บทที่ 5: การควบคุมด้านทางเข้าของปั๊ม

ตำแหน่งการติดตั้งปั๊ม

ในระบบไฮดรอลิกอุตสาหกรรม ปั๊มมักติดตั้งอยู่ด้านบนของถังเก็บ (reservoir) ที่บรรจุของเหลวสำหรับระบบ ท่อสูบ (หรือเรียกอีกอย่างว่าท่อเข้า) ทำหน้าเชื่อมต่อระหว่างทางเข้าของปั๊มกับน้ำมันในถังเก็บ

การไหลของของเหลวจากถังเก็บไปยังปั๊มสามารถมองได้ว่าเป็นระบบไฮดรอลิกย่อยแยกต่างหาก ในระบบรองนี้ ความดันต่ำกว่าบรรยากาศที่เกิดขึ้นจากปั๊มทำหน้าที่เป็นแรงต้านต่อการไหล ส่วนพลังงานที่ขับเคลื่อนของเหลวมาจากการกระทำของความดันบรรยากาศ ซึ่งบรรยากาศที่กดลงบนผิวน้ำมันในถังเก็บจะทำหน้าที่คล้ายกับแอคคิวมูเลเตอร์

รูปที่ 5-1 การติดตั้งปั๊มแบบมาตรฐาน — ปั๊มติดตั้งอยู่ด้านบน และท่อสูบอยู่ต่ำกว่าระดับน้ำมัน ความดันบรรยากาศที่กระทำต่อผิวน้ำมันคือสิ่งที่ดันน้ำมันขึ้นสู่ปั๊ม

การวัดความดันบรรยากาศ

โดยทั่วไปแล้ว เราคิดว่าอากาศไม่มีน้ำหนัก แต่ชั้นบรรยากาศของอากาศที่ล้อมรอบโลกนั้นแท้จริงแล้วมีแรงดัน โตร์ริเชลลี ผู้ประดิษฐ์บารอมิเตอร์ แสดงให้เห็นว่าแรงดันบรรยากาศสามารถวัดได้โดยใช้คอลัมน์ปรอท โดยการกลับหัวหลอดที่บรรจุปรอทลงในอ่างปรอท เขาพบว่าที่ระดับน้ำทะเล ความสูงของคอลัมน์ปรอทที่แรงดันบรรยากาศสามารถรองรับได้คือ 29.92 นิ้ว (760 มม.) ดังนั้น ภายใต้สภาวะมาตรฐาน แรงดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลจึงเท่ากับ (หรือเทียบเท่ากับ) คอลัมน์ปรอทสูง 29.92 นิ้ว (760 มม.) แน่นอนว่า สถานที่ใดๆ ที่อยู่สูงกว่าระดับน้ำทะเลจะมีแรงดันบรรยากาศต่ำกว่า

ความดันไฮดรอลิกมักแสดงเป็นหน่วย psi หรือ bar แต่ความดันบรรยากาศมักวัดเป็นหน่วย in.Hg (นิ้วของปรอท) หรือ mmHg ที่อุณหภูมิ 68°F (20°C) และความชื้นสัมพัทธ์ 36% ความดันบรรยากาศระดับน้ำทะเลเท่ากับ 29.92 in.Hg หรือ 760 mmHg ซึ่งเทียบเท่ากับ 14.7 psia หรือ 1.01 bar อย่างไรก็ตาม หน่วย bar ไม่ใช่หน่วยวัดความดันบรรยากาศโดยตรง แต่ความดันบรรยากาศมาตรฐานคือ 101,000 N/m²

เมื่อแปลงค่าระหว่าง in.Hg กับ psi โปรดทราบว่า 1 psia = 2.04 in.Hg และ 1 bar ≈ 752 mmHg ดังนั้นโดยประมาณ: 1 psia ≈ 2 in.Hg หรือ 1 bar ≈ 750 mmHg

ความดันสัมบูรณ์และแรงดันเกจ

ทั้งความดันสัมบูรณ์และแรงดันเกจสามารถใช้วัดความดันในระบบไฮดรอลิกได้

ความดันสัมบูรณ์

ความดันสัมบูรณ์วัดจากจุดศูนย์ความดัน — คือจุดที่ไม่มีความดันเลยแม้แต่น้อย หน่วยที่ใช้ได้คือ psi (bar) หรือ in.Hg (mmHg) โดยความดันสัมบูรณ์จะระบุโดยเติมตัวอักษร "a" ต่อท้ายหน่วย เช่น psia (psi สัมบูรณ์) หรือ bara

ความดันเกจ (Gauge Pressure)

ความดันเกจวัดจากจุดอ้างอิงของความดันบรรยากาศ หน่วยที่ใช้คือ psi (บาร์) ความดันสัมบูรณ์เท่ากับความดันเกจบวกกับความดันบรรยากาศมาตรฐาน ตัวอย่างเช่น หากระบบแสดงค่า 100 psig (6.9 บาร์เกจ) และความดันบรรยากาศมาตรฐานคือ 14.7 psia (1 บาร์) ความดันสัมบูรณ์จะเท่ากับ 114.7 psia (7.9 บาร์สัมบูรณ์) เพื่อแยกแยะความแตกต่างระหว่างสองค่านี้ ความดันเกจเขียนแทนด้วย psig ส่วนความดันสัมบูรณ์เขียนแทนด้วย psia

สภาวะด้านทางเข้าของปั๊ม

เมื่อปั๊มไม่ทำงาน ด้านทางเข้าของระบบจะอยู่ในภาวะสมดุล — ความต่างของความดันระหว่างปั๊มกับบรรยากาศเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าไม่มีการไหลเกิดขึ้น แต่เมื่อปั๊มทำงาน จะสร้างความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศที่ด้านทางเข้า ทำให้ระบบเกิดภาวะไม่สมดุล และการไหลเริ่มต้นขึ้น

สองบทบาทของความดันบรรยากาศ

ความดันที่ความดันบรรยากาศกระทำต่อของเหลวมีวัตถุประสงค์สองประการ:

1. จ่ายของเหลวเข้าสู่ทางเข้าของปั๊ม
2. เร่งของไหลเข้าสู่ชุดหมุนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง — ความเร็วมาตรฐานคือ 1,200 รอบต่อนาที และ 1,800 รอบต่อนาที

โดยทั่วไปจะใช้ความดันบรรยากาศเป็นหลักในการเร่งของไหลเข้าสู่ปั๊ม แต่ภาระงานขั้นตอนแรกที่ต้องดำเนินการก่อนคือ การจ่ายของไหลเข้าสู่ทางเข้าของปั๊ม หากใช้ความดันบรรยากาศมากเกินไปในขั้นตอนนี้ จะเหลือความดันไม่เพียงพอที่จะเร่งของไหลเข้าสู่ชุดหมุน ส่งผลให้ปั๊มขาดของไหล (pump starvation) และเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การกัดกร่อนจากฟองอากาศ" (cavitation)

จำนวน腫

การกัดกร่อนจากฟองอากาศ (cavitation) คือ การเกิดและยุบตัวของโพรงไอน้ำในของเหลว ซึ่งส่งผลเสียต่อปั๊มสองประการ ดังนี้:

3. ทำให้ระบบหล่อลื่นผิดปกติ
4. ทำลายพื้นผิวโลหะ

ที่ด้านทางเข้าของปั๊ม จะเกิดช่องว่างไอน้ำขึ้นทั่วทั้งของไหล ซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพในการหล่อลื่นลดลง และเร่งอัตราการสึกหรอ เมื่อช่องว่างไอน้ำเหล่านี้เคลื่อนผ่านไปยังโซนความดันสูงที่ทางออกของปั๊ม ผนังของช่องว่างจะถูกบีบอัดและยุบตัวลงอย่างรุนแรง ส่งผลให้ปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา ซึ่งทำหน้าที่ "กัดเซาะ" พื้นผิวโลหะ — เหมือนกับช่างแกะสลักที่ใช้ค้อนและสิ่วแต่งแต้มหิน หากปล่อยให้เกิดปรากฏการณ์การกัดกร่อนจากฟองอากาศ (cavitation) ต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ จะทำให้อายุการใช้งานของปั๊มสั้นลง และเศษวัสดุที่เกิดจากการกัดกร่อนอาจไหลเวียนไปยังส่วนอื่น ๆ ของระบบ จนก่อให้เกิดความเสียหายต่อชิ้นส่วนอื่น ๆ ได้

รูปที่ 5-5 ความเสียหายจากปรากฏการณ์การกัดกร่อนจากฟองอากาศ (cavitation) บนรูทรงกระบอกของตัวเรือนปั๊ม ลักษณะรอยบุ๋มจุดเล็ก ๆ ภายใต้กล้องจุลทรรศน์เกิดขึ้นจากการยุบตัวซ้ำ ๆ ของช่องว่างไอน้ำบริเวณพื้นผิวโลหะ

สัญญาณบ่งชี้ของการเกิดปรากฏการณ์การกัดกร่อนจากฟองอากาศ (cavitation)

สัญญาณที่ชัดเจนที่สุดของปรากฏการณ์การกัดกร่อนจากฟองอากาศ (cavitation) คือ เสียงรบกวน — เมื่อฟองอากาศยุบตัว จะเกิดการสั่นสะเทือนความถี่สูงซึ่งแพร่กระจายไปทั่วทั้งระบบ และปั๊มไฮดรอลิกจะสร้างเสียงแหลมคมชัด เมื่อเกิดปรากฏการณ์การกัดกร่อนจากฟองอากาศ ห้องภายในปั๊มจะไม่เต็มไปด้วยของไหลอย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้อัตราการไหลลดลงและแรงดันในระบบไม่คงที่

กลไกการเกิดปรากฏการณ์การกัดกร่อนจากฟองอากาศ

ปรากฏการณ์การกัดกร่อนจากฟองอากาศเกิดขึ้นในของเหลวเนื่องจากของเหลวนั้นเดือด — แต่การเดือดนี้ไม่ได้เกิดจากความร้อน กลับเกิดจากของเหลวที่มีความดันสัมบูรณ์ต่ำเพียงพอ

ความดันไอของของเหลว

โมเลกุลทั้งหมดในของเหลวเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา แต่ไม่ใช่ทั้งหมดที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน โมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วกว่าซึ่งอยู่ใกล้ผิวหน้าของของเหลวพยายามหลุดพ้นเข้าสู่พื้นที่ว่างเหนือผิวของเหลว แม้จะมีแรงดึงดูดจากโมเลกุลอื่นรอบข้างก็ตาม แรงที่โมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วต้องเอาชนะเพื่อหลุดพ้นเข้าสู่บรรยากาศคือ ความดันไอของของเหลวนั้น

หากภาชนะที่บรรจุของเหลวถูกปิดผนึก โมเลกุลที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงจะเข้าสู่พื้นที่เหนือผิวของเหลว เมื่อพื้นที่นั้นถึงภาวะอิ่มตัวของไอน้ำ โมเลกุลจะชนกันและกลับคืนสู่สถานะของเหลว การที่โมเลกุลหลุดออกจากของเหลวเรียกว่าการระเหย ส่วนการที่โมเลกุลกลับคืนสู่สถานะของเหลวเรียกว่าการควบแน่น เมื่ออัตราการระเหยเท่ากับอัตราการควบแน่น จะเกิดภาวะสมดุล และความดันที่เกิดจากไอน้ำนั้นเรียกว่าความดันไอของของเหลวนั้น ความดันไอมักแสดงในหน่วยความดันสัมบูรณ์ เช่น นิ้วปรอท (in.Hg)

ผลของอุณหภูมิต่อความดันไอ

ความดันไอได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โมเลกุลของของเหลวจะได้รับพลังงานมากขึ้นและเคลื่อนที่เร็วขึ้น ส่งผลให้ความดันไอเพิ่มขึ้น เมื่อความดันไอเท่ากับความดันบรรยากาศ โมเลกุลของของเหลวสามารถหลุดเข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้อย่างอิสระ — ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเดือด น้ำที่ระดับน้ำทะเลจะเดือดที่อุณหภูมิ 212°F (100°C) เนื่องจากที่อุณหภูมินั้น ความดันไอของน้ำเท่ากับความดันบรรยากาศ

ผลของความดันต่อจุดเดือด

ของเหลวสามารถทำให้เดือดได้โดยการลดความดันที่กระทำต่อมัน ขณะที่ความดันที่ลดลงเท่ากับความดันไอของของเหลวนั้น โมเลกุลของของเหลวจะสามารถเข้าสู่พื้นที่เหนือผิวของของเหลวได้อย่างอิสระ น้ำที่อุณหภูมิ 100°F (37.2°C) มีความดันไอเท่ากับ 2 นิ้วปรอท (0.068 บาร์) หากภาชนะที่บรรจุน้ำที่อุณหภูมิ 100°F ถูกเชื่อมต่อกับปั๊มสุญญากาศ และความดันสัมบูรณ์ภายในลดลงจนเหลือ 2 นิ้วปรอท (0.068 บาร์) น้ำนั้นจะเดือด ปั๊มที่จัดการกับของเหลวโดยทั่วไปมักประสบกับปรากฏการณ์การเดือดประเภทนี้

อากาศที่ละลายอยู่ในของเหลว

น้ำมันไฮดรอลิกที่ระดับน้ำทะเลมีอากาศละลายอยู่ประมาณ 10% อากาศนี้อยู่ในรูปแบบที่ละลายอยู่ในของเหลว — มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า และไม่ทำให้ปริมาตรของของเหลวเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน ความสามารถของน้ำมันไฮดรอลิกหรือของเหลวใดๆ ในการละลายอากาศจะลดลงเมื่อความดันที่กระทำต่อของเหลวนั้นลดลง ตัวอย่างเช่น หากเทน้ำมันไฮดรอลิกหนึ่งถ้วยซึ่งอยู่ภายใต้ความดันบรรยากาศไปไว้ในสุญญากาศ อากาศที่ละลายอยู่จะเปลี่ยนสถานะเป็นฟองและหลุดออกจากสารละลาย ระหว่างปรากฏการณ์การกัดกร่อนจากฟองอากาศ (cavitation) อากาศที่ละลายอยู่จะหลุดออกจากน้ำมันและก่อให้เกิดความเสียหายต่อปั๊มไฮดรอลิก

อากาศที่ถูกดักจับ

อากาศที่ปนอยู่ (Entrained air) คือ อากาศที่อยู่ในของเหลวในสถานะที่ไม่ได้ละลาย — ในรูปแบบของฟอง หากปั๊มดูดน้ำมันที่มีอากาศปนอยู่เข้ามาเป็นครั้งคราว ฟองอากาศเหล่านี้จะส่งผลต่อปั๊มในลักษณะคล้ายกับปรากฏการณ์การกัดกร่อนจากฟองอากาศ (cavitation) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปรากฏการณ์นี้ไม่เกี่ยวข้องกับความดันไอของของเหลว เราจึงเรียกมันว่า 'pseudo-cavitation' หรือ 'การกัดกร่อนจากฟองอากาศปลอม'

หากมีการรั่วซึมในท่อทางด้านดูดหรือซีลเพลาปั๊มเสียหาย อากาศที่ปนอยู่ในระบบจะปรากฏขึ้นเกือบตลอดเวลา เนื่องจากความดันที่ด้านทางเข้าของปั๊มมักต่ำกว่าความดันบรรยากาศ ดังนั้น ช่องเปิดใดๆ ที่ตำแหน่งดังกล่าวจะทำให้อากาศถูกดูดเข้าสู่น้ำมันและเข้าสู่ปั๊ม ฟองอากาศที่ปนอยู่ซึ่งไม่สามารถแยกตัวออกได้ในถังเก็บน้ำมันก็จะไหลเข้าสู่ปั๊มเช่นกัน

ข้อกำหนดเชิงเทคนิคสำหรับด้านทางเข้า

การเกิดฟองอากาศ (Cavitation) เป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อทั้งปั๊มและระบบทั้งหมด ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตปั๊มจึงกำหนดขีดจำกัดด้านทางเข้าสำหรับผลิตภัณฑ์ของตน ผู้ผลิตปั๊มไฮดรอลิกอุตสาหกรรมแบบปริมาตรคงที่โดยทั่วไปจะระบุว่า ความดันที่ด้านทางเข้าของปั๊มต้องต่ำกว่าความดันบรรยากาศ เพื่อให้ของเหลวสามารถไหลเข้าสู่ชุดหมุนของปั๊มได้ อย่างไรก็ตาม ข้อกำหนดความดันนี้มักไม่ระบุในหน่วยความดันสัมบูรณ์ แต่จะระบุในรูปของค่าสุญญากาศ

มาตรวัดความดันสุญญากาศ (สุญญากาศ)

สุญญากาศคือความดันใดๆ ที่ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ สุญญากาศเป็นแนวคิดที่เข้าใจได้ยาก เนื่องจากจุดเริ่มต้นของมันเหมือนกับความดันเกจ (ความดันบรรยากาศ) แต่ค่าต่างๆ จะถูกนับลงมาในหน่วยนิ้วปรอท (in.Hg) หรือมิลลิเมตรปรอท (mmHg)

สุญญากาศ 0 นิ้ว (0 มม.) = ความดันบรรยากาศ หรือความดันเกจศูนย์ สุญญากาศ 29.92 นิ้วปรอท (760 มม.ปรอท) = สุญญากาศสมบูรณ์ หรือความดันสัมบูรณ์ศูนย์

การวัดสุญญากาศ

ดังแสดงในแผนผัง ภาชนะที่บรรจุปรอทเชื่อมต่อกับภาชนะอีกใบหนึ่งซึ่งอยู่ภายใต้ความดันบรรยากาศผ่านท่อแก้ว: เนื่องจากความดันภายในภาชนะเท่ากับความดันบรรยากาศที่กระทำต่อพื้นผิวของปรอท จึงไม่มีการขึ้นของระดับปรอทในท่อแก้ว ความสูงของคอลัมน์ปรอทที่เป็นศูนย์บ่งชี้ว่าภาชนะนั้นไม่อยู่ในสภาวะสุญญากาศ

หากสุญญากาศภายในภาชนะถูกดูดออกจนความดันภายในลดลงเหลือ 10 นิ้วปรอท (254 มม.ปรอท) ความดันบรรยากาศที่กระทำต่อพื้นผิวของหลอดรับแรงดันจะสามารถรองรับคอลัมน์ปรอทสูงได้ 10 นิ้ว (254 มม.) — สุญญากาศที่วัดได้คือ 10 นิ้วปรอท (254 มม.ปรอท) หากสุญญากาศภายในภาชนะถูกดูดออกจนถึงสุญญากาศสมบูรณ์ (ความดันสัมบูรณ์เป็นศูนย์) ความดันบรรยากาศจะสามารถรองรับคอลัมน์ปรอทสูงได้ 29.92 นิ้ว (760 มม.) — สุญญากาศที่วัดได้คือ 29.92 นิ้วปรอท (760 มม.ปรอท)

สุญญากาศ 0 นิ้ว (0 มม.) ปรอท = ความดันบรรยากาศ = ความดันเกจเป็นศูนย์ สุญญากาศ 29.92 นิ้วปรอท (760 มม.ปรอท) = สุญญากาศสมบูรณ์ = ความดันสัมบูรณ์เป็นศูนย์

รูปที่ 5-9 การวัดสุญญากาศด้วยแมนอมิเตอร์ปรอท สามสถานะจากบนลงล่าง: สภาวะบรรยากาศ (สุญญากาศเป็นศูนย์), สุญญากาศบางส่วน (10 นิ้วปรอท), และสุญญากาศสมบูรณ์ (29.92 นิ้วปรอท = 0 psia)

Vacuum gauge

มาตรวัดสุญญากาศได้รับการสอบเทียบตั้งแต่ 0 ถึง 30 นิ้วปรอท (0–760 มิลลิเมตรปรอท) โดยแต่ละขีดแบ่งมีค่าเท่ากับ 1 นิ้วปรอท ที่ระดับน้ำทะเล เพื่อแปลงค่าที่อ่านได้จากมาตรวัดสุญญากาศให้เป็นความดันสัมบูรณ์ ให้ลบค่าที่อ่านได้จากมาตรวัดสุญญากาศ (หน่วยนิ้วปรอท) ออกจาก 30 นิ้วปรอท (760 มิลลิเมตรปรอท) ตัวอย่างเช่น ค่าสุญญากาศที่อ่านได้ 7 นิ้วปรอท (177 มิลลิเมตรปรอท) จะเท่ากับความดันสัมบูรณ์ 23 นิ้วปรอท (583 มิลลิเมตรปรอท)

การใช้สุญญากาศในการระบุข้อกำหนดทางเทคนิคของช่องรับเข้าปั๊ม

ผู้ผลิตปั๊มใช้หน่วยวัดสุญญากาศสำหรับข้อกำหนดที่ทางเข้า เนื่องจากค่าสุญญากาศสัมพันธ์กับระดับน้ำทะเล — เมื่อนำปั๊มไปใช้งานที่ความสูงเหนือระดับน้ำทะเล ความดันบรรยากาศที่ต่ำกว่า ณ ความสูงนั้นจะต้องนำมาพิจารณาด้วย

ตัวอย่าง: หากผู้ผลิตกำหนดว่าสุญญากาศขาเข้าสูงสุดจะต้องไม่เกิน 7 in.Hg (177 mmHg) หมายความว่า ผู้ผลิตต้องการให้มีความดันสัมบูรณ์ (หรือความดันบรรยากาศ) อย่างน้อย 23 in.Hg (583 mmHg) ที่ขาเข้าของปั๊ม เพื่อเร่งการไหลของของเหลวเข้าสู่ชุดหมุน หากความดันสัมบูรณ์ที่ขาเข้าของปั๊มลดลงต่ำกว่า 23 in.Hg (583 mmHg) ปั๊มอาจได้รับความเสียหาย ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยการออกแบบที่ผู้ผลิตกำหนดไว้สำหรับค่าสุญญากาศ ข้อกำหนดเกี่ยวกับขาเข้าของปั๊มที่เผยแพร่ทั้งหมดนั้น ถือว่าทำงานที่ความเร็วตามมาตรฐานและใช้น้ำมันปิโตรเลียม หากปั๊มทำงานที่ความเร็วต่างออกไป หรือใช้ของเหลวชนิดอื่น ข้อกำหนดเหล่านั้นจำเป็นต้องปรับเปลี่ยน

ผลกระทบของของเหลวชนิดต่าง ๆ ต่อสุญญากาศสูงสุดที่ยอมรับได้

สุญญากาศสูงสุดที่ปั๊มสามารถรับได้ขึ้นอยู่กับของเหลวที่ถูกสูบ ข้อกำหนดทางเทคนิคด้านที่เข้า (inlet-side) คำนวณจากความหนาแน่นสัมพัทธ์ (specific gravity) และความดันไอของน้ำมันปิโตรเลียม หากใช้น้ำมันไฮดรอลิกที่ทนไฟ ความเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นสัมพัทธ์และความดันไอจะส่งผลต่อสุญญากาศสูงสุดที่ยอมรับได้ที่ด้านที่เข้า

ผลกระทบของความหนาแน่นสัมพัทธ์ต่อสุญญากาศสูงสุดที่ยอมรับได้

ความหนาแน่นสัมพัทธ์คืออัตราส่วนของน้ำหนักของของเหลวหนึ่งต่อน้ำหนักของของเหลวอีกชนิดหนึ่ง โดยเฉพาะเจาะจงยิ่งขึ้น คืออัตราส่วนของน้ำหนักของของเหลวปริมาตรคงที่หนึ่งหน่วยต่อน้ำหนักของน้ำในปริมาตรเท่ากัน ที่อุณหภูมิ 60°F (15.6°C) น้ำ 1 ลูกบาศก์ฟุตมีน้ำหนัก 62.4 ปอนด์ (28.3 กิโลกรัม) เมื่อหารน้ำหนักของน้ำมันด้วยน้ำหนักของน้ำ จะพบว่าน้ำมันมีน้ำหนักเท่ากับ 90% ของน้ำ หรืออัตราส่วนของน้ำหนักคือ 1 (น้ำ) ต่อ 0.90 (น้ำมันปิโตรเลียม) — ดังนั้น ความหนาแน่นสัมพัทธ์ (SG) ของน้ำมันปิโตรเลียมจึงเท่ากับ 0.90

ข้อกำหนดด้านทางเข้าของปั๊มคำนวณจากน้ำมันปิโตรเลียมที่มีความหนาแน่นสัมพัทธ์ (SG) อยู่ระหว่าง 0.87–0.90 สำหรับของไหลทนไฟชนิดฟอสเฟตเอสเทอร์ ความหนาแน่นสัมพัทธ์จะเพิ่มขึ้นร้อยละ 30 เป็นประมาณ 1.15 ส่วนของไหลไฮดรอลิกที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบ มีความหนาแน่นสัมพัทธ์อยู่ในช่วง 0.93 (อิมัลชัน HFB) ถึง 1.08 (น้ำ-ไกลคอล) เพื่อเร่งให้ของไหลที่มีมวลมากกว่านี้เข้าสู่ปั๊มได้เร็วขึ้น จึงจำเป็นต้องใช้แรงดันที่สูงขึ้นที่ทางเข้าของปั๊ม ดังนั้นสุญญากาศสูงสุดที่ยอมรับได้จึงควรลดลงเล็กน้อย

ผลกระทบของความดันไอต่อสุญญากาศสูงสุดที่ยอมรับได้

น้ำมันปิโตรเลียมและของไหลทนไฟชนิดฟอสเฟตเอสเทอร์มีความดันไอต่ำมากที่อุณหภูมิการใช้งานไฮดรอลิกปกติ แต่ของไหลไฮดรอลิกที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบนั้นแตกต่างออกไป เนื่องจากของไหลประเภทนี้มีสัดส่วนน้ำสูง ความดันไอของทั้งอิมัลชัน HFB และน้ำ-ไกลคอลอาจสูงถึงหลายนิ้วของปรอท ในขณะที่น้ำมันปิโตรเลียมและของไหลสังเคราะห์มีความดันไอน้อยกว่าหนึ่งในสิบของนิ้วของปรอท ดังนั้นของไหลที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบจึงมีแนวโน้มระเหยและเกิดปรากฏการณ์การกัดกร่อนจากฟองอากาศ (cavitation) ได้มากกว่า

เพื่อป้องกันไม่ให้ของเหลวที่มีส่วนผสมของน้ำเกิดการกัดกร่อนจากแรงดันต่ำ (cavitation) ผู้ผลิตปั๊มกำหนดให้มีแรงดันที่เพียงพอที่ทางเข้าของปั๊ม เพื่อเร่งของเหลวที่ใช้งานให้ไหลเข้าสู่ปั๊มอย่างมีประสิทธิภาพ ข้อกำหนดนี้สามารถทำได้โดยการลดค่าสุญญากาศสูงสุดที่ยอมรับได้

รูปที่ 5-13 เปรียบเทียบความดันไอ ของเหลวที่มีส่วนผสมของน้ำมีความดันไอสูงกว่าน้ำมันแร่เป็นอย่างมากที่อุณหภูมิเดียวกัน จึงมีแนวโน้มเกิดการกัดกร่อนจากแรงดันต่ำ (cavitation) ได้ง่ายขึ้นหากสุญญากาศที่ทางเข้าสูงเกินไป

การวินิจฉัยภาวะการกัดกร่อนของปั๊ม (Cavitation)

บุคลากรด้านการบำรุงรักษาจะสังเกตพบอาการปั๊มเริ่มเกิดการกัดกร่อนจากแรงดันต่ำ (cavitation) หรือดูดอากาศเข้ามาได้ตั้งแต่ระยะแรกๆ มากที่สุด เนื่องจากความคุ้นเคยกับเครื่องจักรทำให้พวกเขาสามารถสังเกตสัญญาณแรกของความผิดปกติได้

สัญญาณที่ชัดเจนที่สุดของการเกิดฟองอากาศ (cavitation) หรือการดูดอากาศเข้าไปในปั๊มไฮดรอลิกคือ เสียงแหลมสูง แต่มีความแตกต่างอย่างละเอียดอ่อนดังนี้: ปั๊มที่เกิดฟองอากาศจะสร้างเสียงแหลมสูงอย่างสม่ำเสมอ — เสียงนี้อาจเกิดจากการยุบตัวของฟองอากาศที่มีขนาดใกล้เคียงกัน ขณะที่เมื่อปั๊มดูดอากาศเข้ามา เสียงที่เกิดขึ้นจะเปลี่ยนแปลงอย่างมาก: เมื่อมีอากาศเข้ามาในปริมาณเล็กน้อย เสียงจะคล้ายเสียงคลิกหรือเสียงที่เกิดจากตลับลูกปืนเสียหาย; หากมีอากาศเข้ามาในปริมาณมาก จะเกิดเสียงทุบหรือเสียงแตกแปลกประหลาด

วิธีที่เชื่อถือได้ยิ่งกว่าในการแยกแยะระหว่างการเกิดฟองอากาศกับการดูดอากาศเข้าไป คือ การใช้มาตรวัดสุญญากาศเพื่อกำหนดความดันสัมบูรณ์ที่ทางเข้าของปั๊ม จากนั้นนำค่าความดันสุญญากาศที่วัดได้มาลบออกจากความดันบรรยากาศ หากค่าความดันสัมบูรณ์ที่ได้มีค่าน้อยเกินไป อาจเกิดปรากฏการณ์การเกิดฟองอากาศขึ้น

สำหรับระบบไฮดรอลิกใหม่: หากปั๊มเกิดการกัดกร่อนจากฟองอากาศ (cavitation) อาจเป็นเพราะท่อทางเข้าถูกออกแบบมาไม่ดี หรือความหนืดของน้ำมันสูงเกินไป การใช้น้ำมันที่มีความหนืดเหมาะสม หรือเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อทางเข้าเพื่อลดการลดลงของแรงดันในท่อ จะช่วยลดปัญหาการกัดกร่อนจากฟองอากาศได้ สำหรับระบบที่มีอยู่แล้วซึ่งออกแบบมาอย่างถูกต้อง: หากปั๊มเกิดการกัดกร่อนจากฟองอากาศ อาจเกิดจากท่อทางเข้าอุดตันด้วยเศษสิ่งสกปรก กระดาษ หรือสัตว์ขนาดเล็ก — หรือไส้กรองที่ทางเข้าสกปรกเกินไปโดยไม่มีวาล์วบายพาส หรือวาล์วบายพาสเปิดไม่เพียงพอ

การเติมน้ำมันให้ปั๊ม (Pump Priming)

สำหรับปั๊มไฮดรอลิก คำว่า "การเติมน้ำมันให้ปั๊ม (priming)" หมายถึง การเติมของเหลวเข้าไปในกลไกการสูบ ปั๊มที่ยังไม่ได้รับการเติมน้ำมันจะมีอากาศหรือ "อากาศค้าง (air locks)" อยู่ภายใน ก่อนที่การสูบจะเริ่มทำงาน จำเป็นต้องกำจัดอากาศนี้ออกจากท่อทางเข้าและช่องภายในปั๊มให้หมด หากขั้นตอนนี้ถูกข้ามไป ปั๊มไฮดรอลิกที่เริ่มทำงานโดยไม่ได้รับการเติมน้ำมันอาจได้รับความเสียหายถาวรภายในไม่กี่นาที เนื่องจากการหล่อลื่นไม่เพียงพอ

ปั๊มที่มีทางออกเชื่อมต่อกับถังเก็บโดยตรงผ่านวาล์วควบคุมทิศทาง มักสามารถปล่อยก๊าซที่ค้างอยู่ออกสู่ถังเก็บได้อย่างง่ายดายในขณะเริ่มต้นการทำงาน หากปั๊มจำเป็นต้องปล่อยอากาศภายในออกผ่านวาล์วระบายแรงดัน การดำเนินการนี้อาจไม่สามารถทำได้ — เนื่องจากปั๊มไฮดรอลิกอุตสาหกรรมทั่วไปมีประสิทธิภาพในการอัดอากาศต่ำมาก

เพื่อปล่อยอากาศที่ค้างอยู่ออกจากปั๊มที่ยังไม่ได้เติมน้ำมันหล่อลื่น ให้คลายข้อต่อท่อที่ทางออกของปั๊ม จากนั้นหมุนปั๊มอย่างช้าๆ จนกระทั่งน้ำมันหล่อลื่นพุ่งออกมาจากข้อต่อ ซึ่งแสดงว่าปั๊มได้รับการเติมน้ำมันหล่อลื่นแล้ว จึงทำการขันข้อต่อให้แน่นอีกครั้ง นอกจากนี้ ยังสามารถปล่อยอากาศที่ค้างอยู่ได้โดยการลดภาระงานของวาล์วระบายแรงดัน

ปั๊มไฮดรอลิกมักต้องการการเติมน้ำมันหล่อลื่นเฉพาะเมื่อเริ่มใช้งานระบบใหม่ หรือเมื่อมีการบำรุงรักษาฝั่งดูด (suction side) ของระบบเดิม

คำศัพท์และนิยามสำคัญ — ฝั่งทางเข้าของปั๊ม

คำศัพท์และสูตรต่อไปนี้ใช้เมื่อทำงานกับเงื่อนไขที่ทางเข้าของปั๊ม:

การดูดแบบมีน้ำมันท่วม (Flooded suction)

สภาวะที่ทางเข้าปั๊มตั้งอยู่ต่ำกว่าระดับของของเหลวในถังเก็บ ในการดูดแบบมีของเหลวท่วม (flooded suction) ความสูงของคอลัมน์ของเหลว (แรงโน้มถ่วง) จะให้พลังงานเพิ่มเติมเพื่อผลักดันของเหลวเข้าสู่ปั๊ม

แรงดันหัว (Head Pressure)

ความดันที่ก้นคอลัมน์ของเหลว เมื่อทางเข้าปั๊มตั้งอยู่ต่ำกว่าระดับของเหลว ความดันจากความสูง (head pressure) จะทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานเพิ่มเติมสำหรับปั๊ม สูตรคำนวณความดันจากความสูง:

ความดันยก (Lift pressure)

ความสูงของคอลัมน์สมมุติที่แสดงเป็นหน่วยความยาว ซึ่งวัดลงจากจุดอ้างอิงที่กำหนด สูตรคำนวณความดันยก (หน่วย in.Hg):

การสูบฉีด

การกระทำที่ปั๊มไฮดรอลิกดำเนินการเพื่อสร้างความต่างของความดันระหว่างตัวปั๊มกับบรรยากาศ

ความดันในช่องเข้า

ความดันสัมบูรณ์ของของเหลวที่ทางเข้าปั๊ม