Gasturbine

1

ก คำนำ โรงเรียนการบินทหารบก ไดทำการปรับปรุงแนวสอน วาดวยการซอมบำรุงอากาศยาน ซ่ึงเป!น เนื้อหาของแนวสอนเกี่ยวกับ ระบบการซอมบำรุงอากาศยาน เรื่อง เคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน( เพื่อใชสำหรับ การสอนหลักสูตรตาง ๆ ของโรงเรียนการบินทหารบก ซ่ึงไดทำการแปลและเรียบเรียงจาก FM 1 -506 ( Fundamental of Aircraft Powerplant ) เพื่อใหมีความสมบูรณ(และมีความทันสมัยงายตอการศึกษา ยง่ิ ขนึ้ อนึ่ง เน่ืองจากวิวัฒนาการดานการบนิ น้ัน มีการเปลย่ี นแปลงอยูตลอดเวลา อันจะเป!นสาเหตุใหบาง เรื่องบางตอนในแนวสอนฉบับนี้อาจลาสมัยไมทันตอวิวัฒนาการการบิน ซึ่งจำเป!นจะตองแกไขปรับปรุงอยู ตลอดเวลา ฉะนั้น หากเห็นวา เร่ืองใด ตอนใดสมควรท่ีจะไดมีการแกไขปรับปรุงหรือเพ่ิมเติมขึ้นใหม โปรด กรณุ าแจงขอคดิ เห็นเปน! ลายลกั ษณ(อกั ษร เพ่อื จะไดดำเนินการแกไขปรบั ปรุงใหเหมาะสมตอไป โรงเรยี นการบนิ ทหารบก

ข สารบัญ เรือ่ ง เครอ่ื งยนตแกสเทอรไบน คำนำ .............................................................................................................................................................. ก บทท่ี 1 ความตองการข้ันพ้ืนฐาน..................................................................................................................... 1 ตอนที่ 1 กลาวทั่วไปและคำจำกัดความ...................................................................................................... 1 1 – 1 กลาวทัว่ ไป................................................................................................................................. 1 1 – 2 คำจำกัดความ ............................................................................................................................ 1 ตอนที่ 2 นำ้ มนั เชอ้ื เพลิง.......................................................................................................................... 3 1 – 3 ความตองการ............................................................................................................................. 3 1 – 4 ระดบั คณุ สมบตั ิของเช้ือเพลงิ (Grades)...................................................................................... 5 ตอนที่ 3 การเผาไหม.................................................................................................................................. 6 1 – 5 กลาวทว่ั ไป .................................................................................................................................. 6 1 – 6 ขอจำกัดดานอณุ หภมู ิ .................................................................................................................. 7 1 – 7 อัตราสวนของเช้อื เพลงิ ตออากาศ ................................................................................................ 7 1 – 8 Rich Mixture Blow Out........................................................................................................... 7 1 – 9 Lean Mixture Die Out............................................................................................................. 8 ตอนท่ี 4 การหลอล่นื (Lubrication).......................................................................................................... 8 1 – 10 กลาวทั่วไป ................................................................................................................................ 8 1 – 11 การลดแรงเสยี ดทาน (Friction Reduction)............................................................................. 8 1 – 12 การเปน! เบาะรอง (Cushion Effect)......................................................................................... 9 1 – 13 การระบายความรอน (Cooling)................................................................................................ 9 1 – 14 การปอg งกนั การรั่ว (Sealing Action)....................................................................................... 9 1 – 15 การทำความสะอาด (Cleaning Effect)................................................................................... 9 ตอนที่ 5 ความตองการข้นั พ้ืนฐานของน้ำมนั หลอล่นื (Lubricating Oil Requirement) ........................... 9 1 – 16 กลาวทัว่ ไป ................................................................................................................................ 9 ตอนท่ี 6 นำ้ มนั หลอล่นื ของเคร่ืองยนต(แกส) เทอรไ( บน(............................................................................. 11 1 – 17 กลาวทัว่ ไป .............................................................................................................................. 11

ค ตอนที่ 7 แบรงิ่ (Bearing)......................................................................................................................... 12 1 – 18 กลาวทว่ั ไป............................................................................................................................. 12 1 – 19 หนาท่ีของแบรง่ิ ....................................................................................................................... 12 1 – 20 ประเภทของแบริ่ง ................................................................................................................... 12 1 – 21 Rolling Bearing.................................................................................................................... 13 1 – 22 ลักษณะดานโครงสราง........................................................................................................... 13 1 – 23 แบริ่งอยางงาย (Plain Bearing).............................................................................................. 15 1 – 24 แบรง่ิ แบบเทฟลอน.................................................................................................................. 16 1 – 25 ภาระกรรมของแบรงิ่ ............................................................................................................... 16 บทท่ี 2 เบือ้ งหลัง, ววิ ัฒนาการ และ ทฤษฎีของเครอื่ งยนต(แกส) เทอร(ไบน( ..................................................... 18 ตอนท่ี 1 พัฒนาการชวงตนของเครือ่ งยนต( ............................................................................................ 18 2 – 1 กลาวทัว่ ไป............................................................................................................................... 18 2 – 2 The Aeolipile ........................................................................................................................ 18 2 – 3 The chimney jack ................................................................................................................ 18 2 – 4 จรวด (Rocket)........................................................................................................................ 18 2 – 5 Branca's Stamping Mill......................................................................................................... 19 2 – 6 รถมาพลงั ไอนำ้ ......................................................................................................................... 19 2 – 7 แกส) เทอร(ไบน(เครื่องแรก .......................................................................................................... 19 ตอนท่ี 2 การบนิ สมัยใหม ......................................................................................................................... 20 2 – 8 อังกฤษ..................................................................................................................................... 20 2 – 9 เยอรมนั .................................................................................................................................... 21 2 – 10 อิตาลี ..................................................................................................................................... 21 2 – 11 อเมรกิ า.................................................................................................................................. 21 ตอนที่ 3 ทฤษฎีที่เก่ยี วของเครือ่ งยนต(แกส) เทอไบน( .................................................................................. 22 2 – 12 กฎการเคล่ือนที่ของนิวตนั ...................................................................................................... 22 2 – 13 วัฏจกั รเบรตัน.......................................................................................................................... 24 2 – 14 กฎของแบรน( ูลี่ ........................................................................................................................ 24

ง 2 – 15 กฎของบอยล(........................................................................................................................... 25 2 – 16 กฎของชารล( ส........................................................................................................................ 26 2 – 17 ความดันและความเร็ว............................................................................................................. 26 2 – 18 เครอื่ งยนตแ( กส) เทอร(ไบน( และ เครือ่ งยนตล( ูกสบู ..................................................................... 26 บทท่ี 3 หลกั การ, การทำงาน, และโครงสรางของ เครื่องยนตแ( กส) เทอร(ไบน(................................................. 28 ตอนท่ี 1 การทำงานของเคร่ืองยนต( ....................................................................................................... 28 3 – 1 กลาวท่ัวไป............................................................................................................................... 28 3 – 2 การทำงานของเคร่ืองยนต(........................................................................................................ 29 ตอนที่ 2 แบบของเคร่ืองยนต(แก)สเทอรไ( บน(.............................................................................................. 30 3 – 3 แบบของเคร่ืองยนตแ( ก)สเทอร(ไบน(............................................................................................ 30 ตอนท่ี 3 สวนประกอบของเครอ่ื งยนต(...................................................................................................... 32 3 – 4 สวนนำอากาศเขา (Air Inlet Section) .................................................................................... 32 3 – 5 สวนของเครื่องอัดอากาศ (Compressor Section).................................................................. 34 3 – 6 สวนสนั ดาป (Combustion Section) ..................................................................................... 42 3 – 7 สวนกงั หนั (Turbine Section)................................................................................................ 49 3 – 8 สวนทางออกไอเสยี (Exhaust section) .................................................................................. 54 3 – 9 เครอ่ื งสรางแรงขับยอนทาง (Thrust reverser) ....................................................................... 57 ตอนท่ี 4 ระบบปอg งกนั การร่วั ของนำ้ มันหลอลนื่ (Oil System Seal)....................................................... 58 3 – 10 กลาวทั่วไป............................................................................................................................. 58 3 – 11 แบบสังเคราะห( (Synthetic).................................................................................................. 58 3 – 12 Labyrinth............................................................................................................................. 58 3 – 13 คารบ( อน (Carbon)................................................................................................................ 60 บทที่ 4 ระบบจุดระเบิด ................................................................................................................................ 61 ตอนที่ 1 รายละเอยี ดและการอธิบาย .................................................................................................... 61 4 - 1 กลาวท่วั ไป................................................................................................................................ 61 ตอนท่ี 2 แบบของระบบจดุ ระเบิด ......................................................................................................... 61 4 - 2 ระบบจุดระเบดิ แบบเหน่ียวนำในยคุ แรก ................................................................................... 61 4 - 3 ระบบจดุ ระเบิดแบบตัวเกบ็ ประจุสมยั ใหม................................................................................. 62

จ 4 - 4 หลักการไฟฟาg ........................................................................................................................... 66 4 - 5 หวั จุดของเครอ่ื งยนตแ( กส) เทอร(ไบน(........................................................................................... 67 ตอนที่ 3 ระบบจดุ ระเบดิ ของเครอื่ งยนตแ( บบตางๆ................................................................................ 69 4 - 6 General Electric's T-701....................................................................................................... 69 4 - 7 Turbomeca Arriel 2E............................................................................................................ 71 บทที่ 5 ระบบของอุปกรณ(ประกอบเคร่ืองยนต( (Accessory System) ......................................................... 73 ตอนที่ 1 แบบของระบบอุปกรณ(............................................................................................................ 73 5 – 1 กลาวท่วั ไป............................................................................................................................... 73 5 – 2 อุปกรณ(ที่ขับดวยอากาศความดันสงู ......................................................................................... 73 5 – 3 อุปกรณ(ท่ใี ชเฟxองขบั ................................................................................................................. 73 ตอนที่ 2 ระบบเฟxองขับอปุ กรณข( องเคร่ืองยนต(แบบตางๆ ..................................................................... 74 5 – 4 เคร่ืองยนต( General Electric T-701...................................................................................... 74 5 – 5 เครือ่ งยนต( Turbomeca Arriel 1E2....................................................................................... 75 5 – 6 เคร่อื งยนต( PT6C-67C............................................................................................................. 77 บทท่ี 6 ระบบเคร่อื งวดั อากาศยาน................................................................................................................ 80 ตอนที่ 1 เคร่ืองวัดเครื่องยนต( ................................................................................................................ 80 6 – 1 กลาวทั่วไป............................................................................................................................... 80 6 – 2 มาตรวัดแสดงผลแนวตง้ั (Vertical Instrument Display System, VIDS) ............................ 80 6 – 3 ระบบวดั ความเรว็ รอบ (Tachometer System)...................................................................... 81 6 – 4 ระบบวัดแรงบดิ (Torque meter indicating system).......................................................... 83 6 – 5 เครอ่ื งวดั แรงบิดของเคร่ืองยนต( PT6C-67C ............................................................................. 84 6 – 6 ระบบการวัดแรงบิดหรอื คาทอรค( ของ เครอื่ งยนต( General Electric T-700/701................... 86 ตอนท่ี 2 ระบบการวดั อุณหภูมไิ อเสยี (Exhaust Gas Temperature Indicating System)..................................... 87 6 – 7 ระบบการวดั อุณหภูมิไอเสยี (Exhaust Gas Temperature Indicating System) .................. 87 ตอนท่ี 3 ระบบเครอื่ งวัดเชื้อเพลงิ .......................................................................................................... 91 6 – 8 ระบบการแสดงอัตราการไหลของน้ำมนั เชื้อเพลงิ (Fuel Flow Rate Indicating System) ...... 91 6 – 9 อุปกรณ(แสดงผลการไหลของนำ้ มนั เชื้อเพลิง (Fuel Flow Indicator)....................................... 91 6 – 10 ระบบแสดงความดนั เช้ือเพลงิ (Fuel Pressure Indicator System)...................................... 92

ฉ 6 – 11 อปุ กรณ(แสดงผลความดันเชอ้ื เพลงิ ดานเขา (Fuel Inlet Pressure Indicator)....................... 92 ตอนที่ 3 ระบบเครื่องวดั นำ้ มันหลอลน่ื ..................................................................................................... 92 6 – 12 ระบบแสดงความดันน้ำมันหลอลื่น (Engine Oil Pressure Indicating System)................... 92 6 – 13 อปุ กรณแ( สดงผลความดนั น้ำมันหลอลื่น (Oil Pressure Indicator)........................................ 93 6 – 14 ระบบแสดงอณุ หภูมิน้ำมันหลอลน่ื (Engine Oil Temperature Indicating System) ......... 93 6 – 15 อุปกรณ(แสดงผลอุณหภูมินำ้ มันหลอลื่นดานเขา (Oil-in Temperature Indicator).............. 94 ตอนที่ 4 อปุ กรณ(แสดงผลอุณหภูมขิ องอากาศ (Air Temperature Indicator)..................................... 94 6 – 16 อปุ กรณ(แสดงผลอุณหภมู ขิ องอากาศ (Air Temperature Indicator)..................................... 94 เอกสารอางองิ ............................................................................................................................................... 96 คำยอ ............................................................................................................................................................ 97

1 บทที่ 1 ความตองการขัน้ พืน้ ฐาน ……………………..…… ตอนท่ี 1 กลา$ วท่วั ไปและคำจำกัดความ 1 – 1 กลา$ วท่ัวไป เครื่องยนต(ตนกำลังของอากาศยานนับไดวาเป!นส่ิงที่มีความสำคัญมากสวนหนึ่ง ดังน้ันเครื่องยนต(ตนกำลัง ของอากาศยานจึงตองมีความนาเชื่อถือ และ มีความทนทานสูง ซ่ึงป|จจุบันก็ไดมีการพยายามพัฒนาแกไขและ เอาชนะป|ญหาทางวิศวกรรมท่ีเกิดข้ึน แลวจึงไดความตองการข้ันพื้นฐานสำหรับเครื่องยนต(ของอากาศยานที่ เหมาะสม ดังตอไปน้ี - ความนาเชอ่ื ถือ (Reliability) - ความทนทาน (Durability) - ความกะทัดรัด (Compactness) - คานำ้ หนกั ตอกำลงั มามคี าต่ำ (Low weight per horsepower) - คากำลังงานออกจำเพาะมคี าสงู (High specific power output) - ราคาท่ีสมเหตุสมผล (Reasonable cost) - ประสทิ ธภิ าพเชงิ ความรอนสงู (High thermal efficiency) - ปราศจากการส่นั (Freedom from vibration) - การบำรุงรักษาท่งี าย (Ease of maintenance) - การทำงานทสี่ ามารถยดื หยุนได (Operation flexibility) 1 – 2 คำจำกัดความ 1. ความนาเชอ่ื ถือ (Reliability) สำหรับเครื่องยนต(ที่ใชกับอากาศยาน ความนาเชื่อถือมีความสำคัญมากท่ีสุด เพราะการบินข้ึนไปใน อากาศทุกชิ้นสวนของเคร่ืองจักรท่ีมีการทำงาน ความผิดปกติท่ีเกิดขึ้นจะตองมีคานอยที่สุด ดวยการปรนนิบัติ บำรงุ ท่งี าย ผผู ลติ และชางก็สามารถรบั ประกันความนาเช่อื ถอื ของเครอื่ งยนตไ( ดแลว 2. ความทนทาน (Durability) ความทนทาน คือ การวัดความนาเช่ือถือของอายุการใชงานของเคร่ืองยนต( ความทนทานของ เคร่ืองยนต(อากาศยานน้ันขึ้นอยูกับสภาวะการทำงานของเคร่ืองยนต(มากที่สุด ความอัจฉริยะในการควบคุม การทำงาน และกระบวนการบำรุงรักษา และเป!นเหตุใหมีการปรับปรุงความนาเช่ือถือของเคร่ืองยนตเ( ป!นอยางมาก

2 3. ความกะทัดรัด (Compactness) ความกะทัดรัดมีความจำเป!นมากสำหรับการออกแบบเคร่ืองยนต(อากาศยาน เพื่อลดแรงตานอากาศ และสามารถทำความเร็วไดสูงกวา รูปแบบของเครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน( โดยรวมตองคำนึงถึงความกะทัดรัด ดวย ซ่ึงสามารถหาไดจากความตองการทางดานกายภาพของเครื่องยนต( ยกตัวอยางเชน เคร่ืองยนต(ที่มีการ ระบายความรอนดวยอากาศตามแนวรัศมีข้ึนอยูกับพื้นที่หนาตัด เพื่อจะไดระบายความรอนที่กระบอกสูบของ เครอ่ื งยนต(อยางเพยี งพอ 4. คานำ้ หนกั ตอกำลงั มามคี าต่ำ (Low weight per horse power) คาน้ำหนักตอกำลังมามีคาต่ำ (HP) เป!นความตองการพ้ืนฐานในดานอากาศยาน น้ำหนักของ เครื่องยนต(จะมีคาต่ำที่สุดเทาท่ีจะทำได เพ่ือที่จะสามารถยกน้ำหนักไดมากกวา และขอบเขตของความ ปลอดภัยในการยกภาระกรรมที่นาพอใจจะแปรผันกับนำ้ หนักทั้งหมด ดังนั้นเครือ่ งยนต(อากาศยานแบบลูกสูบ ขนาดใหญสมัยใหมจึง มีคากำลังมาตอน้ำหนัก เป!น 1 แรงมา ตอ 1 ปอนด(น้ำหนัก แตเคร่ืองยนต(แก)สเทอร( ไบน(ท่ีใชในกองทัพบกป|จจุบัน มีคากำลังมาตอน้ำหนักสูง ตัวอยางเชนเคร่ืองยนต( T-55-L-712 ซึ่งสามารถให กำลงั ออกมาได 4,500 แรงมา (SHP) และนำ้ หนัก 750 ปอนด( (6.0 แรงมาตอปอนด() 5. คากำลงั ออกจำเพาะมีคาสงู (High specific power output) คากำลังออกของเครื่องยนต(เทียบกับขนาดของเครื่องยนต( ความเร็วรอบ และน้ำหนักของสวนผสม ของเชื้อเพลิงกับอากาศ ขนาดและความเร็วรอบ มีขอจำกัดเป!นอยางมากในเครื่องยนต(ลูกสูบ เพราะฉะน้ัน การเพิ่มความดันประสิทธิผลในกระบอกสูบเป!นหนทางที่สามารถเพิ่มกำลังจำเพาะที่ออกมาจากเคร่ืองยนต(ได ความดันท่ีสูงขึ้นนี้ไดมาจากการที่ทำเคร่ืองยนต(ใหเป!นระบบเคร่ืองยนต(ซุปเปอร(ชาร(ต (การอัดอากาศหรือ สวนผสมกอนที่จะเขากระบอกสูบ) ขอจำกัดของการเพิ่มความดันในกระบอกสูบคือ ความตานทานของการ ระเบิดของเช้ือเพลงิ และความสามารถในการรองรับความดนั ไดมากท่ีสดุ ของกระบอกสูบ 6. ราคาท่สี มเหตสุ มผล (Reasonable cost) ถาหากวาเครื่องยนต(น้ันมีการออกแบบท่ีสมบูรณ( การทำงานของบุคลากรท่ีมีคุณภาพ แตถา เครื่องยนต(มีราคาแพงเกนิ ไปแลวยอมไมมีใครตองการแนนอน ในตลาดทีม่ ีการแขงขนั กันสูง ป|จจยั เบ้ืองตนท่ใี ช ในพิจารณาคือราคาของเคร่ืองยนต( เพราะวาวัสดุ และจำนวนช่ัวโมงที่คนงานผลิต รวมถึงการออกแบบท่ี ซับซอน เป!นสาเหตุทำใหราคาของเคร่ืองยนต(มีคาสูง การออกแบบใหมีราคาท่ีเหมาะสมกับประสิทธิภาพของ เครอื่ ง คอื พื้นฐานทั่วๆไปที่งายทสี่ ดุ เพ่อื ทีจ่ ะไดเครื่องยนต(ท่ีตรงกับความตองการ 7. ประสิทธภิ าพเชงิ ความรอนสูง (High thermal efficiency) ประสทิ ธิภาพเชงิ ความรอนคือการวัดปริมาณการเปลยี่ นพลังงานความรอนในเชื้อเพลงิ ไปเป!นพลังงาน ท่ีใชในการขับเคล่ือน เป!นอตั ราสวนของพลังงานความรอนทเ่ี กิดข้ึนมาในรูปของการใชพลังงาน ตอคาพลังงาน ความรอนของเช้ือเพลิง ประสิทธภิ าพเชิงความรอนที่มีคาสูง น่ันหมายความวาเป!นการประหยัดเชื้อเพลิง ซ่ึงมี ความจำเป!นอยางมากในเคร่ืองยนตข( องอากาศยาน การนำเอาเชือ้ เพลิงขึ้นไปใชในทางทหารก็ลดลงดวย นั่นก็ คอื การทเี่ ราสามารถบรรทุกภาระกรรมไดมากขนึ้ ในขณะท่ีเชอ้ื เพลิงราคาถูกกวา

3 8. ปราศจากการสนั่ (Freedom from vibration) การส่ันน้ันไมสงผลกระทบตอเคร่ืองยนต(มากนัก แตจะมีผลกระทบตอโครงสรางของอากาศยาน คอนขางมาก เพราะตองมีการรองรับการส่ันของเคร่ืองยนต( ซ่ึงเป!นสาเหตุทำใหอายุการใชงานของโครงสราง ลดลง การลดการส่ันเน่ืองจากการเคล่ือนท่ีขึ้นลงของลูกสูบนั้นตองทำการเยื้องแนวลูกสูบและการแกทอร(ค การถวงน้ำหนักเขาท่ีเพลาขอเหว่ียงเพ่ือท่ีจะทำการถวงสมดุล หรือเพ่ือการหนวงการเกิดการสั่น ซึ่งเกิดจาก การชนและเพื่อการตานแรงบิด ดงั น้ันจงึ มกี ารติดตัง้ อุปกรณ(ซับแรงตาน ในชิ้นสวนโครงสรางของอากาศยานท่ี อาจจะเกิดความเสียหายจากการสน่ั 9. การบำรงุ รกั ษาทงี่ าย (Ease of maintenance) การบำรุงรักษาท่ีงายน้ันมีความสำคัญอยางมากโดยเฉพาะในการซอมบำรุงภาคสนามทางทหาร การ ออกแบบที่งาย และใชชิน้ สวนทีเ่ ป!นมาตรฐานเดยี วกนั จะสามารถลดระดบั การซอมบำรงุ ได 10. การทำงานที่สามารถยดื หยุนได (Operation flexibility) การทำงานท่ีสามารถยืดหยุนไดเป!นความสามารถที่ชวยใหเครื่องยนต(สามารถทำงานไดดวยความ นุมนวล และไดสมรรถนะตามที่ตองการ ไดท่ที ุกๆความเรว็ ตง้ั แตจากเครื่องเดินเบาไปจนถึงใหพลังงานสูงสุด นั่นคือตองมีชวงการทำงานท่ีกวาง นอกจากนี้ความตองการท่ีจะมีเครื่องยนต(ที่ไมมีความผิดพลาด มีความ นาเช่ือถือ เคร่ืองยนต(จะตองสามารถทำงานไดในชวงการทำงานท่ีกวาง ซ่ึงสามารถรองรับการแปรผันตาม ตำแหนง ความสงู และสภาพอากาศได ตอนท่ี 2 น้ำมนั เชือ้ เพลงิ 1 – 3 ความตองการ เช้ือเพลิงของเคร่ืองยนต(ตองสามารถปgอนเขาเคร่ืองยนต(ไดอยางเพียงพอคุณสมบัติที่สำคัญบาง ประการของเช้อื เพลิงอากาศยาน มีดงั ตอไปน้ี 1. พลังงานความรอนสุทธสิ ูง คาพลังงานความรอนสุทธินั้นมีหนวยที่ใชวัดเป!น BTU เช้ือเพลิงท่ีนำมาใชกับอากาศยานตองมีคา ปริมาณความรอนตอน้ำหนักสูง เชื้อเพลิงมีคาพลังงานความรอนสูง น่ันหมายความวาการบรรจุเช้ือเพลิง ระหวางการปฏิบตั ิภารกิจยอมเบากวาเพราะวาสามารถบรรจุไดในปรมิ าณนอยๆ แตวาเชอื้ เพลิงท่ีมคี าพลังงาน ความรอนต่ำจำเปน! ตองบรรจุปริมาณมากทำใหนำ้ หนกั ในการบรรจุมาก การบรรจนุ ้ำมันเช้ือเพลิงปริมาณนอย ยอมสามารถใชบรรทุกภาระกรรมไดมาก เชื้อเพลิงแก)สโซลีน และเชื้อเพลิงที่เป!น JP เป!นเช้ือเพลิงท่ีมี คุณสมบัติตามที่ตองการ คาพลังงานความรอนของเช้ือเพลิงแก)สโซลีนนั้นมีคาประมาณ 18,700 BTU/ปอนด( และเชื้อเพลิงที่เป!น JP มีคาพลังงานความรอนประมาณ 18,200 BTU/ปอนด( แอลกอฮอล(หลายๆชนิด มีคา พลงั งานความรอนสูงสุด 12,000 BTU/ปอนด(

4 2. การระเหยเปน! ไอได การระเหยเป!นไอของของเหลว เป!นการเปล่ียนสถานะจากของเหลวกลายเป!นก)าซ เม่ือไดรับความ รอน เพราะวาเชอ้ื เพลิงตองเป!นไอกอนทีจ่ ะเขาเผาไหม การระเหยเป!นไอไดงายเป!นคุณสมบัติทตี่ องพิจารณาถึง เมื่อมีการเลือกเชื้อเพลิงที่จะใชสำหรับเคร่ืองอากาศยาน การกลายเป!นไอไดของเชื้อเพลิงนั้นมีผลตอการ เริ่ม ติดเคร่ือง การเรงเครื่อง การเกิด Vapor locking และการกระจายตัวของเช้ือเพลิง เช้ือเพลิงแก)สโซลีน และ JP มีการผสมผสานระหวางการกลั่นทำใหไดเช้ือเพลิงที่มีคุณสมบัติเป!นที่นาพอใจ เพราะธรรมชาติของการเผา ไหมของเคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน(เป!นการเผาไหมท่ีสภาวะความดันคงท่ี ดั้งน้ันความสามารถในการกลายเป!น ไอไดสงู มากจึงไมมีความจำเป!น เชื้อเพลิง JP จึงมีคณุ สมบัตกิ ารกลายเป!นไอไดต่ำ แตเช้ือเพลงิ ท่ีเป!นแก)สโซลีน มคี ุณสมบตั ิการกลายเป!นไอสูง การเปรียบเทียบคุณสมบัติการกลายเป!นไอไดสูงของเชื้อเพลิงอากาศที่เป!นแก)ส โซลีน กบั เช้ือเพลิงที่กลายเป!นไอไดต่ำสำหรับ JP สงิ่ ตอไปน้ีเป!นการเปรียบเทียบ เชอ้ื เพลงิ ทสี่ ามารถกลายเป!น ไอไดสูงจะสงผลกบั เครอ่ื งยนต( ดังนี้ - สามารถติดเครื่องยนต(ไดงายเมอ่ื สภาพอากาศหนาวเย็น - ประสทิ ธิภาพการเผาไหมท่ีดีกวา - มีสงิ่ ทเ่ี หลือจากการเผาไหมทตี่ ดิ ตามหองเผาไหม และกังหนั นอยกวา - อนั ตรายจากเพลงิ ไหมเกดิ ข้ึนไดงาย - เกิดอนั ตรายจากการเกิด Vapor lock ในระบบเชือ้ เพลงิ ไดงาย - การระเหยของเชื้อเพลงิ ทง้ิ มีคาสงู เมื่อบนิ ขึ้นไปในระดับความสงู มาก ๆ NOTE: สองขอสุดทายเปน4 สถานการณเกดิ ขน้ึ ไดยากในทางปฏิบตั ิเมอ่ื เชื้อเพลิงนน้ั มีคา$ การกลายเปน4 ไอต่ำ 3. ความมีเสถียรภาพ (Stability) เช้ือเพลิงทใี่ ชกบั เครอื่ งยนต(ของอากาศยานจะตองมีเสถียรภาพสูง เพราะวาบางครง้ั เชื้อเพลงิ น้ันตองมี การเก็บไวเป!นเวลานาน ตองไมมีตะกอนเกิดข้ึน เม่ือเวลาเก็บเชื้อเพลิงไวเป!นเวลานาน เชื้อเพลิงจะมีลักษณะ เป!นยางเหนียวคลายหมากฝร่ัง ไมวาจะเป!นแบบแก)สโซลีนหรือแบบ JP เมื่อทำการเติมเขากับระบบเชื้อเพลิง ของอากาศยานจะทำใหเกิดการอุดตันบริเวณตะแกรงกรองและทอทางของระบบเช้ือเพลิง ดงั นั้นเช้อื เพลงิ ท่ีใช กับอากาศยานตองสามารถคงคณุ สมบัตเิ ดมิ ไวระหวางการเกบ็ รักษา 4. ความบรสิ ทุ ธ์ิ เชื้อเพลิงตองปราศจากน้ำ ส่ิงสกปรก และกำมะถัน ปริมาณน้ำเล็กนอยยอมไมสงผลกับระบบ เคร่ืองยนต( เพราะสามารถนำน้ำออกจากเครื่องยนต(ไดดวยการปลอยน้ำมันออก ถาหากวาปริมาณส่งิ สกปรกมี มากจนเกนิ ไปเป!นสาเหตุใหการทำงานของเครื่องยนต(เกดิ ความผิดพลาด สวนกำมะถันจะทำปฏิกิริยากับไอน้ำ ทเ่ี กดิ ขนึ้ จากกระบวนการเผาไหม ทำใหเกดิ การกดั กอนช้ินสวนภายในของเคร่อื งยนต( 5. Flash point

5 เป!นจุดท่ีอุณหภูมิต่ำสุดที่เชื้อเพลิงสามารถกลายเป!นไอจนมีปริมาณเพียงพอท่ีจะผสมกับอากาศเพ่ือ การเผาไหม คานี้สามารถหาไดจากปริมาณความรอนท่ีเกิดขึ้นในภาชนะบรรจุพิเศษ ในขณะท่ีผานเปลวไฟเขาไป เพอื่ ทำการเผาไหมสวนผสมทีอ่ ยเู หนอื ผวิ ของเช้ือเพลงิ เหลว ถาหากวาถึง Flash point จะเหน็ เปน! เปลวไฟชดั เจนมาก 6. Fire Point เปน! จุดท่ีอุณหภูมิของเชื้อเพลงิ ถึงกอนท่ีจะมีปริมาณไอของเชอ้ื เพลงิ เพียงพอท่จี ะทำใหเกดิ การเผาไหม ทตี่ อเนอ่ื งเหนือผิวของเช้ือเพลิงเหลว วิธีการหาก็ทำไดเชนเดยี วกบั การหาคา Flash point 7. Reid vapor pressure เป!นความดันไอของเชื้อเพลิงเม่ือมีการทำใหเชื้อเพลิงเหลวรอนถึง 100°F มีความสำคัญมากเพราะวา เป!นคาที่สามารถคำนวณคา Vapor lock ได (Vapor lock คือ สภาวะที่เชื้อเพลิงในระบบกลายเป!นไอในทอ ทาง ไอของเชอื้ เพลิงนีส้ ามารถปอg งกนั การเกิดการไหลของเชื้อเพลงิ ยอนกลบั ไปยงั คารบ( เู รตเตอร(ไดดวย) 8. ความถวงจำเพาะ (Specific Gravity) เป!นอตั ราสวนของความหนาแนนของสารหรือวาของเชื้อเพลงิ ตอความหนาแนนของนำ้ ที่ 60°F ความ ถวงจำเพาะจะมหี นวยเป!นองศา API น้ำบรสิ ุทธ์ิมคี าความถวงจำเพาะ 10 ของเหลวท่ีมนี ้ำหนักมากกวาน้ำจะมี คาความถวงจำเพาะนอยกวา 10 สวนเชื้อเพลิงท่ีมีน้ำหนักนอยกวาน้ำจะมีคาความถวงจำเพาะมากกวา 10 ยกตัวอยางเชน JP-4 มีคาความถวงจำเพาะในหนวยขององศา API เทากับ 57 สถาบันป„โตรเลียมของอเมริกา (API) ใชน้ำบริสทุ ธ์ิหาคาความถวงจำเพาะของเชือ้ เพลงิ NOTE: ทั้ง flash point และ fire point เป!นการวัดคาคุณสมบัติความปลอดภัยของเชื้อเพลิงไดอีกดวย เชื้อเพลิงที่มีคา flash point สูงก็ยอมหางไกลจากอุณหภูมิท่ีทำใหมันเกิดอันตรายได มากกวาเชื้อเพลิงที่มีคา flash point ต่ำกวา 1 – 4 ระดับคณุ สมบัติของเชือ้ เพลิง (Grades) เชอ้ื เพลิงของอากาศยานจะตองมคี ุณภาพสูงจุดเดือดจะครอบคลุมท้ังเช้ือเพลิงแก)สโซลีนและเช้ือเพลิง น้ำมนั ก)าด จะตองไมมีสารฟอกยอม หรือวา เตรตระเอทิลเลต ทเี่ ป!นสารประกอบของสารตะกั่ว หนึ่งในความแตกตางหลัก ๆ ระหวางจดุ เดือดที่มชี วงกวางและเชื้อเพลิงทเี่ ป!นนำ้ มนั กา) ดคือการระเหย เป!นไอได JP-4 เป!นเชื้อเพลิงที่มีจุดหลอมเหลวกวางกับจุดท่ีเริ่มเดือดต่ำกวาน้ำมันก)าด เช้ือเพลิงกลุมน้ีจะมี ความถวงจำเพาะตำ่ กวาน้ำมนั ก)าด ชวงจุดเดือดที่กวางจะมีคา Reid vapor pressure ประมาณ 2 – 3 ปอนด( และ Flash point ต่ำกวา อุณหภูมิหอง เชื้อเพลิงประเภทน้ำมันก)าดมีคา Reid vapor pressure นอยกวา 0.5 ปอนด( และ Flash point สูงกวา 100°F หรือ 38°C เช้ือเพลิงที่มีชวงของจุดเดือดท่ีกวางจะมีจุดเยือกแข็ง ตำ่ กวาพวกนำ้ มนั ก)าด เช้ือเพลิงที่ใชประจำการกับอากาศยานของทหารบกคือ JP-8 เชื้อเพลิง JP ยอมาจาก Jet Propulsion สวนตัวเลข 8 หมายถึงระดับคุณสมบัตขิ องเชอื้ เพลงิ

6 ประเภทน้ำมันเชื้อเพลิงทางทหาร MIL-T-5624 ครอบคลุมเชื้อเพลิง JP-4, JP-5 และ JP-8 สวน JET A, JET A1 และ JET B เป!นเช้ือเพลิงท่ีใชในทางพาณิชย( ซึ่งเป!นไปตามขอตกลงของ American Society for Testing Material (ASTM-D-1655) JET B คือเช้อื เพลงิ JP-4 มจี ดุ เยอื กแข็ง - 56°F (-49°C) แตวาสำหรับ JP-4 มีจุดเยือกแขง็ -72°F (-58°C) JP-5, JET A, และ JET A1 เป!นเชื้อเพลงิ ประเภทนำ้ มันก)าด ASTM JET A และ JET A1 มีขอแตกตางกันทจ่ี ุดเยือกแขง็ JET A เหมาะสำหรบั เช้ือเพลิงเย็นตัวลงถึง -36 °F (-38°C) JET A1 มคี า -54°F (-48°C) JP-4 เป!นเชือ้ เพลิงที่ประกอบไปดวยแก)สโซลีน 65% และอีก 35% เป!นป„โตรเลยี มเบา ซงึ่ มคี ุณสมบัติ ตายตัว JP-4 เป!นเชอ้ื เพลงิ ทใ่ี ชเป!นมาตรฐานในกองทพั บก JP-5 เป!นเช้อื เพลงิ นำ้ มนั ก)าดกล่ันพเิ ศษมจี ดุ Flash point ตำ่ สุด 140°F จดุ เยือกแข็ง -51°F (-46°C) JP-8 เป!นเชื้อเพลิงน้ำมันก)าดกลั่นพิเศษ มาตรฐานทางทหาร MIL-DTL-83133 จุด Flash point ต่ำสุด 110°F จุดเยือกแข็ง -54°F (-48°C) ทาง นาโต ไดมีการใชเชื้อเพลิงประเภทนี้แทนท่ีน้ำมันเชื้อเพลิงที่ใช กับส่ิงอุปกรณ(ทางทหารท้ังหมด ตั้งแตเครื่องป†|นไฟ รถถัง และเครื่องบิน ไปจนถึงรถบรรทุก เพราะวาสะดวก ตอการสงกำลังบำรุงทางทหาร เป!นการปgองกันการเติมน้ำมันเช้ือเพลิงใหอุปกรณ(ผิดพลาด นับต้ังแตวันที่ทำ การทดสอบ ปรากฏวา น้ำมัน JP-8 เปน! เชื้อเพลงิ ทีส่ ามารถนำมาใชในภาคสนามไดเป!นอยางดี น้ำมันเชื้อเพลิง JP แปรผันคาสีจากใสเหมือนน้ำไปจนถึงเหลืองใส แตรหัสสีของเชื้อเพลิงจะไมถูก นำมาใชกับเช้ือเพลงิ เหลาน้ี สารเติมแตงทท่ี ำการใสเขาไปในเชื้อเพลงิ เป!นสารที่ปgองกนั การเกิดออกซเิ ดชัน สารยบั ย้งั การเกิดสนิม และการผุกรอน และตัวยับย้ังการเกิดน้ำแข็ง สารที่ยับยั้งการเกิดน้ำแข็งยังเป!นสารที่ปgองกันและฆาแบคทีเรีย ในระบบเชอ้ื เพลงิ ไดดวย ตองระมัดระวังถึงการปะปนกันของน้ำมันเชื้อเพลิงแบบ JP เพราะมีความถวงจำเพาะแตกตางกันจะ สงผลตอสมรรถนะของเคร่ืองยนต( กอนท่ีจะทำการผสมเชื้อเพลิงตางชนิดกันตองมีการศึกษาคูมือทางเทคนิค เพื่อใหไดกระบวนการผสมเชือ้ เพลงิ ที่ถกู ตอง เม่ือมีการเปลีย่ นน้ำมนั เชื้อเพลิง ที่มีความถวงจำเพาะแตกตางกัน ตองมกี ารปรับคาการควบคมุ น้ำมัน ใหถูกตองจากภายนอกเคร่ืองยนต( การแบงการไหลของเช้ือเพลิง เคร่ืองยนต(บางรุนจำเป!นตองมีการปรับ เครือ่ งอยางละเอียดเพ่ือที่จะไดสมรรถนะท่ีเหมาะสม ตอนท่ี 3 การเผาไหม 1 – 5 กล$าวทั่วไป การผสมเช้ือเพลงิ กับอากาศเพอื่ ท่ีจะใชในการเผาไหมดูเหมือนวาจะเปน! วิธีการที่งาย แตในความงายนี้ แฝงไปดวยความยงุ ยาก ไมวาจะเป!นการนอ็ ค ชวงเวลาการจดุ ระเบดิ เป!นตน

7 ในเคร่ืองยนต(สันดาปภายในกระบวนการเผาไหมระหวางเช้ือเพลิงกับอากาศนั้นเกิดขึ้นอยางรวดเร็ว กระบวนการเผาไหมเป!นการปลดปลอยพลังงานศักย(ท่ีสะสมในเช้ือเพลิงออกมา ในเครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน( เช้ือเพลิงผสมกับอากาศจากภายนอกท่ีถูกดูดเขามาแลวอัดโดยเครื่องอัดอากาศ (Compressor) หลังจากนั้น แก)สรอนเกิดการขยายตัวผานกงั หันท่เี กดิ การหมุนแลวขับเครื่องอดั อากาศเป!นวฏั จักร ความเร็วของอากาศท่ีเขามาเผาไหมตองมีคาต่ำเพื่อใหไดสวนผสมของอากาศกับเชื้อเพลิงท่ีมีความ ถูกตองเหมาะสม การออกแบบหองเผาไหมตองแบงปริมาณของอากาศต่ำกวาหนึ่งในสามนำไปใชเผาไหมกับ เช้ือเพลิง อากาศสวนท่ีเหลือจะนำไประบายความรอนหัวฉีดเช้ือเพลิง ระบายสวนท่ีมีความรอนสูงของ เครอื่ งยนตก( อนท่ีจะทำการสงไปยังกงั หัน 1 – 6 ขอจำกัดดานอณุ หภมู ิ เครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน(สามารถใหกำลังงานออกแปรผันโดยตรงตอปริมาณความรอนท่ีเช้ือเพลิง ปลอยออกมา ปริมาณความรอนสวนใหญไดจากการเผาไหมเช้ือเพลิงถึงแมวาความรอนบางสวนจะเกิดขึ้นมา กอนแลวจากการท่ีไดรับพลังงานจากเครื่องอัดอากาศ อัตราสวนเช้ือเพลิงตออากาศนั้นตองมีคาต่ำเพื่อที่จะใช อากาศควบคุมอุณหภูมิของแก)สรอนกอนสงเขาหองเผาไหมใหมีอุณหภูมิลดลงจนถึงจุดท่ีปลอดภัยของวัสดุใช ทำกงั หัน อีกทัง้ สวนประกอบตาง ๆ ของกังหันตองเป!นวสั ดทุ ร่ี องรับความเคนไดสูง ทนความรอนไดสูง 1500°F (815°C) ดงั นนั้ แกส) รอนกอนทีจ่ ะเขาชดุ กังหันตองมอี ุณหภูมิตำ่ กวา 1600°F (898°C) 1 – 7 อัตราส$วนของเชื้อเพลงิ ต$ออากาศ อตั ราสวนของเชอื้ เพลิงตออากาศในเครอ่ื งยนต(แกส) เทอรไ( บน(น้ันมีคาต่ำมาก ในทางตรงขามถาหากวา เช้ือเพลิงกับอากาศผสมอยางเทา ๆ กันแลว จะไมสามารถจุดการเผาไหมสวนผสมได การเผาไหมที่สมบูรณ( ตองมีคาอัตราสวนผสมของเชื้อเพลิงตออากาศตามทฤษฎี 0.066 สามารถทำการเผาไหมไดในเวลาเพียง พอที่จะทำใหถึงจดุ สมดลุ ได ในทางปฏบิ ัติแลวการเผาไหมทีส่ มบูรณท( ั้งอากาศและเช้ือเพลิงนนั้ ตองการปริมาณ อยางใดอยางหนง่ึ เกนิ คาทางทฤษฎีเสมอ ดังน้นั ถาหากวาสวนของอากาศถูกเผาไหมจนหมดเช้ือเพลงิ ท่ีเหลือจะ ทำใหสวนผสมของเช้ือเพลิงกับอากาศเป!น 0.080 ในการควบคุมกำลังงานของเครื่องยนต(ใหออกมาน้ัน ได คำนวณและควบคุมจากปริมาณสวนผสมระหวางเชื้อเพลิงกับอากาศ จึงทำใหมีการเพ่ิมปริมาณอากาศเขามา และยงั เปน! การเพม่ิ อตั ราการเผาไหม กท็ ำใหอุณหภูมิที่ออกมามีคาเพ่ิมข้ึนเชนกนั 1 – 8 Rich Mixture Blow Out ประสิทธภิ าพการเผาไหมจากหองเผาไหมท่ีไดรับการออกแบบมาอยางดี มีการใชเชื้อเพลิงสงู ถงึ 98% ทรี่ ะดับน้ำทะเล ในทางตรงกันขามถาหากวามีการใชความสงู มาก ๆ การใชเชอื้ เพลงิ จะมปี ริมาณลดลงถึง 40% ในหองเผาไหมที่ออกแบบไมดี และไมเหมาะสม ประสิทธภิ าพการเผาไหมก็ลดลงดวย เพราะถึงจดุ ทเี่ ครอื่ งยนต( ไมมีกำลังที่จะขับเครื่องอัดอากาศ การเพิ่มปริมาณเช้ือเพลิงเพื่อท่ีจะรักษาหรือวาเพิ่มความเร็วรอบของ เครอ่ื งยนต( แตเชื้อเพลิงทไ่ี มไดเผาไหมจะทำใหเปลวไฟดับ ซึง่ เรียกวา Rich Mixture Blow Out

8 1 – 9 Lean Mixture Die Out เป!นส่ิงท่ีตรงขามกับ Rich Mixture Blow Out แตวาในกรณีนี้จะเกิดเมื่อสวนผสมจะมีคาบางมากไม เพียงพอตอการเผาไหม เม่ือประสิทธิภาพการเผาไหมต่ำ สวนผสมอาจจะตองถูกจุดระเบิดจากแหลงภายนอก เชน ตัวจุดประกายไฟตองถูกกระตุนใหทำงาน ไมเชนน้ันจะทำใหเปลวไฟดับ หรือ มีการเผาไหมท่ีชาเกินไป โดย Lean Mixture Die Out จะสามารถเกิดขึ้นไดเม่ือปริมาณเชื้อเพลิงท่ีสงมายังเคร่ืองยนต(นอยลง เนอ่ื งมาจากการลดรอบของเครอื่ งยนต( ตอนที่ 4 การหลอ$ ลน่ื (Lubrication) 1 – 10 กลา$ วทั่วไป การหลอล่ืนน้ันมีความสำคัญมากสำหรับการทำงานของเคร่ืองจักรตนกำลัง เครื่องยนต(ท่ีปราศจาก การหลอล่นื นน้ั ยอมไมสามารถทำงานได การหลอลื่นนั้นไมเพียงแตเปน! การลดแรงเสียดทานเทานนั้ หากยังเป!น การระบายความรอนของเครื่องยนตไ( ดดวย ขอควรระวงั หามผสมน้ำมันหล$อล่ืนของเคร่ืองยนตแกสเทอรไบนกับน้ำมันหล$อล่ืนของเคร่ืองยนตลูกสูบโดยเด็ดขาด เพราะว$านำ้ มนั หล$อล่ืนไม$สามารถเขากันได ซึง่ อาจจะทำใหเครื่องยนตเกิดความเสยี หาย วัตถุประสงค(ประการแรกของการหลอลื่นก็คือการลดแรงเสียดทานระหวางช้ินสวนที่มีการเคล่ือนท่ี เน่ืองจากของเหลวท่ีนำมาหลอลื่นจะสามารถหมุนเวียนเพ่ือการระบายความรอนตามแนวรัศมีได หลักการ พ้นื ฐานของการหลอล่นื โดยท่วั ๆ เปน! การแยกช้ินสวนท่ีมกี ารเคล่อื นที่ออกจากกัน นัน่ กค็ ือไมใหมกี ารสมั ผสั กัน โดยตรงของชิ้นสวนนั่นเอง เปลี่ยนจากแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเนื่องจากโลหะกับโลหะเป!นแรงเสียดทานท่ี เกิดขึ้นระหวางโลหะกับของสารหลอลื่นภายใตสภาวะอุดมคติ การสึกหรอและแรงเสียดทานตองนอยที่สุด นอกจากนี้การลดแรงเสียดทาน ฟ„ล(มของน้ำมันท่ีแทรกอยูระหวางผิวสัมผัสทำหนาที่เหมือนเบาะที่รองรับ ระหวางชิ้นสวนนั้น ปรากฏการณ(ท่ีทำหนาท่ีเหมือนกับเบาะรองน้ันมีความสำคัญมาก ยกตัวอยางเชน กานสูบ ของเคร่ืองยนต(ลูกสูบ กบั ขอเหว่ียงของเคร่ืองยนต(ลูกสูบ สามารถรองรับแรงกระแทกได สวนการระบายความ รอนของเคร่ืองยนต(น้ันทำไดดวยการไหลเวียนของน้ำมันหลอลื่นผานเคร่ืองยนต( จะดูดเอาความรอนจาก ชิ้นสวนของเครื่องยนต( ลูกสูบกับผนังกระบอกสูบนั้นสามารถระบายความรอนไดดวยน้ำมันหลอลื่น นอกจากน้ีน้ำมันหลอล่ืนยังชวยปgองกันการรั่วของแก)สจากหองเผาไหมโดยน้ำมันจะกั้นอยูระหวางลูกสูบกับ ผนังกระบอกสูบ นอกจากน้ีน้ำมันหลอล่ืนยังชวยนำเอาเศษโลหะที่เกิดการเสียดสีออกมาจากช้ินสวนของ เครอ่ื งยนต(โดยการพาเศษโลหะผานตัวกรองของนำ้ มันหลอลืน่ เพ่ือการเอาออกจากระบบ 1 – 11 การลดแรงเสียดทาน (Friction Reduction) การลดแรงเสียดทานของน้ำมันหลอล่ืนสามารถทำไดโดยการแยกผิวสัมผัสของชิ้นสวนที่เคลอ่ื นที่ออก จากกันโดยมีน้ำมันหลอลื่นเป!นตัวกั้นมีลักษณะเป!นแผนฟ„ล(มบาง ๆ เปล่ียนแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเน่ืองจาก

9 โลหะกับโลหะเป!นแรงเสียดทานระหวางโลหะกับของน้ำมันหลอลื่น จะทำใหความรอนที่เกิดข้ึนเนื่องจากการ เสยี ดสีกันลดลง การสกึ หรอของชน้ิ สวนกล็ ดลงเพราะวาโลหะสมั ผัสกนั นอยลง 1 – 12 การเปน4 เบาะรอง (Cushion Effect) การที่น้ำมันกนั อยูระหวางผวิ ของแบรงิ่ จะทำใหสามารถซับแรงกระแทกทเี่ กิดขน้ึ ระหวางชนิ้ สวนนนั้ ได 1 – 13 การระบายความรอน (Cooling) เป!นท่ีเขาใจกันวาการลดแรงเสียดทานท่ีเกิดขึ้นก็เป!นการลดปริมาณความรอนท่ีเกิดข้ึนไดดวย เชนเดียวกันการท่ีน้ำมันหลอลื่นไดมีการหมุนเวียนภายในตัวเครื่องก็เป!นการพาเอาความรอนที่อยูในชิ้นสวน ของเคร่ืองยนต(ออกมาดวย การระบายความรอนนั้นมีความสำคัญมากในเครื่องยนต(ลูกสูบ เพ่ือที่จะทำการ ระบายความรอนท่ีเกิดขึ้นที่ลูกสบู และกระบอกสูบ ระบบการระบายความรอนทมี่ ีประสิทธิภาพจะสามารถดูด เอาปริมาณความรอนไดประมาณ 10% ดวยการหมุนเวียนน้ำมันหลอล่ืนทำใหมีการพาเอาความรอนออกไป จากชนิ้ สวนการทำงานของเครือ่ งยนต( 1 – 14 การปeองกันการรั่ว (Sealing Action) น้ำมันหลอล่ืนจะเป!นตัวชวยในการแทรกอยูท่ีชองวางของผิวสัมผัส และฟ„ล(มของน้ำมันหลอลื่นน้ีเป!น ตวั ท่ชี วยในการทำงานปgองกนั การรัว่ ของความดันไดดี ในเครอ่ื งยนตล( ูกสูบ ฟ„ล(มของน้ำมันหลอลนื่ ท่อี ยูระหวาง แหวนของลกู สูบกับผนงั สบู มคี วามสำคญั มากที่จะทำการรักษาความดนั ทส่ี งู ในกระบอกสูบใหคงอยู 1 – 15 การทำความสะอาด (Cleaning Effect) การทำความสะอาดสามารถทำไดโดยการท่ีน้ำมันหลอล่ืนนำเอาคาร(บอนหรือวาอนุภาคท่เี กิดจากการ สึกหรอหรือวาส่ิงปลอมปนอื่นใดที่อยูในเคร่ืองยนต( ผานออกมาจากเคร่ืองยนต(กับน้ำมันหลอล่ืนผานตัวกรอง เพอื่ ท่จี ะกำจดั สง่ิ แปลกปลอมเหลานีอ้ อกจากระบบเคร่ืองยนต( ตอนท่ี 5 ความตองการข้ันพืน้ ฐานของน้ำมันหล$อล่นื (Lubricating Oil Requirement) 1 – 16 กลา$ วท่ัวไป สภาวะท่ีมีผลตอความตองการขั้นพ้ืนฐานสำหรับน้ำมันหลอลื่น มีดังตอไปน้ี อุณหภูมิ ความดัน อัตรา การเคลื่อนที่ของช้ินสวนท่ีทำงาน ถาหากวามีการเปลี่ยนแปลงมากเกินไปก็อาจจะทำใหการทำงานของ นำ้ มันหลอล่ืนไมเพียงพอตอการทำงานของเครอ่ื งยนต(ได ดงั นั้นตองมีการเลือกน้ำมันหลอลื่นที่สามารถรองรับ การทำงานของเครื่องยนต(ได TB 55-9150-200-24 เป!นน้ำมันหลอล่ืนที่ใชในกิจการทางทหาร ความตองการ ขัน้ พื้นฐานที่น้ำมนั หลอลื่นคณุ ภาพดจี ะตองมี - ความหนืด (Viscosity) - ความสามารถในการลดแรงเสยี ดทาน (Antifriction) - ความสามารถในการระบายความรอน (Cooling Ability)

10 - ความสมดุลทางเคมี (Chemical Stability) 1. ความหนดื (Viscosity) เป!นระดับการตานการไหลของน้ำมันหลอลื่นที่อุณหภูมิคาหนง่ึ ถาหากวาน้ำมันหลอลื่นไหลชาก็แสดง วาน้ำมันหลอลื่นน้ันมีความหนืดสูง แตถาน้ำมันหลอล่ืนไหลไดงายแสดงวาน้ำมันหลอลื่นน้ันมีความหนืดต่ำ ความหนืดของน้ำมันหลอล่ืนน้ันจะข้ึนอยูกับอุณหภูมิ ถาอุณหภูมิมีคาสูงขึ้นแผนฟ„ล(มของน้ำมันหลอลื่นก็จะมี ขนาดท่ีบางลง อัตราการตานการเปลี่ยนแปลงความหนืดผานชวงอุณหภูมิท่ีกำหนดใหเรียกวา ดัชนีความหนืด ความหนืดของนำ้ มันหลอล่นื ของอากาศยานน้นั มคี าคอนขางสงู เพราะวาอุณหภมู ิที่เคร่ืองยนต(ทำงานนั้นมีคาสูง แรงดันท่ีแบร่งิ มีคาสงู และชองวางภายในของเครื่องยนตม( ขี นาดใหญ เพราะวาชวงอุณหภมู ทิ ี่เครือ่ งยนต(ทำงาน มคี าทก่ี วาง ดังนั้นน้ำมันหลอลืน่ ท่มี ีคาความหนืดท่ีสูงยอมเปน! สง่ิ ท่ีจำเป!น 2. ความสามารถในการลดแรงเสยี ดทาน (Antifriction) ทฤษฎีในการทำงานของน้ำมันหลอล่ืนนั้นอางอิงถึงการแยกช้ินสวนที่เคล่ือนท่ีสัมพัทธ(กันเครื่องยนต( ออกจากกันโดยแผนฟ„ล(มของน้ำมันเชื้อเพลิง สารหลอล่ืนน้ันตองสามารถตานแรงเสียดทานระหวางชิ้นสวนที่ เคล่ือนทไ่ี ดมาก และตองสามารถลดการสกึ หรอระหวางการทำงานไดมากดวย 3. ความสามารถในการระบายความรอน (Cooling Ability) น้ำมันหลอลนื่ ตองมคี วามสามารถดูดความรอนจากชน้ิ สวนของเครอื่ งยนตใ( หไดมากทีส่ ุดเทาทจ่ี ะทำได 4. ความสมดลุ ทางเคมี (Chemical Stability) เน่ืองดวยสภาวะการทำงานท่ีตองเต็มขีดความสามารถประกอบกับราคาเคร่ืองยนต(ที่สูง ดังน้ันจึงมี ความจำเป!นอยางย่ิงที่ตองใชน้ำมันหลอล่ืนท่ีมีคุณภาพท่ีดีท่ีสุด เพราะการเกิดการเปล่ียนแปลงคุณสมบัติทาง เคมีของนำ้ มนั หลอลืน่ น้นั ทำใหความสามารถของนำ้ มันหลอล่ืนลดลงดวย 4.1 ความเป!นกรด (Acidity) ความเป!นกรดที่เกดิ ขึ้นในน้ำมันหลอลื่นนั้นเป!นอันตรายอยางยิ่ง เม่ือ มีการทำงานทอี่ ุณหภูมสิ ูง และความช้ืนท่ีเกิดขึ้นในเคร่ืองยนต( ความเป!นกรดจะทำใหเกิดการกัดกรอนชิ้นสวน ท่ีทำงานของเครือ่ งยนต( น้ำมันหลอล่ืนจะเกิดการเปน! ตะกอนหรือวาโคลน 4.2 การทำปฏิกิริยากับออกซิเจน (Oxidation) ในน้ำมันหลอล่ืนทุกชนิดสามารถทำปฏิกิริยากับ ออกซิเจนไดเมื่อสัมผัสกับอากาศ สารประกอบจะเกิดขึ้นจากกระบวนการออกซิเดชัน ไมเป!นท่ีตองการและ เปน! อนั ตรายเพราะทำใหน้ำมันหลอลื่นมลี ักษณะเป!นเหมือนหมากฝร่ัง และมีคณุ สมบตั เิ ป!นกรด 4.3 กำมะถัน (Sulfur) กำมะถันที่อยูในน้ำมันหลอลื่นน้ันจะอยูในรูปของสารประกอบหรือ กำมะถันอิสระ กำมะถันอิสระน้ันอาจจะเกิดจากกระบวนการกล่ันที่ไมไดมาตรฐาน กำมะถันอิสระจะจับตัวกับ น้ำมันหลอล่ืนทำลายความมีเสถียรภาพของน้ำมันหลอลื่น การท่ีมีสารประกอบซัลโฟเนตอยูแสดงใหเห็นวามี กรดกำมะถันอยูระหวางกระบวนการกลั่น ซัลโฟเนตเป!นสารที่มีความสามารถในการเป!นตัวประสานทำให น้ำมันหลอล่นื มีลกั ษณะเหมอื นโคลน น้ำมันหลอลนื่ ประกอบดวยปริมาณของซัลเฟอร(ออกซิไดซ( ไดงาย 4.4 ปริมาณของคาร(บอน (Carbon Residue) น้ำมันหลอล่ืนท่ีไดจากการกล่ันป„โตรเลียมจะ ประกอบไปดวยสารประกอบเชิงซอนของคาร(บอนจำนวนมาก ซึ่งแบงตามคุณสมบัตทิ างกายภาพและทางเคมี เน่ืองจากวามีความหลากหลาย น้ำมันหลอล่ืนสามารถจึงสามารถระเหยไดท่ีความดันบรรยากาศ จะทำใหเกิด

11 การมปี รมิ าณคาร(บอนเหลืออยู การที่มปี ริมาณคารบ( อนนีเ้ กิดจากการแยกตัวของน้ำมันหลอลน่ื อันเน่อื งมาจาก ความรอน ซึ่งเกิดจากกระบวนการกล่ันท่ีไมมีอากาศเขาทำปฏิกิริยา หลาย ๆ สวนของเครอ่ื งยนต(ชนิดนี้มีการ ทำงานท่อี ุณหภูมทิ ี่สูงมากพอท่ีจะทำใหเกิดมปี รมิ าณคาร(บอนทีเ่ หลืออยู ปริมาณคาร(บอนน้ีเปน! ส่ิงที่ไมตองการ เน่ืองจากวาจะทำใหเกิดการอุดตันหรือวาทำใหการไหลของน้ำมันหลอลื่นไมสะดวก ในเครอ่ื งยนต(ลูกสบู จะติด อยทู ่ีแหวนของลูกสูบและท่วี าลว( 4.5 ความช้ืน (Moisture) การสึกหรอของวัสดุทำแบริ่งเกือบทั้งหมดจะเกิดมาจากความช้ืนใน น้ำมันหลอล่ืน ถึงแมวาอาจจะเป!นไปไดเนื่องจากวาการสึกกรอนจากกรด แตจะไมเกิดขึ้นถาไมมีความชื้นใน น้ำมันหลอล่ืน เพื่อเป!นการปgองกันการสึกกรอนก็มีความพยายามอยางมากท่ีจะนำความช้ืนออกจาก น้ำมันหลอล่ืนใหมากท่ีสุดเทาท่ีจะทำได ยิ่งอุณหภูมิสูงยิ่งมีอัตราการสึกกรอนมากเพราะการสะสมของสารท่ี เป!นอันตราย ในทางปฏิบัติจำเป!นตองมีการปลอยน้ำมันหลอล่ืนทิ้งออกจากระบบ แลวทำการเติม นำ้ มันหลอลนื่ เขาไปในระบบใหม ชวงเวลาของการเปลีย่ นนำ้ มนั หลอลน่ื นน้ั ข้ึนอยูกบั แบบของเคร่ืองยนต( ระวงั เมื่อมีการทำงานเกี่ยวกับน้ำมันหล$อลื่นของเคร่ืองยนตแกสเทอรไบน ระวังอย$าใหน้ำมันหล$อล่ืนติดท่ี ผิวหนงั นานเกินไปเพราะว$ามีสารเคมี และสารแตง$ เติม ซง่ึ สามารถซมึ ผา$ นผวิ หนังได ตอนท่ี 6 น้ำมนั หล$อล่ืนของเครื่องยนตแกสเทอรไบน 1 – 17 กลา$ วทั่วไป ในเคร่ืองยนต(ลูกสูบ ชิ้นสวนเคลื่อนที่ ตลอดจนความซับซอน นอยกวาเคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน(มาก ปญ| หาในการหลอล่นื ก็นอยตามลงไปดวย การใชบอลแบริ่งและโรลเลอรแ( บร่ิง ทำใหตองการน้ำมันหลอลื่นที่มี ความหนดื นอยกวา แตในเครื่องยนต(เทอรโ( บพรอพ มีการใชน้ำมันหลอล่นื ประเภทเดียวกับ เครื่องยนต(เทอรโ( บ เจต จะตองใชน้ำมันหลอลน่ื ท่ีมีความหนดื สูงกวา เพราะวาแบร่ิงนั้นรองรบั แรงกดสูงกวา เนื่องมาจาก ชุดเฟxอง ทดรอบและใบพัดดานหนา น้ำมันหลอลน่ื ของเคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน( ตองมีความหนืดสูงสามารถรองรับภาระกรรมท่ีสูงมาก ๆ ได แตตองสามารถใหน้ำมันหลอล่ืนไหลไดโดยสะดวก การที่มีความหนืดสูงน้ัน ชวยใหน้ำมันหลอลื่นมีการ กลายเปน! ไอไดนอย และปgองกันการระเหยเมื่อบินข้ึนไปทีร่ ะดับความสูงมาก ๆ นอกจากนีน้ ้ำมันหลอลื่นตองไม เกิดฟองโฟม ที่สำคัญน้ำมันหลอลื่นตองไมทำลายซีลยางธรรมชาติหรือยางสังเคราะห(ที่อยูในระบบ น้ำมันหลอลื่น เชนเดียวกัน ถาเป!นแบร่ิงที่รองรับความเร็วรอบสูง ๆ การเกิดคาร(บอน หรือเป!นน้ำมันเงา ตอง นอยท่สี ดุ เน่ืองจากวาความตองการที่หลากหลายของน้ำมันหลอล่ืน ก็ไดมีการใชน้ำมันสังเคราะห( พัฒนามา เฉพาะสำหรับเคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน( น้ำมันสังเคราะห(มีขอไดเปรียบอยูสองประการที่เหนือกวาน้ำมันท่ีได จากการกลั่นป„โตรเลียม คือมีการเกิดน้ำมันเงาและถานโคกนอยกวาและระเหยไดนอยกวาเม่ือเครื่องยนต(

12 ทำงานท่ีอุณหภูมิสูง แตวามีขอดอยอยูท่ี ถาหากวามีการหกหรือวาลนสัมผัสกับพื้นผิวสีของตัวถังจะทำใหเกิด การพองและลอกได ตองเช็ดออกดวยสารละลายทเี่ ปน! ปโ„ ตรเลียมเมื่อมีการหกใส ชวงเวลาการเปล่ียนถายน้ำมันหลอลื่นขึ้นอยูกับแบบของเครื่องยนต( ข้ึนอยูกับความสามารถในการ ทำงานที่สภาวะตาง ๆ ซ่ึงกำหนดโดยแบบของอากาศยานท่ีเคร่ืองยนต(ชนิดน้ันไดถูกติดต้ัง ควรปฏิบัติตาม คำแนะนำของผผู ลิตอยางเครงครัด น้ำมันสังเคราะห(สำหรับเครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน( บรรจุในกระปˆองโลหะขนาด 1 ควอตซ( หรือ หนึ่งในส่ีแกลลอน ถึงแมบรรจุภัณฑ(จะผนึกแนนหนาเพื่อเป!นการปgองกันสิ่งแปลกปลอมท่ีจะปนเปŠxอนใน นำ้ มันหลอลื่น แตวากย็ งั ตองมกี ารกรองเศษโลหะเน่ืองมาจากการเปด„ กระปˆองดวยเชนกนั ระดับคุณภาพของน้ำมันเชื้อเพลิงท่ีใชในเครื่องยนต(เทอร(โบเจต ตองมีการเติมสารท่ีปgองกันการเกิด การทำปฏิกริ ยิ ากบั ออกซิเจน (Anti-Oxidant) ตอนที่ 7 แบร่ิง (Bearing) 1 – 18 กล$าวทั่วไป ในความเปน! จริงแลว แบร่งิ นั้นมคี วามสำคญั เป!นอยางมาก ในสมัยสงครามโลกครั้งทีส่ อง ทางพันธมติ ร ไดทำการโจมตีโรงงานผลิตแบร่ิงของเยอรมัน สงผลใหการสงแบร่ิงเพ่ือใชกับอากาศยานหยุดชะงัก ทำใหการ ผลิตอากาศยานของเยอรมันตองพลอยหยุดชะงักไปดวย ทุกวันนี้เศรษฐกิจของโลกอากาศยานจะไมมี ความกาวหนาเลยถาหากวาไมมีแบร่ิง สำหรับเคร่ืองยนต(ของอากาศยานทางทหาร แบร่ิงจะพบมากในระบบ ถายทอดกำลงั ของอากาศยาน จากเคร่อื งยนตไ( ปยงั โรเตอร( หรือไปยังใบพดั การเกดิ ความชำรุดหรอื เสียหายกับ แบริ่งน้ันยงั ผลใหอากาศยานตกอยูในอันตราย 1 – 19 หนาท่ีของแบร่ิง 1. รองรับภาระกรรมจากเพลา ภาระกรรมทกี่ ระทำน้ันจะมาจาก พูเลย( ลอ เฟxอง หรือ ตัวของเพลาซึ่ง หมุนดวยตัวของมนั เอง 2. ลดแรงเสียดทานทเี่ กิดขน้ึ เนอ่ื งจากการหมนุ เปน! ส่ิงทสี่ ำคัญมากดังน้นั จำเปน! ตองมีการหลอล่นื ทดี่ ี 3. ลดแรงเสยี ดทานทเี่ กิดขน้ึ เนื่องจากแรงรนุ (Axial Load) 4. รองรับเพลาใหอยูในแนวตรงตลอดเวลา ไมเกิดการโกงตัว เพลาท่ีหมุนดวยความเร็วที่สูงจะทำให เกดิ การสั่น ถาหากวามีการรองรับดวยแบรง่ิ ไมเพยี งพอ 1 – 20 ประเภทของแบร่ิง 1. แบบแรงเสียดทาน จะใชการถูกันของช้ินสวนที่หมุนโดยตรง เชน เพลา จะเป!นโลหะจำพวก Babbitt คือ โลหะที่เป!นอลั ลอยดข( องดีบุก ตะก่ัว ทองแดง และ พลวง ใชสำหรับการประกบเพลา เพ่ือลดแรง เสียดทานที่ผวิ สมั ผสั

13 2. แบบตานแรงเสียดทาน จะบรรจุไปดวย โรลเลอร(หรือวาลูกบอล ซ่ึงจะหมุนสัมผัสกับเพลา คำวา การตานแรงเสียดทาน นั้นอาจจะเป!นบอลแบร่ิงหรือวาโรลเลอร(แบริ่งก็ได ซ่ึงมีลูกบอลโลหะหรือตัวโรลเลอร( กลิ้งอยูภายในวงแหวนภายนอก และวงแหวนภายใน สวนคำวา เจอนัลแบริ่ง หมายความวาเป!นแบร่ิงที่ ช้นิ สวนในการหมุนจะสัมผัสกนั โดยตรง 1 – 21 Rolling Bearing หลักการเบ้ืองตนงายๆของแบรง่ิ แบบน้กี ค็ ือ การพฒั นาแบร่ิงเพือ่ ทำการลดแรงเสียดทานเน่ืองจากการ หมุน เม่ือแรงเสียดทานลดลงแลวพลังงานที่ออกมากม็ ีคามากดวย ทำใหไมตองใสพลังงานเขาไปปริมาณมาก ๆ โรลลิ่งแบริ่งเปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบไถลซ่ึงมีความเสียดทานมากกวา เป!นความเสียดทานกลิ้งที่มีความเสียด ทานนอยกวามาก ยอนหลังไปเมื่อ 1,100 ป‹ กอนคริสตกาล ชาวอัสซีเรียและชาวบาบิโลนใชทอนซุงกลมสอดเขาไป ดานลางของอนุสาวรีย( เพื่อใหสามารถเคลอ่ื นยายไดงายเพราะวาทอนซุงก็กลิ้งอยูดานลาง โดยตองทำการสอด ทอนซุงเขาดานหนาเสมอ ดังนนั้ ตองคอยเก็บทอนซุงทีอ่ อกมาจากดานหลังเพื่อปgอนเขาดวย การพัฒนาของลอน้ันมีความสำคัญมาก อยางไรก็ตามก็ยังอางแรงเสียดทานไถล การหลอลื่นชวยให แรงเสียดทานลดลง ทำใหสามารถยืดอายุการทำงานของช้ินสวนไดนานข้ึน การหลอลื่นจะมีการหยุดจนกวา เพลาจะหยดุ หมนุ บนแบริง่ หรือ โรลเลอร(เปลี่ยนการเคลอื่ นทีจ่ ากแบบไถลเป!น การเคล่ือนท่แี บบกลง้ิ โรลลิ่งแบริง่ สมยั ใหมไดมีจุดกำเนิด เม่ือประมาณ ค.ศ. 1500 โดยมาจาก ลีโอนาโด ดาวินซี ภาพของ เขาท่ีเขียนขึ้น หลายภาพประกอบไปดวยโรลล่ิงแบริ่ง มีท้ังตัวโรเลอร(และตัวลูกบอลกลิ้งอยูดานในเพ่ือลดแรง เสยี ดทาน อีกทงั้ การทำรองทางว่ิงกเ็ ป!นรองลึกหรือไมก็รองตัววี Rolling Bearing สามารถแบงได 2 ประเภท ดังนี้ 1. บอลแบร่ิง เป!นหนึ่งในแบร่ิงที่ใชกันมากในอากาศยาน สามารถใชงานไดหลากหลายสวนของ อากาศยาน แรงเสียดทานท่ีเกิดข้นึ จากแบร่ิงชนิดนี้มีนอยมาก เน่ืองจากวาลูกบอลน้ันกล้งิ ไปตามรางว่ิง และตัว ลูกบอลก็รักษาผิวสัมผัสระหวางตัวของมันเองกับทางว่ิง ดังนั้นแบร่ิงแบบน้ีเหมาะสำหรับอุปกรณ(ที่ใชงานที่ ความเรว็ สงู 2. โรลเลอร(แบริ่ง เป!นแบริ่งท่ีตัวท่ีกลิ้งเป!นทรงกระบอกระหวางผิวสัมผัส เพราะวาตัวของมันเป!น ทรงกระบอก ผิวสัมผัสจะเป!นเสนตรงแทนที่จะเป!นจุดเหมือนบอล ดังนั้นเหมาะสำหรับรองรับภาระกรรมที่ หนกั มากๆ เพื่อแรงจะไดกระจายตัวตามผวิ สัมผสั ไดมาก 1 – 22 ลกั ษณะดานโครงสราง ภาพท่ี 1–1 แสดงสวนท่ีหมุนกล้ิงน้ันอยูระหวางวงแหวนในและวงแหวนนอก ตัววงแหวนนี้ผาน กระบวนการทำใหมีความแข็งสูง พื้นผิวสัมผัสท่ีแมนยำในการรองรับการวิ่งของลูกบอล เพื่อใหระยะหาง ระหวางลูกกลิ้งหรือวาลูกบอลแตละลูกเทากันก็ตองมีการใสวงแหวนครอมลูกกลิ้งแตละลูกไว แบริ่งจะมีซีล ครอบตวั ลกู กล้ิงไวเพือ่ ปอg งกันสิ่งสกปรกหรือวาฝนุŒ เขาไป แลวทำการอดั สารหลอลื่นไวภายใน

14 การท่ีสามารถมีมิติหรือวาขนาดท่ีหลากหลายนั้น ไมจำเป!นตองสามารถบงช้ีหนาที่ของความ หลากหลายของหนาท่ีได ดังน้ันแบร่ิงบางแบบเหมาะสมกับแรงรุน (Trust load) หรือวา แรงตามแนวแกน (Axial load) ในขณะที่แบบอ่ืนไมสามารถรองรับแรงเหลาน้ีได การออกแบบแบริ่ง (แบงตามขนาด และ จำนวนลูกกลิง้ ความลึกและประเภทของของรอง ความกวางและความหนาของรางวิ่ง โครงสรางของวงแหวน ครอบลูกกลิ้ง) ตองทำการคำนวณภาระกรรม และความเร็วที่แบริ่งนั้นสามารถรองรับได แบร่ิงท่ีสามารถรับ แรงไดทง้ั แนวรัศมแี ละแนวแกน จะเพม่ิ ความหนาอีกดานหนง่ึ ของวงแหวนนอกของแบร่ิง เพ่ือรองรับแรงรุน ภาพที่ 1-1 โครงสราง และคำศพั ทของโรลเลอรแบร่ิง

15 1 – 23 แบร่ิงอยา$ งงา$ ย (Plain Bearing) แบร่ิงอยางงายแบงได 2 แบบ คือ แบบแยกช้ิน (Split Type) และแบบชนิ้ เดยี ว (Solid Type) 1. แบบแยกช้นิ (Split Type) ดานลางของกานสบู สวนทปี่ ระกบเพลาขอเหวยี่ ง หรอื ตัวหน่ึงก็คือ แบ ร่ิงหลักของเพลาขอเหว่ียง จะมีสวนท่ีเป!นผิวสัมผัสเป!นคนละช้ิน กั้นระหวางกานสูบกับเพลาขอเหวี่ยงหรือวา อยรู ะหวางเพลาขอเหว่ยี งกบั ตัวเรือน สามารถถอดเปลี่ยนได 2. แบบชิ้นเดียว (Solid Type) กานสูบก็มีแบริ่งแบบช้ินเดียวเชนกัน แตวาจะอยูดานบน หรือ สวนท่ี สวมเขากับสลักลูกสูบมีลักษณะเป!นปลอกสวม (Bushing) แบร่ิงแบบนี้จะถูกใชเม่ือตองการใหสามารถไถลไป ตามจุดปลายของเพลาไดเม่ือมีการทำงาน ลกั ษณะดานโครงสราง ภาพท่ี 1–2 เป!นภาพตัดของการประกอบแบรง่ิ อยางงาย แบรง่ิ และเพลานั้นทำมาจากโลหะคนละชนิด กัน เชน แบร่ิงท่ีเป!นเหล็กกลาโลหะที่เอามาใชทำเพลาก็ตองไมใชเหล็กกลา โลหะที่นำมาใชทำแบริ่งตองออน กวาโลหะที่ใชทำเพลา แตตองมีความแข็งมากพอที่จะรองรับความรอนและการสึกหรอไดดี โลหะท่ีใชทำ เรยี กวา Babbitt ภาพท่ี 1-2 แบบของแบรง่ิ แบบไสลด/แบบอยา! งง!าย ภาพท่ี 1-3 แบริง่ อย!างงา! ยทใ่ี ชกนั ทวั่ ไป แบร่ิงจะประกอบไปดวย โลหะ Babbitt ภายในตัวเรือนของแบริ่ง แบร่ิงประกอบไปดวย เปลือกหุม ผิวเป!นเหล็กกลา บนผิวของ Babbitt เปลือกนอกจะเป!นวงสองอันประกบกันอยูท่ีตัวเรือนของแบร่ิงแบบแยก เพอื่ เปน! การสรางอปุ กรณ( ที่มปี ระสิทธภิ าพและงายตอการบำรุงรกั ษา แบร่ิงที่สอดใสเขาไป นัน้ ผิวสัมผสั จะใกล กันมากระหวางการประกอบน้ันตองการความแนนแบบพอดี สามารถเปลี่ยนแบร่ิงใหมไดโดยการเอาตัวเรือน ออก แลวทำการเปลย่ี น และขันประกบกนั เขาอีกครงั้ การใสแบรง่ิ เขาไปในเคร่ืองยนต(ของอากาศยาน โดยปกติแลวจะเป!นโลหะประกอบสามชนิด เปลือกท่ี เป!นเหล็กกลาดานในจะเป!นโลหะเงิน และเป!นโลหะ Babbitt ดานบนของโลหะเงิน แบร่ิงแบบน้ีมีความ ทนทาน และสามารถถายเทความรอนไดดี แบร่ิงแบบน้ีจะนิยมใชท่ีเพลาขอเหว่ียง และที่ดานปลายกานสูบ ดงั ภาพที่ 1–3 การใสแบร่ิงเขาไปจะตองใหแนใจวาแบริ่งตองอยูในตัวเรือน ไมหมุนไปตามเพลา การใสแบร่ิง แบบแยก ตองมีรองบากเพื่อใหแบร่ิงน้ันอยูในตำแหนงพอดี สวนแบบช้ินเดียวหรือวาปลอกสวมนั้น จะถูกกด

16 เขาไปในตัวเรือน ทั้งสองแบบทำใหโอกาสที่แบร่ิงจะหมุนรอบตัวเรือนน้ันมีคาสูง การสอดใสเขาไปจะตองดูด ซับแรงรุน หรือวาแรงตามแนวแกน จะถูกออกแบบมาใหมี หนาแปลนตามดานท่ีแรงรุนกระทำ แบริ่งที่ไมมี หนาแปลนนจ้ี ะไมสามารถรองรับแรงรนุ หรือวาแรงตามแนวแกนได 1 – 24 แบร่ิงแบบเทฟลอน แบร่ิงแบบใหมท่ีมีการพบวามีการใชอยางแพรหลาย คือ การใชแบริ่งแบบเทฟลอน ซึ่งแบร่ิงแบบน้ีมี ความนาเชื่อถือมาก และงายตอการบำรุงรักษา มีความล่ืนในตัวอยู เฉื่อยตอการเกิดปฏิกิริยาเคมี และรองรับ แรงกระแทกไดดี และอีกอยางก็คือมี สัมประสิทธ์ิแรงเสียดทานต่ำ การออกแบบจะเป!นทรงกลมหรือวาเป!น เจอรน( อลแบรง่ิ ที่ดานทายของแบร่งิ ดงั ภาพที่ 1-4 และ 1-5 ภาพท่ี 1-4 ทางของเสนใย แบรงิ่ ท่มี คี วามลืน่ ในตวั ภาพที่ 1-5 ทางของเสนใย แบรง่ิ ที่มีความล่นื ในตัว 1 – 25 ภาระกรรมของแบริ่ง ภาระกรรมของแบรง่ิ แบงได 2 ประเภท คือ 1. แรงตามแนวรศั มี (Radial) เม่อื มกี ารหมนุ เกิดขนึ้ ทำใหเกิดแรงเหวีย่ ง และตงั้ ฉากกบั เพลา 2. แรงรนุ (Axial หรือวา Trust) คือ แรงกระทำในทศิ ขนานกบั เพลา

17 NOTE: คำวา Trust Load และ Axial Load มีความหมายเดียวกัน คือ แรงรุน เม่ือไรก็ตามท่ีเป„ดคูมือแลว เจอคำวา Trust Load ก็หมายความวาเป!น Axial Load ดวยเหมือนกนั หลายครง้ั ที่แบร่ิงถูกออกแบบมาเพ่ือรับไดทั้งแรงรุนและแรงตามแนวรศั มี ยกตัวอยาง เชน แบร่ิงหลัก ของเพลาขอเหวยี่ ง ซึง่ การโยนตัวหรือการเหว่ียงของเพลาขอเหว่ียงทำใหเกดิ แรงตามแนวรัศมี ในขณะที่การดึง ของใบพดั ดานหนาก็กอใหเกดิ แรงรนุ เชนกัน เครอ่ื งยนต(ท่ีมกี ำลังมาสูง ๆ แรงรุนทเ่ี กิดข้ึนมคี ามหาศาล อาจจะ ทำใหเพลาไมหมุน (แรงกดพ้ืนผิวที่สูงทำให แรงเสียดทานมีคาสูง) ถาแรงนี้ไมถูกดูดซับโดยแบร่ิงท่ีสามารถรับ แรงรุนดานหนาของเคร่อื งยนต(

18 บทท่ี 2 เบื้องหลัง, วิวฒั นาการ และ ทฤษฎขี องเคร่ืองยนตแกสเทอรไบน ------------------------ ตอนที่ 1 พัฒนาการชว$ งตนของเครอื่ งยนต 2 – 1 กล$าวทั่วไป ในยคุ แรก ๆ ของการบนิ มนุษยเ( รารวู าลำพังเพียงแรงที่มนษุ ย(สรางขึ้นยอมไมเพยี งพอทจี่ ะสรางแรงขับ เพื่อใหอากาศยานบินได ดังนั้นมนุษย(จึงมีความพยายามที่จะสรางและพัฒนาเครื่องยนต(ใหสามารถทำการบิน ไดไมวาจะเป!น จรวด เคร่ืองจักรไอน้ำ เครื่องยนต(เจต และเครื่องยนต(ลูกสูบ แตก็เป!นเคร่ืองยนต(ลูกสูบที่ สามารถทำใหเครอื่ งบินของสองพี่นองตระกูลไรท(ท่ีสามารถบินข้ึนได ป|จจบุ ันนี้เครอื่ งบินของกองทพั บกก็มกี าร ใชท้ังเคร่ืองยนต(แกส) เทอรไ( บนแ( ละเคร่ืองยนต(ลูกสบู ในขณะที่เทคโนโลยีใหมๆทำใหมกี ารสรางเครือ่ งยนต(ใหมี ความทนั สมยั ขึน้ มาเรอื่ ยๆ แต กย็ งั คงอางอิงหลกั การพืน้ ฐานเชนเดิม 2 – 2 The Aeolipile นักวิทยาศาสตร(ชาวอเล็คซานเดรีย ช่ือวา เฮโร ไดพัฒนาเครื่องยนต(ไอ พน (Jet engine) ขึ้นมาเม่ือประมาณ 100 ป‹ กอน คริสตกาล มีช่ือวา Aeolipile ดังภาพที่ 2-1 เครื่องยนตน( ี้ประกอบไปดวย หมอตม ทอโคงงอสองทอ ติดอยูท่ีทรงกลม ไอน้ำมาจากหมอตมเขามาผานทอสองทอท่ีรองรับผิวทรงกลม อยู จากน้ัน ไอน้ำก็ออกผานทองอท้ังสองที่อยูบนผิวทรงกลมนั้น ทำใหเกิดการ หมุน เฮโรกลาววา ใชอปุ กรณ(นเ้ี พื่อดงึ เป„ดประตโู บสถ(ออก ภาพที่ 2-1 The Aeolipile 2 – 3 The chimney jack เมื่อประมาณ ค.ศ. 1500 ลโี อนาโด ดา วนิ ชี ไดออกแบบเคร่ืองมือที่มชี ื่อวา The chimney jack เพื่อ ใชในการหมนุ เหล็กเสียบในการปŠ„ง ยาง กังหันที่ใชเปน! แบบกังหันปฏิกิริยา ใชแก)สรอนท่อี ยูในเตามาขับ กงั หัน แลวตอไปยงั ชดุ อนุกรมเฟอx งทดเพอื่ ใชหมนุ 2 – 4 จรวด (Rocket) ไดมีการคนพบดินปxนเม่ือประมาณ ค.ศ. 1000 ที่ประเทศจีน เนื่องมาจากการคนพบโดยบังเอิญ เน่ืองจากความผิดพลาดในการสรางปะทัด ตอมาไดมีการใชจรวดในชวงตน ค.ศ. 1232 โดยชาวมองโกลเพอ่ื ใช ในการขมขวัญทหารคูตอสู หลังจากนั้นนักเรียนทุนชาวจีน หวั่งหยู พยายามที่จะใชจรวดขับลอเลื่อน แลวเขา กลายเป!นบุคคลแรกท่ีพยายามท่ีจะบินโดยการใชจรวด ในยุโรปน้ันไดมีการใชจรวดในสงครามของ นโปเลียน และ ในสงคราม ป‹ 1812 เยอรมันไดมีการใชจรวด V-2 ในสงครามโลกคร้งั ท่ีสอง การใชจรวดท่ีมกี ารจดบันทึก ไวมากทส่ี ดุ คร้งั หน่ึงกค็ ือการปลอยจรวดออกสูอวกาศนั่นเอง

19 2 – 5 Branca's Stamping Mill ในป‹ 1629 วิศวกรชาวอิตาลีช่ือวา โจวานนี่ บรังกา ไดช่ือวาเป!นผูประดิษฐ( Impulse turbine เป!น คนแรก เคร่ืองมือนี้มีช่ือวา Stamping Mill ดังภาพท่ี 2-2 ใชไอน้ำในการขับเคลื่อน หัวฉีดไอน้ำพนใสวงลอ กังหันโดยตรงตามแนวระดับ จากน้ันกข็ บั ระบบเฟxองเพื่อขบั Stamping Mill ตอไป ภาพท่ี 2-2 Branca's Stamping Mill 2 – 6 รถมาพลังไอน้ำ ในป‹ 1687 เซอร( ไอแซค นิวตัน ตองการทดสอบกฎการเคล่ือนท่ีขอใหมโดยใชรถมา ดังภาพที่ 2-3 เขาพยายามขับดันรถมาโดยการฉีดไอน้ำผานหัวฉีดพุงออกมาดานหลัง โดยไอน้ำท่ีมาจากหมอตมทอ่ี ยูในรถมา นน่ั เอง เนื่องจากกำลงั ของไอนำ้ มีคานอยเกนิ ไป รถมาพลังไอนำ้ จึงไมสามารถทำงานได ภาพที่ 2-3 รถมาพลงั งานไอน้ำ 2 – 7 แกสเทอรไบนเครอื่ งแรก ในป‹ 1791 ชาวอังกฤษช่ือวา จอห(น บาร(เบอร( เป!นเจาของสิทธิบัตรในการใชวัฏจักรทาง เทอร(โม ไดนามกิ ส( สำหรับแก)สเทอรไ( บน(เป!นคร้ังแรก ดังภาพที่ 2-4 ประกอบดวยอุปกรณพ( ้ืนฐานตางๆ ของเครอ่ื งยนต( แก)สเทอร(ไบน( เชน มีเครื่องอัดอากาศ มีหองเผาไหม และกังหัน ความแตกตางหลักๆ คือมีการใชโซไปขับ เครือ่ งอดั อากาศแบบลูกสบู เคร่ืองยนต(แกส) เทอร(ไบน( ท่ีเขาสรางน้ีเป!นแบบใหไอพนแรงขับดนั

20 ภาพที่ 2-4 เครอื่ งยนตของ จอหน บารเบอร ตอนท่ี 2 การบนิ สมยั ใหม$ 2 – 8 องั กฤษ ในเดือนมกราคม ป‹ 1930 แฟรงวิตเติ้ล ชาวอังกฤษไดจดสิทธิบัตรเคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน( ท่ีใชเป!น เครื่องยนต(ขับดันอากาศยานในเคร่ืองบินรบ ป‹ 1941 ไดออกเครื่องยนต( W1 ดังภาพท่ี 2-5 ใชในเคร่ืองบินรุน E28/39 ใชความเรว็ ได 370 ไมลต( อช่วั โมง ขณะการบนิ ระดบั ดวยแรงขบั 1,000 ปอนด( ภาพท่ี 2-5 A) เคร่ืองยนตของ แฟรงวิตเตลิ หองเผาไหมแบบไหลยอนทาง B) ลำตวั เครอื่ งบินท่ีใชทดลอง E 28/39

21 2 – 9 เยอรมนั ชาวเยอรมัน Hans von Ohain และ Maxhan ไดประดิษฐ(เคร่ืองยนต(ไอพนขับดันขึ้นในป‹ 1936 บริษัท Ernst Heinkel ไดเอาเคร่ืองยนต(ของทั้งสองคนมาทำเป!นเครื่องบินรบ ในวันที่ 27 สิงหาคม 1939 โดย ใชเครื่องยนต(รุนท่ีสอง HES-36 ใชกับเคร่ืองบินรุน HE-178 (ดังภาพท่ี 2-6) HE-178 สามารถทำความเร็วได 50 ไมล(ตอชั่วโมง เครื่องยนต(นี้สามารถใหแรงขับได 1,100 ปอนด( ใชเคร่ืองอัดอากาศแบบแรงเหวี่ยง (Centrifugal flow compressor) ตอมาไดพัฒนาเป!นเครื่องยนต(ที่ใช เคร่ืองอัดอากาศแบบไหลตามแนวแกน (Axial flow compressor) ใชกับเคร่ืองบิน ME-262 เจตไฟเตอร( ทำความเร็วได 500 ไมล(ตอช่ัวโมง มีการ ระบายความรอนใบกังหันแก)ส ระบบปgองกันน้ำแข็ง พ้ืนท่ีหนาตัดของทอฉีดไอเสียปรับคาได ในวันที่ 30 กันยายน 1929 มีการปรับปรุง เครื่องรอนและจรวด เยอรมันเป!นชาติแรกที่ประสบความสำเร็จในการใช เคร่ืองยนตไ( อพน ภาพที่ 2-6 เครอ่ื งบนิ ของเยอรมัน Heinkel HE-178 2 – 10 อติ าลี แคมป„ร่ี ชาวอิตาลี ของบริษัท Caproni ไดพัฒนาเคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน( ซ่ึงใชเครื่องยนต(ลูกสูบ 900 แรงมา ขับเคร่ืองอัดอากาศสามสภาวะ กังหันน้ีติดต้ังในเครื่องยนต( Caproni-Campiri CC-2 แตไม ประสบความสำเร็จ สามารถทำความเร็วไดแค 250 ไมล(ตอช่ัวโมง เทาน้ัน ขน้ึ บนิ เป!นครงั้ แรกในเดือนสิงหาคม ป‹ 1940 แลวโครงการกล็ มเลิกไปในอกี แปดปต‹ อมา 2 – 11 อเมรกิ า อเมริกาไดรับการสนับสนุนจากอังกฤษ ในป‹ 1941 อเมริกาไดออกเคร่ืองยนต(รหัส W.1X แลวก็ออก เครื่องยนต(ตัวถัดมาคือ W.2B โดยกลุมวิศวกรทางดานของเครื่องยนต(ไอพนชาวอังกฤษไดมาผลิตที่อเมริกา โดยบริษัท เจนเนอรอล อิเลคตริค คอเปอร(เรช่ัน ทำสัญญาในการพัฒนาเคร่ืองยนต(ตัวแรกออกมาคือ W.1X หน่ึงป‹ตอมา (ตุลาคม 1942) เคร่ืองบิน เบลล( XP-59 A ติดต้ังเครื่องยนต( เจนเนอรอล อิเลคตริค 1-A สองเคร่อื งยนต( แรงขับ 1,300 ปอนด( ตอหนงึ่ เครื่องยนต( ซงึ่ ทำใหเปน! การบินดวยเคร่ืองยนตแ( กส) เทอร(ไบนเ( ป!น คร้ังแรกของอเมรกิ า ดงั ภาพท่ี 2-7

22 ภาพท่ี 2-7 Bell XP 59 Ariacomet ถึงแมวา เจนเนอรอล อิเลคตริค ไดเร่ิมใหอเมริกาสรางเครื่องยนต(ไอพนโดยการปรับปรุงเคร่ืองยนต( ของ วิตเตลิ บริษทั เวสติงเฮาส( ไดผลติ เคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน(ของตัวเองออกมา เป!นเครือ่ งยนตท( ่ีมเี ครื่องอัด อากาศแบบไหลตามแนวแกน และหองเผาไหมแบบโครงกลม (Annular combustion chamber) การ ออกแบบของเวสติงเฮาส( ก็ยังคงใชในเครอื่ งยนตแ( ก)สเทอร(ไบนใ( นป|จจบุ ัน ตอนที่ 3 ทฤษฎีทีเ่ ก่ยี วของเครื่องยนตแกสเทอไบน 2 – 12 กฎการเคลอ่ื นทขี่ องนวิ ตนั 1. กฎขอทห่ี น่งึ กฎขอท่ีหนึ่งของนิวตันกลาวไววา “วัตถุจะยังคงรักษาสภาพหยุดนิ่ง หรือเคล่ือนท่ีดวยความเร็วคงที่ ในแนวตรง ถาไมมแี รงภายนอกมากระทำ” สวนแรกของกฎขอนี้สามารถพบไดในชีวิตประจำวัน เชน ถาไมมีแรงภายนอกมากระทำ หนังสือท่วี าง บนโต)ะก็ยังคงอยูอยางนั้น สวนท่ีสองของกฎขอกลาวไววา ถาวัตถุเคลื่อนท่ีโดยปราศจากแรงภายนอกมา กระทำกย็ ังคงรักษาสภาพการเคล่ือนที่เดิมอยูอยางนั้น อยางไรก็ตามในความเป!นจรงิ มีแรงเสียดทานที่ตานการ เคล่ือนที่เกิดข้ึนเสมอ เชน โยนกลองไมใหไถลไปตามถนนพื้นปูน หลังจากที่ไถลไปไดอีกเพียงระยะทางสั้น ๆ กลองจะหยุดน่ิง เพราะวาแรงเสียดทานมีคามากกวา ถาใหกลองไถลไปตามพื้นที่ขัดข้ีผึ้งยอมไปไดไกลกวา เพราะวาความเสียดทานนอยกวา จากตัวอยางท่ีผานมาจึงกลาวไดวา ถาไมมีแรงเสยี ดทาน วตั ถุจะเคลื่อนทบ่ี น ผิวระดับตอไปดวยความเรว็ คงท่ี

23 2. กฎขอที่สอง กฎขอที่สองของนิวตันกลาวไววา ถามีแรงไมเป!นศูนย( มากระทำตอวตั ถจุ ะกอใหเกิดความเรงไปในทิศทางของแรงที่มี ขนาดมากกวา ความเรงมีขนาดแปรผันโดยตรงกับแรงและ แปรผกผันกับมวลของวตั ถุ ความหมายของ กฎขอที่สองของนิวตันสามารถแสดง ใหเห็นดวยตัวอยางของ กลองสองใบ ที่เหมือนกันทุกประการ ถูกทำใหไถลไปตามพื้น ถาออกแรงท่ีกลองหน่ึงมากกวา จะทำ ใหกลองน้ันมคี วามเรงมากกวา หรือถา กลองเปลา กบั กลองที่ ใสของเต็ม ถูกทำใหไถลไปตามพ้ืน ดวยแรงที่เทากัน กลอง เปลาจะมคี วามเรงมากกวา โดยทั่ว ๆ ไป อาจกลาวไดวา แรงที่ ไมสมดุลมีคามากกวา และวัตถุมีมวลนอยๆ จะมีความเรง มากกวา 3. กฎขอท่สี าม ภาพที่ 2-8 ภาพแสดงหลักการผลกั ดนั เนอ่ื งจากแรงปฏิกิรยิ า กฎขอท่ีสามของนิวตันกลาวไววา ทุกๆแรงกิริยาจะมีแรงปฏิกิริยาท่ีมีขนาดเทากันทิศทางตรงขามกัน เกิดข้ึนเสมอ แรงทัง้ สองเกิดข้ึนที่แนวเสนตรงเดียวกัน คำวา แรงกิริยาหมายถึง แรงท่ีวัตถุทห่ี นงึ่ กระทำกับวัตถุ ทส่ี อง และคำวา แรงปฏิกิรยิ าหมายถึง แรงที่วัตถุที่สองกระทำกับวัตถุที่หน่ึง นั่นหมายความวา ถาหากวาวัตถุ A กระทำตอวัตถุ B ดังนั้นวัตถุ B ตองกระทำตอวัตถุ A ดวยแรงท่ีเทากัน แตทิศทางตรงขามกัน แตวาแรงท้ัง สองนไ้ี มสามารถหักลางกนั ได เพราะวากระทำกับวตั ถคุ นละกอน แรงสะทอนกลับของปxนไรเฟ„ลแสดงใหเห็นถึงกฎ แรงกิริยา-ปฏิกิริยา ดินปxนในปลอกกระสุนถูกจุด ระเบิดดวยเข็มแทงชนวน เม่ือมีการเผาไหมเกิดขึ้น และลูกปxนก็พุงออกจากปxนไปอยางรวดเร็ว ผลของแรง กิริยานี้ปxนก็เกิดแรงสะทอนกลับออกไปทางดานหลังไปยังไหลของผูยิง การสะทอนกลับนี้สามารถรูไดถึงแรง ปฏิกริ ิยาไดดวยผูยิงปxน หลักการของการขับดันของไอพนก็เชนเดียวกัน สามารถแสดงไดดวยลูกโปŒงในภาพที่ 2-8 เม่ือเปŒา ลูกโปŒงใหพองออกแลวมัดไว จะพบวาความดันกระทำตอผนังลูกโปŒงภายในอยางสม่ำเสมอ เนื่องจากวาแรง ภายในมีความสมดุลดังน้ันลูกโปŒงจึงไมเคล่ือนท่ีไปทางดานใดดานหน่ึง ถาเราปลอยจุกท่ีมัดออก ลูกโปŒงจะ เคล่ือนท่ีไปในทิศทางตรงขามกับลมที่ออกมา ถึงแมวาทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกโปŒงจะไมแนนอน แตก็ยัง เคล่ือนท่ีไปในทิศทางตรงขามกับลมท่อี อกมาตลอดเวลา ลูกโปŒงสามารถเคล่ือนที่ไดเพราะวามีแรงที่ไมสมดุลเกิดข้ึน ลมท่ีพนออกมาจากลูกโปŒงไมไดไปผลัก มวลอากาศ และยังสามารถทำงานไดดีเมื่ออยูในสุญญากาศอีกดวย เม่ือปลอยจุกลมแลว เกิดเป!นทอปลายตีบ ขนึ้ เมื่ออากาศเคล่ือนที่ผานพ้ืนที่น้ี ความเร็วจะมีคาเพิ่มข้ึน ประกอบกับความดันอากาศมคี าลดลง นอกจากนี้

24 พื้นที่ผิวของ ลูกโปŒงซ่ึงมีแรงภายในผลักอยูน้ันถูกเอาออกไป ท่ีตำแหนงตรงขามผิวดานในของลูกโปŒงมีคาเทา เดิม ความดนั ภายในที่กระทำมีคาสูงกวาจะขับเคลอ่ื นลกู โปŒงไปในตำแหนงท่ีตรงขามกับจกุ ท่ีปลอยออกมา การ บินของ ลูกโปŒงมีระยะเวลาท่ีส้ันมาก ข้ึนอยูกับปริมาณอากาศท่ีอยูภายใน ถาหากวามีแหลงท่ีใหความดันอยู ตลอดก็สามารถรักษาสภาพการบนิ ไวได 2 – 13 วัฏจกั รเบรตนั วฏั จักรเบรตนั ดังภาพที่ 2-9 เป!นชือ่ ของ วัฏจกั รทางเทอร(โมไดนามิกส( ของเครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน( ในการสรางแรงขบั วฏั จักรนเ้ี ปน! การเปลี่ยนแปลงปรมิ าตร วฏั จกั รความดันคงท่ี และเรียกวา \"วฏั จักรความดัน คงที่\" หรือ \"วัฏจักรเป„ด \" หรือมีคำอื่นเรียกอีกวา \"วัฏจักรการสันดาปตอเนื่อง\" มีเหตุการณ(ท่ีมีความตอเน่ือง เกดิ ขึ้น ส่อี ยาง คอื นำอากาศเขา อัดอากาศ ขยายตวั (รวมถึงใหกำลงั ออกมา) และ การคายไอเสีย A B CD ภาพท่ี 2-9 ภาพแสดงวฏั จกั รเบรตัน ในชวงการนำอากาศเขาสูเคร่ืองยนต(จากความดันของอากาศภายนอก ท่ีปริมาตรคงที่เม่ือออกดวย สภาวะท่ีความดันเพิ่มขึ้นและปริมาตรลดลง ในสวนของเคร่ืองอัดอากาศ จะรับอากาศจากสวนนำอากาศเขา และเพ่ิมความดันใหมีคาสูงกวาความดันบรรยากาศเล็กนอย และปริมาตรก็มีคาลดลงไมมาก อากาศเม่ือเขา มายังเครื่องอัดอากาศแลวจะถูกอัด เมื่อออกจากสวนน้ีไปแลวความดันจะมีคาเพิ่มขึ้นสูงมาก และปริมาตรก็มี ขนาดเล็กลง เกิดมาจากกลไกในการทำงานของ เครื่องอัดอากาศ ข้ันตอนตอไป (การขยายตัว) เกิดข้ึนภายใน หองเผาไหมโดยการเผาไหมเช้ือเพลิง ซ่ึงทำใหอากาศขยายตัว ความดันสัมพัทธ(ยังคงที่ แตวาการเพิ่มขึ้นของ ปริมาตรเกดิ ขึ้น การขยายตัวของแกส) เคลื่อนท่ีไปดานหลงั ผานกังหัน และเปล่ียนจากพลงั งานของความเร็วเป!น พลงั งานกลดวยชดุ ของกงั หนั 2 – 14 กฎของแบรนลู ่ี กฎของแบร(นูลี่กลาวไววา เม่ือแก)สหรือของเหลว เคล่ือนที่ผานทอปลายแคบ เชนเดียวกับ Nozzle Stator ความเร็วมีจะคาเพิ่มข้นึ อณุ หภูมิและความดันมคี าลดลง ดังภาพท่ี 2-10 ถาพ้ืนที่หนาตัดมีลักษณะเป!น ทอปลายกวาง (เหมือนใน Diffuser) หรือ ใบจักรของสวนหมุนความเร็วจะมีคาลดลง อุณหภูมิ และ

25 ความดันมีคาเพิม่ ขึ้น พลังงานรวมในการไหลของแก)สเกิดจาก อุณหภูมิและความดัน สถิต และ พลศาสตร( ท้ัง Nozzle หรือวา Diffuser ไมไดมีการเปล่ียนแปลงระดับพลังงานรวมแตวามีการเปลี่ยนรูปพลังงานหนึ่งไปเป!น อีกพลังงานหน่ึงเทาน้ัน ดวยการเปล่ียนแปลงพ้ืนท่ีหนาตัดของทอ ความเร็วจะเปลี่ยนเป!นความดันและความ ดันจะเปลี่ยนเป!นความเร็ว เคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน(ก็เหมือนกับทอน่ันเอง ดวยพื้นท่ีหนาตัด ซึ่งความดัน อากาศและความเรว็ เปล่ียนแปลงอยางสมำ่ เสมอเพ่ือที่จะไดผลลัพธ(ท่ีตองการ หลักการน้ีกลาวไววา ทอปลายกวาง จะเพ่ิมความเร็ว และลดความดัน ทอปลายบานสามารถใช รวมกับเครื่องอัดอากาศ ชวยใหอากาศเคล่ือนที่ชา และความดันคอยๆเพ่ิมข้ึน ในสวนสันดาปจะตรงขามกัน ความเร็วเพม่ิ ข้ึน และความดนั ลดลง ภาพท่ี 2-10 ภาพแสดงกฎของแบรนูลี 2 – 15 กฎของบอยล กฎของบอยล(กลาวไววา ถาอุณหภูมิของแก)สถูกจำกัดไว การเพิ่มข้ึนของความดัน จะสัมพันธ(กัน โดยตรงกบั การลดลงของอณุ หภมู ิ ในทางตรงขาม ความดันจะมคี าลดลงเม่ือปริมาตรเพ่ิมมากข้ึน ตัวอยางงายๆ ของหลักการน้ีคือ เม่ือเราบีบลูกโปŒงปริมาตรจะเล็กลง แตความดันในลูกโปŒงมีคามากขึ้น ถาหากวาเราบีบแรง มากพอลกู โปŒงก็จะแตก (A) (B) ภาพที่ 2-10 ภาพแสดงกฎของบอยล (A) ภาพแสดงกฎของชารลส (B)

26 2 – 16 กฎของชารลส กฎของชาร(ลสกลาวไววา ถาแก)สอยูภายใตความดันท่ีคงที่ เม่ือเพิ่มอุณหภูมิใหกับแก)สจะทำให ปริมาตรของแก)สเพ่ิมมากข้ึน เชน ถาเราถือลูกโปŒงไวเหนือเตา อุณหภูมิของแก)สจะเพ่ิม ลูกโปŒงจะเกิดการ ขยายตัว ถาความรอนมีปริมาณมากพอ ก็จะทำใหลูกโปŒงขยายตวั จนแตก ดังนั้น ความรอนของการสนั ดาปจะ ทำใหแก)สเกิดการขยายตวั ในเคร่ืองยนตแ( กส) เทอรไ( บน( 2 – 17 ความดันและความเรว็ อากาศนั้นโดยปกติแลวเราจะพิจารณาถึงความสัมพันธ( นั่นคือ อุณหภูมิ ความดัน และปริมาตร เมื่อ แก)สเกิดการเคลื่อนท่ีส่ิงหน่ึงท่ีตองพิจารณาดวยคือ ความเร็ว พิจารณาอัตราการของแก)สไหลผานทอมีคาคงที่ เทาท่ีพื้นที่หนาตัดของทอไมเปลี่ยนแปลง อากาศจะยังคงไหลดวยอัตราเดิม (ไมคิดความเสียดทานในทอ) ถาพื้นท่ีหนาตัดของทอมขี นาดเล็กลง (ปลายแคบ) ความเร็วการไหลของอากาศมีคาเพ่ิมขนึ้ ถาปริมาณการไหล ของอากาศยังคงท่ีอยู ในหนวยปอนด(ตอวินาที (หลักการของแบร(นูล่ี) ในการหาพลังงานของความเร็ว อากาศ จะตองให พลังงานของความดันหรือความเร็วออกมาดวย (กฎการอนุรักษ(พลังงาน) การไหลสุทธิที่ผาน ขอจำกัดน้ี ควรจะมีความดันและ อณุ หภูมลิ ดลง ความเรว็ มคี าเพิ่มข้นึ ในทางตรงขาม เมอื่ อากาศไหลผานทอ ท่ีมีพ้ืนที่หนาตัดขนาดใหญข้ึน (ทอปลายกวาง) ความเร็วจะมีคาลดลง ความดันและอุณหภูมิมีคาเพิ่มข้ึน ท่ีคอคอดคาบูเรตเตอร(ของรถยนต(เป!นตัวอยางที่ดี แสดงถึงผลการไหลของอากาศผานทอเวนจูรี เชน เหตุการณ(วันที่อากาศรอน สวนตรงกลางของคาบูเรตเตอร(จะเย็น พื้นท่ีท่ีเป!น ปลายแคบ-ปลายกวาง ใชใน เคร่ืองยนตแ( ก)สเทอร(ไบน( ในการควบคมุ ความดนั และความเรว็ ของแก)สเขาเคร่ืองยนต( 2 – 18 เคร่ืองยนตแกสเทอรไบน และ เคร่อื งยนตลูกสูบ วัฏจักร คือ กระบวนการท่ีเริ่มดวยสภาวะท่ีแนนอน และส้ินสุดท่ีสภาวะเดิม เครื่องยนต( แก)สเทอร(ไบน( และ เคร่ืองยนต(ลูกสูบ มีสวนที่เหมือนกัน คือ เครื่องยนต(ตนกำลังท้ังสองแบบเป!นเคร่ืองยนต(ท่ี ใชอากาศในการทำงาน เครื่องยนต(ทั้งสองน้ันลำดับเหตุการณ(ของวัฎจักรการทำงานเหมือนกัน (นำอากาศเขา อัดอากาศ ใหกำลัง และ คายไอเสีย) ความแตกตางในเหตุการณ(ภายในเคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน( คือ เกิดขึ้น อยางตอเน่ือง ในขณะท่ีเคร่ืองยนต(ลูกสูบ เหตุการณ(ตาง ๆ เหลานี้ตองเกิดขึ้นตามลำดับกอนหลัง นั่นคือ ตอง รอใหอีกเหตุการณ(หนึ่งเกิดขึ้นกอนจึงจะเกิดอีกเหตุการณ(ตอมาได สวนแตกตางอยางหนึ่งที่เกิดขึ้นคือ กระบวนการตาง ๆ ของ เคร่ืองยนต(แกส) เทอร(ไบน(เกิดข้ึนตามสวนการทำงานแตละหนาที่ แตเครื่องยนต(ลกู สูบ กระบวนการตางๆ เกิดข้ึนท่ีเดยี วกนั คือภายในกระบอกสูบ เคร่ืองยนต(ลกู สูบสามารถใหพลังงานออกมาได ดวยการทำงาน ภายในกระบอกสบู ดวยความดันท่ีสูง (1,000 ปอนด(ตอตารางนิ้ว [psi]) ดวยความดันที่สูงน้ี ทำใหไดจำนวนงาน จากเชื้อเพลิงที่มากกวา ดังน้ัน เคร่ืองยนต(ลูกสูบจึงมีประสิทธิภาพเชิงความรอนมากข้ึน ในทางตรงขามเคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน( คาประสิทธภิ าพเชิงความรอนถกู จำกัดดวยความสามารถของเคร่ืองอัดอากาศ โดยที่อุณหภูมิไมสงู เกนิ ขีดจำกัด โดยในอุดมคติน้ัน เครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน( สามารถเผาไหมเช้ือเพลิงไดมากท่ีสุดเทาที่จะเป!นไปได ดวยการ

27 เพ่ิมอุณหภมู ขิ องแก)สและกำลงั ที่ไดออกมาเพมิ่ ข้นึ พลังงานที่เพ่ิมเขาไปในรูปของน้ำมันเช้ือเพลิง มีคามากเกินกวาท่ีจะขับเครื่องอัดอากาศเพียงอยางเดียว พลังงานสวนทีเ่ หลอื จงึ นำไปสรางเป!นแรงขบั หรอื กำลงั ในการทำงานของอุปกรณต( าง ๆ ของเคร่อื งยนต( NOTE: ประสิทธภิ าพเชิงความรอน คอื ความสัมพันธระหวา$ งพลงั งานศกั ด์ิความรอนท่ีสะสม ในเชือ้ เพลงิ และกำลังงานจรงิ ท่ีออกจากเครือ่ งยนต

28 บทท่ี 3 หลักการ, การทำงาน, และโครงสรางของ เคร่อื งยนตแกสเทอรไบน ……………………… ตอนท่ี 1 การทำงานของเคร่ืองยนต 3 – 1 กลา$ วทั่วไป เครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน(เปน! เครือ่ งยนต(ท่ีใชอากาศและความรอนในการทำงาน โดยทีเ่ คร่ืองยนตแ( ก)ส เทอร(ไบน(น้ีเป!นเครื่องยนต(ท่ีใชแก)สรอน หรือ ไอเสียท่ีออกมาไปขับวงลอกังหันเพ่ือขับเคร่ืองอัดอากาศ (Compressor) สรางความตอเนือ่ งในการทำงานของเครื่องยนต(ได ถึงแมวา เครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน( มีความ แตกตางดานโครงสรางมูลฐาน จาก เครื่องยนต(ลูกสูบ แตท้ังสอบแบบทำงานดวยหลักการเหมือนกัน ใน ลูกสูบของ เคร่ืองยนต(ลูกสูบ หนาท่ีในการ นำอากาศ เขา อัดอากาศ สันดาป และ คายไอเสีย เกิดขึ้นภายใน หองเผาไหมท้ังหมดแตละกระบวนการ ตองเกิดข้ึนโดย เส ร็ จ ส ม บู รณ( ใน ห อ งเผ าไห ม ก อ น จึ งจ ะ เกิ ด กระบวนการตอไป ในเคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน( ที่สวน ตางๆกันทำหนาที่คนละอยาง แตละกระบวนการ เกิดข้ึนพรอมกัน โดยไมมีการหยุด สวนการทำงานมี ดังนี้ สวนนำอากาศเขา (Air intake) สวนของเครื่อง อั ด อ า ก า ศ ( Compressor) ส ว น สั น ด า ป (Combustion) สวนกังหันและไอเสีย (Turbine and Exhaust) เครื่องอัดอากาศนำอากาศเขามาแลวทำการ อดั และผลักดันอากาศ เขาไปในสวนสันดาป จากนั้นก็ ฉีดเชื้อเพลิงเขาไป เพื่อใหผสมกับอากาศท่ีผานการอัด เพื่อการเผาไหม สวนผสมระหวางอากาศกับเชื้อเพลิง ถกู จุดดวยหัวจุดไฟฟgา อยางไรก็ตาม เมอ่ื สตาร(ทเครื่อง แลว การจุดดวยไฟฟgาจะหยุดไมทำงาน และการเผา ไหมยังคงมีความตอเน่ืองอยูในเคร่ืองยนต(แก)สเทอร( ภาพที่ 3-1 เครอื่ งยนตแกWสเทอรไบนพนื้ ฐาน ไบน( ท่ีถูกออกแบบมาเพื่อใชในกองทัพบก พลังงาน เกือบสองในสามทีไ่ ดจากกระบวนการเผาไหมมคี วามจำเป!นอยางมากในการขับเคร่ืองอัดอากาศ กังหนั กำลังถูก ออกแบบมาเพ่ือใหสามารถดึงเอาพลังงานจากแก)สรอนที่เหลือใหมากท่ีสุดเทาท่ีจะทำได แลวเปลี่ยนเป!นกำลัง ของการหมุนไปยงั เพลากำลงั เพื่อใชในการขับเพลากำลงั ออก หรอื ใบพดั เครอ่ื งบนิ

29 ภาพที่ 3-1 เป!นการแสดง เครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน(อยางงาย ภาพ A กระปˆองบรรจุอากาศท่ีถูกอัดก็ ปลอยอากาศสูภายนอกผานชองเป„ดจนกวาอากาศภายในจะหมด, ภาพ B มีการใหความรอนแกกระปˆอง ความหนาแนนของอากาศภายในกระปˆองมีคามากขึ้น จะใหแรงปฏิกิริยาออกมา (เสนทึบ) ความเร็วของแก)ส รอนที่ออกมาก็มีคามากข้ึนกวาเดิม, ภาพ C อากาศ ท่ีผานการใหความรอน (เสนทึบ) ออกมาชนใบจักรที่มี รูปรางเป!นแพนอากาศ ติดต้ังริมขอบของวงลอ ทำใหกังหันเกิดการหมุน, ภาพ D เพื่อการทำงานท่ีตอเน่ือง มี การเจาะชองเป„ดท่ีปลายขางหน่ึงของกระปˆองเพ่ือเอาอากาศเขามา, ภาพ E ไดนำเคร่ืองอัดอากาศ ผลักดัน อากาศใหเขาไปในกระปˆอง (เสนทึบ), เนื่องดวย กังหันถูกขับดวยอากาศความเร็วสูง การหมุนของกังหัน สามารถใชขบั เคร่ืองอดั อากาศไดดวยการตอเพลาเช่ือมระหวางสองสวนน้ี, จากท่ีกลาวมาทั้งหมดน้ีกระปˆองที่ บรรจุ อากาศใชความรอนจากแหลงภายนอก จากกระปˆองบรรจุอากาศเปล่ียนเป!นหองเผาไหม เม่ือมีการ นำเอาเชื้อเพลิงเขามาใช ผสมกับอากาศ และมีการจุดระเบิดภายใน แตวา ไมไดใชอากาศท้ังหมดในการเผา ไหม อยางไรก็ตามอากาศท้ังหมดท่ีเขามา ก็ถูกทำใหรอน และขยายตัวอยางรวดเร็ว ไอเสียที่ออกมามีความ รอนสูงมาก อากาศความเร็วสูงออกผาน Nozzle ไปยังกังหันโดยตรง ใชพลังงานเพียงสองในสามเทาน้ัน สวน พลงั งานทเ่ี หลือกย็ งั คงมพี ลังงานสูงมากกเ็ ลยนำเอามาขบั กังหันกำลัง ดวยวิธีการเดียวกับ กังหนั ที่ขับ เครือ่ งอัด อากาศ กังหันชุดนี้แยกเป!นอสิ ระจาก กังหันท่ีขบั เครื่องอัดอากาศ ขับระบบเฟxองทดและเพลากำลังออก ถาใช กับ เคร่ืองยนต(เทอร(โบพรอพ จะใช Spline นอกท่ีเพลากำลังออก สำหรับเครื่องยนต(เทอร(โบชาร(ปจะใช Spline ใน เพอ่ื ใชกบั เฮลคิ อปเตอร( ดงั ภาพ G 3 – 2 การทำงานของเครือ่ งยนต ดานหนาหรือทอนำอากาศดานเขา จะเป„ดเพ่ือนำอากาศดานนอกเขามายังเคร่ืองยนต( เคร่ืองอัด อากาศก็ทำงานดวยการสงและอัดอากาศกอนเขาหองเผาไหม อากาศกอนเขาหองเผาไหมอาจจะมีความดัน เพิ่มข้ึนจากเดิม สิบสองเทาหรอื มากกวาน้ันของความดันกอนเขาเครื่องยนต( ในสวนสันดาปเชื้อเพลิงถูกฉีดเขา และผสมกับอากาศที่ถูกอัดเขามา จากนั้นสวนผสมระหวางอากาศกับเช้ือเพลิง ก็ถูกจุดดวยหัวจุดหรือวาหัว เทียน เมื่อสวนผสมติดไฟแลวระบบจุดระเบิดก็หยุดทำงาน แตกระบวนการเผาไหมยังคงทำงานตอไปได เคร่ืองยนต(เพียงแตคอยควบคุมใหสวนผสมนั้นมคี าถูกตองก็พอ อากาศท่ีเขามายังเคร่ืองยนต(เรานำไปใชในการ เผาไหมเพียงแค 25% เทาน้ัน อีก 75% เราใชระบายความรอนอุปกรณ(ตางๆ รอบสวนสันดาป แก็สรอนก็ ขยายตวั เขาสูกงั หันโดยตรง จากกังหันตอเพลาขับเขากับเครอ่ื งอดั อากาศและชุดขับอุปกรณ( กำลังงานทไ่ี ดสอง ในสามใชขับเครื่องอดั อากาศ กำลังงานสวนที่เหลอื ใชในการขบั ดันเครื่องบิน ผาน Jet Nozzle หรือผานกังหัน ตวั อ่ืน ถาเป!นเคร่ืองยนต(ท่ีใชกังหันกำลัง (Power Turbine) จะนำพลังงานสวนน้ี ไปหมนุ เพลาขับ หรือเพ่ือใช หมุนใบพดั เครื่องบิน

30 ตอนท่ี 2 แบบของเครอ่ื งยนตแกสเทอรไบน 3 – 3 แบบของเคร่อื งยนตแกสเทอรไบน แบงออกไดเปน! 4 แบบดังน้ี 1. เคร่ืองยนต(เทอรโ( บเจต เป!นเครอื่ งยนต(ท่ใี ชพลังงานสุทธิของอากาศหรือแก)สรอนเพียงอยางเดยี วใน รูปของไอพน หรือ Jet nozzle เครื่องยนต(เทอร(โบเจต ใชกังหันที่ขับดวยแก)สรอนไปขับเคร่ืองอัดอากาศเพ่ือ นำอากาศปgอนเขาเครอ่ื งยนต( ภาพที่ 3-2 เคร่ืองยนตเทอรโบเจต 2. เคร่ืองยนต(เทอร(โบแฟน โดยหลักการแลวเหมือนเคร่ืองยนตเ( ทอร(โบพรอพ ยกเวน Propellers นั้น เปล่ียนเป!นพัดลมขนาดใหญดานหนาเครื่องยนต(แทน ดังภาพท่ี 3-2 จะสามารถสรางแรงขับจากอากาศสวนที่ ผานพัดลมขนาดใหญดานหนาไหลผานรอบเครื่องยนต(ไมมีการเผาไหมประมาณ 2 ใน 3 ข้ึนอยูกับการ ออกแบบของผูผลิต อากาศสวนที่เหลือเขาเคร่ืองอัดอากาศเพ่ือใชในการเผาไหมสรางแรงขับผานทางออกไอ เสียไดประมาณ 1 ใน 3 ภาพท่ี 3-3 เคร่ืองยนตเทอรโบแฟน 3. เคร่ืองยนต(เทอร(โบชาร(ป เป!นเครื่องยนต(ท่ีเปลี่ยนพลังงานจากแก)สรอน เป!นพลังงานในการหมุน วงกังหันของเพลากำลังผานชุดเฟxองเพลนเนตตารี่ เพื่อเอาไปขับชุดถายทอดกำลังของเฮลิคอปเตอร( ซ่งึ ชุดเฟxองน้อี าจรวมเขาเป!นสวนหน่ึงของเคร่อื งยนต( หรือ อยูภายนอกเครอ่ื งยนต( กข็ น้ึ อยกู ับบรษิ ัทผผู ลิต

31 ภาพท่ี 3-4 เครอ่ื งยนตเทอรโบชารป 4. เครอ่ื งยนต(เทอรโ( บพรอพ เป!นเคร่ืองยนต(ท่ีใชกำลังงานจากเพลาไปขับชดุ เฟxองทดรอบเพ่ือใชในการ หมุนใบพดั (Propellers) ความแตกตางระหวางเคร่อื งยนตเ( ทอรโ( บชาร(ป คอื ชุดเฟอx งทดรอบ ภาพที่ 3-5 เคร่อื งยนตเทอรโบพรอพ คำวา \"เทอร(โบ (Turbo)\" หมายความวา \"กังหัน (Turbine)\" เน่ืองจากวาเคร่ืองยนต(เทอร(โบ-ชาร(ป จะสงกำลังผานการหมุนของเพลา เม่ือเคร่ืองยนต(หมุนจะไดรับกำลังจากวงลอกังหัน ซึ่งโดยทั่วไปแลว เครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน(ของอากาศยานในกองทัพบก เป!นเครื่องยนต(กังหันอิสระ ไมวาจะเป!นเครื่องยนต(เทอร(โบชาร(ป หรือ เครื่องยนต(เทอร(โบพรอพ ตัวกังหันอิสระ (Free Power Turbine) สามารถชวยใหเพลากำลังออกหมุน ดวยความเร็วคงที่ โดยกำลังทีไ่ ดสามารถรองรบั ตอการเปลย่ี นแปลงภาระกรรมทเ่ี พ่มิ ข้ึนตอเพลาขับ เคร่ืองยนต(แก)สเทอร(ไบน( สามารถแบงได 2 กลุม ดังน้ี คือ แบบแรงเหวี่ยง และแบบไหลตามแกน ข้ึนอยกู บั แบบของเคร่ืองอดั อากาศทใี่ ช อยางไรก็ตามอากาศยานในกองทัพบกใชเครอื่ งยนต(ท่ีใชท้ัง 2 แบบ

32 ตอนท่ี 3 ส$วนประกอบของเครือ่ งยนต 3 – 4 ส$วนนำอากาศเขา (Air Inlet Section) ปริมาณอากาศทเ่ี ครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน(ตองการนั้น ประมาณ 10 เทาของเครอ่ื งยนต(ลกู สบู ทางเขา ของอากาศถูกออกแบบมาเพื่อนำอากาศเขามายังเครื่องอัดอากาศโดยใหมีการสูญเสียพลังงานจาก แรง ตานอากาศหรือความดันกระแทกเขามานอยท่ีสุด หมายความวาการไหลของอากาศเขาไปใน เคร่ืองอัดอากาศ ควรจะปราศจากการไหลแบบป|†นปŒวน (Turbulence) เพื่อท่ีไดประสทิ ธภิ าพการทำงานเต็มที่ การออกแบบที่ดีจะชวยในเร่ืองสมรรถนะอากาศยาน โดยการเพิ่มอัตราสวนของความดันดานออกตอความดัน ดานเขา ปริมาณของอากาศท่ผี านเขาไปในเครื่องยนต(ขึน้ อยูกับ 1. ความเรว็ รอบของ เคร่ืองอดั อากาศ 2. ความเร็วเดินทางของ อากาศยาน 3. ความหนาแนนของอากาศภายนอก ภาพท่ี 3-7 ทางเขาแบบปากระฆัง ภาพท่ี 3-6 แบบของท!อทางเข้า ภาพท่ี 3-8 แบบทางเขาเดย่ี ว ชองทางเขาของอากาศ (ดังภาพที่ 3-6 ถึง 3-8) สามารถแบงไดดังน้ี 1. ทางเขาสวนหวั ติดต้ังที่สวนหัวของลำตวั เครอ่ื งบิน, ครอบเคร่ืองยนตไ( อพน, หรือ ครอบเครื่องยนต( ใบพดั

33 2. ทางดานป‹ก ติดต้ังตามแนวของสวนชายหนาป‹ก ปกติแลวการติดตั้งดวยวิธีน้ีจะอยูบริเวณโคนป‹ก สำหรับการตดิ ต้งั เครอื่ งยนตเ( ดยี ว 3. ทางเขาแบบโครงกลม มลี ักษณะเป!นวงโคงกลมลอมรอบทีส่ วนหนาของ เคร่อื งบนิ หรือเคร่ืองยนต( 4. ทางเขาแบบโพรงอากาศ จะยื่นออกมาจากผิวของลำตัวเครื่องบิน หรือ ครอบเคร่ืองยนต(ใบพัด (Nacelle) 5. ทางเขาแบบราบเรียบ 6. ทางเขาแบบปากระฆัง ทางเขาเป!นรปู ทรงกรวยมขี อบเป!นวงกลม ติดต้ังที่ดานหนาของเคร่อื งยนต( ทอทางเขาของอากาศโดยพื้นฐานสามารถแบงออกไดเป!น 2 แบบ คือ ทางเขาเด่ียว และหลายทาง โดยทั่วไปสำหรับเคร่ืองยนต(ที่มีเครื่องอัดอากาศแบบไหลตามแกน ใชแบบทางเขาเด่ียวจะดีท่ีสุด เพราะ การไหลของอากาศจะตรงเพ่ือจะไดความดันกระแทกเขามาสูงที่สุด ทอทางเขาของอากาศแบบทางเขาเด่ียว สวนใหญจะใชกับเครื่องบินท่ีมีเครื่องยนต(ท่ีป‹กหรือดานนอกป‹กเพื่อไมใหมีอะไรมากีดขวางดังภาพท่ี 3-8 ทอ ทางเขาของอากาศแบบหลายทาง เพื่อใหอากาศแพรกระจายอากาศที่เขามายังโถงอากาศ (Plenum chamber) ดวยความตองการความเร็วท่ีต่ำ สำหรับเพิ่มประสิทธิภาพเคร่ืองอัดอากาศแบบสองหนา (อาง กลับไปยังภาพที่ 3-6) โถงอากาศ (Plenum chamber) เป!นท่ีเก็บสะสมอากาศที่อัดกระแทกเขามา โดยปกติ แลวจะติดตั้งอยูกับสวนลำตัวเคร่ืองบิน แบบนี้มีขอไดเปรียบมาก เม่ือมีการติดตั้งอุปกรณ(ตางๆ หรือตำแหนง ของนักบิน แตวาไมเหมาะสำหรับใชกับทอทางเขาแบบตรงหรือทางเดียว ในกรณีสวนใหญการแบงทอทางเขา ทำใหมที อสงท่สี ้ันเพอ่ื ใหความดันตกครอมไมสูง เนอื่ งจากความเสยี ดทานของผิวภายในทอ สวนนำอากาศเขาของเครื่องยนต(เทอร(โบพรอพ และ เคร่ืองยนต(เทอร(โบชาร(ป (ภาพท่ี 3-9) มีการ ติดต้ัง ตัวแยกส่ิงแปลกปลอม หรือ ตะแกรงกรองทางเขา เพื่อปgองกันใบชุดอัดอากาศจาก วัตถสุ ่ิงแปลกปลอม ทีจ่ ะเขาไปสรางความเสียหายแกเครอื่ งยนต( (FOD) ระบบจะข้ึนอยูกับผผู ลิต ควรจะศึกษารายละเอียดของทอ ทางอากาศเขาและอปุ กรณ(ปgองกันสง่ิ แปลกปลอมในคูมอื ทางเทคนคิ ของอากาศยานแตละชนดิ ภาพที่ 3-9 ทางเขาของอากาศของเครอ่ื งยนตเทอรโบพรอพ ทอทางเขาของอากาศมีระบบปgองกนั การเกิดน้ำแข็ง โดยเครอื่ งยนต(แก)สเทอร(ไบน(น้ันใชน้ำมนั หลอล่ืน ที่รอนๆ อากาศรอนความดันสูง (Hot bleed air) หรือมีการใชท้ังสองแบบรวมกัน ระบบน้ีปgองกันการเกิด

34 นำ้ แขง็ ทีท่ างเขาเทานั้น ไมไดเป!นระบบท่ใี ชละลายน้ำแขง็ ทก่ี อตัวข้ึนมาแลว แพนบังคับทิศทางอากาศ (Guide vanes) ทำการสงอากาศเขาเครื่องอัดอากาศดวยมุมการไหลของ อากาศท่ีมีประสิทธิภาพมากที่สุด มุมน้ีขึ้นอยูกับความเร็วรอบของเคร่ืองยนต( แพนบังคับทิศทางอากาศ ในเคร่อื งยนต(สวนใหญจะมลี ักษณะกลวงใหอากาศท่ีรอนหรอื นำ้ มันหลอล่ืนไหลผานเพอ่ื ปอg งกันการกอตัวของน้ำแข็ง 3 – 5 ส$วนของเครอื่ งอดั อากาศ (Compressor Section) สวนของเคร่ืองอัดอากาศของเครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน( มีหนาท่ีหลากหลาย หนาท่ีหลักคือการสง อากาศเขาใหเพียงพอตอความตองการของเคร่ืองยนต( เคร่ืองอัดอากาศตองทำหนาท่ีในการเพิ่มความดันของ มวลอากาศท่ีไดรับตอมาจากสวนนำอากาศเขา หลังจากน้ันก็สงเขาไปยัง Burner ที่สวนสันดาป เพื่อทำการ เผาไหมในปรมิ าณและความดนั ทีเ่ หมาะสม หนาท่ีรองลงมาของเครอื่ งอดั อากาศคือ การสงอากาศแรงดันสูง (Bleed Air) ไปใชในสวนตาง ๆ ของ เครื่องยนต(หรอื อากาศยาน อากาศความดันสูงนี้จะออกมาจากสวนยอยของเคร่ืองอัดอากาศหลาย ๆ สภาวะ ขน้ึ อยกู ับหนาท่แี ละความตองการในการใชงาน สำหรับชองที่ทำการนำอากาศออกมานั้นจะอยูใกลกับสวนของ ของชุดเครื่องอัดอากาศ ที่เราตองการใชงานเฉพาะ บอยคร้ังท่ีมีการนำเอาอากาศแรงดันสูงออกจากสวนที่มี ความดันและอุณหภูมิสูงสุด ถาในการนำไปใชเพ่ิมความดันใหหองโดยสาร จำเป!นตองมีการทำใหอุณหภูมิของ อากาศแรงดันสูงนี้ลดลงกอน เพราะวา ความรอนท่ีมีมากเกินไปอาจจะทำใหรูสึกไมสบายตัว หรือ เป!น อนั ตรายได จากน้ันก็สงอากาศเขาไปสวนทีท่ ำความเยน็ อากาศแรงดันสูงสามารถนำไปใชประโยชน(ไดหลายอยางรวมถึงการขับอุปกรณ(บางอยางที่ตองการ การควบคมุ ระยะไกล การนำเอาไปใชงานในปจ| จุบันมีดังน้ี 1. ใชในการเพม่ิ ความดนั ใหกับหองโดยสาร ใหความอบอุน และ ทำความเย็น 2. ใชในอุปกรณ(ปgองกันการเกิดนำ้ แขง็ 3. สำหรับเคร่ืองยนต(ที่มกี ารใชอากาศสตาร(ทเครื่องยนต( 4. สวนขบั อปุ กรณต( าง ๆ 5. การควบคุมระบบ เซอร(โว 6. อปุ กรณ(เคร่ืองมือวดั อากาศยาน ตำแหนงของสวนของเครื่องอดั อากาศ ขึน้ อยูกับแบบของเครือ่ งอัดอากาศ ในเคร่อื งยนตท( ี่ใชเครื่องอัด อากาศแบบแรงเหว่ียง เครื่องอัดอากาศจะอยูระหวาง สวนอุปกรณ( (Accessory Section) และสวนสันดาป สำหรับเครือ่ งยนตท( ใี่ ชเครือ่ งอดั อากาศแบบไหลตามแกน จะอยูระหวางสวนทอนำอากาศเขา 1. เครอ่ื งอัดอากาศแบบแรงเหวย่ี ง (Centrifugal flow Compressor) เครื่องอัดอากาศแบบแรงเหว่ียง มีสวนประกอบพื้นฐานดังน้ี ใบพัด (Impeller) ซ่ึงเป!นสวนหมุน Diffuser เป!นสวนทอี่ ยนู ง่ิ และทอรวมของเคร่ืองอัดอากาศ สวนทีเ่ ป!นใบพัด และ Diffuserเป!นสวนการทำงาน หลักถึงแมวา Diffuser จะอยูในตำแหนงท่ีแยกจากกัน บางครั้งชุดที่เป!น Diffuser และ ทอรวมของเคร่ืองอัด อากาศ กห็ มายความถงึ Diffuser ดวยเชนกนั

35 ภาพที่ 3-10 เคร่อื งอดั อากาศแบบแรงเหว่ียง (Centrifugal flow Compressor) หนาท่ีของใบพัด (Impeller) คอื การนำเอาอากาศเขามา แลวทำการเรงอากาศไปยัง Diffuser ใบพัด มี 2 แบบ คอื แบบหนาเดียว (Single Entry) และ แบบสองหนา (Double Entry) ท้ัง 2 แบบนัน้ มโี ครงสรางท่ี เหมือนกับ เทอร(โบชาร(ทเจอร( ของเครื่องยนต(ลูกสูบ แตเครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน(มีความตองการอากาศ ในการใชงานมากกวา ขนาดของใบพดั ของเครือ่ งอดั อากาศจึงมีขนาดใหญกวา ภาพที่ 3-10 เครื่องอัดอากาศแบบแรงเหวยี่ ง แบบหนาเดยี ว (Single Entry) ซาย และ แบบสองหนา (Double Entry) ขวา ความแตกตางดานหลักการของใบพัดทั้งสองแบบคือ ขนาด และการเดินทอทางอากาศ แบบสองหนา มีขนาดเสนผานศูนย(กลางเล็กกวา แตวาปกติจะใชงานที่ความเร็วรอบสูงกวา เพ่ือใหแนใจวาจะมีอากาศ เพียงพอในการใชงาน สวนท่ีเป!นแบบหนาเดียวนั้น การไหลเขาของอากาศไหลเขาที่ตาหรือตรงแนวแกนจะ สะดวกกวา ซึ่งตรงขามกับแบบสองหนาที่มีความซับซอนของทอทางเขาท่ีจะตองใหใกลดานขางมากท่ีสุด ถงึ แมวาการรับเอาอากาศเขามาจะคอนขางมีประสิทธิภาพ แตแบบหนาเดียวกต็ องมีขนาดเสนผานศนู ย(กลางที่ ใหญกวาเพอ่ื ใหไดปริมาณอากาศที่ตองการเขาเครื่องยนต(เทากับแบบสองหนา จึงทำใหหนาตัดของเครื่องยนต( มีขนาดใหญดวย สำหรับเคร่ืองอัดอากาศแบบสองหนาก็เชนเดียวกันตองมีโถงอากาศเพราะวาอากาศตองเขา เครื่องยนต(ในมุมท่ีถูกตองเพ่ือใหการไหลเป!นบวก คือสามารถไหลไดเองโดยไมตองใชการขับดัน กอนที่จะเขา เครื่องอดั อากาศ

36 เครื่องอัดอากาศแบบแรงเหวี่ยง ท่ีมีหลายสภาวะ ประกอบดวยเคร่ืองอัดอากาศแบบหนาเดียวต้ังแต สองตัวข้ึนไป เรียงกันตามความยาวของเพลาเดียวกัน อากาศถูกอัดท่ีสภาวะแรกกอนท่ีจะถูกสงเขาสภาวะ ตอไป จากน้ันก็สงเขาไปอัดตอยังสภาวะท่ีสอง หรือ สภาวะตอไปถามี ป|ญหาที่เกิดขึ้นของเครื่องอัดอากาศ แบบน้ีคือ การหมุนของเพลาเพื่อท่ีจะสงอากาศไปยังอีกสภาวะหน่ึงไดลำบากเพราะวามีน้ำหนักมาก และการ ทศิ ทางการสงอากาศท่ีคดงอไปมา ภาพที่ 3-11 เครอื่ งอัดอากาศแบบแรงเหว่ยี ง Single Entry Double Stage Impeller Diffuser เป!นหองแบบโครงกลม ลอมรอบดวยแพนอากาศ อนุกรมกันเป!นวงรอบ ๆ แตละคูทำหนาที่ เป!นทอปลายบาน เขาไปยังทอรวมอากาศ แพนอากาศของ Diffuser จะรับอากาศจากใบพัดแลวสงเขาไปยัง ทอรวมอากาศโดยตรง ในมุมท่ีมีการออกแบบมาเพื่อใหรักษาพลังงานที่กระทำโดยใบพัดใหมากที่สุด Diffuser ก็ยังทำหนาท่ีในการสงเขาหองเผาไหมดวยความดนั และความเรว็ ที่เหมาะสม AW-139 UH-72 ภาพที่ 3-12 Diffuser ทอรวมอากาศของชุดอัดอากาศเปล่ียนทิศการไหลของอากาศจาก Diffuser ทอรวมอากาศก็มีทอตอ ออกไป จากน้ันอากาศก็ถูกแบงออก ของอทางออกของเครื่องอัดอากาศถูกยึดติดเขากับแตละชองอากาศออก มีช่ือเรียกหลายช่ือดวยกัน “ทอทางออกของอากาศ” “ของอทางออก” และ ”ทอทางเขาหองเผาไหม” ทอ ทางออกเหลาน้ีทำหนาที่เป!นสวนที่สำคัญสวนหนึ่งของเคร่ืองยนต(เชนกัน เป!นการเปลี่ยนทิศทางการไหลจาก

37 ตามแนวรัศมีเป!นการไหลตามแนวแกน แพนอากาศจะชวยรักษาความดันสูญเสียที่เกิดขึ้น ดวยการไหลที่ นุมนวล เครื่องอัดอากาศแบบแรงเหวี่ยงนิยมใชในเคร่ืองยนต(ท่ีมีขนาดเล็ก ซึ่งมีคุณสมบัติที่งายไมซับซอน ชวงการทำงานทก่ี วาง และทนทาน ซ่ึงเป!นความตองการขน้ั พนื้ ฐานของเคร่ืองยนต(สำหรบั อากาศยาน ขอดีของเคร่ืองอัดอากาศแบบแรงเหวี่ยง คือ 1. ความดนั ทเี่ พิ่มขึ้นสูงตอหนึ่งสภาวะ อาจจะมีอัตราสวนกำลังอัดสูงถึง 15 : 1 2. ประสิทธิภาพสูงเกินกวาชวงความเร็วท่ีหมุนจากเบาคันเรงจนถึงความเร็วท่ีปลายใบสูงถึง มัค 1.3 ทค่ี วามเรว็ รอบตอนเรมิ่ ออกบิน 3. ขั้นตอนการผลิตทงี่ ายและทำใหมรี าคาไมสงู มาก 4. น้ำหนักเบา 5. พลังงานท่ีใชในการตดิ เคร่อื งยนต(นอย ขอดอยเครือ่ งอัดอากาศแบบแรงเหวยี่ ง คอื 1. พน้ื ที่หนาตัดมากเพ่อื ทจี่ ะใหอากาศไหลเขาไดมากๆ แตแรงตานอากาศจะมคี ามาก 2. ถามากกวาสองสภาวะอัดจะใชงานไดไมคอยดี เพราะวาการสูญเสียระหวางสภาวะมคี าสูง 2. เครอื่ งอัดอากาศแบบไหลตามแนวแกน (Axial Flow Compressor) มีสวนประกอบท่ีสำคัญสองสวนหลัก ๆ คือ สวนหมุน (Rotor) และ สวนท่ีอยูน่ิง (Stator) ตัวสวน หมุนติดอยูกับแกนท่ีหมุนได ใบจักรเหลาน้ีดูดอากาศไปดานหลังเชนเดียวกับใบพัด ตามมุมปะทะและรูปราง สวนโคงของแพนอากาศ แต Stator ทำหนาที่เหมือนกบั Diffuser ในแตละสภาวะบางสวนจะเปล่ียนพลงั งาน ความเร็วเป!นความดัน ในแตละคูของ Rotor และStator ประกอบกันเปน! สภาวะหนึง่ ของเคร่อื งอัดอากาศ ภาพท่ี 3-13 ส!วนประกอบเครื่องอัดอากาศแบบไหลตามแกน

38 เครือ่ งอัดอากาศแบบ Drum เหมาะสมกับเครอ่ื งอดั อากาศที่มีความเร็วรอบต่ำ ซ่ึงมีความเคนหนีศูนย( ทีต่ ่ำ (ภาพที่ 3-14 ซาย) มีหนาแปลนวงแหวนสวมเขาดวยกันแลวยึดแนนเขากันดวยโบลต( สวนหมุนของแบบ จานหมุน (Disc-type) (ภาพที่ 3-14 ขวา) ทั้งชุดประกอบชุดอนุกรมของจานอะลูมินัมตีอัดขึ้นรูป อัดเขากับ เพลาเหล็กหลา สวนประกอบมดี ังน้ี - เพลาหนา (Stub Shaft) - จานหมนุ (Disc) - ใบจักร (Blade) - ทอ (Duct) - Air vortex spoiler - Spacer - โบลตย( ึด (Tie Bolt) - กรวยแรงบดิ (Torque Cone) Drum type Disk type ภาพท่ี 3-14 ชนดิ ของโรเตอรเครอ่ื งอดั อากาศ ใบจักรสวนหมนุ (Rotor Blade) จากเหล็กกลาหลอมขึ้นรูปปกติแลวจะผานกระบวนการทางกล กอน ถึงแมวาบางสวนคือสวนดานหนา (สวนท่ีเย็นกวา) ทำมาจากไทเทเนียม ใบจักรสวนหมุนติดตั้งท่ีขอบของจาน ดวยวิธีการที่แตกตางออกไป (ภาพที่ 3-15) มีการใชทั้งแบบรากตนสน (Fir-tree) แบบหางนกพิราบ (Dove tail) แบบรากเป!นกระเปาะ (Bulb type) จากนั้นก็ล็อคดวยสกรู ลวดล็อค สลัก ลิ่ม ใบจักรสวนหมุนไมไดมี การใสในจานหมุนไวแนนมาก แตจะทำไวพอดีหลวมเพราะวา แรงหนีศูนย(กลางระหวางเคร่ืองยนต(ทำงานจะ ทำใหชุดของใบน่ิงได ลดความเคนเน่ืองจากการสั่นจากกระแสอากาศความเร็วสูงไหลผานระหวางใบ เทคโนโลยีใหมลาสุดมีการออกแบบใหเป!นช้ินเดียวกัน มีการกลึงไส (ทั้ง จานหมุน และ ใบจักร) ท้ังสองสวน มีการหลอมขึน้ รูปเป!นชน้ิ เดียวกัน เรยี กวา Blade disk

39 ภาพที่ 3-15 การตดิ ตง้ั Compressor blade เขากบั จานหมุน (Rotor disk) ชองวางระหวาง ใบจักรสวนหมุน และ เรือนนอก มีความสำคัญมากในการท่จี ะรักษาประสทิ ธิภาพให สงู ไว เนอื่ งดวยสาเหตุนี้ ทางผผู ลิตจงึ ไดมกี ารทำแบบ \"Wear fit\" ระหวางปลายใบและเรือนนอก ใหมีการเสยี ด สีกันเล็กนอย บางบริษัท ออกแบบใบจักรสวนหมุนใหปลายใบเสียดสีและเกิดการสึก เมื่อมีการขยายตัวจาก ความรอนทีเ่ กิดขึ้นจากการอัดอากาศ บางบริษทั มีการเคลอื บผวิ ดานในของตัวเรือนดานนอก ดวยวัสดอุ อนกวา นั่นคือเทฟลอนสามารถสึกหรอโดยท่ีไมทำใหใบจักรเสียหาย จานหมุนแตละชุดถูกยึดติกันดวยโบลต(ยึด ใช Coupling แบบ Spline หรือ ฟ|นโคง เพอื่ ปกปอg งจานหมุนจากการหมุนสมั พทั ธ(กับอนั อ่ืน วธิ กี ารอืน่ ท่เี ชื่อม สวนหมุนเขาดวยกันคอื การเช่อื มที่สวนขอบ ตวั เรือนของเครื่องอัดอากาศแบบไหลตามแกน ไมไดมีการรองรับเฉพาะ ชุดกลีบใบจักรของเครื่องอัด อากาศชุดติดกับตัวเรือน (Stator vane) และผนังดานนอกของสวนแกนเทาน้ัน แตยังเป!นการเตรียมเอา อากาศออกไปใชไดหลายอยาง ชุด Stator และเรือนของเคร่ืองอัดอากาศแสดงใหเห็นถึงความแตกตางในการ ออกแบบและโครงสรางเป!นอยางมาก เรือนของเครื่องอัดอากาศบางแบบมี ชุด Stator ท่ีสามารถปรับคาได เปน! คุณสมบัติที่เพม่ิ เขามา บางรุนกย็ ังคงเป!นแบบปรบั คาไมไดเหมือนเดิมอยู ชดุ Stator อาจจะกลวงหรือตนั ก็ ได และอาจเชื่อมตอกับ Shroud หรือไมเชื่อมตอก็ได ซ่ึง Shroud ทำหนาที่สองอยาง อยางแรกคือ การรองรับกลีบใบเคร่ืองอัดอากาศท่ียาวมาก ๆ อยางที่สองทำหนาท่ีปgองกันการรั่วของอากาศระหวาง Rotor และ Stator ผูผลิตบางรายใช เรือนของเคร่ืองอัดอากาศแบบแยกชิ้น ในขณะท่ีบางรายใชแบบเชื่อมติดกัน ขอ ไดเปรียบของแบบแยกช้ินคือ ทั้งชุดกลีบใบท่ีหมุน (Rotor) และ ชุดติดกับตัวเรือน (Stator) จะทำการ ตรวจสอบหรือการบำรุงรักษาไดงาย ในทางตรงขาม เรือนแบบช้ินเดียวกัน มีความงายในการประกอบ และมี ความแขง็ แรงมากกวา เพราะไมมสี วนที่เป!นช้นิ บนหรือลาง เรือนทั้งสองแบบและสวนหมุนเป!น ชิ้นสวนที่สามารถแรงรับความเคนสูงๆได เพราะวาเคร่ืองอัด อากาศหมุนที่ความเร็วสูงมาก ชุดกลีบหมุนตองสามารถรองรับแรงเหวี่ยงไดในปริมาณสูงๆ นอกจากน้ีใบจักร จะตองสามารถตานการดัดตัวหรือโคงงอเนื่องจากภาระกรรมและ อุณหภูมิ ที่สูง เมื่อเคร่ืองอัดอากาศถูกสราง

40 ขน้ึ มา แตละสภาวะตองมคี วามสมดุล เรือนของเคร่อื งอัดอากาศ สวนใหญจะเปน! หนงึ่ ในโครงสรางพน้ื ฐาน รอง ลื่นของเครื่องยนต( อาจจะถูกสรางมาจาก อะลูมเิ นียม เหล็กกลา หรอื แมกนิเซียม ขอดขี องเครอ่ื งอัดอากาศแบบไหลตามแกน คอื 1. ประสิทธิภาพท่ีสูงของปรากฏการณ( Ram หรือการกระแทกเขามาของอากาศโดยตรง 2. ความดนั ทเี่ พ่ิมสูงข้ึนโดยการเพ่ิมหลายๆสภาวะของชุดอดั อากาศเขาไป 3. พ้นื ที่หนาตดั ทม่ี ขี นาดเล็กทำใหมแี รงตานอากาศนอย ขอดอยของเคร่ืองอดั อากาศแบบไหลตามแกน คอื 1. ชวงความเรว็ ท่มี ีประสิทธิภาพท่ีดีน้ันแคบ 2. กระบวนการผลิตท่ยี าก และมรี าคาแพง 3. นำ้ หนกั มาก 4. ใชพลังงานในการเรมิ่ ติดเครื่องสงู (แตป|จจบุ ันแกไขไดโดยการสรางเคร่อื งอดั อากาศแบบแยกสวน) อากาศในเคร่ืองอัดอากาศแบบไหลตามแกน จะไหลตามแนวยาวของเคร่ืองยนต( ผานอนุกรมของกลีบ ใบพัด และสวนท่ีติดกับตัวเรือน (Stator) พ้ืนท่ีหนาตัดของการไหลมีคาลดลง ตามทิศทางการไหล จะชวยลด ปรมิ าตรของอากาศซึง่ เป!นกระบวนการอดั จากสภาวะหนึ่งไปสูอีกสภาวะหนึง่ โดยความดนั จะมีคาเพิม่ มากขน้ึ กลีบใบท่ีหมุน เพิ่มความเร็วของอากาศ ความดันกระแทกเขามาก็เพ่ิมขึ้นดวย เม่ืออากาศถูกผลักดัน ใหผานสวนหนาของกลีบใบจักร ความดันสถิต มีคาเพิ่มขึ้นดวยเหมือนกัน พื้นท่ีหลังใบที่มีขนาดใหญกวา (เทียบกบั รูปรางของแพนอากาศ) ทำหนาท่ีเหมือน Diffuser การท่ีความเร็วที่สวนอยูน่ิงลดลง ขณะที่ความดันเพิ่มขึ้น ถาความเร็วลดลง ความดันเม่ือเทียบกับ ความเร็ว หรือ ความดันกระแทก (Ram pressure) ที่เพิ่งจะไดรับในการผาน สวนหมุนสภาวะกอนหนา ลดลง บางสวน อยางไรก็ตามความดันท้ังหมดอันเกิดการรวมท้ังความดันสถิต และ ความดันกระแทก การเพิ่มหรือ ลดลงของความเร็วหลังจากที่ออกจาก เครื่องอัดอากาศ แลวมีคามากกวาความเร็วที่เขามาทางเขาเล็กนอย เม่ือความดันเพ่ิมข้ึนดวยชุดของ Rotor และ Stator ปริมาตรที่เล็กลงตามที่ตองการ สวน Diffuser นั้นทำ หนาท่ี ลดความเร็วของอากาศลง และเพ่ิมความดันสถิตกอนทอี่ ากาศจะเขาสวนสันดาปของเคร่ืองยนต( โดยปกติอุณหภูมิท่ีเพ่ิมข้ึนภายในนั้นไมมีความสำคัญมากนัก แตอุณหภูมิของอากาศที่เพ่ิมข้ึนนั้น เป!นผลเนอ่ื งมาจากผลของการกระทำทางกลตออากาศ ดวยกลีบหมุน (Rotor) ความรอนของอากาศจึงเกิดขึ้น เพราะกระบวนการอดั เพราะวาพลงั งานกลของสวนหมุนเปล่ียนเป!นพลังงานความรอน เพราะวาการไหลของอากาศในเครอื่ งอัดอากาศแบบไหลตามแกน เกิดการกระจายตัว ทำใหเกดิ ความ ไมเสถียรขึ้น ประสิทธิภาพท่ีสูงถูกรักษาไวท่ีอัตราการเกิดการกระจายตัวท่ีต่ำเทานั้น ถาเปรียบเทียบกับกังหัน จำนวนของสภาวะ มีความตองการในการรักษาการเกิดการกระจาย ใหมีคานอยที่สุดเมื่อผานไปแตละสภาวะ เชนเดียวกัน มุมการหมุนของใบ คอนขางจะนอยกวาของกังหัน เหลานี้เป!นเหตุผลวาทำไมเคร่ืองอัดอากาศ แบบไหลตามแกนจะตองมีหลายสภาวะกวากังหันที่ขับ นอกจากนี้ ความตองการจำนวนใบ และ สภาวะ ท่ี มากกวา เพราะวา เครอ่ื งอดั อากาศตองทำหนาทบี่ ังคับอากาศใหไหลไปในทิศทางทตี่ องการ

41 3. เคร่ืองอัดอากาศแบบผสม (Dual Compressor) เคร่ืองอัดอากาศท่ีมีการผสมกันระหวาง เครื่องอัดอากาศแบบไหลตามแกน และ เครื่องอัดอากาศ แบบแรงเหวี่ยง (ดังภาพท่ี 3-16) เคร่ืองอัดอากาศแบบคู ประกอบไปดวย เครื่องอัดอากาศความดันต่ำอยู ดานหนา ความดันสูงอยูดานหลัง เครอ่ื งอัดอากาศทง้ั สองตวั จะถกู ขับดวยเพลาคนละตัวกัน สตารท( เตอร(ตอเขา กับเครื่องอัดอากาศความดันสูง เพราะวาจะชวยลดแรงบิดในการติดเคร่ือง เคร่ืองอัดอากาศความดันสูง หมุน ดวยรอบที่ถูกควบคุม สวนเคร่ืองอัดอากาศความดันต่ำที่อยูดานหนาจะหมุนอิสระดวยกังหัน ความเร็วในการ หมุนเป!นความเร็วท่ีจะตองทำใหมั่นใจวาปริมาณอากาศที่เขาเครื่องในปริมาณที่เหมาะสม เครอ่ื งอัดอากาศท้ัง ดานหนาและหลังทำงานเขากันไดดีโดยไมมีการรบกวนกันของอีกอัน อัตราการอัดสามารถทำใหเพิ่มข้ึนโดยท่ี ประสทิ ธภิ าพไมลดลง ถามีการเพ่ิมความยาวของเครอ่ื งยนต( จะพบมากในเครอื่ งยนตเ( ทอรโ( บเจต ภาพท่ี 3-16 เคร่อื งอดั อากาศแบบผสม Rolls Royce 250-C20B (บน) Turbomeca Arriel 2D (ล!าง) เครื่องยนต(แก)สเทอร(ไบน(ในอากาศยานของกองทัพบกสวนใหญ มีการใชเคร่ืองอัดอากาศแบบผสม ระหวาง แบบไหลตามแกน (ดานหนา) และ แบบแรงเหว่ยี ง (ดานหลงั ) เมอื่ มีการใชแบบผสมน้ีเครื่องอดั อากาศ แบบไหลตามแกน (ดานหนา) จะมีหลายสภาวะหรือสภาวะเดียวก็ไดอยูบนแกนเดียวกันกับ เครื่องอัดอากาศ แบบแรงเหว่ียง หมุนไปดวยความเร็วและทิศทางเดียวกัน ในการนำเครื่องอัดอากาศทั้งสองแบบน้ีมารวมกัน เป!นการนำเอาขอดีของท้ังสองแบบมารวมกัน พ้ืนที่หนาตัดขนาดเล็ก เพม่ิ อัตราสวนการอัด และความยาวของ เครือ่ งสน้ั ลง ใชเครื่องอัดอากาศแบบแรงเหว่ยี งเพ่ือชวยและเพ่ิมประสิทธิภาพของเครอื่ งยนต( เคร่ืองอัดอากาศ

42 แบบแรงเหว่ยี งชวยใหความยาวของเครื่องสั้นลง ถาไมใสเขาไปผูผลติ จะทำการเพ่ิมจำนวนสภาวะการอัดเขาไป เพอ่ื ใหไดเทากับแบบแรงเหว่ียงแตจะทำใหเครื่องยนต(มีความยาวมากข้นึ 3 – 6 ส$วนสันดาป (Combustion Section) สวนสันดาป ประกอบไปดวยหองเผาไหม หัวจุด หัวฉีดเชื้อเพลงิ ถูกออกแบบมาเพ่ือสนั ดาป สวนผสม ระหวางเชื้อเพลิงกับอากาศ และสงแก)สที่เผาไหมแลวไปยังกังหัน ท่ีอุณหภูมิไมสูงเกินขีดจำกัดของกังหัน ในทางทฤษฎี เครื่องอัดอากาศจะสงอากาศ 100% โดยปริมาตรเขาไปในหองเผาไหม อยางไรก็ตาม สวนผสม ระหวางเชื้อเพลิงกับอากาศ มีอัตราสวน อากาศ 15 ตอ 1 สวนเชื้อเพลิงโดยน้ำหนัก ประมาณ 25 % ของ อากาศใชในการเผาไหม ท่ีเหลอื อีก 75% ปกคลุมหองเผาไหมและการลดอุณหภูมิ ซึ่งมีคาสูงถึง 3,500°F ลงได ประมาณคร่ึงหนงึ่ เพือ่ ใหแนใจวา สวนของกังหนั จะไมถูกทำลายดวยความรอนที่มีคามหาศาล อากาศที่ใชในการสันดาปเรียกวา อากาศปฐมภูมิ (Primary Air) อากาศที่ใชในการระบายความรอน เรียกวา อากาศทุติยภูมิ (Secondary Air) อากาศสวนนี้ถูกควบคุมดวยรูอากาศท่ีอยูรอบๆโครงหองเผาไหม หัวจุดทำหนาที่เฉพาะตอนเร่ิมติดเคร่ืองเทาน้ัน เมื่อเครื่องยนต(ทำงานจะหยุดการทำงานโดยอัตโนมัติ หรือ บังคับดวยมือ การเผาไหมจะมคี วามตอเน่ือง หลงั จากเครื่องยนต(ดับหรอื การติดเคร่อื งลมเหลว ความดันจะทำ ใหล้ินทำงาน เพ่ือปลอยเช้ือเพลิงท่ีเหลือจากการเผาไหมออกจากหองเผาไหมโดยอัตโนมัติ หองเผาไหมที่ใชใน เครื่องยนตข( องกองทพั บก คือ แบบโครงกลมไหลสวนทาง (Annular reverse flow) หนาท่ีแรกของสวนสันดาป คือ เผาไหมสวนผสมระหวางเชื้อเพลิงกับอากาศ จากนั้นก็เพ่ิมพลังงาน ความรอนใหอากาศ หองเผาไหมท่มี ปี ระสทิ ธิภาพจะตองสิ่งตอไปนี้ 1. เตรยี มสวนผสมระหวางเช้อื เพลิงกับอากาศเพอ่ื ใหมนั่ ใจวามีการเผาไหมทด่ี ี 2. เผาไหมสวนผสมระหวางเชือ้ เพลิงกบั อากาศอยางมีประสิทธภิ าพ 3. ระบายความรอนท่ีสวนสนั ดาป เพอื่ ใหอุณหภูมิลดลงจนถงึ จุดทกี่ งั หนั สามารถทำงานได 4. สงแก)สรอนไปยังสวนของกังหัน ตำแหนงของสวนสันดาป จะอยูระหวางเครอื่ งอัดอากาศกับสวนของกงั หัน หองเผาไหมจะเรยี งอยูแนว เดียวกับเคร่ืองอัดอากาศกบั กังหนั หองเผาไหมทกุ หองมีสวนประกอบที่เป!นพน้ื ฐานเดียวกัน ดังน้ี 1. ตัวเรือน (Casing) 2. โครงดานใน เจาะรู (Perforated inner liner) 3. ระบบฉีดเชื้อเพลงิ 4. อปุ กรณ(จดุ ระเบิด 5. ระบบระบายน้ำมนั เช้อื เพลิงทเ่ี หลอื จากการเผาไหมทิ้ง แบบของหองเผาไหมโดยพ้ืนฐานมี 3 แบบ 1. แบบกระบอก (Multiple Chamber or Can type) 2. แบบโครงกลม (Annular or Basket type) 3. แบบกระบอก-โครงกลม (Can-Annular type)

43 1. แบบกระบอก (Multiple Chamber or Can type) หองเผาไหมแบบน้ีใชไดท้ังเคร่ืองอัดอากาศแบบแรงเหวี่ยงและแบบไหลตามแกน ดังภาพท่ี 3-11 แต จะใชกับเคร่ืองอัดอากาศแบบแรงเหวี่ยงไดดีกวา เพราะวาอากาศที่ออกจากเครื่องอัดอากาศถูกแบงเป!นสวน เทา ๆ กนั เหมือนกับออกจาก กลีบใบของ Diffuser และงายในการเดินทอ จาก Diffuser เขาไปในหองเผาไหม ท่เี รยี งตามแนวรัศมรี อบๆเครอ่ื งยนต( จำนวนหองเผาไหมในอดีต มีตงั้ แตสองตัวถึงสิบหกตัว ภาพที่ 3-17 แสดง การเรียงตัวของหองเผาไหมแบบกระบอก สำหรับเครื่องยนต(ท่ีสรางในอเมริกา หองเผาไหมเหลาน้ีจะนับใน ทิศทางตามเขม็ นา—ิกาเมือ่ มองจากดานหลังของเครือ่ งยนต( โดยท่ีหมายเลขหนึ่งอยดู านบน ภาพท่ี 3-17 หองเผาไหมแบบกระบอก หองเผาไหมแบบกระบอก แตละแบบประกอบดวย เรือนดานนอก กับ โครงสเตนเลส ที่มีการเจาะรู (ทนความรอนไดสูง) ดังภาพที่ 3-18 เรือนดานนอกถูกแยกออกเพ่ือการบำรุงรักษาท่ีงาย ถอดเปล่ียนงาย สวน ทีใ่ หญที่สดุ คือ ตัวครอบเรอื นท่ีทางออก สวนท่เี ล็กกวาครอบทด่ี านหนาหรือทางเขา ทอเช่ือมตอแตละกระบอก (ทอลามเปลวไฟ) เป!นสวนที่มีความจำเป!นมากของหองเผาไหมแบบ กระบอก เพราะวาแตละกระบอกมี Burner แยกอิสระตอกัน จะตองมีการสงเปลวไฟไปสูหองอ่ืนๆตอนที่ สตาร(ท เปลวไฟจะเริ่มตนท่ีหัวจุดประกายไฟที่สองหองดานลาง จากนั้นก็ลามผานทอตอเพื่อเผาไหมสวนผสม ของหองเผาไหมท่อี ยใู กลๆกนั จะตอเนื่องไปเรอื่ ย ๆ จนกวาจะติดหมดทกุ หอง ภาพท่ี 3-18 แสดงทอลามเปลวไฟทอลามนี้จะมีสองชั้น ทอที่อยูดานในจะยาวกวาเล็กนอย ทอดาน นอกท่ีลอมรอบทอลามเปลวไฟไมเพียงแตสงอากาศใหไหลเขาระหวางหองเผาไหมเทาน้ัน แตวายังทำหนาท่ี เปน! ฉนวนความรอนรอบๆทอลามเปลวไฟ (Flame Tube)