Online Class: Compressor Operator 29/4/2020 [Unedit)

Online Class วันที่ 29/4/2020

Compressor Theory & Design

Lesson outline

Review Basic diving physics 

Isothermal

ย้อนเรื่อง Gas Laws ก่อนเริ่มจาก

Boyle’s Law 

Pressure แปรปผกผันกับ Volume

ถ้ามีกล่องลูกสูบอันหนึ่ง ด้านในมีอากาศ 

เลยเอาตัว clank shaft มาต่อ กับ ลูกสูบ

Charle’s Law

ถ้าความดันคงตัว ปริมาตร จะแปรผันตรงกับ อุณหภูมิ

กฏของ Charle’s Law ใช้กับ Piston ไม่ได้ 

ยกตัวอย่าง ถ้า บินขึ้นฟ้า ทำเป็น balloon อันนึง ซึ่ง มีเตาแก๊ซในการเพิ่มความร้อน ให้กับ Balloon พอมีความร้อนมากขึ้น ปริมาตรก็เพิ่มขึ้น ตอนแรก balloon เล็ก พอ ใส่ความร้อนเข้าไป ก็ มี ปริมาตรมากขึ้น ทำให้ มีแรงส่ง เราไปจุดความร้อนให้กับลูกโป่ง ลูกโป่งก็จะขยายตัว

Gay-Lussac’s Law 

ถ้าปริมาตรคงตัว ความดันจะแปรผันตรงกับ อุณหภูมิ

เอา Chales กับ Guy-Lussac’s รวมกัน จะได้ Universal Gas law

P1V1/T1 = P2V2/T2

ก่อนหน้าที่จะข้ามจากเรื่องนี้ไปขอให้ทำแบบทดสอบเรื่อง Gas Law ก่อน

คำถาม 

ถัง Scuba ขนาด S80 Aluminium เติม จาก 50 bar เป็น 200 bar เดิมอุณหภูมิห้อง 28 C 

T ต้องเป็น Kelvin เท่านั้น ดังนั้น ต้องคิด เป็น 273+28 = 301

P1V1 / T1 = P2V2 / T2

50 Bar V1 / 301 K  = 200 Bar  V2 / T2

T2 = 200 Bar  x 301 K  / 50Bar 

= 1204 K

= 1204 K - 273 = 931 C

ซึ่งถ้าดูจากตรงนี้ไม่น่าเป็นไปได้เพราะว่า 931 C นี่ร้อนมาก 

แต่จากโจทก์ที่ให้มา มันคือการเปลี่ยนความดันจาก 50 Bar เป็น 200 Bar ในทันทีซึ่งในความเป็นจริง เราค่อย ๆเติม เข้าไป ซึ่งไม่ได้คิดถึงปัจจัยอื่น ๆเลย

จาก Boyle’s Law ยิ่ง Volume น้อย Pressure เพิ่ม จึงเป็น Idea ในการสร้าง Piston ขึ้นมา

Single Stage Compressor

สมมุติมี ลูกสูบตัวเดียว 

อัดแล้วต่อเข้าเลย เจอในพวก ลูกสูบเครื่องสัก เครื่องตอกตะปู

สิ่งที่จะเกิดคือ เมื่อ piston เริ่ม start  พอลูกสูบเริ่มทำงาน สิ่งที่เรา expect คือเมื่อ Volume มากขึ้น 

จุดประสงค์ของ Comrpessor 

1. เพิ่มความดัน
2. เพิ่มปริมาตร (Flow rate)

ถ้าเพิ่มความดันถึงความดันสูงจริง แต่ถ้าปริมาตรลดลง มันก็จะเติมถังไม่เต็ม ดังนั้นต้องได้ ทั้งปริมาตร และความดัน ซึ่งมันเป็นสองสิ่งที่ตาม Boyle’s Law มันตรงกันข้ามกัน

ดังนั้นถ้ากลับมาดู กราฟ

ด้านนึงคือ pressure ที่อยู่ในกระบอก อีกด้านคือ Volume ในกระบอก

ถ้าเราเริ่ม Start  1 cycle ทำให้ pressure มากขึ้น ปริมาตรน้อยลง

ถ้าเกิดมันเป็น Adiabatic compression ก็คือเมื่อ Pressure มันเข้าไป Volume ที่ต้องดูดอากาศเข้าไปมันมากขึ้นไปด้วย เพราะว่ามันไม่มีการ Cooling เลย แต่ถ้า สิ่งที่เราอยากได้ คือ Best case พอ เรา compress เข้าไป เราต้อง การ Volume ที่ดึงเข้ามาน้อย ถ้า Compressi แล้วเกิความร้อน เกิดอะไรขึ้นกับ Volume , Volume ขยาย โดยที่เราไม่ได้ทำให้มันเย็นลงเลย ทำให้มันเสีย  ถ้าเรามีการระบายความร้อน Isothermal ทำให้เราใช้ Pressure เท่าเดิม แต่ว่าได้ Volume มากขึ้น แต่วาก็ยังไม่ถึง Best case ดังนั้นการที่เราไม่ทำให้ลูกสูบเย็น ก็จะทำให้ มันได้น้อย

ตัวลูกสูบถ้าเราอยากได้ 10bar ถ้าเราไม่ระบายความร้อนเลย พออากาศที่เรา Pressure อยู่มันร้อนทำให้ อากาศ ที่เราอัด ก็มี Volume มากทำให้การอัดต้องใช้แรงเยอะมาก ซึ่งทำให้เปลือง

แต่ถ้ามีการ Cool ก็จะทำให้มีการใช้พลังงานน้อยลงในการอัดเข้าไป เพราะว่า Volume ไม่ได้ขยายตัว

นั่นเป็นหนึ่งเหตุผลว่าเราไม่ใช้ Single Stage เพราะว่า เกิด Energy waste เยอะมาก 

วิธีแก้ คือ แทนที่เราจะ Compress ที่เดียว เราแบ่งเป็ฯ Compress 3 รอบ

1. Compress รอบแรก 10 bar อากาศร้อนแน่นอน  จากนั้นเรา หล่อเย็น (Cool) ทำให้อากาศ มี Volume น้อยลง
2. เรา Compress อีก 100 Bar แล้วเราก็ cool อีก
3. เราก็ Compress จนขึ้นมาเป็น 200 bar

จากกราฟที่สอง จะเห็นว่าการที่เรา Compress แยก เป็น 3 ระดับทำให้เรา เกิด Energy wasted น้อยลง และ ความร้อนที่เกิดขึ้นก็น้อยลง

ทำให้ Graph ที่ได้จาก Multi stage ใกล้เคียงกับ Graph Isothermal มากซึ่งทำให้เราประหยัดพลังงานไปเยอะ

ทำให้ Flow rate เร็วขึ้น จาก

เราพูดถึงแรงของลูกสูบที่อัดลงไป 

ถ้าสมมุติเราดึงอากาศเข้ามา 100 Molecule ถ้า ร้อนจะขยายตัว ลูกสูบจะใช้พลังงานมากขึ้นทำให้ มันช้าลง เพราะใช้พลังงานมากขึ้น แต่ถ้า มันถูก cool มันก็จะทำให้ ทำงาน ได้ Efficiency มากกว่า

Multi-stage Compressor Layout

มาดู First stageก่อน จาก compressor บนเรือ First stage คือ ลูกสูบที่ใหญ่ที่สุด จาก First stage จะผ่าน ตัวกรองตัวแรกซึ่ง ทำหน้าที่กรองฝุ่นอย่างเดียว 

มีใครเคยเห็นตัวกรองฝุ่นที่ต้องเติมน้ำมันเครื่องบ้าง

ถ้าเป็น Bauer Junior, Bauer ? mobile จะใช้นำมันดักฝุ่น คือ มันเป็นตัวดักฝุ่น ดูดอากาศเข้าไป แล้วใช้น้ำมันดัก แต่ filter ส่วนใหญ่เป็นแบบธรรมดา

พอ ผ่าน Filter ไปแล้ว อากาศ จะผ่าน Crank Shaft(เฟืองเพลาข้อเหวี่ยง) ซึ่งตัวนี้ต่อกับ มอเตอร์ก็จะมีการ ทำให้ลูกสูบ ขึ้นลง ขึ้นลง 

Stage 1 พอ Cranksharf หมุน อากาศเข้า ผ่าน filter แล้วเข้าไปใน ท่อ Cooling ที่เป็นท่อขด ๆ Radiator ตัวนี้จะระบายความร้อน ด้วยการที่มีพัดลม  อัดเข้าไป เหมือน Heat sync CPU พอ มันCool เสร็จ ปัญหาอีกข้อคือ

คำถาม คือ อากาศมีความชื้น ถ้าเรา Compress อากาศที่มีไอน้ำจะเกิดอะไรขึ้น

คำตอบ ไอน้ำพวกนั้นจะควบแน่น แล้วก็จะกลายเป็น น้ำ

วิธีการก็คือน้ำจะถูกส่งผ่าน LP((Low pressure <15 bar) Intercooler แล้วเข้าสู่ Condensate Seperator  ซึ่งจะเต็มไปด้วยน้ำ ถ้าเรา run compressor ไปเรื่อย น้ำเยอะขึ้นเรื่อย ๆ สามารถเข้าสู่ระบบได้ เราเลยต้อง Drain น้ำออก ขึ้นอยู่กับรุ่นของเครื่องว่าต้อง Drain ออก ทุกกี่นาที 

วงจร Electronic สามารถทำ auto drain ได้ 

จากนั้นจะเป็นอากาศที่เพิ่มความดันมาแล้ว ลดไอน้ำแล้ว ก็จะเป็นอากาศที่เย็นและแห้ง ซึ่งระหว่างทางจะมี Interstage Release Valve ถ้ามันเกิน 15 Bar มันจะ ระบายออกเพื่อกันระบบเสียหาย และเครื่อง Compressor บางรุ่นก็จะมี Pressure guage ใน stage 1 

จาะนั้นเข้า Stage 2 ก็ Compress ซึ่งจากที่สังเกตก็คือ ขนาดของ กระบอกลูกสูบ โดย ตัว First stage จะใหญ่กว่า Second Stage พอ ผ่าน 2nd Stage แล้ว ก็จะผ่าน IP(Intermediate Pressure) intercooler แล้วก็ผ่าน Inter-stage Relief Valve และ Consensate Seperator จากนั้นก็เข้าสู่ 3rd Stage ที่มีขนาดเล็กที่สุด

ซึ่งความดันก็จะมากขึ้นตามลำดับจาก ปริมาตรของลูกสูบที่เล็กลง

ทีนี้ 3rd stage จะมี HP intercooler แล้วเช้า Filter แล้วก็มี Aftercool อีกทีเพราะต้องการอากาศที่เย็น แล้วเข้า Final Seperator  จากนั้นจะเจอ  one-way valve(เครื่องหมาน|< ) เพราะถ้าไม่มี one way valve อากาศเข้าสวนไป ลูกสูบพังทุกตัว จากนั้นจะมี Pressure guage แล้วไป  Filter Tower ผ่าน Pressure Maining Valve (ตัว PMV มันจะทำให้ Filter Tower มี pressure ตลอดเวลาเเช่นถ้า PMV set ค่าไว้ 100bar จะทำให้อากาศไม่จ่ายออกถ้าไม่เกิน 100bar เพื่อให้ filterคา pressure ไว้)    อีกตัวแล้วออกไป OUtlet Manifold 

เพราะอากาศจะเริ่มอัดเมื่อ Pressure ถึง ระดับหนึง่ไมไ่ด้เริ่มอัดตั้งแต่ 1bar 

PMV Valve สำคัญมาก เพราะว่า ส่วนใหญ่จะตั้งไว้ที่ 80-100 bar ทำไมต้องให้ Pressure ไปเลี้ยง filter ตลอดเวลา เพราะว่าทำให้พวก Molecular Seive มีอายุนานขึ้น

นั่นคือสาเหตุที่ต้องมี PMV Valve

  

Personal Filter Scuba ถ้าปกติ พี่ปอไปจะพกตัวนี้ไปเองซึ่งก็จะมี สารประกอบต่างกันไป

ภายในก็จะมี

ถ้าเราพกไปปัญหาคือ ถ้าเราไม่ต่อ Compressor ก็จะทำให้ สารกรองข้างใน เสื่อมเร็วขึ้น แต่ถ้ามี pressure maintain ก็จะทำให้อายุมันอยู่นานขึ้น

ถ้าเป็น Pressure Tower ก็จะมี PMV มาด้วยทำให้อายุ มันนานขึ้นซึ่งดีกว่า Personal Filter เพราะว่าไม่ได้ Maintain Pressure ไว้

Filter จะอยู่ได้นานถ้ามี Pressure

Compressor ส่วนใหญ่มี 3 stage หมด แต่บางตัวอาจจะไม่มี Pressure guageทุก stage หรือว่าอาจจะไม่มี Condensor seperator ทุก Stage

ตัว interstage release valve จะเป็น check valve ภายในตัว

อันนี้คือ Personal Filter เวลาใช้เพื่อให้ Main tain pressure ไว้ก็จะติด PMV ไว้ซึ่งมันจะเขียนไว้ว่า มัน Maintain pressure ที่เท่าไหร่

ดังนั้น Compreesor design ปัจจุบัน  

Compressor จะใช้ Lubrication มีของเหลวอยู่ข้างใน ตัวเพลาข้อเหวี่ยงต้องมีน้ำมันเสมอ ซึ่ง ใน Scuba จะใช้ Oil Lubricant ซึ่ง 

โดย Lubricant จะมีอยู่ 2 พวก 

1. Mineral  ถูกกว่า

2. Synthetic  แพงกว่า 

ถ้า Compressor ที่จะต้องใช้กับ Nitrox ต้องใช้ Synthetic 

Oil-freed Compressor(ไม่ต้องมี oil lubricant)แทนที่จะเป็น O-ring ก็จะใช้ แหวน Ceramic มี Eagle land, Rich จะใช้ สำหรับ CNG 

สามารถใช้กับ Scuba ได้ แต่แพงมาก

ดังนั้น ถ้าใช้ Oil lubricant ต้อง make ชัวมามีน้ำมันอยู่ ไม่มาก และน้อยเกินไป

มากไป เข้าระบบ น้อยไป ก็ เพลาข้อเหวี่ยงมีปัญหา

ถ้าน้ำมันเข้าระบบ ก็จะมีปัญหาได้หลายอย่าง และมันไม่ใช่น้ำมัน Food grade ซึ่ง Food grade ก็ไม่ทนความร้อนใช้ไม่ได้อยู่ดี

ต่อมามี Prime Movers

จะใช้ เป็นไฟฟ้าก็จะมี 

220V สำหรับ ไฟ 1 phase

480 V สำหรับไฟ 3 phase

น้ำมัน

ดีเซล

เบนซิน (Petrol, Gasoline)

Compressor ของ วราสินธิ์ เป็น 3 phase หมดเลย และคิดว่าเรือทุกลำน่าจะเป็น 3 phase

ถ้าต้องเลือก compressor มาปั่น การใช้ 3 phase 3 phase จะประหยัดกว่า เพราะว่า 3 phase ได้ไปมาสามเส้น

ของครูปอใช้ Gasoline ใช้ น้ำมัน 95 ข้อเสียคือเครื่องพังเร็ว และมีปัญหาถ้าตัว Coil ที่คอยจ่ายไฟให้หัวฉีด มันจะเจ๊งเร็วมาก

เครื่อง Honda น่าจะดีที่สุด ถ้า ซื้อ Bauer จะได้เครื่อง SUbaru เปลี่ยน เป็ฯ Honda เรพาะว่า SUbaru หา Coil เปลี่ยนไม่ได้ Subaru ใช้เมืองหนาวดี Honda ใช้เมืองร้อนดี 

Diesel , Kubta,Yunma ,Hash ของเยอรมัน ดีเซลประหยัดกว่า แต่ start ยากมาก

เครื่องดีเซลล์ถูกสุด แต่ว่า มันตั้งรอบยาก  พอใช้ LAser วัดรอบดีเซลล์ ต้องตั้งใหม่ แต่ เบนซิน กับไฟฟ้ารอบ พอ ๆกัน   ซึ่ง ถ้าใช้ เครื่อ งHash เครื่อง ดีเซลล์ ของ เยอรมัน ที่ไม่มีวันพัง แต่เสียงดังมาก

นี่คือข้อดี ของ Multi stage

บทที่ 2 GAS PURITY

พูดถึงการกรอง 

Lesson Outline

Gas filter

Design criteria

Design criteria 

เครื่อง Compressor จะมี filter ของครูปอต้องการ purity สูงมาก นอกจากจะมี ในเครื่องแล้วก็จะมี แท่งด้านนอก 

ตัว Filter กรองอะไรบ้าง 

1.น้ำ ถึงแม้จะมีการกรองน้ำในเครื่องอยู่แล้ว ก็ยังต้องมีอยู่ดี เพราะว่าเมืองไทย ความชื้นสูงมาก ถ้าไปเมืองหนาว เวลาดูดไป compressor จะทำงานเร็ว เพราะว่าอากาศเย็น และอากาศแห้ง ดังนั้น Compressor จะทำใงานได้นานกว่า

2. Oil mist

3. Odor

4. Particle พวกสนิมเหล็ก ที่หลุดมาจาก Compressor โลหะหนัก ปรอท

Can include additional design feature

ต้องมีตัวกรอง CO ด้วย

Filter Chemical s

ถามว่าทำไม Input ถึงอยู่ข้างล่าง เพราะว่าต้องการให้ ตะกอน กรอง และตกอยู่ข้างล่าง ดักน้ำและโลหะหนักก็จะอยู่ข้างล่าง เพื่อใช้ Gravity ช่วย 

และจะมี patch ขาว ๆรอง ในรูปใช้ 

Activated Alumina เพื่อดักจับน้ำ moist  ในไทยไม่ค่อยเห็นใครใช้ 

อีกชั้นเป็น Active Carbon กรองกลิ่น กรองน้ำมัน

อีกชั้นเป็ฯ Molecular Sieve กรอง Moisture  ทั้ง oil และ water ทุกวันนี้ Molecular Sieve ถูกลงมาก็เลยใช้ Molecular มากกว่าไม่ได้ใช้ Activated Alumina 

Disposable Filter Cartridge 

สามารถซื้อ แบบ Cartridge มาเลยของ Bauer มี P21 กับ ญ_จ 

compressorพี่ปอ P20  Wayoon เป็น P31

ถ้าซื้อ Cartridge มา P 20 จะ 1800 ถ้ากรอง CO ด้วย จะ 2200 ใช้ได้ 50 ชม  เทียบแล้วได้ S80 จาก 0-200 ใช้เวลา 20 นาที ชม ละ 3 ใบ สรุปได้ 150 ใบ แสดงว่าถ้าซื้อสำเร็จรูป ค่าน้ำมัน 10 บาท Cartrige ๅถ บาท

P30 น่าจะใช้ได้ 80 หรือ 100 ชม

ถ้ากรอกเองก็จะตกประมาณ​200 บาท ต่อ Cartrige จาก ถังละ 15 บาท เหลือถัง 1.5 บาท 

ถ้าใส่เอง พี่ปอจะใส่ Molecular sieve(Crysyaline Sodium) / activated Carbon / Molecular Sieve

Filter Life

อายุการใช้งานจะเป็น ชั่วโมง

Filter Capacity 

Changing the Filter 

Accumulated Run Hours

Moisture Sensor บางตัว มี Moisture Censor ด้วย

ถ้าเจอ compressor ระบบ Secuus

ใน Asia มี แค่ สองที่ คือ Borneal diver ที่ Sipadan และ Gili ของ Adi เป็น Bauer สองตัวที่ดีสุดใน Asia

มีอีกอันที่ Dubai

บทสุดท้าย

คือการเติมถัง

การ test ถัง คือ Visual 1 ปี Hydro 5ปี

ถังเหล็กบางรุ่นก็จะมี expire ด้วย

ในการเติมถังจาก Compressor 

ถัง Steel ต้องได้ มาตรฐาน

ของ england 

ของไทยเป็น 

DOT AL 3 CTC ALM3

เราไม่มีกฎบังคับ TIS ( สมอ) ซึ่งน่าจะรับรอง Standard CGA  ถังที่มี DOT บนถัง ย่อมาจาก Department of Transporation ของ america

CTC คือ Canadian transportation commission

ของ EUROPE ต้องมี BS/EN 5045/7  British standard + European Norms

ไป ยุโรป ต้อง มี CE ถ้าไม่มี ฉCE ดำยุโรปไม่ได้

Rebreather ของ เมกาไม่มี CE เลยนอกจาก Holis

ในการทดสอบ ก็จะมีมาตรฐานของ Steel 

Steel EN 1968

Aluminum EN 1802

Test frequency 30 months

IDEST ซึ่งคนเดียวที่ทำได้ใน ไทยคือ Steve Burton

Eddy current test  เป็นการทดสอบ Metal fatique test

เช่นถ้าเราเอา paper clip มาหักครึ่งได้  แสดงว่าเหล็กไม่ไหวแล้ว

VIP = visual inspection 

VIP + = 

ถ้าใส่ valve แล้วหมุนผ่านตลอด ก็ ปั๊ม Go แต่ว่า ถ้า ใส่ valve แล้ว crack ก็จะปั๊ม nogo 

สามารถ ผ่าถังเลย

ถ้าคุณเติมถัง ถัง ไม่มี visual inspection หรือไม่ได้ Hydro 5 ปี ไม่งั้นตายแน่นอน

ขั้นตอนในการเติมสิ่งแรกคือ 

Airbank 

CO 

สารที่ใช้ในการกรอง CO คือ Hopcalite ซึ่งหน้าที่ของมันคือ เปลี่ยน CO ไปเป็น CO2

ถ้าโดนมือ แล้วมือมีความชื้นนี่กัดมือ