไร เพื่อเข้าใจถึงการจัดการและปรับปรุงระบบปั๊มน้ำให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นในการใช้งานทุกระยะเวลาตามที่ต้องการ ดังนั้น ขอเริ่มต้นการศึกษาเรื่องนี้ด้วยความเข้าใจเกี่ยวกับธรรมชาติและผลกระทบของ water hammer และ cavitation ในระบบ

ปั๊มน้ำกันได้เลยWater hammer และ Cavitation คืออะไร?

Water Hammer หรือ ค้อนน้ำ (hydraulic shock) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในระบบท่อน้ำเมื่อมีการหยุดหรือเปลี่ยนทิศทางการไหลของน้ำอย่างรวดเร็ว สาเหตุเกิดจากการสร้างความดันของน้ำที่เกิดขึ้นเมื่อน้ำหยุดไหลโดยฉับพลัน ส่งผลให้เกิดคลื่นกระแทกแรงดันสูงและอาจทำให้เกิดความเสียหายในระบบท่อในอนาคตได้ อาจะมาจากการเปิดหรือปิดเครื่องปั๊มน้ำอย่างกะทันหันการออกแบบท่อน้ำที่ไม่เหมาะสมหรือขาดความยืดหยุ่นนั่นเอง

Cavitation หรือ การเกิดโพรงอากาศ เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากความดันลดลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งอาจเกิดจากการปิดวาล์วน้ำอย่างเฉียบพลันหรือการเปลี่ยนทิศทางการไหลของน้ำอย่างกะทันหัน ทำให้เกิดช่องว่างหรือฟองในของเหลวที่จะยุบตัวอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดคลื่นกระแทกภายในระบบท่อส่งผลเสียต่อเครื่องปั๊มน้ำโดยตรงเพราะอาจทำให้เกิดการสะสมความดันและความร้อนภายในปั๊ม ส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อส่วนอุปกรณ์และโครงสร้างภายในปั๊มได้

สาเหตุการเกิด Water hammer และ Cavitation

สาเหตุการเกิด Water Hammer (วอเตอร์แฮมเมอร์) และ Cavitation (คาวิเตชั่น) ได้แก่

Water Hammer (วอเตอร์แฮมเมอร์)

สาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดวอเตอร์แฮมเมอร์คือการเปลี่ยนแปลงความเร็วของการไหลในท่ออย่างกะทันหัน เช่น ปิดประตูน้ำ (Gate Valve) อย่างกระทันหัน เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความเร็วในลักษณะดังกล่าว โมเมนตัมของของเหลว (โมเมนตัม = ปริมาณการเคลื่อนที่ของวัตถุ) จะถูกเปลี่ยนไปกลายเป็นแรงกระแทกบนประตูน้ำ (Gate Valve) และผนังของท่อและสร้างความเสียหาย

Cavitation (คาวิเตชั่น)

สาเหตุของ Cavitation คือการเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ำกลายเป็นไอ เนื่องมาจากความดัน เมื่อความดันสถิตเฉพาะมีค่าต่ำกว่าความดันที่อุณหภูมินั้นๆ น้ำจะเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นไอ และเกิดเป็นฟองสูญญากาศ โดยจะแบ่งออกเป็น 3 stage ได้แก่

Primary Cavitation Stages ในขั้นนี้ Cavitation เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ำจากของเหลวเป็นไอ เนื่องจากความดันสถิตที่ต่ำกว่าความดันที่อุณหภูมินั้นๆ

Secondary Cavitation Stages ขั้นนี้ Cavitation เกิดขึ้นจากการขยายตัวของฟองสุญญากาศที่สร้างขึ้นในขั้นก่อนหน้า

Tertiary Cavitation Stages ขั้นนี้ Cavitation เกิดขึ้นจากการสลายตัวของฟองสุญญากาศที่สร้างขึ้นในขั้นก่อนหน้าโดยจะเป็นการสลายแบบยุบตัวหรือที่เรียกว่า (Implosion) สร้างความเสียหายต่อระบบปั๊มน้ำและท่อ

สัญญาณการเกิดขึ้นของ Water Hammer และ Cavitation ได้แก่

Water Hammer

เสียงดัง เสียงดังที่เกิดขึ้นในท่อขณะปิดวาล์วอย่างรวดเร็ว ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงความเร็วของน้ำอย่างฉับพลัน

แรงสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนของท่อที่เกิดขึ้นเนื่องจากแรงดันที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งอาจส่งผลให้ท่อและอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่ภายในเสียหายได้

 ความเสียหาย ความเสียหายที่เกิดขึ้นในระบบท่อและอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่ภายใน เช่น ความเสียหายที่เกิดขึ้นในข้อต่อ รอยเชื่อม ข้องอ ข้อแยก และอุปกรณ์วัดค่าต่างๆ เกิดการชำรุด รั่วไหล เป็นต้นซึ่งต้องการการซ่อมแซมอย่างรวดเร็ว

Cavitation

เสียงดังเป็นจังหวะ เสียงดังที่เกิดขึ้นในท่อขณะน้ำเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นไอ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการเกิด Cavitation

แรงสั่นสะเทือนเป็นระรอก สั่นสะเทือนของท่อที่เกิดขึ้นเนื่องจากแรงดันที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วจาก Water Hammer ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดเป็น Cavitation ตามมาอีกได้ในกรณีที่เกิดความร้อนสะสมภายในท่อจากแรงดันที่มากเกินไป

ความเสียหาย ความเสียหายที่เกิดขึ้นในระบบท่อและอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่ภายใน เช่น ความเสียหายที่เกิดขึ้นในปั๊มน้ำเช่น ใบพัด ห้องสูบ ระบบท่อ วาล์ว และอุปกรณ์อื่นที่ต่อพ่วงชำรุด หรือเกิดแรงดันตกเป็นต้น

ความเสียหายที่เกิดจาก Water hammer และ Cavitation ในระบบปั๊มน้ำ

Water hammer และ Cavitation เป็นปัญหาที่สามารถก่อให้เกิดความเสียหายในระบบปั๊มน้ำได้เช่นกัน ซึ่งอาจทำให้เกิดแรงกระแทกของน้ำที่มีพลังมากไปยังระบบท่อ ทำให้ท่อ ข้อต่อ หรืออุปกรณ์ในระบบประสบความเสียหายได้เช่น

ข้อต่อท่อน้ำเสียหาย ความแข็งแรงของข้อต่อ รอยเชื่อม ข้องอ และข้อแยก อาจถูกทำให้เสียหายหรือเสื่อมสภาพได้เร็วขึ้น

การซึมหรือรั่วไหลของน้ำ  Water hammer และ Cavitation อาจทำให้เกิด Leaks หรือการรั่วไหลซึ่งอาจจะสะสมและเพิ่มความรุนแรงไปเรื่อยๆ ทำให้ท่อหรือปั๊มน้ำชำรุดแตกออกได้เพราะแรงดันของน้ำที่เป็นตัวเร่ง

ความเสียหายกับตัวปั๊มน้ำ เป็นไปได้ว่าจะส่งผลต่อการเสื่อมสภาพของวาล์ว ปั๊มหอยโข่ง และอุปกรณ์อื่นๆที่เกี่ยวข้องในระบบ รวมถึงการสึกกร่อนของผนังท่ออย่างรวดเร็ว ซึ่งส่งผลต่ออายุการใช้งานและประสิทธิภาพของระบบน้ำโดยรวมได้

อุบัติเหตุ หากไม่ได้ป้องกันอาจะเกิดอันตรายต่อผู้ใช้งานได้เพราะหากเกิด Water hammer และ Cavitation โดยเฉพาะ Cavitation stage 2 ที่ฟองอากาศจะยุบตัวระเบิดเข้าหากัน (Implosion) ทำให้เกิดความเสียหายต่อระบบท่อ ปั๊มน้ำ โดยตรงและทำให้เกิดการหน่วงของน้ำในระบบท่อได้

การป้องกันการเกิด Water hammer และ Cavitation เบื้องต้น

สองปรากฏการณ์ที่คุกคามระบบท่อ ก่อให้เกิดเสียงดัง แรงสั่นสะเทือน ความเสียหาย   และลดประสิทธิภาพการทำงานเราจะมาแนะนำวิธีป้องกันเบื้องต้นกันลองไปดูว่ามีอะไรบ้างที่คุณสามารถทำได้

ลดความเร็วของการไหล จากการปิดประตูน้ำ (Gate Valve) อย่างกระทันหัน หรือการเปลี่ยนแปลงความเร็วของการไหลในท่ออย่างกะทันหันอาจะทำให้เกิด Water hammer และ Cavitation ขึ้น ดังนี้ควรลดความเร็วลงอย่างช้าๆเพื่อลดโมเมนตัมของของเหลวที่อาจเปลี่ยนไปกลายเป็นแรงกระแทกบนประตูน้ำและผนังของท่อ

ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกัน เช่น Pressure Relief Valve, Air Chamber, Air Inlet-Relief Valve, Surge Suppressor, และ Surge Tank สามารถช่วยลดความเสียหายจากการเกิด Water Hammer ได้โดยจะลดความรุนแรงของแรงดันป้องกันอันตรายจากความดันในระบบที่สูงเกินไป และระบายอากาศจากท่อ

ปิดการจ่ายน้ำลงทีละน้อย ในกรณีที่ต้นกำลังเป็นมอเตอร์ที่มีการหมุนรอบคงที่ ควรปิดประตูด้านจ่ายน้ำลงทีละน้อยเพื่อลดโอกาสของ Water Hammerได้

ตรวจสอบและบำรุงรักษาระบบท่อ การตรวจสอบและบำรุงรักษาระบบท่ออย่างสม่ำเสมอจะช่วยป้องกันการเกิด Water Hammer โดยตรวจสอบความแข็งแรงของท่อและอุปกรณ์ รวมทั้งทำความสะอาดและเปลี่ยนส่วนประกอบที่เสียหาย

ใช้ Air Chamber Air Chamber เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยลดแรงกระแทกที่เกิดจากน้ำภายในท่อ โดยมีลักษณะเป็นตัวถังบรรจุอากาศเข้ากับหลังท่อส่งน้ำ ทำหน้าที่ลดความรุนแรงเมื่อความดันเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน

เคล็ดลับการบำรุงรักษาปั๊มน้ำและระบบท่อเบื้องต้น

      ก่อนอื่นๆต้องเริ่มจากการติดตั้งที่ถูกต้อง การติดตั้งปั๊มน้ำตามคำแนะนำของผู้ผลิตเป็นสิ่งจำเป็น เพราะหากติดตั้งไม่ถูกต้อง อาจทำให้เกิดปัญหาและปั๊มทำงานล้มเหลว การใช้ปั๊มที่มีคุณภาพต่ำอาจเป็นสาเหตุให้เกิดปัญหาต่างๆ รวมถึงปัญหาการขัดข้องของปั๊มได้ ดังนั้นคุณควรเลือกจัดหาปั๊มจากผู้ผลิตที่เชื่อถือได้เสมอ เพื่อป้องกันปัญหาและให้คุณภาพการทำงานของปั๊มมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ 

สรุป

การออกแบบและติดตั้งท่อและระบบท่อน้ำรวมถึงปั๊มน้ำอย่างถูกต้องรวมถึง เลือกใช้ปั๊มน้ำและอุปกรณ์ที่เหมาะสม ติดตั้งตัวควบคุมแรงดันในระบบ  เหล่านี้ล้วนเป็นวิธีง่ายๆ ที่สามารถทำการป้องกันการเกิด Water Hammer และ Cavitation ช่วยให้ระบบท่อน้ำทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและยาวนาน ทั้งนี้ข้อควรระวังอีกอย่างคือการทำงานของผู้ใช้ที่ต้องคำนึงถึงเรื่องนี้ด้วยควรปฏิบัติตามคำแนะนำและคู่มือใช้งานปั๊มน้ำเพื่อไม่ให้เกิดอันตรายต่อตัวปั๊มน้ำเองและตัวผู้ใช้งานอีกด้วย

      ปั๊มน้ำจำเป็นต้องได้รับการบำรุงรักษาและซ่อมแซมอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้องช่วยลดความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากการสะสมสิ่งสกปรก หรือปัญหาอื่นๆ ที่อาจเกิดขึ้นได้ในระบบปั๊มน้ำ เพราะชิ้นส่วนในปั๊มจะเสื่อมสภาพตามกาลเวลาและจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่ หากไม่ได้เปลี่ยนตามกำหนดเวลาของผู้ผลิตปั๊ม จะทำให้ปั๊มชำรุดได้โดยไม่คาดคิดและเป็นหนึ่งในสาเหตุการเกิด Water hammer และ Cavitation ขึ้นด้วยนั่นเอง