Pneumatic Actuator คืออะไร มีกี่ประเภท ? | หัวขับลม

หลังจากที่เรารู้จัก Actuators กันไปแล้ว คำถามต่อมาคือแล้วประเภท Pneumatic Actuator หรือหัวขับวาล์วลมที่ทำงานด้วยนิวเมติกส์ มีระบบการทำงานอย่างไรและอะไรที่ทำให้ให้หัวขับลมโดดเด่นกว่าหัวขับไฟฟ้า(Electric Actuator) ในบทความนี้เราจะมาเจาะลึกรายละเอียดของ Pneumatic Actuator เกี่ยวกับหลักการทำงาน ประเภททั้งแบบ Scotch Yoke และ Rack&Pinion ข้อดีของการใช้งานหัวขับลมและอุตสาหกรรมที่นิยมนำไปใช้ หากพร้อมแล้วเราไปตะลุยพร้อม ๆ กัน รับรองว่าเป็นประโยชน์อย่างแน่นอนครับ

Pneumatic Actuator คืออะไร ?

ชื่อภาษาอังกฤษ : Pneumatic Actuator  ชื่อภาษาไทย : หัวขับลม

Pneumatic Actuator คือ อุปกรณ์ที่แปลงพลังงานของอากาศอัดให้เป็นการเคลื่อนที่เชิงกล เพื่อสร้างการเคลื่อนที่เชิงเส้น(Produce Linear) หรือแบบหมุน(Rotary Motion) เมื่อกลไกลของหัวขับทำงาน วาล์วที่ถูกติดตั้งก็จะเปิด-ปิด หรือเปลี่ยนทิศทางมักใช้ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและการผลิตเพราะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและผลผลิตได้เป็นอย่างดี แต่ก็มีการใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ มากมาย เช่น ยานยนต์ การบินและอวกาศ และการแพทย์ เช่นกัน

หัวขับลมถูกนิยมนำมาติดตั้งกับวาล์วเพื่อเป็นแรงขับเคลื่อนกลไกในการเปิดปิดของ Valve เหมาะที่จะใช้กับวาล์วที่มีองศาการเปิด/ปิด 0-90 องศา หรือ Quarter –Turn เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของแรงดันอากาศ(Gauge Pressure) ภายในตัวหัวขับลม กลไกภายในจะเริ่มทำงานสั่งการให้เปิดหรือปิดวาล์วได้

หลักการทำงานของ Pneumatic Actuator

Pneumatic Actuator ประกอบด้วยก้านลูกสูบที่เคลื่อนที่ภายในกระบอกสูบ เมื่อลมหรืออากาศถูกจ่ายไปที่ปลายด้านหนึ่งของกระบอกสูบ มันจะดันก้านลูกสูบไปในทิศทางตรงกันข้าม จากนั้นก้านลูกสูบจะเชื่อมต่อกับโหลด เช่น วาล์วหรือสายพานลำเลียง ซึ่งจะถูกเคลื่อนที่เพื่อตอบสนองต่อแรงอัดของอากาศ

ซึ่ง Pnematic Actuator สามารถเป็นได้ทั้งแบบ Single Actiong หรือแบบ Double Acting หัวขับลมแบบ Single จะมีสปริง(Spring)ที่จะคืนก้านลูกสูบกลับสู่ตำแหน่งเดิมเมื่อถอดแหล่งจ่ายอากาศอัดออก ส่วนหัวขับลมแบบ Double จะไม่มีสปริงด้านใน ดังนั้นจึงต้องใช้ลมอัดที่ปลายทั้งสองข้างของกระบอกสูบเพื่อที่จะเคลื่อนก้านลูกสูบไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง

ลักษณะการทำงานแบบ Double Acting และ Single Acting

ความแตกต่างของการทำงานแบบ Double และ Single Acting มีดังนี้

Double Acting

ลักษณะการทำงานคือ ขณะเปิดวาล์วจะใช้ลมในการควบคุม และขณะปิดก็ใช้ลมในการควบคุมเช่นกัน โดยจะต้องใช้ Port ลมจ่ายเข้าไปภายในห้องลมทั้ง 2 Port

Single Acting

ลักษณะการทำงานคือ ขณะเปิดวาล์วจะใช้ลมในการควบคุม แต่ขณะปิดวาล์วจะใช้แรงดันของสปริงส่งกลับมาในสถานะปิดดวาล์ว โดยจะต้องใช้ Port ลมจ่ายเข้าไปภายในห้องลมเพียง 1 Port เท่านั้น

วิดีโอสาธิตการทำงานของ Pneumatic Actuator Double Acting

วิดีโอสาธิตการทำงานของ Pneumatic Actuator Single Acting

สาเหตุที่ต้องใช้ Pneumatic Actuator ในการควบคุมวาล์ว

แน่นอนว่าตัววาล์วเองมีด้ามหรือพวงมาลัยให้ผู้ใช้สามารถเปิด-ปิดด้วยตนเองได้ แต่ก็มีหลายกรณีที่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์อย่าง Pneumatic Actuators มาเป็นตัวช่วยในการควบคุม โดยสาเหตุส่วนใหญ่ที่เราได้สำรวจจากลูกค้าของเรามีดังนี้

1. วาล์วขนาดใหญ่: วาล์วที่ใช้ในระบบมีขนาดใหญ่เกินกว่าที่กำลังคนจะสามารถเปิด-ปิดได้
2. เปิดปิดบ่อย: ระบบถูกออกแบบให้มีการเปิดและปิดบ่อยครั้ง
3. ตั้งเวลาล่วงหน้า: จำเป็นต้องตั้งเวลาเปิดและปิดล่วงหน้าในช่วงเวลาที่ไม่มีกำลังคนหรือไม่สะดวกในเวลาดังกล่าว
4. จุดติดตั้งไกล: วาล์วที่มีสถานที่ติดตั้งห่างไกลหรือสถานที่ที่ไม่สามารถใช้กำลังคนเข้าไปควบคุมการเปิด-ปิดวาล์วได้อย่างสะดวก
5. ต่อเนื่องและเป็นระบบ: วาล์วที่ติดตั้งภายในโรงงานอุตสาหกรรม ที่มีการออกแบบให้ทำงานสอดคล้องกันเป็น ระบบ ฯลฯ

ด้วยสาเหตุดังกล่าวข้างต้น Pneumatic Actuator จึงกลายเป็นอุปกรณ์อำนวยความสะดวกที่ใช้ในการควบคุมการเปิด-ปิดวาล์วที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ

ประเภทของ Pneumatic Actuator

ประเภทของหัวขับลมแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ

1. Scotch Yoke Pneumatic Actuator

Scotch Yoke Pneumatic Actuator เป็นหัวขับลมชนิดหนึ่งที่ใช้หลักการ Scotch Yoke Mechanism เพื่อแปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นให้เป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน กลไกแบบ Scotch Yoke ประกอบด้วย Yoke หรือแอกที่หมุนอยู่บนเพลาและก้านลูกสูบที่เชื่อมต่อกับแอก เมื่ออากาศอัดถูกจ่ายไปที่ก้านลูกสูบ มันจะดันแอก ซึ่งจะทำให้เพลาหมุนนั่นเอง

Pneumatic Actuator แบบ Scotch yoke ขึ้นชื่อในด้านกำลังแรงบิดสูงและความสามารถในการรับน้ำหนักสูง นอกจากนี้ยังมีการออกแบบที่ค่อนข้างเรียบง่ายและบำรุงรักษาง่าย อย่างไรก็ตาม อาจมีราคาแพงกว่าประเภท Rack&Pinion

ภาพที่ 4.2: หัวขับลมประเภท Scotch Yoke

2. Rack & Pinion Pneumatic Actuator

Rack & Pinion Pneumatic Actuator คือประเภทของหัวขับลมที่ใช้หลักการ Rack and Pinion Mechanism เพื่อแปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นให้เป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน กลไกแร็คแอนด์พีเนียนประกอบด้วยแร็คซึ่งเป็นแท่งฟัน และเฟืองซึ่งเป็นเฟือง เมื่ออากาศอัดถูกจ่ายไปที่ก้านลูกสูบ มันจะดันแร็ค ซึ่งจะทำให้เฟืองหมุน

ตัวกระตุ้นนิวแมติกแบบแร็คแอนด์พิเนียนมีชื่อเสียงในด้านการวางตำแหน่งที่แม่นยำและความสามารถในการทำงานที่ความเร็วสูง นอกจากนี้ยังมีขนาดค่อนข้างกะทัดรัดและน้ำหนักเบาอีกด้วย อย่างไรก็ตาม พวกเขาอาจไม่สามารถรองรับโหลดที่สูงเท่ากับแอคชูเอเตอร์นิวแมติกแบบสก๊อตแอกได้

เปรียบเทียบ Pneumatic Actuator ประเภท Scotch Yoke และ Rack And Pinion

ตารางด้านล่างนี้คือการเปรียบเทียบคุณลักษณะเฉพาะตัวของ Pneumatic Actuator ทั้ง 2 ประเภท เพื่อให้คุณสามารถตัดสินใจได้ง่ายยิ่งขึ้น

ลักษณะเฉพาะ	Scotch Yoke	Rack and pinion
แรงบิด / ค่าทอร์ด	สูง	ปานกลาง
การรับน้ำหนัก	สูง	ปานกลาง
ความเรียบง่าย	เรียบง่าย	ซับซ้อนขึ้น
ค่าใช้จ่าย	แพงมาก	ราคาไม่แพง
ความแม่นยำ	แม่นยำน้อยลง	แม่นยำขึ้น
ความเร็ว	ช้าลง	เร็วขึ้น
ความกะทัดรัด	ใหญ่กว่า	เล็กลงและเบาขึ้น

การคำนวณค่าทอร์คเพื่อเลือกขนาดของหัวขับลม

วิธีการคำนวณค่าทอร์คหรือแรงบิด(Torque)เพื่อเลือกขนาดของ Pneumatic Actuator ให้เหมาะสมกับขนาดของวาล์วที่ใช้งาน

การเลือกค่าทอร์ค

หลักการคำนวณแบบง่าย ๆ คือเลือกค่าทอร์ดของ Actuator ให้มีค่ามากกว่าแรงบิดของวาล์วประมาณ 25% ขึ้นไป

ดู Pneumatic Actuator ทั้งหมด

สรุป

เมื่อรู้จัก Pneumatic Actuator และเห็นถึงหลักการทำงาน ประเภทและเหตุผลที่เราจำเป็นต้องใช้หัวขับวาล์วลมและวิธีเลือกขนาดของ Pneumatic Actuator จากการคำนวณค่าทอร์ดแบบง่าย ๆ กันไปแล้ว ขั้นตอนต่อจากนี้ก็คือการจัดซื้อจัดหาหัวขับที่เหมาะกับระบบและอุปกรณ์ของเราหวังว่าบทความนี้จะเป็นประโยชน์ให้กับผู้อ่านทุกท่าน

หากคุณอยากได้คำแนะนำในการเลือก Pneumatic Actuator สามารถติดต่อผู้เชี่ยวชาญด้าน Control Valve อย่างปาโก้ เอ็นจิเนียริ่ง เรามีผู้เชียวชาญที่มีประสบการณ์เกี่ยวกับอุปกรณ์ประเภทนี้กว่า 10 ปี ยินดีให้บริการเป็นอย่างยิ่งครับ