Shaft Design for AGITATOR

EP-9 : Shaft Design for AGITATOR

คำถามยอดฮิตในเรื่องของ Shaft Design สำหรับงาน AGITATOR คือ จะใช้เพลาขนาดเท่าไหร่ถึงจะรู้ว่ารับแรงบิดจากใบกวนได้, ใช้ Hollow Shaft แทน Solid Shaft ได้มั้ย เพราะอยากประหยัดต้นทุน, รวมถึงความเข้าใจผิดเกี่ยวกับ Steady Bottom Bush, มาแสดงทัศนะจากประสบการณ์จริงกันครับ

เรื่องการใช้ Hollow Shaft แทน Solid Shaft ในบ้านเรานิยมกันมากเลยครับ, แต่ผมใช้น้อยมากนะครับ ถ้าไม่จำเป็นก็ไม่ใช้เลย เว้นแต่ว่า ลูกค้ามีงบจำกัด หรือ ใช้ AGITATOR หลายชุด หรือ ถังขนาดใหญ่จริงๆ แต่ก็ต้องคำนวณให้แน่ใจทุกครั้ง เพราะการใช้ Hollow Shaft อันตรายมาก, เพลาบิดเบี้ยวนี่เห็นมาเยอะมากครับ (ไม่ใช่ของผมนะ) เป็นเพราะไม่คำนวณนี่แหละครับ, พูดกันตรงๆคือ ใช้ความน่าจะเป็นเอาทั้งนั้นแหละครับว่าต้องใช้เพลาเท่านี้เท่านั้นหรือดูจากงานตัวอื่นข้างๆกันอะไรทำนองนั้น โดยลืมนึกไปว่า Torque / Max.Bending Moment ฯลฯ ต่างกัน, ต่อมาคือ ถ้าท่านจะใช้ Hollow Shaft แทน Solid Shaft ท่านต้องคำนึงก่อนอันดับแรกครับว่า Hollow Shaft ที่ท่านใช้ไม่ว่าจะเป็น sch.10, sch.40 หรือ sch.80 ก็ตาม, นั่นคือ Pipe สำหรับรับแรงดันด้านในนะครับ ไม่ได้ถูกผลิตมาเพื่อรับแรงบิดในงานเครื่องกล, สำคัญที่สุดท่านต้องรู้อีกว่า Hollow Shaft นั้น Material เป็นอะไร, ขึ้นรูปมาแบบไหน แบบหล่อ, แบบเหนียว, ขึ้นรูปร้อน, ขึ้นรูปเย็น เป็นต้นครับ มั่วไม่ได้นะครับ, ลองมาคิดดูว่าหากมีผู้ออกแบบเลือกเพลาแบบ Hollow Shaft มาให้ท่านแล้ว ไม่สามารถคำนวณได้ หรือ บอกได้ว่ามันสามารถรับแรงบิดเทียบกับความยาวเพลาที่ออกแบบได้ ท่านกล้าตรวจรับงานหรอครับ

เรื่องการใช้ Steady Bearing กันบ้างครับ ไม่ว่าจะเป็น Bottom หรือ หากเพลายาวมากๆ (เกิน 9 เมตร) ก็ต้องมี Middle ก็ตาม, ต้องเข้าใจครับว่า Steady Bearing เหล่านี้ใช้เพื่อป้องกัน Shaft Vibration เป็นหลัก และ เพื่อลด Bending Moment นะครับ...แต่ Rated Torque ยังคงเท่าเดิม เพราะฉะนั้นไม่เกี่ยวกับว่าเพลาขาดจาก Torque ครับ แต่เพลาจะเสียหายจากอย่างอื่น.. มาดูตัวอย่างคำนวณกันครับ

Ex(1) : AGITATOR 30.0kW

Gear Motor 30.0kW-Speed 20 RPM, ใบกวน 6-Blades Turbine Impeller Dia.2700 mm, สมมติใช้ Solid Shaft ขนาด 125 mm และ เพลายาวรวม 7500 mm....., จะคำนวณค่า Bending Moment = 29,559.52 Nm. และ Rate Torque = 14,325.0 Nm. เมื่อไม่ใช้ Steady Bottom Bush และ หากใช้ Steady Bottom Bush จะคำนวณ Bending Moment = 7,389.88 Nm. และ Rate Torque = 14,325.0 Nm. เท่าเดิม..... เห็นภาพมั้ยครับว่า Steady Bearing ช่วยทำอะไร....ไม่เกี่ยวกับการใช้ Hollow Shaft แทน Solid Shaft ได้เลย, หลายคนเข้าใจว่า ใช้ Hollow Shaft แทน Solid Shaft ได้เลย ถ้าเราติด Bottom Bush .. อวสารได้ครับ เพราะมันคนละเรื่องแล้ว

Ex(2) : AGITATOR 30.0kW

Gear Motor 30.0kW-Speed 20 RPM, ใบกวน 6-Blades Turbine Impeller Dia.2700 mm, อยากทราบว่าต้องใช้ Solid Shaft ขนาดเท่าไหร่ และ หากเลือกใช้เป็น Hollow Shaft ต้องขนาดเท่าไหร่....., คำนวณได้ คือ ใช้ Solid Shaft = 150 mm คำนวณ Bending Tension = 227.35 kp/cm^2 (ใช้ Steady Bottom), ส่วน Hollow Shaft = OD.220/ID.202 คำนวณ Bending Tension = 249.13 kp/cm^2 (ใช้ Steady Bottom)....จะเห็นว่าค่า Bending Tension ใกล้เคียงกันมาก (ส่วน Bending Moment เท่าเดิม) สามารถเลือกใช้ Hollow Shaft ขนาดนี้แทน Solid Shaft ได้, เห็นมั้ยครับว่า จะเลือกใช้อะไรเนี่ยต้องไม่มั่วนะครับ

ที่กล่าวมานี้เอาเฉพาะเรื่องการออกแบบเพลาใบกวนนะครับ ไม่รวม Mechanic Design ส่วนอื่น เช่น Bearing, Flange Coupling ซึ่งเป็นอีกเรื่องนึงต้องมาดูประกอบกัน แต่ที่ไม่ได้แชร์เรื่อง Bearing, Flange Coupling ก็มีเหตุผลนะครับ คือ เรื่อง Bearing สามารถหาข้อมูลได้เยอะมาก การเลือกชนิด Bearing ให้เหมาะกับ Torque / Speed ก็คงเลือกกันได้สบายๆ, ในส่วนของ Flange Coupling ที่ใช้ต่อเพลา Upper Shaft กับ Lower Shaft นั้นก็ดูในรายละเอียดการออกแบบชิ้นส่วนเครื่องจักรกลได้เลยครับมีเยอะเยะ

สรุปส่งท้ายสำหรับเรื่อง Shaft Design for AGITATOR อยากให้ดูที่ Moment Diagram for Shaft เน้นเรื่อง การเปลี่ยนแปลงของ Bending Moment ในขณะที่ Torque Constant ตามรูปหน้าหัวข้อครับ สำคัญจริงๆ และ ต้องคำนวณทุกครั้งก่อนเลือกใช้เพลาครับ, ในฐานะวิศวกรถือว่าเป็นข้อต้องปฏิบัติ ส่วนในฐานะลูกค้า ท่านต้องถามครับว่า ผู้ออกแบบได้คำนวณมั้ย คำนวณอย่างไร และ จะรับประกันความเสียหาย รับผิดชอบอย่างไร...ซื้องานวิศวกรรม ต้องถามแบบวิศวกรรมครับ

 

Cr. สถาพร เลี้ยงศิริกูล
Tel : 091.7400.555
Line : sataporn.miscible
Miscible Technology Co.,Ltd.