Cavitation ใน Pump และ Valve คืออะไร?

บทความนี้ต้องอ่านสำหรับคนที่ทำงานกับปั๊มและวาล์วนะครับ เพราะหลายๆ คนยังมีความเข้าใจผิดเรื่อง Cavitation อยู่เยอะมาก ๆ สำหรับวันนี้ทางนายช่างมาแชร์จะขอมาแชร์ความรู้ในเรื่อง Cavitation นะครับ เพราะมันไม่ใช่แค่ฟองอากาศธรรมดาๆอย่างที่หลายคนคิด แต่มันคือพลังทำลายที่สูงมากๆ และสามารถกัดเหล็กให้ขาดและทะลุได้อย่างง่ายได้เลย

หากใครไปเดินโรงงานที่ปั๊มหรือวาล์ว และได้ยิน “เสียงดังเหมือนกรวด” ภายในปั๊ม วาล์ว และมีการสั่นแรง  ใบพัดสึกเร็วกว่าปกติ (ลักษณะเป็นรูพรุน) อาการเหล่านี้ไม่ได้เกิดจาก “อุปกรณ์คุณภาพต่ำ” เสมอไปแต่บ่อยครั้งมีสาเหตุจากปัญหาทางวิศวกรรมที่เรียกว่า Cavitation เพราะในระบบของไหล หากแรงดันที่ลดต่ำกว่าค่าแรงดันไอของของเหลว หรือ NPSHa < NPSHr จะทำให้เกิดฟองไอและการยุบตัวอย่างรุนแรง (ซึ่งกระบวนการในการฟอร์มตัว ขออธิบายในบทความนะครับ) ซึ่งจะเกิดสร้างแรงกระแทกที่รุนแรงและทำลายเนื้อผิวโลหะในที่สุด

ส่งผลให้ Pump และ Valve เสียหายโดยที่หลายโรงงานไม่ทันสังเกต เช่น ในปั๊มแรงเหวี่ยง Cavitation มักเกิดที่ทางดูดและใบพัดส่วนใน Control Valve จะเกิดบริเวณช่องแคบที่มี Pressure Drop สูง ฟองไอที่เกิดและยุบตัวซ้ำ ๆ จะกัดกร่อนชิ้นส่วนจนเกิดรอยพิตติ้ง เสียงดัง และการสั่นสะเทือน ดังนั้น การเข้าใจว่า Cavitation ใน Pump และ Valve คืออะไร? จะเป็นประโยชน์ต่อเพื่อนๆ ในการยืดอายุของเครื่องจักรไปได้นั่นเอง

ซึ่งบทความนี้ไม่ใช่แค่ความรู้เชิงทฤษฎีแต่เป็นพื้นฐานสำคัญของงานออกแบบ บำรุงรักษา และการแก้ปัญหาในโรงงานอุตสาหกรรม บทความนี้นายช่างมาแชร์จะพาเพื่อนๆมาทำความเข้าใจ Cavitation ในมุมวิศวกรรมอย่างเป็นระบบและนำไปใช้ได้จริงนะครับ

Cavitation คืออะไร?

ปรากฏการณ์ Cavitation คือ จะที่เกิดขึ้นเมื่อ แรงดันของของเหลวลดต่ำกว่าแรงดันไอ (Vapor Pressure)
ทำให้ของเหลวเปลี่ยนสถานะเป็นไอ เกิดเป็นฟองไอ (Vapor Bubble) เมื่อฟองไอเหล่านี้ไหลไปยังบริเวณที่แรงดันสูงขึ้น
ฟองจะ ยุบตัวอย่างรุนแรง (Bubble Collapse) และสร้างแรงกระแทกขนาดเล็กแต่รุนแรงมากต่อผิวโลหะ Cavitation ไม่ใช่แค่ “ฟองอากาศ” แต่คือพลังงานทำลายล้างในระดับจุลภาค

Cavitation ใน Pump เกิดขึ้นได้อย่างไร?

ใน Centrifugal Pump
Cavitation มักเกิดที่บริเวณ ทางดูด (Suction / Eye of Impeller)

ลำดับการเกิด Cavitation ในปั๊ม

1. แรงดันที่ทางดูดลดต่ำมาก
2. ของเหลวเริ่มกลายเป็นไอ เกิดฟอง Cavitation
3. ฟองถูกพาไปบริเวณแรงดันสูงที่ปลายใบพัด
4. ฟองยุบตัว → กระแทกผิวใบพัดอย่างรุนแรง
   

ผลที่เกิดขึ้นคือ

• ใบพัดเป็นหลุม (Pitting)
• ปั๊มสั่นและเสียงดังคล้าย “กรวดในปั๊ม”
• ประสิทธิภาพปั๊มลดลงอย่างชัดเจน

สาเหตุหลักของ Cavitation ใน Pump (เชิงวิศวกรรม)

• NPSHa ต่ำกว่า NPSHr ของปั๊ม
• ท่อดูดยาว / แคบ / โค้งมากเกินไป
• ความเร็วปั๊มสูงเกินจุดออกแบบ
• อุณหภูมิของเหลวสูง → Vapor Pressure สูงขึ้น
• ไส้กรองหรือวาล์วด้านดูดอุดตัน

Cavitation ใน Valve เกิดขึ้นได้อย่างไร?

ใน Control Valve หรือ Valve ที่มี Pressure Drop สูง เมื่อของไหลผ่านช่องแคบ (Vena Contracta)
แรงดันจะลดลงอย่างรวดเร็ว

หากแรงดัน ณ จุดนั้นต่ำกว่า Vapor Pressure จะเกิดฟอง Cavitation ขึ้นทันที และเมื่อแรงดันกลับสูง ฟองจะยุบตัว กระแทกผิว Valve Trim

ผลกระทบของ Cavitation ใน Valve

• Trim และ Body สึกกร่อนอย่างรุนแรง
• เสียงดังและการสั่นสะเทือนสูง
• ควบคุม Flow ไม่เสถียร
• อายุการใช้งานของ Valve สั้นกว่าปกติ

เปรียบเทียบ Cavitation ใน Pump และ Valve

วิธีป้องกัน Cavitation (แนวทางวิศวกรรม)

การป้องกัน Cavitation ใน Pump

• ออกแบบให้ NPSHa > NPSHr
• ลดอุปสรรคในท่อดูด
• ใช้ VFD คุมความเร็วปั๊ม
• คุมอุณหภูมิของของเหลว
• เลือกปั๊มให้ทำงานใกล้ BEP

การป้องกัน Cavitation ใน Valve

• ใช้ Anti-Cavitation Trim
• ลด Pressure Drop ต่อ Stage
• เลือก Valve Type ให้เหมาะกับงาน
• คุม Flow ไม่ให้เกิน Design

บทสรุปเชิงวิศวกรรม

Cavitation ใน Pump และ Valve เป็นผลจากแรงดันของของไหลที่ต่ำกว่าแรงดันไอ ทำให้เกิดฟองไอและการยุบตัวที่สร้างความเสียหายรุนแรง การเข้าใจ Cavitation อย่างถูกต้อง ช่วยให้วิศวกรสามารถ

• ออกแบบระบบได้ดีขึ้น
• ลดค่า Maintenance
• ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์
• และเพิ่มความเสถียรให้โรงงาน