ปั๊มไฮดรอลิกและระบบการควบคุม (Hydraulic Pumps and Controls).

การควบคุมปั๊มด้วยวิธีชดเชยความดัน (Pressure Compensated Control)

รูปที่ HYDRO-PUMP-1 การควบคุมปั๊มด้วยวิธีชดเชยความดัน .

		ปั๊มลูกสูบ (Piston Pump) ชนิดปรับปริมาตรได้ (Variable Volume) ตามรูปที่ HYDRO-PUMP-1 นี้มักจะมีแผ่นเอียง
	(Swash Plate) เป็นตัวควบคุมการไหลออกของน้ำมันจากปั๊มไฮดรอลิก การเอียงของแผ่นเอียงนี้จะถูกควบคุมด้วยกลไกสปริงและความดันของน้ำมันไฮดรอลิก ความดันด้านเอาต์พุตของปั๊มจะต่ออยู่กับลูกสูบเซอร์โว (Servo Piston) โดยผ่านทางชุดสปูลชดเชย (Compensator Spool) ในจังหวะปกติสปริงจะดันให้แผ่นเอียงมีมุมเอียงสูงสุดแต่เมื่อความดันเอาต์พุตสูงขึ้น ทำให้ความดันชนิดนี้ชนะแรงสปริงของชุดชดเชยและยอมให้น้ำมันผ่านสปูล (Spool) ออกไปเข้าสู่เซอร์โว ทำให้ความดันน้ำมันจากลูกสูบเซอร์โวไปดันให้แผ่นเอียงมีมุมเอียงลดน้อยลง เป็นผลให้การส่งน้ำมันออกจากปั๊มลดน้อยลงตามไปด้วย น้ำมันภายในของลูกสูบเซอร์โวจะถูกระบายออกทางช่องระบาย (Case) เมื่อความดันทางด้านเอาต์พุตลดน้อยลงกว่าค่าของแรงสปริง ทำให้แรงสปริงดันให้แผ่นเอียงมีมุมเอียงมากขึ้นอีกครั้งหนึ่ง และการส่งน้ำมันก็เพิ่มขึ้นอีกครั้งเช่นกัน สำหรับความดันของน้ำมันภายในห้องชดเชย (Compensator) จะมีรูภายในต่อเข้ากับช่องระบายเพื่อระบายน้ำมันออกทิ้ง

ควบคุมความดันของน้ำมันด้วยความดันจากรีโมท (Remote Pressure Control)

รูปที่ HYDRO-PUMP-2 การควบคุมความดันด้วยรีโมท .

		ปั๊มลูกสูบนิดที่มีการควบคุมความดันรีโมท จะมีหลักการทำงานทั้งหมดเหมือนกับรุ่นมาตรฐานของปั๊มแบบชดเชยความดันดังกล่าวมาแล้ว
	เพียงแต่เพิ่มระบบการควบคุมด้วยรีโมทเข้ามาเท่านั้น

		เมื่อความดันทางด้านออกของน้ำมัน (Outlet Port) ส่งน้ำมันออกไป น้ำมันจะเข้าไปยังห้องสปริงโดยผ่านทางคอคอด (Orifice)
	ซึ่งห้องสปริงนี้จะถูกตั้งความดันไว้ที่รีลีฟวาล์วที่อยู่ภายนอก โดยต่อออกไปจากรู A ดังนั้นความดันจากรู A จะทำให้สปริงถูกดันไปทางขวามือ และขณะเดียวกันเมื่อความดันของปั๊มเพิ่มสูงขี้นจนถึงค่าที่ตั้งไว้ (ค่าของรีลีฟวาล์ว) ทำห้ความดันทั้งสองรวมกันให้สปูลของชุดชดเชยเปิดให้น้ำมันเข้าไปยังชุดเซอร์โวได้ เป็นผลให้แผ่นเอียงถูกควบคุมการส่งน้ำมันได้ตามต้องการจะเห็นว่าสามารถควบคุมแผ่นเอียงให้มีมุมเอียงทางรีโมทได้เช่นกัน ส่วนป็อบเป็ตด้านบนทำหน้าที่ควบคุมน้ำมันที่เหลือในห้องสปริงให้ระบายทิ้งทางช่องระบายเมื่อความดันสูงเพียงพอ

การควบคุมการไหล (Flow Control)

รูปที่ HYDRO-PUMP-3 การควบคุมการไหล .

		เป็นปั๊มชนิดลูกสูบรุ่นที่ปรับช่วงการไหลได้ ช่อง A จะต่อกับคอคอด (Orifice) ที่ปรับค่าได้ หรือ ปรับค่าไม่ได้เพื่อรับสัญญาณของ
	ความดัน ที่ทำงานที่แท้จริงและความดันที่แท้จริงนี้บวกกับแรงสปริงแตกต่าง (Differential Spring Force) กระทำกับสปูลของชุดชดเชยให้เคลื่อนที่ไปทางซ้ายมือ จนกระทั่งความดันทางออก (Output Pressure) ซึ่งกระทำทางด้านซ้ายมือของสปูลมีความดันสมดุลกัน และอัตราความดันเพิ่มขึ้น (Load Sense) ก็ทำให้ความดันออกเพิ่มขึ้นด้วย (เพื่อรักษาความดันแตกต่างระหว่างคอคอดให้คงที่และการไหลคงที่) ความดันสูงสุดจะกำหนดโดยการตั้งเข็มปรับ (Poppet) ภายใน และค่าความดันสูงสุดที่จะปรับได้นี้จะสามารถปรับได้จนถึงค่าสูงสุดที่ผู้ผลิตกำหนดไว้

การควบคุมปั๊มวิธีชดเชยความดัน แบบที่ 2

รูปที่ HYDRO-PUMP-4 การควบคุมปั๊มด้วยวิธีชดเชยความดัน แบบที่ 2.

Head

		ปั๊มลูกสูบชนิดปรับปริมาตรได้ชนิดนี้ ตัวแผ่นเอียงจะถูกควบคุมการเอียงด้วยน้ำมันที่ไหลออกของปั๊ม ปกติแล้วแรงของลูกเซอร์โวจะมี
	มากกว่าแรงของลูกสูบปั๊ม เมื่อความดันเท่ากัน การเดินท่อภายในของปั๊มจากท่อนทางออกไปยังลูกสูบเซอร์โว โดยผ่านทางคอคอด E และไปยังสปูลควบคุมทางช่อง D และความดันนี้จะส่งไปเข้าห้อง (Chamber) ทางคอคอด F ตราบใดที่ความดันทั้งสองเท่ากันจะทำให้สปูลอยู่ในตำแหน่งยกขึ้น (มีแรงของสปริงช่วยเสริมด้วย)

		เมื่อความดันเพิ่มสูงขึ้นถึงค่าที่ตั้งไว้ที่ชุดชดเชยแล้วทำให้วาล์วเข็มปิด เป็นผลทำให้ความดันในสปูลลดลงแล้วทำให้สปูลเคลื่อนที่ลง
	ด้านล่าง และความดันของเซอร์โวลดลง โดยออกทางการควบคุมการระบายที่ ช่อง A เป็นผลทำให้ลูกสูบเซอร์โวดันให้แผ่นเอียงมีมุมเอียงให้น้อยลง น้ำมันไหลออกของปั๊มก็ลดลงด้วย และเมื่อ ความดันของการไหลออกลดลงมากจนถึงค่าหนึ่งที่ไม่สามารถชนะแรงสปริงของสปูลแชมเบอร์แล้ว ค่าสปริงของชุดชดเชย (Compensator Control Spring Setting) จะทำให้สปูลยกขึ้นอีกครั้งหนึ่งการไหลออกของน้ำมันของปั๊มก็เพิ่มขึ้นอีกครั้งหนี่งเพื่อให้ได้ปริมาตรการส่งน้ำมันได้สูงสุด (Maximum Displacement)

การควบคุมความดันและแรงม้า (Pressure and Horse Power Control)

รูปที่ HYDRO-PUMP-5 การควบคุมความดันและแรงม้า .

		ปั๊มลูกสูบชนิดปรับปริมาตรได้ ช่องควบคุมแรงม้า 2 จะมีความไวต่อตำแหน่งของลูกสูบเซอร์โวมาก เมื่อลูกสูบเซอร์โวอยู่ในตำแหน่ง
	ขวามือจะทำให้การไหลน้อย เนื่องจากแผ่นเอียงมีมุมเอียงน้อยและลูกสูบควบคุมกำลัง (Power Control Piston) พยายามสร้างความดันของสปริงให้ได้ค่าสูงสุด กลไกย้อนกลับ (Mechanical Feedback) เมื่อความดันนี้ชนะแรงสปริงของแรงม้า 2 (Horse Power) และความดันชดเชย 3 (Pressure Compensator) จะทำให้ความดันด้านควบคุมสปูล (Control Spool Chamber) ลดลง ทำให้สปูลถูกดันให้เลื่อนลงด้านล่าง และระบายความดันของลูกสูบเซอร์โวออกทางช่อง A

เวนปั๊มชนิดปรับปริมาตรได้ (Variable Volume Vane Pump Standard Remote Compensator)

รูปที่ HYDRO-PUMP-6 เวนปั๊มชนิดปรับปริมาตรได้.

		การควบคุมการทำงานของเวนปั๊มนี้มีส่วนประกอบที่สำคัญคือ ตัวเรือนของชุดชดเชย ค่าของสปริงชดเชย (Preset Compensator
	Spring) สปูลชดเชย (Compensator Spool) และรีลีฟวาล์วชนิดปรับค่าได้แบบทำงานโดยตรง (Adjustable Direct Operated Relief Section)

		เมื่อปั๊มส่งความดันของน้ำมันเข้าไปทางซ้ายมือทางคอคอดด้วย เมื่อความดันทั้งสองเท่าไปทางขวามือ และความดันนี้ยังดันให้สปูล
	เลื่อนไปทางซ้ายมือทางคอคอดด้วย เมื่อความดันทั้งสองเท่ากันจะทำให้สปริงชดเชยดันให้สปูลอยู่ทางขวามือ เป็นผลให้ความดันเข้าไปยังชุดลูกสูบเซอร์โว และดันให้วงแหวนลูกเบี้ยวอยู่ในตำแหน่งการไหลสูงสุด (Maximum Flow) พื้นที่ของเซอร์โวมีมากเป็นสองเท่าของพื้นที่ที่ต้านกับลูกสูบวงแหวนลูกเบี้ยว (Cam Ring Bias Spring) แลเมื่อเความดันเพิ่มสูงขึ้นถึงค่าสปริงของรีลีฟวาล์วชนิดทำงานโดยตรงของชุดชดเชยทำให้ป๊อปเป็ตเปิดออก และยอมให้น้ำมันทางด้านซ้ายมือไหลออกได้ จึงทำให้สปูลเคลื่อนไปทางซ้ายมือ ยอมให้น้ำมันไหลในทิศทางตรงกันข้ามกับครั้งแรก คือไหลไปยังชุดที่ด้านกับลูกสูบวงแหวนลูกเบี้ยว จึงทำให้วงแหวนลูกเบี้ยว (Cam Ring) เยื้องศูนย์กลางน้อยลง การส่งน้ำมันก็ลดน้อยลงด้วย ค่าสปริงที่ตั้งไว้ที่ชุดไบแอสสปูล (Bias Spool) เท่ากับ 225 ปอนด์ / ตารางนิ้ว (16 บาร์)

รูปที่ HYDRO-PUMP-7 การควบคุมปั๊มด้วยรีโมท.

Head

		การควบคุมการส่งน้ำมันของปั๊มโดยใช้ระบบการควบคุมระยะไกล (Remote Control) ก็กระทำได้เช่นเดียวกัน ด้วยการถอดปลั๊กที่อุด
	อยู่ที่ด้านบนออกแล้วเอารีลีฟวาล์วใส่เข้าไปแทนที่ปลั๊กอุดนั้น การปรับรีลีฟวาล์วมีผลต่อการเยื้องศูนย์กลางของวงแหวนลูกเบี้ยวได้ แต่ความดันของวาล์วตัวนี้ปกติมักจะต่ำกว่าค่าของรีลีฟวาล์วของปั๊มเอง

รูปที่ HYDRO-PUMP-8 การใช้รีลิฟวาล์วควบคุมแบบระยะไกล.

		การใช้รีลีฟวาล์วติดตั้งเพื่อใช้เป็นชุดควบคุมแบบระยะไกล นอกเหนือจากวิธีการควบคุมดังกล่าวมาแล้วนั้น สามารถควบคุมด้วยระบบ
	การควบคุมด้วยไฟฟ้าได้เช่นเดียวกัน (Electro Hydraulic Flow and Pressure Control)

รูปที่ HYDRO-PUMP-9 การควบคุมปั๊มด้วยระบบไฟฟ้า.

		การใช้ระบบควบคุมการไหลและความดันด้วยไฟฟ้าเป็นตัวควบคุมนั้น ทำได้โดยใช้อุปกรณ์เหล่านี้ไปปรับความดันของชุดชดเชยให้ได้
	ความดันตามการส่งน้ำมันออก (Flow Output) ตัวแปลงความดันไฟฟ้า (Transducer) จะประกอบอยู่ในชุดปั๊มเพื่อส่งสัญญาณกลับ ที่เป็นสัดส่วนกับค่าการเยื้องศูนย์ของวงแหวนลูกเบี้ยวหรือปริมาตรของปั๊ม (Pump Displacement)

		ชุดควบคุมของแอมปลิฟายเออร์ (Control Amplifier Board) จะทำหน้าที่ปรับความดันที่ตั้งไว้ที่ปั๊มเพื่อให้ได้สัญญาณย้อนกลับ
	(Feed Back) เท่ากับสัญญาณการไหลทีได้รับ (Commanded Flow) อย่างอัตโนมัติ

		ชุดควบคุมแอมปลิฟายเออร์ประกอบด้วย ชุดควบคุม (Control Elements) ชุดเอาต์พุต (Output Element) และแหล่งจ่ายไฟ
	(Power Supply) ขนาด 120 V.AC สัญญาณเข้า (Input Signal) อาจจะเป็นสัญญาณที่คงที่ หรือสัญญาณที่เข้าไปเป็นขั้น หรือเป็นคลี่ก็ได้ (Step Input or Waveforms)

ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรของปั๊ม (Pump Volumetric Eifficiency)

รูปที่ HYDRO-PUMP-10 ประสิทธิภาพเชิงปริมาตร.

1. ประสิทธิภาพเชิงปริมาตร เป็นการเทียบกันระหว่างอัตราการไหลที่แท้จริงกับอัตราการไหลทางทฤษฎี

สูตรการหาค่าประสิทธิภาพเชิงปริมาตร % = [ เอาต์พุตแท้จริง ( แกลลอน/นาที )/เอาต์พุตทางทฤษฏี ( แกลลอน/นาที )] x100

		2. จากรูปที่ HYDRO-PUMP-10 อ่านค่าได้ดังนี้ เมื่อความดัน (ปอนด์/ตารางนิ้ว) เพิ่มสูงขึ้น จะทำให้ค่าการไหล (แกลลอน/นาที)
	ลดต่ำลง เพราะเกิด จากการลื่น (Slip) ของมอเตอร์ไฟฟ้าและการรั่วของปั๊มดังได้กล่าวมาแล้ว

รูปที่ HYDRO-PUMP-11 เปรียบเทียบค่าของความเร็ว และแรงบิด.

		3. จากรูปที่ HYDRO-PUMP-11 เป็นค่าการเปรียบเทียบของความเร็ว (Speed) และแรงบิด (Torque) ในสภาวะที่ปั๊มไม่มีโหลด
	(Unload) จะได้ค่าความเร็วเป็น 100 % แต่เมื่อมีโหลดเต็มที่ (Full Load) ค่าของความเร็วจะลดลง ส่วนแรงบิดจะอ่านได้ว่า เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นค่าของแรงบิดก็เพิ่มขึ้นด้วย

รูปที่ HYDRO-PUMP-12 เปรียบเทียบค่าของความเร็ว และแรงบิด.

Head

		4. รูปที่ HYDRO-PUMP-12 อ่านได้ว่า เมื่อค่าความดันเพิ่มขึ้น จะทำให้ค่าของอัตราการไหลลดลง โดยค่าการไหลทาง ทฤษฎีไม่คิด
	ค่าการสูญเสียสำหรับเส้นด้านล่าง เป็นค่าอัตราการไหลที่ได้จริงจากการวัดด้วยมิเตอร์วัดการไหล (Flow Meter)

		ความดันแตกต่าง ได้กล่าวมาแล้วว่า ถึงแม้ว่าปั๊มหรือมอเตอร์ไฟฟ้าจะมีประสิทธิภาพต่ำลงสักเท่าไรก็ตาม แต่ก็ยังคงมีความสามารถสร้างการไหลเพียงพอ
	ที่จะส่งออกไปได้แต่จะทำให้ค่าความดันที่ได้นั้นลดลง ซึ่งเกิดจากการรั่วไหลของปั๊มและการลื่นของมอเตอร์ไฟฟ้า (Motor Slip) หรือเพราะว่ามีค่าความต้านทานลดน้อยลง

รูปที่ HYDRO-PUMP-13 ค่าความดันแตกต่าง 100 ปอนด์/ตารางนิ้ว.

		สมมติให้ปั๊มดูดน้ำมันได้ 10 แกลลอน/นาที (GPM) แต่สูญเสียไป 1 แกลลอน/นาที และมีความดันเท่ากับ 900 ปอนด์/ตารางนิ้ว (PSI)
	ก็สรุปได้ว่าปั๊มตัวนี้มีความดัน 900 ปอนด์/ตารางนิ้ว ส่งน้ำมันออกไปได้เหลือเท่ากับ 9 แกลลอน/นาที และความดันที่สามารถชนะโหลดได้ (เป็นโหลดชนิดเคลื่อนที่ได้) เท่ากับ 80 ปอนด์/ตารางนิ้ว จึงมีค่าความดันแตกต่างเท่ากับ 100 ปอนด์/ตารางนิ้ว ซึ่งเป็นค่าที่ชนะความต้านทานของการไหลภายในระบบและเมื่อปั๊มสึกหรอมากขึ้นโดยเพิ่มการสูญเสียมากขึ้นเป็น 5 แกลลอน/นาที แต่อย่างไรก็ตามก็ยังคงมีค่าของความดัน 800 ปอนด์/ตารางนิ้ว เพื่อทำให้โหลดเคลื่อนที่ได้อยู่ความดันที่ชนะความต้านทานของปั๊มเท่ากับ 820 ปอนด์/ตารางนิ้ว เพราะฉะนั้นความดันที่ชนะความต้านทานการไหลในระบบจึงเท่ากับ 20 ปอนด์/ตารางนิ้ว และเมื่อความดันลดลงเหลือเพียง 700 ปอนด์/ตารางนิ้ว ซึ่งต่ำกว่าค่าความดันที่ให้โหลดเคลื่อนที่ได้ จึงมีผลให้โหลดไม่เคลื่อนที่

รูปที่ HYDRO-PUMP-14 ค่าความดันแตกต่าง 20 ปอนด์/ตารางนิ้ว.

รูปที่ HYDRO-PUMP-15 ไม่มีค่าความดันแตกต่าง.

Head