เนื้อหาวันที่ : 2012-02-07 10:29:57 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 21993 views

แรงดัน ความเร็วและอัตราการไหลกับอุปกรณ์ที่ใช้ของไหลเป็นสารทำงาน

อุปกรณ์ทำงานของเครื่องจักรที่ใช้กันอยู่ในโรงงานเกือบทั้งหมดคงจะหนีไม่พ้นอุปกรณ์ที่ใช้ของไหล นั่นก็คือของเหลว และแก๊ส หรือลมเป็นสารตัวกลางในการทำงาน

อาจหาญ ณ นรงค์
ผู้ช่วยผู้จัดการแผนกซ่อมบำรุง
บริษัท โยโกฮาม่า ไทร์ แมนูแฟคเจอริ่ง (ประเทศไทย) จำกัด

          อุปกรณ์ทำงานของเครื่องจักรที่ใช้กันอยู่ในโรงงานเกือบทั้งหมดคงจะหนีไม่พ้นอุปกรณ์ที่ใช้ของไหล นั่นก็คือของเหลว (Liquid) และแก๊ส (Gas) หรือลมเป็นสารตัวกลางในการทำงาน เรามาดูกันว่าสิ่งที่เราต้องการจากเครื่องจักรเครื่องนั้นมันมีตัวแปรอะไรที่เกี่ยวข้องกันบ้างเพื่อที่เราจะสามารถนำมาปรับใช้ให้ตรงกับความต้องการได้อย่างถูกต้อง

ทำความเข้าใจกับสิ่งที่เรียกว่าของไหลก่อน
          ของไหล (Fluid) ถ้าจะทำความเข้าใจง่าย ๆ ก็คือสสารที่มีความเหลวและเปลี่ยนรูปหรือไหลไปได้ตามภาชนะที่บรรจุ แต่ในทางวิศวกรรมของไหลที่เราพูดถึงกันส่วนใหญ่จะแบ่งเป็นสองสถานะ ก็คือน้ำ (Liquid) ซึ่งก็หมายรวมถึงสสารที่เป็นสถานะเป็นน้ำเช่น น้ำมันไฮดรอลิก และอื่น ๆ อีกสถานะหนึ่งของของไหลก็คือสถานะก๊าซ (Gas) ซึ่งประกอบด้วยก๊าซต่าง ๆ แต่ที่ใช้และรู้จักกันมากก็คือลม ในรายละเอียดที่จะนำเสนอต่อไปเราจะขอเรียกของไหลในสถานะก๊าซว่าลม เพราะว่าจะได้เข้าใจและมองภาพออกง่าย

แล้วของไหลมีความสำคัญต่อเครื่องจักรอย่างไร
          ตอนที่ผู้เขียนเรียนจบและมาทำงานเป็นช่างใหม่ ๆ ช่างรุ่นเก่า ๆ เคยพูดว่า “เครื่องจักรแต่ละเครื่องก็ประกอบด้วย ดิน น้ำ ลม ไฟ ถ้าทั้งสี่อย่างมีพร้อมไม่มีอะไรติดขัดเครื่องจักรก็จะสามารถทำงานได้อย่างราบรื่น” ตามคำกล่าวข้างต้นความหมายก็คือ 

          1. ดิน หมายถึงส่วนของเครื่องจักรที่เป็นโลหะ โครงสร้างต่าง ๆ ของเครื่องจักร เพราะแร่ธาตุเหล่านี้มาจากดินความหมาย ก็คือสิ่งที่มีความแข็งแรง  

          2. น้ำ หมายถึงส่วนประกอบของเครื่องจักรที่เป็นน้ำ คือ น้ำมันต่าง ๆ ที่ใช้ในเครื่องจักร เช่น น้ำมันหล่อลื่น น้ำมันไฮดรอลิก น้ำหล่อเย็น เป็นต้น

          3. ลม หมายถึงลมและก๊าซต่าง ๆ ที่จำเป็นต่อเครื่องจักร เช่น ลมที่ใช้กับกระบอกลม ลมที่ใช้ในการระบายความร้อนให้กับเครื่องจักร เป็นต้น 

          4. ไฟ หมายถึงระบบไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของส่วนต่าง ๆ ของเครื่องจักร

          ถ้าหากส่วนประกอบทั้งสี่อย่างของเครื่องจักรพร้อมสมบูรณ์ก็เชื่อแน่ว่าเครื่องจักรเครื่องนั้น ๆ จะทำงานไปได้อย่างราบรื่นไม่มีติดขัดอย่างแน่นอน

น้ำกับลมปัจจัยหลักของเครื่องจักร
          จากข้อความที่ผ่านมาทำให้เราพอจะรู้แล้วว่าของไหล (Fluid) ซึ่งในที่นี้เราจะเรียกว่าน้ำกับลม เพื่อง่ายต่อความเข้าใจ มีความสำคัญกับเครื่องจักรอย่างไร ก็เพราะว่าเครื่องจักรทุกเครื่องจะต้องมีส่วนประกอบที่เป็นน้ำเป็นองค์ประกอบในการทำงาน ลองนึกภาพถึงเครื่องจักรที่คุณรู้จักแล้วทบทวนดูว่าเครื่องจักรเครื่องไหนไม่ใช้สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบในการทำงานบ้าง ผู้เขียนคิดว่าคงจะมีน้อยเครื่องเต็มที

อุปกรณ์หลัก ๆ ในเครื่องจักรที่ใช้ของไหลเป็นสารตัวกลางในการทำงาน
          อุปกรณ์หลัก ๆ ในเครื่องจักรที่ใช้ของไหลเป็นตัวกลางในการทำงานคือ อุปกรณ์ในระบบไฮดรอลิก (Hydraulics) และอุปกรณ์ในระบบนิวเมติก (Pneumatics) ในอุปกรณ์ทั้งสองประเภทนี้มีความเหมือนกันในหลักการทำงาน ระบบการทำงาน

ตลอดจนสัญลักษณ์ต่าง ๆ ในแบบ (Drawing) ของอุปกรณ์และวงจร แต่ต่างกันที่ระบบไฮดรอลิก (Hydraulics) จะใช้น้ำมันไฮดรอลิกตัวกลางในการทำงาน ส่วนในระบบนิวเมติก (Pneumatics) จะใช้ลมเป็นตัวกลางในการทำงาน และต่อไปจะกล่าวถึงความสำพันธ์ของตัวแปรต่าง ๆ ที่มีความสำคัญและเราต้องนำไปใช้งานอยู่เป็นประจำของอุปกรณ์ตัวนี้ 

รูปที่ 1 กระบอกลม อุปกรณ์ที่ใช้ของไหลเป็นตัวกลางในการทำงาน

ความสัมพันธ์ระหว่างแรง (Force, F) พื้นที่ (Area, A) และแรงดัน (Pressure, P)
* แรง (Force) 
          หมายถึงปริมาณที่กระทำต่อวัตถุแล้วทำให้วัตถุเปลี่ยนแปลงจากสภาพเดิม แรงนี้อาจจะสัมผัสกับวัตถุหรือไม่สัมผัสกับวัตถุก็ได้ แรงดึง แรงผลัก และแรงยก แรงพวกนี้กระทำบนพื้นผิวของวัตถุ แต่มีแรงบางชนิด เช่น แรงแม่เหล็ก แรงทางไฟฟ้า และแรงโน้มถ่วงจะไม่กระทำบนผิวของวัตถุ แต่กระทำกับเนื้อของวัตถุทุกตำแหน่ง เช่น น้ำหนักของวัตถุ ก็คือ แรงดึงดูดของโลกที่กระทำกับวัตถุโดยไม่ต้องสัมผัสกับผิวของวัตถุเลย

          แรงจัดเป็นปริมาณเวกเตอร์ เพราะมีทั้งขนาดและทิศทาง หน่วยของแรงในระบบ SI คือ นิวตัน (Newton, N) ถ้าจะพูดกันตามทฤษฎีที่ร่ำเรียนมาจากกฎข้อที่ 2 ของนิวตัน (Newton's Second Law) แรง 1 นิวตัน (N) ก็คือจำนวนแรงที่ทำให้มวล 1 กิโลกรัม (kg) เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 1เมตร /วินาทียกกำลังสอง (1m/s2) แต่แรงเราอาจเรียกเป็นหน่วยอื่น ๆ เช่น กิโลกรัมแรง (kgf) ก็ได้ 

รูปที่ 2 คำนิยามของแรงตามกฎข้อที่2ของนิวตัน

* พื้นที่ (Area, A) 
          คือพื้นที่ที่รับแรงดันของลมหรือน้ำมันไฮดรอลิก ในที่นี้คือพื้นที่หน้าตัดของกระบอกสูบของกระบอกลมหรือกระบอกไฮดรอลิก พื้นที่อาจมีหน่วยตารางหน่วย เช่น เป็นตารางมิลลิเมตร (mm2) ตารางเซนติเมตร (cm2) หรืออาจจะเป็นหน่วยอื่น ๆ ก็ได้แล้วแต่จะแปลงไปใช้หน่วยไหน

* แรงดัน (Pressure, P) 
          คือค่าที่บอกถึงจำนวนแรง (Force, F) หรือน้ำหนัก (Weight, W) ที่กดลงในทิศทางที่ตั้งฉากกับพื้นที่มีหน่วยเป็น แรงต่อพื้นที่ เช่น นิวตันต่อตารางเมตร (N/m2), กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร (kg/cm2), ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (Psi) เป็นต้น

ดังรูปที่ 2A แสดงแผ่นเพลต (Plate) สี่เหลี่ยมจัตุรัส 1 แผ่นแบ่งเป็น 4 ส่วนสี่เหลี่ยมจัตุรัสเท่า ๆ กันคือพื้นที่ A, B, CและD ตามลำดับมีกล่องวางอยู่ข้างบนพื้นที่ต่าง ๆ ดังรูป ถ้าเราให้พื้นที่แต่ละส่วนเท่ากับ 1 ตารางเซนติเมตร (cm2) และให้น้ำหนักของกล่องแต่ละกล่องเท่ากับ1กิโลกรัม ดังนั้นแรงดันของพื้นที่ A จะเท่ากับ 3 kg/cm2, พื้นที่ B แรงดันจะเท่ากับ 2 kg/cm2 และพื้นที่ C แรงดันจะเท่ากับ 1 kg/cm2 ตามลำดับ

รูปที่ 3 คำนิยามของแรงดัน (Pressure)

          ความสัมพันธ์ระหว่างแรง (Force) กับแรงดัน (Pressure) ที่เราจะเห็นได้บ่อยมากในระบบไฮดรอลิก (Hydraulics) และระบบนิวเมติก (Pneumatics) เราจะเห็นได้ในอุปกรณ์ทำงานคือกระบอกสูบ (Cylinder) ซึ่งก็คือกระบอกลมและกระบอกไฮดรอลิก ซึ่งสิ่งที่เราต้องการจากกระบอกสูบเพื่อที่จะนำเอาไปใช้งานก็คือ แรงที่ออกมา และในรายละเอียดต่อไปนี้เราจะกล่าวถึงความสัมพันธ์ต่าง ๆ ของเจ้าอุปกรณ์ตัวนี้

          จากสมการ 
                         ……………………… (1)

          เมื่อ      P คือ แรงดันที่มาจากน้ำมันปั้มไฮดรอลิก หรือแรงดันจากลมในระบบ
                       F คือ แรงที่ได้จากก้านสูบของกระบอกสูบ, และ
                       A คือ พื้นที่หน้าตัดของกระบอกสูบ

          ถ้าเราต้องการให้ได้แรงจากกระบอกสูบมาก ๆ เราจะต้องปรับแรงดันลมให้มากหรือในระบบที่มีแรงดันเท่ากัน กระบอกสูบที่ใหญ่กว่าหรือมีพื้นที่หน้าตัดมากกว่า จะให้แรงออกมามากกว่า

          ตัวอย่างที่ 1 (ให้ดูรูปที่ 4 และรูปที่ 6 ประกอบ) กระบอกลมลูกหนึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 50 มิลลิเมตรทำงานอยู่กับลมในระบบที่แรงดัน 4 kg/cm2 แรงที่ได้จะเป็นดังนี้

          FO = PA = 4 kg/cm2 x  ( x 52) cm2 ซึ่งแรงที่ได้จะเท่ากับ 78  กิโลกรัมแรง (kgf) และถ้าเราเพิ่มแรงดันลมขึ้นไปเป็น 6 kg/cm2 แรงที่ได้ก็จะเพิ่มเป็น 6 kg/cm2 x  ( x 52) cm2 เท่ากับ 118 กิโลกรัมแรง (kgf)  ในขณะที่ถ้าเราเปลี่ยนขนาดของกระบอกลมเป็นเส้นผ่าศูนย์กลาง 100 มิลลิเมตร เราจะได้แรง 314 กิโลกรัมแรง (kgf) ที่แรงดัน 4 kg/cm2 และ 471 กิโลกรัมแรง (kgf) ที่แรงดัน 6 kg/cm2 โดยใช้สูตรการคำนวณสูตรเดียวกัน

รูปที่ 4 รูปประกอบตัวอย่างที่ 1

          จากตัวอย่างข้างต้นทำให้เราพอที่จะเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่าง แรงดัน แรง และขนาดพื้นที่หน้าตัดของกระบอกลมว่ามีความสัมพันธ์กันอย่างไรในการทำงานส่วนมากผู้ที่จะเอาความสัมพันธ์ข้างต้นที่กล่าวมาไปใช้ส่วนมากจะเป็นผู้ที่ออกแบบและสร้างเครื่องจักร 

          ในส่วนของผู้ที่ใช้งานเครื่องจักรถ้าเข้าใจความสัมพันธ์นี้ก็สามารถนำไปปรับแต่งและแก้ไขปัญหาของเครื่องจักรได้ อย่างถูกต้อง เช่นในรูปที่ 5 ถ้าเราจะใช้กระบอกลมยกอะไรสักย่างแล้วเครื่องจักรเครื่องนั้นยังไม่ได้ปรับแต่งมา ถ้าเรารู้ขนาดของน้ำหนักที่จะยกว่ากี่กิโลกรัม รู้ว่าขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของกระบอกลม เราก็จะสามารถคำนวณได้ว่าต้องปรับแรงดันลมประมาณเท่าไหร่ถึงจะยกของที่มีน้ำหนักเท่านั้นได้ 

รูปที่ 5 กระบอกลมที่ประยุกต์ใช้ยกอุปกรณ์ที่มีน้ำหนัก

          อีกอย่างหนึ่งที่เราพึงระลึกไว้สำหรับเรื่องแรงของกระบอกลมและกระบอกไฮดรอลิกก็คือ ในกระบอกแบบธรรมดา แรงด้านหัวกระบอกสูบกับแรงด้านก้านสูบ (Rod) นั้นไม่เท่ากัน เพราะว่าด้านหัวของลูกสูบนั้นพื้นที่รับแรงดันก็คือพื้นที่ทั้งหมดของหัวลูกสูบ Aหัวลูกสูบ =  แต่ในด้านก้านสูบพื้นที่ที่รับแรงดันคือพื้นที่วงแหวนระหว่างขนาดของหัวลูกสูบกับก้านสูบดังรูปที่ 6 

          Aด้านก้านสูบ = โดยที่ D คือเส้นผ่าศูนย์กลางของกระบอกสูบ, d คือเส้นผ่าศูนย์กลางของก้านสูบ จากตัวอย่างที่ 1 ถ้าก้านสูบมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 20 มิลลิเมตร ที่แรงดัน 4 kg/cm2 เราจะได้แรงทางด้านก้านสูบ 

          Fi = 4 kg/cm2x cm2 เท่ากับ 66 กิโลกรัมแรง และที่แรงดัน 6 kg/cm2 เราจะได้แรงที่ด้านก้านสูบ 99 kgf
          *(FO คือแรงที่เกิดจากแรงดันด้านหัวลูกสูบ, Fi คือแรงที่เกิดจากแรงดันด้านก้านสูบ)
       
          ซึ่งความแตกต่างระหว่างสองด้านของลูกสูบที่ความแตกต่างเท่านี้คือ 16 เปอร์เซ็นต์สำหรับแรงที่ได้จากกระบอกสูบตัวนี้ เพราะฉะนั้นในการออกแบบและการปรับแต่งเราต้องรู้ว่าเราจะเอาแรงจากด้านไหนของกระบอกสูบไปใช้เพื่อที่จะสามารถเลือกคำนวณหาแรงดันที่จะต้องใช้ได้อย่างถูกต้อง

รูปที่ 6 แสดงแรงที่ได้จากก้านสูบด้านเข้าและออกของการเคลื่อนที่ของลูกสูบ

ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลและความเร็ว (Flow Rate and Velocity)
          ความเร็ว (Velocity) คือการเคลื่อนที่เป็นระยะทางเทียบกับเวลา เช่น น้ำไหลในท่อด้วยความเร็ว 2 เมตรต่อวินาที (m/s) หรือรถวิ่งด้วยความเร็ว 120 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (km/hr) แต่ในที่นี้จะกล่าวถึงความเร็วของลูกสูบของกระบอกไฮดรอลิกและกระบอกลม

          อัตราการไหล (Flow Rate) คืออัตราการเคลื่อนที่ของจำนวนของไหลเทียบกับเวลา อัตราการไหลมีสองอย่างที่สำคัญ คือ

          - อัตราการไหลเชิงมวล (Mass Flow Rate,) คืออัตราการเคลื่อนที่ของของไหลโดยวัดเป็นมวลหรือน้ำหนักของของไหลเทียบกับเวลา เช่น น้ำไหลด้วยอัตรา 10 กิโลกรัมต่อวินาที (kg/s) อัตราการไหลนี้ส่วนมากจะใช้ในการคำนวณเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อนของของไหล

          - อัตราการไหลเชิงปริมาตร (Volume Flow Rate, Q) คืออัตราการเคลื่อนที่ของของไหลโดยวัดเป็นปริมาตรเทียบกับเวลา เช่น น้ำไหลด้วยความเร็ว 2 ลิตรต่อวินาที (Lire/sec)

          ถ้าเราพิจารณาการเคลื่อนที่เข้าออกของกระบอกลมหรือกระบอกไฮดรอลิกเราจะพบความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วในการเคลื่อนที่กับอัตราการไหลดังนี้
          จากสมการ Q = AV ………. (2)
          โดยที่  Q คือ อัตราการไหลโดยปริมาตร (ลิตร/วินาที)
                       A คือ พื้นที่ของลูกสูบ (ตารางเซนติเมตร)
                       V คือ ความเร็วในการเคลื่อนที่ของลูกสูบ (เซนติเมตรต่อวินาที)  

รูปที่ 7 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตร (Volume) และอัตราการไหล (Flow)

          เพื่อความเข้าใจเรื่องอัตราการไหลให้ดูรูปที่ 7 ในรูปแสดงถังสองถังคือถัง A ซึ่งมีปริมาตร 10 ลิตร และถัง B มีปริมาตร 5 ลิตร จากรูปถ้าเราปล่อยน้ำซึ่งมีอัตราการไหล 5 ลิตรต่อนาทีเข้าสู่ถังทั้งสองพร้อม ๆ กันเราจะเห็นว่าถัง A จะใช้เวลาเท่ากับ 2 นาทีน้ำถึงจะเต็มถัง ส่วนถัง B จะใช้เวลาเท่ากับ1นาทีเท่านั้น เราจึงสรุปและเปรียบเทียบกับกระบอกสูบได้ว่าในกรณีที่อัตราการไหลเท่ากันกระบอกสูบที่มีขนาดใหญ่จะเลื่อนที่เข้าออกช้ากว่ากระบอกสูบที่มีขนาดเล็กกว่า

          ตัวอย่างที่ 2 กระบอกไฮดรอลิก ลูกหนึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 100 มิลลิเมตร และเส้นผ่าศูนย์กลางของก้านสูบ 40 มิลลิเมตร ทำงานอยู่ในระบบไฮดรอลิกที่แรงดัน 170 kg/cm2 ด้วยอัตราการไหลของน้ำมันไฮดรอลิก ที่ 60 ลิตรต่อนาที (Liter/Min) จงหาแรงและความเร็วที่เกิดขึ้นในจังหวะเข้าและออกของลูกสูบลูกนี้

          *(สาเหตุที่ยกตัวอย่างในระบบไฮดรอลิกเพราะจะมองภาพออกง่ายกว่าเพราะในระบบนี้ส่วนใหญ่ที่ปั้มจะบอกอัตราการไหลเอาไว้ แต่ในระบบลมไม่มีเพราะจะใช้ลมจากเครื่องอัดลมและแรงดันในระบบลมจะน้อยกว่าระบบไฮดรอลิก แต่แนวคิดต่าง ๆ ในการคำนวณจะเหมือนกัน)

          จากตัวอย่างในจังหวะลูกสูบเคลื่อนที่ออกแรงที่เกิดขึ้นจะเท่ากับแรงดันคูณกับพื้นที่หน้าตัดของลูกสูบ

         

รูปที่ 8 แสดงความแตกต่างของปริมาตรของลูกสูบด้านหัวลูกสูบและด้านก้านสูบ (ตามตัวอย่างที่ 2)

          เราจะเห็นได้ว่าในตอนที่ลูกสูบเคลื่อนที่ออกแรงที่เกิดขึ้นจะมากกว่าเพราะว่าพื้นที่ของลูกคือพื้นที่หน้าตัดทั้งหมด แต่ความเร็วของลูกสูบจะน้อยก็เพราะเมื่อพื้นที่หน้าตัดที่มากกว่าในระยะชักเท่ากันก็จะทำให้ปริมาตรมากกว่านั่นเองดังรูปที่ 8 ในจังหวะที่ลูกสูบเคลื่อนที่เข้าแรงที่เกิดขึ้นจะน้อยเพราะพื้นที่ลูกสูบจะน้อยกว่าเนื่องจากพื้นที่ลูกสูบที่ทำให้เกิดแรงคือเส้นผ่าศูนย์กลางของหัวลูกสูบ, (D) ลบด้วยเส้นผ่าศูนย์กลางของก้านสูบ, (d) ส่วนความเร็วที่มากก็มาจากพื้นที่หน้าตัดที่น้อยกว่าทำให้มีปริมาตรน้อยกว่านั่นเอง

การควบคุมความเร็วและแรงของกระบอกสูบ
* การคุมความเร็ว (Speed Control)
          การควบคุมความเร็วของกระบอกลมจะใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า Speed Control ดังแสดงในรูปที่ 9  ซึ่งอุปกรณ์ชนิดนี้ทำงานโดยการควบคุมอัตราการไหลของสารตัวกลางที่ใช้ในระบบนั้น ๆ ในที่นี้คือลม เมื่อเราต้องการที่จะให้ลูกสูบเคลื่อนที่เร็วเราก็ปรับอัตราการไหลให้มากและถ้าเราต้องการให้ลูกสูบเคลื่อนที่ช้าเราก็ปรับอัตราการไหลให้น้อย

โดยทั่วไปแล้ว Speed Control มี 2 ชนิดดังรูปที่ 9 คือชนิดที่ควบคุมอัตราการไหลทางด้านออก (Meter Out Speed Control) และชนิดที่ควบคุมอัตราการไหลทางด้านขาเข้า (Meter in Speed Control) แต่ที่ใช้กันมากจะเป็นแบบแรกคือชนิดที่ควบคุมอัตราการไหลทางด้านออก (Meter out Speed Control) ดังวงจรลมตามรูปที่ 10

รูปที่ 9 Speed Control ที่ใช้ในระบบลม และสัญลักษณ์

* ทำไมในการควบคุมอัตราการไหลจึงต้องควบคุมที่ด้านออก
          เพราะว่าในการทำงานของลูกสูบนั้น ในจังหวะที่อัดลมเข้ากระบอกสูบ (Air Cylinder) สิ่งที่เราต้องการคือต้องการให้ลมเข้าให้เต็มช่องว่างของกระบอกลมให้เร็วที่สุดและลูกสูบเริ่มเคลื่อนที่เร็วที่สุด เพราะถ้าลมเข้าช้า แรงดันในกระบอกสูบก็จะเพิ่มขึ้นช้าด้วย

เมื่อแรงดันเพิ่มช้าแรงที่ได้ก็จะเพิ่มขึ้นช้าตามไปด้วยและทำให้เกิดจังหวะ Delay ของการเคลื่อนที่ของลูกสูบในการทำงาน จากรูปที่ 10 เราจะเห็นว่าในวงจรติดตั้ง Speed Control แบบควบคุมที่ทางออก (Meter Out Speed Control)

เมื่อลมผ่านตรง Speed Control เพื่ออัดเข้ากระบอกลมตรงทางเข้า ลมก็จะผ่านเข้ามาทางลิ้นกันกลับ (Check Valve) เข้ากระบอกลมได้โดยตรงแทนที่จะผ่านตัวปรับอัตราการไหล อีกด้านหนึ่งที่ลูกสูบเคลื่อนที่ออก ลมก็จะผ่านออกได้เฉพาะทางตัวปรับอัตราการไหล ดังนั้นในการติดตั้งและเปลี่ยน Speed Control เราควรที่จะตรวจสอบชนิดของของเดิมที่ติดตั้งอยู่และรูปแบบของการทำงานของลูกสูบก่อนที่จะทำการเปลี่ยนด้วย

รูปที่ 10 การติดตั้ง Speed Control ในวงจรลม

การควบคุมแรงดันของกระบอกลม
          การปรับแรงดันของกระบอกลมก็เพื่อให้ได้แรงที่ออกมาจากก้านสูบให้เหมาะสมกับการใช้งานดังที่กล่าวมาแล้วในช่วงแรก ถ้าเราต้องการจะได้แรงจากกระบอกสูบมาก ๆ เราก็ปรับแรงดันให้มาก แต่ถ้าเราต้องการแรงน้อยเราก็ปรับแรงดันให้น้อย การปรับแรงดันเราก็สามารถทำผ่านตัวปรับแรงดัน (Regulator)

ส่วนในการคำนวณนั้นเราก็ใช้วิธีการตามที่กล่าวมาในข้างต้น บางทีเราอาจปรับแรงดันไปทดสอบไปว่าปรับแรงดันแค่ไหนถึงจะได้แรงออกมาจากกระบอกสูบเพียงพอกับความต้องการของเราก็ได้ในกรณีที่งานนั้นไม่ต้องการความละเอียดมากนัก 

รูปที่ 11 Regulator ตัวปรับแรงดันลม

          จากวิธีการคำนวณข้างต้นเป็นการคำนวณคร่าว ๆ ทางทฤษฎีแต่ในการใช้งานอุปกรณ์เหล่านี้จริง ๆ แล้วจะมีตัวแปรหลายอย่างที่ทำให้ความเร็วและแรงที่เกิดจากกกระบอกสูบลดลงกว่าค่าที่ได้จากการคำนวณ เช่น ความเสียดทานของลูกสูบกับกระบอกสูบ

การรั่วซึมของโอริงและอุปกรณ์ที่ใช้ซีลที่เกิดขึ้นภายในกระบอกสูบก็จะทำให้แรงและความเร็วที่ได้ลดลง และอีกอย่างหนึ่งคือภาระ (Load) ที่กระบอกสูบรับเช่นถ้าแรงที่กระบอกสูบต้องยกมีมาก ก็จะทำให้การเคลื่อนที่ของลูกสูบช้าบ้าง ดังนั้นนอกจากการคำนวณจากทางทฤษฎีแล้วเราก็ต้องหมั่นตรวจสอบสภาพการทำงานและของอุปกรณ์เหล่านี้ด้วย 

สรุป
          ในเรื่องของรายละเอียดความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันของระบบ อัตราการไหล และความเร็วในการเคลื่อนที่ของกระบอกลมหรือกระบอกไฮดรอลิกนั้นถ้าเรามีความเข้าใจ และทำการปรับตั้งอย่างถูกต้องก็จะช่วยให้ระบบและเครื่องจักรทำงานอย่างราบรื่น ลดการกระแทก ลดการรับภาระ (Load) ที่ไม่จำเป็นและจะส่งผลให้อายุการใช้งานของชื้นส่วนต่าง ๆ เช่น ก้านสูบและซีลมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น นอกจากนั้นการลดแรงดันของลมอัดที่ใช้งานยังจะส่งผลต่อการประหยัดพลังงานอีกด้วย

          ผู้เขียนหวังว่าจากบทความข้างต้นที่กล่าวมาคงจะทำให้ผู้อ่านมีความเข้าใจเพิ่มขึ้นบ้างไม่มากก็น้อยและสามารถนำความรู้ดังกล่าวไปประยุกต์ใช้กับงานที่อยู่ในความรับผิดชอบได้อย่างถูกต้องต่อไป

เอกสารอ้างอิง
          [1] Pneumatic actuator for motion and control, Training sheet, NORGREN Ltd.
          [2] “MARKS’ Standard Handbook for Mechanical Engineer”, 11th Edition, Mc GrawHill, New York, 2007

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด