6.ปริมาณการขนถ่าย(Capacity)ของสายพานลำเลียง

เข้าใจมุมกอง (Angle of Repose) มุมพูน (Angle of Surcharge) ก่อนรู้ว่าปริมาณการขนถ่าย(capacity)คำนวนได้อย่างไร

1.ประโยชน์ของมุมกอง (Angle of Repose)

คอนเวเยอร์ไกด์ไปดูหน้างานนำประสบการณ์ดีๆมาแบ่งปันStacker กองเก็บถ่านหินในสภาพมุมกอง (Angle of Repose) (ภาพ โรงงานไฟฟ้าถ่านหิน)

เมื่อโปรยวัสดุลงบนพื้นราบ(Horizontal) หยุดโปรยวัสดุจะกองนิ่งๆอยู่กับพื้น (Static Status)เป็นรูปกรวยคว่ำ(Conical Pile) มุมที่เกิดจากผิวสันของวัสดุทำมุมกับพื้นราบ เรียกว่ามุมกอง (Angle of Repose)

มุมกอง (Angle of Repose)

มุมกอง (Angle of Repose) เกิดเมื่ออนุภาคของวัสดุบนพื้นผิวเอียงอยู่ในสภาพสมดุลระหว่าง แรงโน้มถ่วงที่พยายามจะฉุดให้วัตถุตกลงมาในแนวดิ่งและแรงต้านทานภายใน (Internal Friction) ของวัสดุ (เหลี่ยมมุมของวัสดุที่เกาะเกี่ยวกัน) มีค่าเท่ากัน ซึ่งมุมนี้จะเป็นตัวชี้บ่ง สัมประสิทธิ์ของแรงต้านทานภายในของวัสดุ(Internal Frictional Co-Efficient ) ความสามารถในการไหล (Flowability)ของวัสดุ เช่นวัสดุที่มี มุมกอง (Angle of Repose) สูงก็จะไหลยาก ส่วนวัสดุที่มี มุมกอง (Angle of Repose) น้อยก็จะไหลตัวได้ง่าย

มุมกอง (Angle of Repose) มุมพูน (Angle of Surcharge)

Material properties affecting material flowability and conveyor belt capacity (CEMA)

มุมกองมีประโยชน์ในการออกแบบรูปทรงและปริมาตรของการกองวัสดุในโรงจัดเก็บวัสดุ และการขนส่ง

• มุมกองน้อยที่สุด (Minimum Angle of Repose) ใช้พิจารณาการออกแบบเพื่อรับประกันปริมาตร(Volume) ในพื้นที่ใดๆ

• มุมกองมากที่สุด (Maximum Angle of Repose) ใช้คำนวนหาน้ำหนักบรรทุกสูงสุดที่อาจเกิดขึ้นบนพื้นรองรับกองหรือพักวัสดุ

การสร้างขนาดของโรงเก็บสัมพันธ์กับการใช้ใช้มุมกองในการกำหนดขนาดของอาคารโรงเรือนและออกแบบพื้นรองรับที่สามารถรับน้ำหนักกองวัสดุได้

2.ประโยชน์ของมุมพูน (Angle of Surcharge)

มุมกอง (Angle of Repose) มุมพูน (Angle of Surcharge)

เมื่อเราเขย่ากองวัสดุขณะที่กองนิ่งๆอยู่กับพื้น (static status) แรงต้านทานภายใน (Internal Friction) ของมุมกอง (Angle of Repose) จะถูกรบกวน กองวัสดุจะยุบตัวลง ฐานของกองวัสดุจะแผ่กว้างขึ้น เมื่อเราหยุดเขย่าแล้วกองวัสดุก็จะเข้าสู่สภาพสมดุลอีกครั้งหนึ่ง ผิวสันของวัสดุที่ทำมุมกับพื้นราบ เรียกว่ามุมพูน (Surcharge Angle) ซึ่งจากประสบการณ์แล้วทั่วไป มุมพูน (Surcharge Angle) ของวัสดุจะมีค่าน้อยกว่ามุมกอง (Angle of Repose) ของวัสดุประมาณ 10-15 องศา

มุมพูน (Surcharge Angle) ใช้ในการออกแบบหาหน้ากว้างของสายพานเพื่อใช้หาอัตราขนถ่าย (Capacity) เนื่องจากในสภาพการณ์จริงนั้นไม่สามารถจะใช้มุมกองเป็นค่าที่ใช้ในการออกแบบได้เพราะวัสดุบนสายพานจะถูกเขย่าให้ยุบตัวลงขณะสายพานวิ่งกระทบกับลูกกลิ้งทำให้มุมกอง (Angle of Repose) บนสายพานเปลี่ยนสถานะภาพเป็นมุมพูน (Surcharge Angle)

มุมกอง (Angle of Repose) มุมพูน (Angle of Surcharge)

ความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะของวัสดุและมุมพูน (Angle of Surcharge)

3.ปริมาณการขนถ่าย (Capacity) ใช้มุมพูน (Angle of Surcharge)ในการออกแบบ

ปริมาณการขนถ่าย(Capacity)ขึ้นอยู่กับความเร็วของสายพาน Bulk Density และ Characteristics ของวัสดุ รูปแบบของแอ่งสายพาน พื้นที่หน้าตัดของวัสดุที่กองอยู่บนสายพาน หน้ากว้างสายพาน และมุมเอียงของคอนเวเยอร์ อย่างไรก็ตามในกรณีทั่วไปสูตรข้างล่างนี้สามารถใช้ประโยชน์ในการคำนวนหาปริมาณการขนถ่าย(Capacity)ได้

พื้นที่หน้าตัด(Cross Section area) ของวัสดุบนสายพานคำนวณโดย ใช้หน้าตัดของวัสดุเมื่อสายพานวางอยู่บนแนวราบ แต่เมื่อสายพานยังทำมุมกับแนวราบ พื้นที่หน้าตัด(Cross Section area) ของวัสดุจะลดลงไปเล็กน้อย(ค่า S)ตามความเอียงของมุมที่ทำกับแนวราบ ดังนั้นในการคำนวณปริมาณการขนถ่ายก็ต้องเอาค่านี้แม้จะมีค่าเล็กน้อยมาพิจารณาคำนวณด้วย

‘’S’’ Reduction Rate of capacity effect by Inclination(DIN 22101)

4.วิธีคำนวณหาพื้นที่หน้าตัด(Cross Section Area) ของวัสดุที่อยู่บนสายพาน

วัสดุสามารถลำเลียงอยู่บนสายพานที่มีลูกกลิ้ง 1 ลูก(คือสายพานเรียบ) หรือสายพานแอ่ง(Trough) ที่มีลูกกลิ้งรองรับตั้งแต่ 2 ลูก-3 ลูกหรือ 5 ลูกซึ่งแต่ละแบบก็จะมีพื้นที่หน้าตัดของวัสดุไม่เท่ากันตารางข้างล่างนี้ อธิบาย ที่ไปที่มาของวิธีการคำนวณหาพื้นที่หน้าตัดของวัสดุบนสายพานแต่ละรูปแบบ

หน้าตัดของวัสดุที่ลำเลียงบนสายพานจะต้องห่างจากขอบของสายพานตามรูปเพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุล้นออกจากสายพานลำเลียงค่าหน้าตัดของสายพานมีหน่วยเป็นตารางเมตรหาได้จากตารางข้างล่าง

วัสดุจะต้องไม่กองจนล้นขอบสายพาน

สมมติฐานหน้าตัดของวัสดุที่กองบนสายพานเรียบ(Flat belt)

สมมติฐานหน้าตัดของวัสดุที่กองบนสายพานแอ่ง(Trough Belt) ลูกกลิ้ง 3 ลูก

ค่า K ซึ่งแปรไปตามมุมพูน (Surcharge Angle) และมุมแอ่ง(trough Angle)ของสายพาน

ระบบสายพานลำเลียงขนาดใหญ่บริเวณกองเก็บถ่านหินในโรงไฟฟ้า

“A”พื้นที่หน้าตัดของวัสดุบนสายพาน(มีหน่วยเป็นลูกบาศก์เมตร * 10 ^ -2)

Capacity ของสายพานเมื่อวัสดุมี Bulk Density 1 ตันต่อลูกบาศก์เมตรสายพานวิ่งด้วยความเร็ว 100 เมตรต่อนาที

5.ใช้ความหนาแน่นตัวไหนในการออกแบบหาค่า Capacity ของระบบลำเลียง

ใช้ความหนาแน่นมวล (Bulk Density) และมุมพูน (Angle of Surcharge)ในการออกแบบคำนวณหาปริมาณการขนถ่าย (Capacity)

เราทำสัญญาการออกแบบหรือการส่งมอบสายพานลำเลียงให้ผู้ใช้งานเป็นตันต่อชั่วโมง โดยหาได้จากเอาพื้นที่หน้าตัด(Cross Section ) ของวัสดุที่อยู่บนสายพาน คูณความเร็วของสายพานก็จะได้ปริมาตรที่ขนถ่ายในหนึ่งหน่วยเวลานั้น จากนั้นใช้ความหนาแน่นมวล (Bulk Density) เป็นตัวคูณก็แปลงหน่วยเป็นตันต่อชั่วโมง

ความหนาแน่นมวล (Bulk Density) คือน้ำหนักของวัสดุที่โหลดอยู่บนสายพานจึงเป็นตัวกำหนดค่าปริมาณการขนถ่ายเป็นค่าที่ใช้ในการออกแบบ ก่อนจะตกลงทำสัญญากันผู้ออกแบบและผู้ใช้งานจะต้องตกลงกันให้แน่นอนว่าจะใช้ค่าความหนาแน่นมวล (Bulk Density) ที่เท่าไหร่เป็นตัวกำหนดปริมาณการขนถ่าย ซึ่งค่า ความหนาแน่นมวล (Bulk Density) ตัวนี้จะต้องได้จากการทดลองหลายๆครั้งเพื่อจะได้ค่าที่ใกล้เคียงความจริงที่สุด ส่วน Solid Density ไม่ควรใช้ในการออกแบบสายพานลำเลียงเพราะมีค่ามากเกินไปน้ำหนักไม่เป็นไปตามสภาพจริงของการลำเลียงจริง

สายพานวิ่งด้วยความเร็ว 100 เมตรต่อนาที

6.ปริมาณการขนถ่าย (Capacity) ค่าไหนที่ใช้ในการออกแบบ

เมื่อเราพูดถึงความสามารถในการลำเลียงวัสดุ เราจะระบุหน่วยปริมาณการขนถ่าย (Capacity) เป็น ตันต่อชั่วโมง ซึ่งค่านี้มีความสำคัญต่อผู้สั่งซื้อและผู้ที่ทำคอนเวเยอร์ส่งงาน เนื่องจากเป็นค่าที่กำหนดขนาดของคอนเวเยอร์ว่าจะเล็กหรือจะใหญ่ ซึ่งมีความสัมพันธ์โดยตรงกับค่าก่อสร้างที่จะถูกหรือแพง ดังนั้นเรามาดูกันว่าเราควรจะใช้ค่าไหนเป็นตัวออกแบบ

1.Guaranteed Capacity อัตราขนถ่ายที่รับประกัน

Guaranteed Capacity ปริมาณการขนถ่าย (Capacity) ที่รับประกัน เป็นความสามารถในการลำเลียงวัสดุของสายพานซึ่งผู้ซื้อและผู้ขายตกลงกันและจะบรรจุลงอยู่ในสัญญาการซื้อขาย ระบุหน่วยการลำเลียงเป็น ตันต่อชั่วโมง โดยทั่วไปการทดสอบประสิทธิภาพของการลำเลียงตอนส่งงานจะทำเพียงครั้งเดียว การทดสอบหาปริมาณการขนถ่าย (Capacity) ต้องมีการเตรียมการหลายอย่างเช่น

• ความพร้อมของวัสดุที่จะป้อนเข้าระบบ

• ความพร้อมระบบที่เกี่ยวข้องในการรับวัสดุจากระบบลำเลียง

• กำลังคนที่มีทักษะในการดำเนินการ

• เครื่องมือวัดปริมาตร

• วิธีการที่ตกลงกันในการดำเนินการทดสอบประสิทธิภาพและเอกสารประกอบ

2.Design Capacity อัตราขนถ่ายที่ใช้ในการออกแบบ

ตัวอย่างการขนถ่ายขนาดใหญ่อย่างต่อเนื่องใช้ Design Capacity 125%-130% ของอัตราการขนถ่ายสูงสุดชั่วขณะ(Peak Capacity)

ภาพแสดงการลำเลียงถ่านหินอย่างต่อเนื่องเริ่มจากการ Unload จากเรือเข้าสู่ระบบสายพานสู่กองเก็บถ่านหิน จากกองเก็บถ่านหินลำเลียงต่อเนื่องไปยังโรงเก็บหรือไซโลเก็บถ่านหินก่อนที่จะเผาเป็นพลังงาน

อัตราขนถ่ายที่ใช้ในการออกแบบ (Design Capacity) ระบุหน่วยการลำเลียงเป็น ตันต่อชั่วโมง เป็นค่าที่ใช้ในการคำนวณโดยพิจารณาจากอัตราการขนถ่ายสูงสุดชั่วขณะ(Peak Capacity) และต้องเผื่อค่าความปลอดภัย (Safety Factor) เพื่อป้องกันความผิดพลาดหรือไม่แน่นอนทางเทคนิคหรือจากการคำนวณที่ได้จริงจากเครื่องจักรหลังจากสร้างเสร็จแล้ว หรือเพื่อให้แน่ใจว่าCapacity จะทำได้ตามสัญญาและไม่ถูกปรับเงิน อัตราการขนถ่ายออกแบบ(Design Capacity) จะปกติแล้วจะใช้

• 115% ของอัตราการขนถ่ายสูงสุดชั่วขณะ(Peak Capacity)

• 125% ถึง 130% ของอัตราการขนถ่ายสูงสุดชั่วขณะ(Peak Capacity)หากเป็นการขนถ่ายต่อเนื่องและการขนถ่าย ขนาดใหญ่เช่น จากท่าเรือหรือรถไฟ เข้าโรงเก็บ (ดูจากรูปข้างบน)

อัตราขนถ่ายสูงสุดชั่วขณะ(Peak capacity) ที่หมายถึงอัตราขนถ่ายสูงสุดในช่วงเวลาสั้นๆเช่น กี่ตันต่อนาทีเป็นต้น

อัตราขนถ่ายทำงาน (operating capacity) คืออัตราขนถ่ายที่เครื่องมือทำงานนั้นทำได้จริง โดยต้องนำเวลาที่ต้องหยุดเครื่องเพื่อทำการบำรุงรักษาจำนวนวันที่ shutdown สภาวะที่จะต้องหยุดเนื่องจากชั่วโมงการทำงานประจำวันมาคิดรวมด้วย

Design capacity ปกติแล้วจะไม่ได้ระบุอยู่ในสัญญาแต่เป็นการรับรู้กันระหว่างผู้สร้างเครื่องจักรและผู้ออกแบบคอนเวเยอร์ Design capacity จะมีค่ามากกว่า อัตราขนถ่ายที่รับประกัน (Guaranteed Capacity) เสมอ

หน้าตัดของวัสดุบนสายพานใช้ Angle of Surcharge เป็นตัวคำนวณปริมาณการขนถ่ายผู้ออกแบบจะเป็นผู้กำหนดเลือกมุมเอียงของลูกกลิ้งตามความเหมาะสม