ปั้มน้ำไม่ใช้ไฟฟ้า

ปั๊มน้ำที่ไม่ต้องใช้ไฟฟ้า

Hydraulic Ram Pump เป็นปั๊มน้ำที่ราคาไม่แพง สร้างและติดตั้งง่ายสามารถทำได้เอง ไม่ต้องการเชื้อเพลิงหรือไฟฟ้าในการทำงาน ต้องการการซ่อมบำรุงเพียงเล็กน้อย มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวน้อย ไม่สร้างมลภาวะและทำงานตลอด 24 ชั่วโมงต่อวัน จากข้อดีดังกล่าวมาข้างต้น บทความนี้จึงมีความประสงค์จะนำเสนอข้อมูลต่างๆ เกี่ยวกับ Hydraulic Ram Pump ในด้านของประวัติความเป็นมา หลักการทำงาน การคำนวณหาประสิทธิภาพ และคำแนะนำ Hydraulic Ram Pump ไปประยุกต์ใช้งาน ให้เหมาะกับสภาพการทำงานตามที่ต้องการ

Hydraulic Ram Pump

ความเป็นมาของปั๊ม

Hydraulic Ram Pump มีชื่อเรียกอื่นๆ อีก เช่น เครื่องตะบันน้ำ ซึ่งเป็นปั๊มน้ำที่ทำงานได้โดยอาศัยกำลังงานจากการไหลของน้ำ ปั๊มชนิดนี้เหมาะสำหรับแหล่งน้ำที่มีการไหลด้วยอัตราการไหลสูง แต่ความดันต่ำและจะปั๊มน้ำบางส่วน (อัตราการไหลต่ำ) ให้ขึ้นไปยังที่สูง ๆ ได้

ในปี ค.ศ. 1772 ชาวอังกฤษชื่อ John Whitehurst ได้ชื่อว่าเป็นผู้ประดิษฐ์คิดค้นปั๊มน้ำชนิดที่ไม่สามารถทำงานได้ด้วยตัวเอง (non-self-acting ram pump) แต่ต่อมาในปี ค.ศ. 1793 พี่น้อง Montgolfier ชาวฝรั่งเศส ได้เพิ่มวาล์วให้กับปั๊มน้ำทำให้ปั๊มสามารถทำงานได้ด้วยตัวเอง (self-acting ram pump) นั่นคือทำให้ปั๊มน้ำชนิดนี้เป็นเครื่องจักรที่ทำงานได้นิรันดร์ ตราบเท่าที่มีแหล่งน้ำสำหรับจ่ายให้กับปั๊มอย่างสม่ำเสมอ (เป็นการเปรียบเทียบ)

ก่อนปี ค.ศ. 1840 Hydraulic Ram Pump ที่ใช้งานในสหรัฐเป็นการนำเข้ามาจากทวีปยุโรป ต่อมาในปี ค.ศ. 1843 H.H. Strawbrigde แห่ง Louisiana เป็นผู้ที่ได้เริ่มจำหน่ายปั๊มที่ผลิตขึ้นเองในสหรัฐ แต่ในตอนแรกปั๊มยังทำด้วยไม้ซึ่งก่อให้เกิดปัญหา คือ การระเบิดเนื่องจากการทำงานของปั๊มน้ำชนิดนี้จะเกี่ยวข้องกับความดันค่อนที่ข้างสูง จึงทำให้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจนต่อมามีการผลิตปั๊มน้ำที่ทำขึ้นมาจากเหล็กหล่อ

การออกแบบในยุคแรก

การออกแบบในยุคแรก ปั๊มน้ำชนิดนี้ในตอนแรกเริ่มมีลักษณะดังแสดงในรูปที่ 2 จะมีท่อส่งน้ำต่อกับท่อที่มีขนาดใหญ่กว่าซึ่งจะเป็นบริเวณที่ใช้สำหรับสร้างความดันที่ปลายของท่อ เจาะช่องบางส่วนสามารถทำให้น้ำไหลทิ้งออกไปได้ ในท่อขนาดใหญ่กว่านี้บรรจุด้วยลูกบอลเหล็ก 1 ลูก ซึ่งจะต้องมีขนาดที่ปิดได้พอดีกับช่องเจาะสำหรับปล่อยน้ำทิ้งที่ปลายท่อ ลูกบอลเหล็กจะเคลื่อนที่ขึ้นลงตามจังหวะการทำงานของปั๊มน้ำ

รูปที่ 2 Hydraulic Ram Pump ของ Montagolfier

การออกแบบในยุคใหม่ Hydraulic Ram Pump ในปัจจุบันมีความแตกต่างกับเมื่อครั้งเริ่มประดิษฐ์คิดค้น โดย Montagolfier คือ จะแทนที่ลูกบอลเหล็กด้วยวาล์วดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 ลักษณะปั๊มที่มีการใช้งานในปัจจุบัน

หลักการทำงาน

หลักการทำงาน

ดังในรูปที่ 4 ด้านล่างเป็นลักษณะการติดตั้งและส่วนประกอบที่สำคัญของ Hydraulic Ram Pump

รูปที่ 4 การติดตั้งและส่วนประกอบสำคัญของ Hydraulic Ram Pump

Hydraulic Ram Pump เป็นปั๊มที่ทำงานได้เองโดยอัตโนมัติ เพียงแต่ในตอนเริ่มต้นจะต้องกระตุ้นให้ Waste Valve ทำงานเสียก่อน การทำงานของปั๊มน้ำอาศัยปรากฏการณ์อย่างหนึ่งที่เรียกว่า Water Hammer ในการทำให้เกิดการส่งน้ำขึ้นไปตามท่อส่งสู่ถังเก็บตามที่ต้องการได้

การทำงานจะเริ่มจากน้ำจากแหล่งจ่ายซึ่งอาจเป็นลำธารน้ำ น้ำตก ไหลเข้ามาทางท่อด้านเข้า ในตอนเริ่มต้นวาล์วน้ำล้น (Waste Valve) เปิด และวาล์วส่ง (Delivery Valve) ปิดทำให้น้ำที่ไหลเข้ามาไหลออกทางวาล์วน้ำล้น การเริ่มตันทำงานของปั๊มจะเริ่มจากการที่เราต้องกระตุ้นวาล์วน้ำล้นให้เกิดการปิดเปิดเป็นจังหวะ หลังจากนั้นปั๊มน้ำจะเริ่มต้นทำงานได้ด้วยตัวเองไปเรื่อย ๆ โดยลำดับขั้นตอนการทำงานของปั๊มน้ำ ประกอบไปด้วย 4 ขั้นตอน ดังนี้

ขั้นตอนการทำงาน

ขั้นตอนที่ 1

รูปที่ 5

น้ำที่ไหลจากแหล่งจ่ายไหลเข้ามาทางท่อ (drive pipe) เข้าสู่ ram pump ผ่านจุด A และไหลออกทางวาล์วน้ำล้น B ในขณะที่เช็ควาล์วที่จุด C ยังคงปิดอยู่ด้วยความดันของน้ำที่ยังคงเหลือค้างอยู่ในถัง D อากาศในถังยังไม่ถูกอัด และน้ำยังไม่มีการไหลออกจากถังผ่านท่อส่ง E

ขั้นตอนที่ 2

รูปที่ 6

น้ำไหลเข้า ram pump โดยผ่านจุด A เมื่อความเร็วของน้ำเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งสามารถปิดวาล์วน้ำ B อย่างทันทีทันใด ทำให้น้ำบริเวณดังกล่าวเกิดความดันขึ้นสูงอย่างรวดเร็ว (ปรากฏการณ์ Water Hammer) เกิดแรงดันทำให้เช็ควาล์ว C เปิด ยอมให้น้ำบางส่วนไหลเข้าไปสู่ถัง D อากาศที่อยู่ภายในถัง D เกิดการอัดตัวและดันให้น้ำไหลออกจากถัง D สู่ท่อส่ง E

ขั้นตอนที่ 3

รูปที่ 7

ในชั่วขณะภายหลังการทำงานในขั้นตอนที่ 2 จะยังคงมีน้ำไหลออกจากท่อส่งอันเนื่องมาจากการขยายตัวของอากาศภายในถัง D วาล์วน้ำล้น B และเช็ควาล์ว C ปิด

ขั้นตอนที่ 4

รูปที่ 8

เมื่อความดันน้ำภายในบริเวณ A ลดต่ำลง วาล์วน้ำล้น B จะตกลงมาด้วยน้ำหนักของตัวเอง (หรืออาจจะใช้สปริงเสริมด้านบนเพื่อเพิ่มแรงดันให้วาล์วน้ำล้นเปิดตัวเองได้เร็วขึ้น) น้ำที่ไหลเข้ามาจะค่อย ๆ ไหลออกทางวาล์วน้ำล้น B ไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งความเร็วในการไหลของน้ำมากพอที่จะปิดวาล์วน้ำล้นก็จะเกิดปรากฏการณ์ Water Hammer ทำให้น้ำมีความดันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และเริ่มทำงานวนรอบวัฏจักรเดิม โดยจะเริ่มวัฏจักรใหม่ทุก ๆ ประมาณ 2 วินาที