ประสิทธิผลของไซเลนเซอร์｜กลไกลดเสียงระบายของเซฟตี้บาล์วและวิธีเลือกคืออะไร

เมื่อวาล์วนิรภัย (safety valve) ทำงานและปล่อยไอน้ำหรือก๊าซออกสู่บรรยากาศ จะเกิดเสียงดังอย่างมากที่ทางออก อุปกรณ์ที่ติดตั้งเข้ากับปลายท่อระบายเพื่อลดเสียงจากการปล่อยนี้ก็คือ ไซเลนเซอร์ (Silencer / อุปกรณ์ลดเสียง) หลักการทำงานคือการทำให้ของไหลขยายตัว ปรับให้ไหลสม่ำเสมอ และดูดซับเสียง เพื่อลดพลังงานของเสียงลง โดยทั่วไปหากเงื่อนไขเหมาะสม จะสามารถคาดหวังการลดเสียงได้ประมาณสิบกว่า dB(A) อย่างไรก็ตาม ปริมาณการลดจะเปลี่ยนแปลงไปตามอัตราการไหล ความดัน ความถี่ และสภาพการติดตั้ง จึงไม่สามารถระบุได้อย่างตายตัวว่า “ต้องลดลงกี่ dB แน่นอน” ในบทความนี้จะสรุปกลไกการเกิดเสียง แนวคิดเกี่ยวกับประสิทธิภาพของไซเลนเซอร์ และเกณฑ์การพิจารณาในการเลือกใช้

ประเด็นสำคัญของบทความนี้

• ไซเลนเซอร์คือชิ้นส่วนที่ลดเสียงจากลำพุ่งความเร็วสูงซึ่งเกิดขึ้นขณะที่วาล์วนิรภัยปล่อยของไหล ด้วยการขยายตัว การปรับการไหลให้สม่ำเสมอ และการดูดซับเสียง
• ปริมาณการลดเสียงเปลี่ยนแปลงตามเงื่อนไข เช่น อัตราการไหล ความดัน ความถี่ และความยาวของเส้นทาง จึงควรมองเป็นค่าประมาณ
• ในการเลือกใช้ ควรตรวจสอบ “ชนิดของไหลเป้าหมาย ปริมาณการปล่อย ความดันด้านเข้า ทิศทางการปล่อย และผลกระทบจากความดันย้อนกลับ (back pressure)” ไปพร้อมกันเป็นชุด

เสียงจากการปล่อยของวาล์วนิรภัยและประสิทธิภาพของไซเลนเซอร์

กลไกการเกิดเสียง

เมื่อวาล์วนิรภัยเปิด ไอน้ำหรือก๊าซที่ถูกบีบภายในวาล์วจะไหลผ่านท่อทางออกและถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศด้วยความเร็วสูง สาเหตุหลักที่ทำให้ระดับความดันเสียงสูงขึ้นในขณะนี้คือ ลำพุ่งความเร็วสูง (jet) ที่เกิดขึ้นบริเวณทางออก และการเฉือน (shear) กับความปั่นป่วนที่รุนแรงกับบรรยากาศ โดยทั่วไปสามารถสรุปได้ว่า ยิ่งความเร็วของการไหลเข้าใกล้ย่านความเร็วเสียงมากเท่าใด เสียงจากลำพุ่งก็มีแนวโน้มเพิ่มขึ้น และยิ่งปริมาณการปล่อยมากหรือความดันด้านเข้าสูง เสียงก็มีแนวโน้มดังขึ้น

เสียงไม่ได้เกิดจากสาเหตุใดเพียงหนึ่งเดียว แต่เกิดจากหลายปัจจัยที่ซ้อนทับกัน เช่น ความปั่นป่วนของลำพุ่งเอง การไหลที่ไม่สม่ำเสมอภายในท่อ และรูปทรงของปลายทางปล่อย เนื่องจากคุณลักษณะทางความถี่ก็เปลี่ยนแปลงไปตามเงื่อนไขของของไหล ประสิทธิภาพของมาตรการแก้ไขจึงไม่สม่ำเสมอเช่นกัน

กลไกที่ทำให้ไซเลนเซอร์แสดงประสิทธิภาพ

ไซเลนเซอร์คือชิ้นส่วนที่ติดตั้งเข้ากับปลายทางปล่อยเพื่อลดพลังงานของเสียง หน้าที่หลักสามารถสรุปได้เป็นสามประการ

ประการแรกคือการขยายตัว โดยการขยายหน้าตัดของเส้นทางการไหลภายในเพื่อให้ของไหลขยายตัวหนึ่งครั้ง ทำให้ความเร็วของลำพุ่งลดลง จึงบรรเทาการเฉือนเมื่อออกสู่บรรยากาศ ประการที่สองคือการปรับการไหลให้สม่ำเสมอ โดยใช้แผ่นเจาะรู (perforated plate) หรือโครงสร้างปรับการไหลภายในเพื่อปรับความไม่สม่ำเสมอและความปั่นป่วนของการไหลให้เรียบ ลดการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างฉับพลันขณะปล่อย ประการที่สามคือการดูดซับเสียง โดยให้ผ่านวัสดุดูดซับเสียงหรือโครงสร้างเรโซแนนซ์ เพื่อดูดซับและลดเสียงในย่านความถี่เฉพาะ เมื่อสิ่งเหล่านี้ทำงานร่วมกัน ระดับความดันเสียงที่ปลายทางปล่อยจึงลดลง

ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับเงื่อนไข โดยมีแนวโน้มว่าย่านความถี่ต่ำนั้นลดได้ยากด้วยวัสดุดูดซับเสียงเพียงอย่างเดียว ในขณะที่เสียงจากลำพุ่งในย่านความถี่สูงนั้นการขยายตัวและการปรับการไหลให้สม่ำเสมอมักแสดงผลได้ดีกว่า ด้วยเหตุนี้ การที่โครงสร้างเหมาะสมกับเงื่อนไขของของไหลที่คาดการณ์ไว้จึงเป็นสิ่งสำคัญ

เกณฑ์การพิจารณาที่ต้องตรวจสอบขณะเลือกใช้

เมื่อเลือกไซเลนเซอร์ ไม่ควรพิจารณาแค่ตัวเลขของเสียงเท่านั้น แต่ควรกำหนดเงื่อนไขของของไหลก่อน โดยเฉพาะให้ตรวจสอบชนิดของไหลเป้าหมาย (ไอน้ำ อากาศ หรือก๊าซอื่น ๆ) ขนาดระบุ (nominal size) และปริมาณการปล่อยของวาล์วนิรภัย ความดันด้านเข้า และทิศทางการปล่อย (ขึ้นบน หรือ ด้านข้าง) ยิ่งปริมาณการปล่อยและความดันมากขึ้นเท่าใด ความจุหรือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของไซเลนเซอร์ที่ต้องการก็มีแนวโน้มใหญ่ขึ้น

ถัดมา ให้ตรวจสอบผลกระทบจากความดันย้อนกลับ (back pressure) เมื่อเพิ่มชิ้นส่วนที่ปลายทางปล่อย จะเกิดความต้านทานต่อการไหลไม่มากก็น้อย ซึ่งอาจกลายเป็นความดันย้อนกลับที่ส่งผลต่อการทำงานของวาล์วนิรภัย เนื่องจากวาล์วนิรภัยอาจไม่สามารถแสดงความสามารถในการปล่อยตามที่กำหนดได้หากความดันย้อนกลับมากเกินไป จึงควรพิจารณาควบคู่ไปด้วยว่าความต้านทานการไหลของไซเลนเซอร์อยู่ในช่วงที่ยอมรับได้หรือไม่

ในด้านการติดตั้ง หากตรวจสอบความสูงและทิศทางของปลายทางปล่อย ความแข็งแรงของจุดรองรับ (ทนต่อแรงปฏิกิริยาขณะปล่อยได้หรือไม่) การจัดการน้ำทิ้ง (drain) และน้ำฝน ตลอดจนความทนทานต่อสภาพอากาศเมื่อติดตั้งกลางแจ้งไว้ด้วย ก็จะอุ่นใจยิ่งขึ้น

คำถามที่พบบ่อย

Q1. ไซเลนเซอร์ลดเสียงได้ประมาณเท่าใด

A1. ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข แต่โดยทั่วไปถือเป็นค่าประมาณที่ลดได้ราวสิบกว่า dB(A) ปริมาณการลดจริงจะเปลี่ยนไปตามอัตราการไหล ความดัน ความถี่ และการติดตั้ง

Q2. หากเป็นวาล์วนิรภัย จะใช้ไซเลนเซอร์เดียวกันได้ทุกตัวหรือไม่

A2. ไม่ใช่ จำเป็นต้องเลือกให้เข้ากับขนาดระบุ ปริมาณการปล่อย และรูปทรงการเชื่อมต่อ หากไม่เหมาะสมอาจเป็นสาเหตุให้ประสิทธิภาพไม่เพียงพอหรือความดันย้อนกลับมากเกินไปได้

Q3. การติดไซเลนเซอร์ส่งผลต่อประสิทธิภาพของวาล์วนิรภัยหรือไม่

A3. จะเกิดความดันย้อนกลับจากความต้านทานการไหล หากมากเกินไปอาจส่งผลต่อความสามารถในการปล่อย ดังนั้นการเลือกให้อยู่ในช่วงความดันย้อนกลับที่ยอมรับได้จึงเป็นเงื่อนไขพื้นฐาน

Q4. วิธีเลือกสำหรับไอน้ำและอากาศแตกต่างกันหรือไม่

A4. เงื่อนไขเปลี่ยนไปตามชนิดของไหลเป้าหมาย ไอน้ำต้องคำนึงถึงการจัดการน้ำทิ้ง ส่วนอากาศและก๊าซจะมีอัตราการไหลและความดันเป็นจุดพิจารณาหลัก แนวคิดเรื่องโครงสร้างและความจุจึงแตกต่างกัน

Q5. มีข้อควรระวังอะไรบ้างในการติดตั้งกลางแจ้ง

A5. ให้ตรวจสอบการซึมเข้าของน้ำฝน การระบายน้ำทิ้ง ความแข็งแรงของจุดรองรับ และความทนทานต่อสภาพอากาศของวัสดุดูดซับเสียง ทั้งนี้ควรพิจารณาทิศทางของปลายทางปล่อยและความคำนึงถึงบริเวณโดยรอบไปด้วย

Q6. สามารถติดตั้งเพิ่มเข้ากับวาล์วนิรภัยที่มีอยู่เดิมได้หรือไม่

A6. หากขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและรูปทรงของปลายทางปล่อยเข้ากันได้ ก็สามารถพิจารณาติดตั้งเพิ่มได้ เนื่องจากจำเป็นต้องตรวจสอบปริมาณการปล่อยและความดันย้อนกลับที่ยอมรับได้ กรุณาปรึกษาโดยจัดเตรียมข้อมูลเงื่อนไขไว้ล่วงหน้า

สรุป

ไซเลนเซอร์คือชิ้นส่วนที่ลดเสียงจากลำพุ่งความเร็วสูงซึ่งเกิดขึ้นขณะที่วาล์วนิรภัยปล่อยของไหล ด้วยการขยายตัว การปรับการไหลให้สม่ำเสมอ และการดูดซับเสียง เนื่องจากประสิทธิภาพเปลี่ยนแปลงไปตามเงื่อนไข จึงควรมองตัวเลขเป็นเพียงค่าประมาณ และตรวจสอบชนิดของไหลเป้าหมาย ปริมาณการปล่อย ความดันด้านเข้า ทิศทางการปล่อย และความดันย้อนกลับที่ยอมรับได้ไปพร้อมกันเป็นชุด ซึ่งจะนำไปสู่การเลือกใช้ที่ไม่ผิดพลาด

หากท่านมีข้อกังวล เช่น “ทราบปริมาณการปล่อยแต่ไม่สามารถตัดสินได้ว่าเสียงจะลดลงถึงระดับใด” “ต้องการตรวจสอบว่าความดันย้อนกลับเมื่อติดไซเลนเซอร์จะไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของวาล์วนิรภัยหรือไม่” หรือ “ต้องการเลือกผลิตภัณฑ์เทียบเท่าที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและรูปทรงเข้ากับวาล์วนิรภัยเดิม” กรุณาใช้บริการปรึกษาด้านเทคนิคและการเลือกใช้ผลิตภัณฑ์ของ Yoshitake เราจะสอบถามเงื่อนไขของของไหลและเงื่อนไขการติดตั้ง แล้วนำเสนอวิธีการเลือกไซเลนเซอร์ที่เหมาะสมให้แก่ท่าน