นิวแมติกส์ บทที่ 1

บทที่ 1การศกึ ษาหลกั การเบอื้ งตน้ ของระบบนิวแมตกิ ส ์

หลกั การเบอื้ งตน้ ของระบบนิวแมตกิ ส ์ความหมายของระบบนวิ แมตกิ ส์ คาว่า นิวแมตกิ ส์ (Pneumatic) มาจากภาษากรีก ว่า Pneuma ซง่ึ หมายถงึ ลมซง่ึสามารถนามาเปน็ ตวั กลางเพ่ือประโยชนใ์ นการใช้งาน ระบบนิวแมติกส์ คอื ระบบทใี่ ชล้ มอดั เปน็ ตัวกลางในการสง่ ถา่ ยกาลัง หรือการควบคุมอุปกรณท์ างาน ซง่ึ เปลย่ี นพลงั งานลมเป็นพลังงานกล

ทฤษฎลี มอดั ความดัน (Pressure) หมายถงึ แรงกดดันของอากาศตอ่ พนื้ ที่ 1 ตารางหน่วยเครอื่ งมอื ที่ใชส้ าหรบั วัดความดนั คือ เกจวัดความดนั (Pressure Gauge) หน่วยของความดนั ได้แก่ นิวตนั /ตารางเมตร(N/m2) กโิ ลปอนด/์ ตารางเซนติเมตร(kp/cm2) ปาสคาล(Pa) กโิ ลกรัมแรง/ตารางเซนติเมตร(kgf/cm2) บาร์(bar) ปอนด/์ตารางน้วิ ( lb/in2)

ทฤษฎลี มอดัเม่อื N/m2 คือ ค่าของปาสคาล (Pascal,Pa) 1 Pa = 1 N/m2 = 10-5 bar 1 bar = 10 kPa หรือ 10 kN/m2 = 10 N/cm2 = 105 Pa = 14.5 lb/ in2

ทฤษฎลี มอดัหาความดันไดจ้ าก P = F/Aเมอ่ื P = ความดนั (N/m2) F = แรง (N) A = พื้นท่ี (m2)

ทฤษฎลี มอดั แรง (Force) หมายถึง การกระทาของวัตถุหนง่ึ ตอ่ วัตถหุ นง่ึ มหี นว่ ยเปน็ นิวตัน (N)หรือ กิโลกรัม.เมตร/วนิ าที2(kg.m/sec2) F = m.a เมอื่ F = แรง (N,kg.m/sec2) m = มวล (kg) a = ความเร่ง (m/sec2)หมายเหตุ 1 นวิ ตัน(N) 0.102 กโิ ลปอนด(์ kp) หรอื 1 นวิ ตัน(N) = 1กโิ ลกรมั .เมตร/วนิ าท2ี(kg.m/sec2)

ทฤษฎลี มอดั อุณหภมู ิ(Temperature) หมายถงึ ระดบั ความรอ้ นที่มอี ยู่ของสสารในสภาวะต่างๆ มีหนว่ ยเปน็ องศาเซลเซียส (°C) องศาเคลวนิ (°K) องศาฟาเรนไฮต์ (°F) องศาแรคนิ (°R)ซ่ึงหาไดจ้ าก P1.V1 = P2.V2 T1 T2หมายเหตุ 0 °C = 273 °K องศาเคลวนิ 1 °C = 274 °K องศาเคลวนิ (at 1 °C = 1 °K

ทฤษฎลี มอดั ความชน้ื (Humidity) หมายถงึ ปริมาณของไอน้าทป่ี ะปนในอากาศ สามารถรวมตัวกันและกล่ันเปน็ หยดน้า ซ่งึ ข้นึ อยู่กบั ความชน้ื สัมพัทธ์ อุณหภมู แิ ละสภาวะอากาศ ค่าความช้นื สมั พัทธ์ จะมหี น่วยเป็นเปอร์เซน็ ต์(%) ซึ่งสามารถคานวณหาได้จากค่าความชื้นสัมพทั ธ์ = คา่ ความชนื้ สมั บูรณ์ x 100 ปริมาณความอิม่ ตวั ของไอนา้

ทฤษฎลี มอดั ความชน้ื สมั บูรณ์ (Absolute Humidity) คอื ปรมิ าณไอน้าทปี่ ะปนอย่กู ับอากาศจรงิ(g/m3) ปรมิ าณการอมิ่ ตัวของไอนา้ (Saturation Quanify) คอื ปรมิ าณไอนา้ ท่ีอากาศสามารถรับได้จนถึงจุดอิม่ ตวั (g/m3)

ทฤษฎลี มอดั คุณสมบัตขิ องอากาศ อากาศสามารถอัดและขยายตัวไดเ้ มอ่ื ปลอ่ ยเปน็ อิสระ ไมม่ รี ปู รา่ งและรปู ทรงที่แน่นอน จะเปลีย่ นแปลงตามภาชนะทบี่ รรจุ ตามกฎของบอยล์ ดังนี้ P1.V1 = P2.V2 = P3.V3 = ค่าคงที่ (Constant) P1.V1 = P2.V2 = P3.V3 = ค่าคงที่ (Constant)

ขอ้ ดแี ละขอ้ เสยี ของระบบนิวแมตกิ ส ์ข้อดขี องระบบนวิ แมตกิ ส์ 1. มคี วามปลอดภัยในการใช้งานเพราะทนต่อการระเบิด ไมต่ ดิ ไฟ 2. ลมอดั ทใ่ี ชใ้ นระบบนวิ แมตกิ ส์มีความสะอาด 3. มคี วามรวดเรว็ ในการทางานสูง 4. สามารถควบคมุ ความเร็ว แรงดันในระบบได้งา่ ย 5. ลมอัดทีเ่ หลอื จากการใชง้ านสามารถปล่อยทิง้ ได้ 6. อุปกรณท์ างานสามารถทางานได้เกินกาลงั โดยไมเ่ กิดการเสยี หาย 7. งา่ ยต่อการซอ่ มแซมและการบารงุ รักษา

ขอ้ ดแี ละขอ้ เสยี ของระบบนิวแมตกิ ส ์ขอ้ เสยี ของระบบนิวแมตกิ ส์ 1. ความเรว็ ในการเคลื่อนทข่ี องลูกสูบไมส่ มา่ เสมอ เนื่องจากลมอัดมีการยบุ ตัวและขยายตวั 2. ความดนั ของลมอดั ในถงั เกบ็ และในระบบ จะมีการเปลีย่ นแปลงตามอณุ หภมู ทิ ่ีเพิ่มข้นึและลดลง 3. ลมอัดมีความชืน้ ทาให้เกิดการกล่ันตัวเป็นหยดน้าภายในถังเกบ็ และในระบบ 4. เมอื่ ลมอดั ถกู ระบายออกจากอุปกรณ์ทางานจะมเี สียงดงั มาก จึงจาเปน็ ต้องใชต้ ัวเก็บเสยี ง 5. เมอื่ ต้องการใช้แรงในการใช้งานมากๆจาเป็นที่จะตอ้ งใช้กระบอกสูบขนาดใหญ่ขึ้น

อปุ กรณผ์ ลติ ลมอดัอปุ กรณ์ผลิตลมอัด ซง่ึ ได้แก่ 1. เครอ่ื งผลิตลมอดั และการระบายความร้อน 2. ถังเกบ็ ลมอดั 3. ทอ่ ลมอดั การจา่ ยลมอัด

เครอื่ งผลติ อดั ลม (Air Compressor) เครอื่ งผลิตลมอดั หรือเรียกวา่ เคร่อื งอัดอากาศ ทาหนา้ ท่ี ผลิตลมอัดที่มคี วามดนั สูงและเพียงพอกบั ความต้องการในการใชง้ านใหก้ บั ระบบนิวแมติกส์ ซงึ่ สามารถจาแนกตามลกั ษณะของการเคลอื่ นทไี่ ด้ 2 แบบ คอื แบบขึ้น-ลง หรอื แบบแนวตรง และแบบหมุนวนหรอื แบบวงกลม

ชนิดของเครอื่ งผลติ ลมอดั และการระบายความรอ้ นเครอื่ งผลติ ลมอดั แบบลูกสูบ ( Piston Compressor ) เครอื่ งผลติ ลมอดั แบบลูกสูบชน้ั เดยี ว เป็นทนี่ ิยมใช้กนั มากในปัจจบุ นั เพราะผลติ ลมอดั ได้ท้งั ความดนั ตา่ ความดนั ปานกลางและความดนั สงู ผลิตลมอัดได้ประมาณ 4-10 บาร์

เครอื่ งผลติ ลมอดั แบบลูกสูบ ( Piston Compressor ) เครอื่ งผลติ ลมอดั แบบลูกสูบชน้ั เดยี วหลักการทางาน จงั หวะดดู ลูกสูบจะเคลอ่ื นท่ีลง ดดู อากาศเขา้มาบรรจใุ นกระบอกสูบ โดยผ่านล้ินทางเข้าและล้ินทางออกจะปดิ จงั หวะอัด ลูกสบู จะเคล่ือนทีข่ ้ึนอดั อากาศภายในกระบอกสบู ให้มคี วามดนั สงู ขนึ้ แลว้ ส่งไปยงั ถงัเกบ็ ลมโดยผ่านล้ินทางออกและล้นิ ทางเข้าจะปิด

เครอื่ งผลติ ลมอดั แบบลูกสูบ ( Piston Compressor )เครอื่ งผลติ ลมอดั แบบลูกสูบสองชน้ั จะมลี กู สบู 2 ลกู จดั วางในลกั ษณะเป็นรูปตวั วีสามารถผลติ ลมอดั ให้มคี วามดนั ประมาณ 15-30 บาร์หลักการทางาน ลกู สบู ชดุ แรกจะอัดอากาศท่มี คี วามดันต่าส่งไปยงั ลกู สบู ชุดทีส่ อง โดยผา่ นตัวระบายความร้อนเพ่ืออัดอากาศให้มีความดนั สงู สง่ ไปถงั เก็บลม

เครอื่ งผลติ ลมอดั แบบไดอะแฟรม (Diaphragm Compressor) สามารถผลติ ลมอัดให้มคี วามดันประมาณ 3-5 บาร์ จะใชใ้ นอุตสาหกรรมการผลติอาหารและยา เพราะลมอัดทผ่ี ลิตไดเ้ ปน็ ลมอัดทส่ี ะอาด ปราศจากการปะปนของน้ามันหลอ่ ลื่นหลกั การทางาน เมือ่ ลกู สูบเคลื่อนทีล่ ง แผน่ ไดอะแฟรมจะยุบตวั ดดู อากาศผา่ นลนิ้ ทางเขา้ บรรจุภายในด้านบนของแผ่นไดอะแฟรม เม่ือลูกสบู เคลื่อนท่ีขน้ึ แผ่นไดอะแฟรมจะอัดอากาศใหม้ ีความดนั สูงขึน้ สง่ ผ่านล้นิ ทางออกไปยงั ถงั เก็บลม

เครอื่ งผลติ ลมอดั แบบใบพดั เลอื่ น (Sliding Vane Rotary Compressor) สามารถผลติ ลมอัดท่ีมีความดนั ประมาณ 4-10 บาร์ และมีอัตราการจา่ ยลมประมาณ4-100 ลกู บาศก์เมตร/นาที ทตี่ วั ใบพัดเลอ่ื นจะตดิ กบั ชดุ แกนหมุน(Rotor) ซ่งึ จะวางเย้ืองศูนยก์ ับตัวเรือน เมอื่ชุดแกนหมุนทางานตวั ใบพัดจะถกู แรงเหวย่ี งหนีศนู ย์กลางมาติดกบั ผนงั ตัวเรือน อากาศจะถกู ดูดเขา้ มาทางด้านดดู และสง่ ลมอดั ท่ีมีความดนั สูงออกทางด้านออกส่งไปยังถงั เกบ็ ลม

เครอื่ งผลติ ลมอดั แบบสกรู (Screw Compressor) สามารถผลติ ลมอดั ท่มี ีความดนั ประมาณ 10 บาร์และมอี ัตราการจา่ ยลมประมาณ170 ลกู บาศกเ์ มตร/นาที ภายในเครือ่ งผลิตลมอดั จะมเี พลาทเ่ี ป็นเกลียวสกรูขบกนั 2 เพลา เมอ่ื เพลาทั้งสองจะหมุนเขา้ หากนั ทาให้อากาศไหลเขา้ ทางดูดและอดั อากาศใหม้ ีความดันสูงส่งผ่านทางออกไปยังถงั เกบ็ ลม

การระบายความรอ้ น (After Cooler) ในระบบนวิ แมติกสล์ มอดั ทผ่ี ลติ ไดจ้ ะมีความดันและอณุ หภมู ิสูง เม่ือนาไปใชง้ านโดยตรงจะทาให้อุปกรณท์ างานในระบบนวิ แมตกิ ส์เกิดความเสยี หายและมอี ายกุ ารใช้งานที่สั้นลง จงึ จาเป็นตอ้ งมกี ารลดอุณหภูมิของลมอัดลงเพ่อื ใหไ้ อนา้ ในลมอดั เกิดการกลั่นตัวเปน็ หยดนา้ การระบายความร้อนทีน่ ยิ มใช้กนั คอื การระบายความรอ้ นแบบใช้พดั ลมเป่าระบาย และแบบระบายความร้อนดว้ ยนา้

ถงั เกบ็ ลมอดั ทอ่ ลมอดั และการจา่ ยลมอดั ถงั เกบ็ ลมอดั (Air Receiver) มหี น้าทเ่ี กบ็ สะสมลมอัดให้มปี รมิ าณมากเพยี งพอกบั ความตอ้ งการ และจา่ ยลมอัดทมี่ ีความดันคงที่ให้กบั อุปกรณท์ างานในระบบนวิ แมติกส์

สว่ นประกอบของถงั เกบ็ ลมอดั 1. ถังเก็บลมอัด (Air Receiver) 2. เกจวดั ความดนั (Pressure Gauge) 3. ลิ้นเปิด-ปดิ (Shut) off Valve) 4. ท่อลมเขา้ (Inlet Port) 5. ท่อลมออก (Outlet Port) 6. ลิ้นนริ ภัย (Safety Valve) 7. ล้ินระบายน้าท้ิง (Drain Cock) 8. ชอ่ งทาความสะอาด (Main Hole)

ประเภทของถงั เกบ็ ลมอดัถงั เกบ็ ลมอดั แบบแนวตงั้ ถงั เกบ็ ลมอดั แบบนี ้ ลมอดั ท่ีผลิตได้จะไหลผา่ นทอ่ ลมเข้าซง่ึ จะติดตงั้ อยทู่ างด้านลา่ งของถงั เก็บลมอดัและไหลออกผา่ นทอ่ ลมออกซงึ่ จะติดตงั้ อยทู่ างด้านบนเพื่อปอ้ งกนั นา้ ในถงั เกบ็ ลมอดั เข้าไปปะปนกบั ลมอดัทนี่ าไปใช้งานในระบบ

ถงั เกบ็ ลมอดั แบบแนวนอน ถงั เก็บลมอัดแบบน้ี ลมอดั ทผ่ี ลิตไดจ้ ะไหลผา่ นท่อลมเขา้ ทจ่ี ะติดตงั้ อยู่ทางด้านซา้ ยของถังเกบ็ลมอดั และไหลออกผ่านทอ่ ลมออกซึ่งจะตดิ ตั้งอยู่ทางด้านขวา

ทอ่ ลมอดั และการจา่ ยลมอดั การติดตั้งท่อลมอัดมคี วามสาคัญมาก เพราะถา้ ตดิ ตงั้ ท่อลมอดั ไมด่ ีและไม่มปี ระสิทธิภาพอาจสง่ ผลใหอ้ ุปกรณท์ างานในระบบนวิ แมตกิ ส์เกิดความเสยี หาย ดังนน้ั การออกแบบและการติดต้ังท่อจ่ายลมอดั จะต้องมคี วามลาดเอยี ง 1-2 % ของความยาว เพอ่ื ให้น้าในระบบไหลลงทอ่ระบายน้า ในการติดต้งั ท่อแมนจา่ ยลมอัดจะตอ้ งตดิ ตั้งร่วมกบั อปุ กรณ์ตา่ งๆ เช่น ตัวกรองอากาศ(Air Filter) เกจวดั ความดนั (Pressure Gauge) ตวั ปรบั ความดนั ลม (Pressure Regurator)ตัวผสมนา้ มันหลอ่ ลื่อ (Lubricator)

การสง่ จา่ ยลมอดั

การตดิ ตง้ั ท่อลมอดั ในโรงฝึ กงานและโรงงานอตุ สาหกรรม การตดิ ตงั้ ทอ่ ลมอดั แบบแยก เหมาะกับโรงฝึกงานและโรงงานอตุ สาหกรรมขนาดเลก็ ทีม่ อี ปุ กรณ์ทางานในระบบนวิ แมติกส์ไม่มากนกั เช่น ห้องพน่ สีรถยนต์ ข้อเสียหากมีการซ่อมแซมจะต้องตดั ระบบลมอัดทัง้ ระบบ ความดันของลมอัดในแตล่ ะจดุ จะไมเ่ ทา่ กัน

การตดิ ตงั้ ทอ่ ลมอดั ในโรงฝึ กงานและโรงงานอตุ สาหกรรม การตดิ ตงั้ ท่อลมอดั แบบวงแหวน (Ring System) การติดต้ังท่อลมอัดแบบนี้เหมาะกับโรงฝกึ งานและโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เพราะสามรถตอ่จดุ ใช้ลมอัดไดม้ ากโดยผ่านท่อแยกและวาลว์ กระจายออกดา้ นขา้ งได้ทว่ั โรงงาน ความดนั ของลมอัดในแต่ละจุดจะใกลเ้ คยี งกัน

การตอ่ ทอ่ ลมอดั ในการท่อลมอดั ควรตอ่ ตามทิศทางการไหลของลมอดั เพ่ือลดแรงเสียดทานการไหลของลมอัด โดยลมอดั จะไหลผ่านทอ่ เมนลมอัดซึ่งจะต้องมีความลาดเอยี งประมาณ 1-2% ของความยาวท่อ ทอ่ จ่ายลมอดั จะต่อแยกจากทอ่ เมนลมอัดจากดา้ นบนทามมุ 30º และถ้าใช้ขอ้ ต่อลมอดั 90º จะตอ้ งใชข้ อ้ งอโค้งลงด้านลา่ งโดยมรี ัศมคี วามโค้งเทา่ กับ 5 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อจา่ ยลมอัดเพ่อื ป้องกนั น้าไหลเข้าไปปะปนและนา้ จะไหลลงตัวดกั น้าหรือทอ่ระบายน้าทง้ิ

การตอ่ ท่อลมอดั

ชนิดและการเลอื กใชท้ ่อลมอดั และขอ้ ตอ่ ลมอดั ชนดิ ของทอ่ ลมอดั ท่อลมอดั ควรทาจากวสั ดทุ ่มี ีความแข็งแรงและทนตอ่ แรงดนั เพอ่ื ใหท้ อ่ลมอดั มีอายกุ ารใช้งานนาน แบง่ ได้ 5 ชนิด ได้แก่ 1.ท่อมาตรฐาน (Standard Gas Pipe) เปน็ ท่อเหลก็ ชบุ กัลปว์ าไนซ์ เพื่อปอ้ งกันการผกุ รอ่ น 2.ท่อสแตนเลส (Stanless Pipe) จะใชใ้ นงานทมี่ ขี นาดทอ่ ใหญ่และมรี ะยะทางไกลๆ 3.ท่อยาง (Rubber Pipe) เหมาะกับงานทตี่ ้องการความยืดหยุน่ และเครอื่ งมอื ลม 4.ทอ่ พลาสตกิ (Plastic Pipe)หรอื ทอ่ โพลียูรเี ทน (Polyurethane) มนี ้าหนักเบา ทนทานไมร่ ั่วซึม สะดวกต่อการใช้งานและการเก็บรกั ษา เหมาะสาหรบั การเชือ่ มตอ่ ระหว่างอุปกรณ์ทางานในระบบนิวแมติกส์

ขอ้ ตอ่ ลมอดั ทน่ี ิยมใชใ้ นระบบนวิ แมตกิ ส์หรือวงจรนิวแมติกส์มหี ลายลกั ษณะ เช่น ขอ้ ตอ่ ตรง ขอ้ ต่อตรงแบบเกลยี วด้านเดียว ขอ้ ต่องอมุม 90º แบบเกลียวดา้ นเดียว ข้อตอ่ สามทาง ข้อต่อสามทางแบบเกลยี วดา้ นเดียว และขอ้ ตอ่ แบบสท่ี าง