วาล์วลดความดันแบบทำงานโดยตรง (direct-acting) และแบบใช้ไพลอต (pilot-operated) มี “กลไกการควบคุม” ที่ทำให้ความดันด้านทางออก (secondary side) มีเสถียรภาพต่างกัน และผลที่ตามมาคือความแตกต่างในย่านอัตราการไหลที่เหมาะสมและเสถียรภาพของความดันด้านทางออก (คุณลักษณะทางความดัน) โดยคร่าว ๆ งานที่มีอัตราการไหลน้อยหรือมีความผันผวนของอัตราการไหลไม่มากเหมาะกับแบบทำงานโดยตรง ส่วนงานที่มีอัตราการไหลมากหรือต้องการรักษาความดันด้านทางออกให้คงที่ที่สุดเท่าที่ทำได้เหมาะกับแบบใช้ไพลอต อย่างไรก็ตาม การเลือกใช้จริงไม่ได้ตัดสินจากอัตราการไหลและความแม่นยำเพียงอย่างเดียว แต่ต้องพิจารณาเงื่อนไขต่าง ๆ ประกอบกัน ได้แก่ ชนิดของของไหล ความดันด้านทางเข้า ความดันด้านทางออก อัตราการไหลสูงสุด/ต่ำสุด ค่า Cv ที่ต้องการ อัตราส่วนการลดความดัน ความผันผวนของอัตราการไหล และสภาพแวดล้อมการติดตั้ง ต่อไปนี้จะสรุปกลไกและจุดสำคัญในการตัดสินใจ
ประเด็นสำคัญของบทความนี้
- ความแตกต่างพื้นฐานคือ แบบทำงานโดยตรง = ควบคุมโดยตรงแบบเรียบง่าย เหมาะกับอัตราการไหลน้อย ส่วนแบบใช้ไพลอต = ควบคุมทางอ้อม แข็งแกร่งเรื่องอัตราการไหลมากและเสถียรภาพของความดันด้านทางออก
- “ความแม่นยำ” หากมองในแง่ของการตกของความดันด้านทางออกเมื่ออัตราการไหลเปลี่ยนแปลง (ออฟเซ็ต/คุณลักษณะทางความดัน) จะสามารถเปรียบเทียบได้อย่างเป็นรูปธรรม
- การเลือกใช้เป็นการตัดสินใจแบบพิจารณาหลายเงื่อนไขรวมกัน ไม่ใช่แค่อัตราการไหลสูงสุด แต่การตรวจสอบอัตราการไหลต่ำสุดและอัตราส่วนการลดความดันก็สำคัญ
ความแตกต่างของกลไกระหว่างแบบทำงานโดยตรงและแบบใช้ไพลอต
วาล์วลดความดันแบบทำงานโดยตรง
แบบทำงานโดยตรงเป็นโครงสร้างที่รับความดันด้านทางออกโดยตรงผ่านไดอะแฟรม (หรือลูกสูบ) และกำหนดระยะเปิดของลิ้นวาล์วจากการสมดุลกับแรงของสปริงปรับตั้ง เมื่อความดันด้านทางออกลดลงสปริงจะดันให้วาล์วเปิด และเมื่อสูงขึ้นวาล์วจะปิด เป็นการทำงานที่เรียบง่าย มีจำนวนชิ้นส่วนน้อยและบำรุงรักษาง่าย ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบ
ในทางกลับกัน เมื่ออัตราการไหลเพิ่มขึ้น ปริมาณการหดตัวของสปริงจะเปลี่ยนไป จึงมีแนวโน้มที่ความดันด้านทางออกจะลดต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้เล็กน้อย (ออฟเซ็ต หรือการตกของคุณลักษณะทางความดัน) เป็นวิธีที่ใช้งานได้สะดวกในงานที่มีความผันผวนของอัตราการไหลน้อยหรืองานที่มีอัตราการไหลค่อนข้างน้อย
วาล์วลดความดันแบบใช้ไพลอต
แบบใช้ไพลอตเป็นวิธีควบคุมทางอ้อม โดยส่วนไพลอตแยกต่างหากจะควบคุมการเปิด-ปิดของวาล์วหลักตามความดันด้านทางออก ส่วนไพลอตจะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยของความดันด้านทางออก แล้วแปลงและขยายเป็นความดันที่ใช้ขับเคลื่อนวาล์วหลัก ดังนั้นแม้อัตราการไหลจะผันผวนมาก การตกของความดันด้านทางออกก็ยังน้อย และได้คุณลักษณะทางความดันที่ค่อนข้างแบนราบ
ด้วยเหตุนี้โครงสร้างจึงซับซ้อนกว่า และมีเงื่อนไขในการทำงาน เช่น จำเป็นต้องมีความดันแตกต่าง (differential pressure) ระหว่างด้านทางเข้าและด้านทางออกในระดับหนึ่ง และในย่านอัตราการไหลที่น้อยมาก ๆ การควบคุมจะเสถียรได้ยาก เป็นวิธีที่ถูกเลือกใช้ในงานที่มีอัตราการไหลมากหรือต้องการรักษาความดันด้านทางออกให้คงที่ด้วยความแม่นยำสูง
เกณฑ์การตัดสินว่าควรเลือกแบบใด
มอง “ความแม่นยำ” อย่างเป็นรูปธรรมผ่านคุณลักษณะทางความดัน
ความแม่นยำของวาล์วลดความดัน หากไม่มองในเชิงดี-เลวแบบนามธรรม แต่มองว่าเมื่ออัตราการไหลเปลี่ยนแปลง ความดันด้านทางออกเคลื่อนไหวมากแค่ไหน (ออฟเซ็ต/คุณลักษณะทางความดัน) จะเปรียบเทียบได้ง่ายขึ้น อุปกรณ์ที่ยิ่งต้องการรักษาความดันด้านทางออกให้คงที่ ก็ยิ่งต้องการคุณลักษณะที่มีการตกน้อยเมื่ออัตราการไหลผันผวน และในจุดนี้แบบใช้ไพลอตมักได้เปรียบ
ในทางกลับกัน หากเป็นงานที่ยอมรับความผันผวนของความดันด้านทางออกได้บ้างและมีความผันผวนของอัตราการไหลน้อย ในหลายกรณีคุณลักษณะทางความดันของแบบทำงานโดยตรงก็เพียงพอ
ตัดสินโดยพิจารณาเงื่อนไขอัตราการไหลและความดันรวมกัน
ในการเลือกใช้ ควรตรวจสอบเงื่อนไขต่อไปนี้ประกอบกัน
- ชนิดของของไหล (ไอน้ำ น้ำ อากาศ น้ำมัน เป็นต้น) และอุณหภูมิ
- ความดันด้านทางเข้า ความดันด้านทางออก และอัตราส่วนการลดความดัน
- อัตราการไหลสูงสุดและต่ำสุด รวมถึงช่วงความผันผวนของอัตราการไหล
- ค่า Cv ที่ต้องการ (สัมประสิทธิ์อัตราการไหลที่ต้องการ)
- พื้นที่ติดตั้ง ความสะดวกในการบำรุงรักษา และคุณลักษณะทางความดันที่ยอมรับได้
สิ่งที่มักถูกมองข้ามเป็นพิเศษคืออัตราการไหลต่ำสุด แบบใช้ไพลอตอาจเสถียรได้ยากหากอัตราการไหลต่ำสุดน้อยมาก ๆ และหากเลือกจากอัตราการไหลสูงสุดเพียงอย่างเดียวก็อาจได้ขนาดวาล์วที่ใหญ่เกินไป ซึ่งอาจเป็นสาเหตุของอาการฮันติง (hunting) ได้
ข้อควรระวัง
ขนาดวาล์วไม่ควร “เลือกให้ตรงกับขนาดท่อ” แต่หลักพื้นฐานคือเลือกจากอัตราการไหลที่ต้องการและค่า Cv ขนาดที่ใหญ่เกินไปอาจนำไปสู่ความไม่เสถียรในย่านอัตราการไหลน้อยมากและความปั่นป่วนของคุณลักษณะทางความดัน โปรดตรวจสอบด้วยแผนภาพอัตราการไหล (เส้นโค้งคุณลักษณะทางความดัน) ในแคตตาล็อกว่าอัตราการไหลต่ำสุดถึงสูงสุดที่คาดไว้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมหรือไม่
คำถามที่พบบ่อย
Q1. แบบทำงานโดยตรงกับแบบใช้ไพลอต แบบใดมีสมรรถนะสูงกว่า
A1. ไม่มีข้อสรุปว่าแบบใดดีกว่าโดยเด็ดขาด เรื่องเสถียรภาพของความดันด้านทางออก (คุณลักษณะทางความดัน) และการรองรับอัตราการไหลมากนั้นแบบใช้ไพลอตได้เปรียบ แต่เรื่องอัตราการไหลน้อย ความเรียบง่าย และการบำรุงรักษานั้นแบบทำงานโดยตรงใช้งานได้สะดวกกว่า จึงเลือกใช้ตามเงื่อนไขของงาน
Q2. ความแม่นยำของความดันด้านทางออกกำหนดจากอะไรอย่างเป็นรูปธรรม
A2. แสดงออกมาเป็นการตกของความดันด้านทางออกเมื่ออัตราการไหลเปลี่ยนแปลงเป็นหลัก (ออฟเซ็ต) ยิ่งอัตราการไหลผันผวนมากและต้องการรักษาความดันด้านทางออกให้คงที่ ก็ยิ่งต้องการคุณลักษณะทางความดันที่แบนราบ
Q3. งานที่มีอัตราการไหลต่ำสุดน้อย เหมาะกับแบบใด
A3. โดยทั่วไปในย่านอัตราการไหลที่น้อยมาก ๆ แบบทำงานโดยตรงมักใช้งานได้สะดวกกว่า เนื่องจากแบบใช้ไพลอตมีเงื่อนไขในการทำงาน หากไม่ทราบอัตราการไหลต่ำสุด ขอแนะนำให้ตรวจสอบล่วงหน้า
Q4. หากอัตราส่วนการลดความดันมาก ควรเลือกอย่างไร
A4. เมื่ออัตราส่วนการลดความดันมากหรือความดันด้านทางเข้าสูง แบบใช้ไพลอตมักเป็นตัวเลือก อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขความดันแตกต่างและอัตราการไหล จึงควรจัดระเบียบเงื่อนไขก่อนตัดสินใจ
Q5. เลือกขนาดวาล์วให้ตรงกับขนาดท่อได้เลยหรือไม่
A5. หลักพื้นฐานคือเลือกจากอัตราการไหลที่ต้องการและค่า Cv ที่ต้องการ ไม่ใช่จากขนาดท่อ ขนาดที่ใหญ่เกินไปอาจทำให้เกิดความไม่เสถียรที่อัตราการไหลน้อยมาก
Q6. การเลือกใช้สำหรับงานไอน้ำกับงานน้ำ/อากาศแตกต่างกันหรือไม่
A6. แตกต่างกัน เนื่องจากรุ่นและสเปกที่เหมาะสมจะต่างกันตามชนิดของไหลและอุณหภูมิ จึงควรเลือกโดยรวมเงื่อนไขของของไหลเข้าไปด้วย
สรุป
ความแตกต่างระหว่างแบบทำงานโดยตรงและแบบใช้ไพลอตอยู่ที่กลไกการควบคุมความดันด้านทางออก และผลที่ตามมาคือคุณลักษณะทางความดันและย่านอัตราการไหลที่รองรับได้ หากเน้นอัตราการไหลน้อยและความเรียบง่ายให้เลือกแบบทำงานโดยตรง หากเน้นอัตราการไหลมากและเสถียรภาพของความดันด้านทางออกให้เลือกแบบใช้ไพลอต เป็นเกณฑ์พื้นฐาน แต่ในทางปฏิบัติต้องเลือกโดยพิจารณาเงื่อนไขต่าง ๆ รวมกัน เช่น ของไหล ความดัน อัตราการไหล อัตราส่วนการลดความดัน และค่า Cv ที่ต้องการ ค่าตัวเลขทั้งหมดเป็นเพียงค่าโดยประมาณและเปลี่ยนแปลงได้ตามเงื่อนไข
หากท่านประสบกรณีเช่น “ทราบขนาดท่อ แต่ตัดสินไม่ได้ว่าขนาดวาล์วเหมาะสมหรือไม่” “ทราบอัตราการไหลสูงสุด แต่ไม่ทราบอัตราการไหลต่ำสุด” “ต้องการเลือกรุ่นเทียบเท่ากับวาล์วเดิมที่ติดตั้งอยู่” หรือ “อยากทราบว่าจะลดการตกของความดันด้านทางออกได้มากแค่ไหน” เพียงท่านจัดระเบียบเงื่อนไขการใช้งาน Yoshitake ยินดีช่วยท่านเลือกใช้ผลิตภัณฑ์ โปรดติดต่อสอบถามเราได้ตามสะดวก ในรูปแบบการปรึกษาด้านเทคนิคและการเลือกใช้ พร้อมกับเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น ชนิดของไหล ความดันด้านทางเข้า ความดันด้านทางออก และอัตราการไหล