หน้าแรก

diveinfo.net

หน้าแรก    กระดาน    ห้องสนทนา    ตลาด    บทความ    ห้องภาพ    อุปกรณ์    ประชาสัมพันธ์    ร้านดำน้ำ    เรือดำน้ำ    หนังสือ    Links    ติดต่อ

Regulators : มีกี่แบบ และ ทำงานอย่างไร: สยาม สกูบ้า ไดฟ์วิ่ง - ชุมชนนัก ดำน้ำ : Siam Scuba Diving - Thailand Scuba Diving Community

Regulators : มีกี่แบบ และ ทำงานอย่างไร

Dumbledore.. 19-12-2547   แก้ไขสำหรับผู้เขียน แจ้งลบ
ให้คะแนน 4 ท่าน
ความเห็น 8, อ่าน 39319, ล่าสุด 17-12-2560, 15:19:51


บทความเรื่องนี้เขียนขึ้นให้เพื่อนๆอ่านเล่นๆก่อนนอนจะได้ง่วงแล้วหลับสบาย ต้องบอกก่อนว่าเนื้อหาทีจะกล่าวถึงในบทความนี้เก็บตกหรือขโมยมาจากหลาย ๆ ที่มาก นำมาเรียบเรียงใหม่ผสมกับคำอธิบายตามหลักกลศาสตร์เพื่อให้เพื่อนเข้าใจหลักการทำงานอย่างละเอียดเท่าที่ผมมีความสามารถที่จะอธิบายได้  ผมเองก็จำไม่ได้ว่าเอามาจากบทความอะไรบ้าง ไม่ได้ตั้งใจจะเขียนเป็น research ส่งอาจารย์เลยไม่ได้รวบรวมเอกสารอ้างอิงมาใส่ในบรรณานุกรม  Regulator ชนิดใดที่ผมมีประสบการณ์เคยสัมผัสของจริงก็จะอธิบายมากหน่อย  แต่ถ้าชนิดใดไม่เคยสัมผัสก็จะบอกตามตรงว่าไม่รู้และเรียบเรียงตามบทความที่รวบรวมมา  บทความนี้ค่อนข้างเน้นไปทางเทคนิคไปหน่อย  ค่อนข้างอ่านยากแต่ผมพยามเขียนให้เข้าใจง่ายที่สุดเท่าที่ผมจะทำได้  ถ้าอ่านไม่รู้เรื่องก็ขออภัยก็แล้วกัน

นักดำน้ำแทบทุกคนคงยอมรับว่า Regulator เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญที่สุดชิ้นหนึ่งที่ช่วยให้เราดำน้ำได้อย่างปลอดภัยและมีความสุข ถ้าทุกคนรู้จักเข้าใจว่าอุปกรณ์ชิ้นนี้ทำงานอย่างไรก็จะช่วยให้เราเลือกซื้อและใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
Regulator เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ลดความดันอากาศในถัง ให้ลดลงเหลือความดันบริเวรรอบ ๆ ตัวเรา หรือที่เรียกว่า ความดัน ambient เพื่อให้เราสามารถที่จะหายใจได้เหมือนกับตอนที่อยู่บนบก อย่างที่พวกเราทราบ Regulator แบ่งออกเป็น First Stage และ Second Stage  First Stage จะลดความดันจากประมาณ3000 psi (pound per square inch) หรือประมาณ 200 barให้เหลือประมาณ 135-145 psi ( 9.5-10.5 bar) เหนือความดัน ambient (ในที่นี้คือความดันรอบข้างในขณะนั้น) เราเรียกความดันนี้ว่า Intermediate Pressure (IP)สำหรับ Second Stage จะลดความดันจาก 135-145 psi ให้ลดลงเหลือความดัน ambient ทำให้เราหายใจเหมือนอยู่บนผิวน้ำได้ปกติตลอดเวลา ความดัน ambient นี้จะเปลี่ยนไปตามความลึกที่เราดำ  ในขณะเดียวกันความดันในถังก็ลดลงหลังจากที่ถูกเราใช้หายใจไป
จะขอกล่าวถึง First Stage ก่อน  First Stage แบ่งออกได้เป็น 4 ชนิด คือ

1) Unbalanced Piston Regulator
2) Balanced Piston Regulator
3) Unbalance Diaphragm Regulator (ผมเองก็ยังไม่เคยเห็นไม่เคยได้ยินว่าของจริงเป็นอย่างไรมีผู้ผลิตหรือไม่เหมือนกัน แต่บทความที่ผมไปค้นมาบอกว่ามีก็ต้องเชื่อเค้าไว้ก่อน)
4) Balance Diaphragm Regulator


Unbalanced Piston Regulator
ก่อนอื่นขออธิบายหลักการทำงานของ Piston Regulator โดยรวมเสียก่อน Regulator ชนิดนี้ชื่อก็บอกแล้วว่าใช้ Piston หรือลูกสูบเป็นหลัก เมื่อมีลูกสูบก็ต้องมีกระบอกสูบตามมาด้วยสปริงเป็นอุปกรณ์หลัก ดังรูปที่ 1 ข้างล่าง


ภาพที่ 2
รูปที่ 1 Unbalanced Piston Regulator

ผมขออนุญาตใช้คำทับศัพท์เป็นภาษาอังกฤษ เพราะแปลเป็นไทยแล้วเยิ่นเย้อจริง ๆ คำอธิบายตามตัวเลขในรูปที่ 1) เป็นดังนี้ 1) HP spring,2) Ambient water pressure, 3) Intermediate chamber, 4) Valve HP seat, 5) HP air, 6) Air to second stage, 7) Piston หรือลูกสูบ

หลักการทำงานของ Valve ชนิดนี้เริ่มจากในขณะที Valve HP Seat (4) ปิดอยู่อากาศจะไม่ไหล แรงดันใน Intermediate chamber (3) ความดันที่อยู่ในห้องนี้จะถูกส่งผ่านแกนกลางกลวงมีช่องทางเข้าอยู่ด้านข้างของก้านลูกสูบ (7) ไปถึงบริเวณหน้าลูกสูบด้วย แรงดันนี้จะดันลูกสูบไปกด Valve HP seat (4) ให้ปิดแนบสนิทกับบ่า Valve จึงทำให้ไม่มีอากาศไหล เมื่อเราหายใจเข้า ความดัน IP ในห้อง (3) จะลดต่ำลง ทำให้สปริง HP (1) รวมกับแรงดันน้ำจากภา่ยนอก (2) มีแรงมากกว่า จึงดันให้ลูกสูบเลื่อนไปข้างหน้าทำให้ Valve HP Seat (4) เปิด อากาศความดันสูง HP air (5) จะไหลจากถังเข้าสู่ห้อง (3) ไปสู่ Second Stage (6) เมื่อเราหายใจเข้าจนสุดและเริ่มหายใจออก อากาศที่ไป Second Stage (6) จะหยุดไหล ในขณะที่อากาศ (5) จะไหลเข้ามาเพิ่มความดันใน (3) ให้สูงขึ้นเรื่อย ๆ ความดันนี้จะไหลผ่านแกนกลางของลูกสูบ (7) ทำให้ความดันหน้าลูกสูบสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนชนะแรงดันของสปริง HP (1) และน้ำข้างนอกทำให้ลูกสูบเลื่อนกลับไปข้างหลัง Valve HP (4) ก็จะปิดทำให้อากาศหยุดไหล

ข้อควรทราบสำหรับ Regular ชนิดนี้ก็คือการใช้ความดัน High Pressure จากในถังอากาศมาช่วยควบคุม (Regulate) ความดัน IP และอัตราการไหลของอากาศ ดังนั้นความดัน IP จึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความดัน High Pressure จากในถังอากาศ หรืออีกนัยหนึ่งก็คือ ถ้าความดัน HP จากถังอากาศลดลงจะทำให้ความดัน IP ลดลงไปด้วย เพราะความดัน IP เป็นผลมาจากแรงดันที่กระทำต่อลูกสูบ  เพื่อให้เห็นภาพขอยกตัวอย่างเป็นตัวเลข สมมุติว่า ที่ความลึกใดความลึกหนึ่ง HP สปริง (1) มีแรงดันเท่ากับ 110 psi และแรงดันจากอากาศในถังอากาศในขณะที่มีอากาศเต็มถังอากาศ 3000psi ที่ตกกระทำต่อหน้า HP Valve (4) สมมุติว่าเท่ากับ 30psi  ทำให้แรงดันรวม140psi กระทำต่อลูกสูบ  ความดัน IP ในห้อง (3) จะสะสมจนกระทั่งได้ดุลอยู่ที่ 140psi Valve จะปิด  ความดัน IP จึงเท่ากับ 140psi เมื่อเราใช้อากาศไปจนเหลือ 500psi แรงดันจากสปริงยังคงเท่าเดิมคือ 110psi แต่แรงดันจากอากาศในถังอากาศจะลดลงไม่ใช่ 30psiอีกต่อไป สมมุติก็แล้วกันว่าเหลือ 10psi แรงดันรวมที่กระทำต่อสปริงจะเท่ากับ 120psi ฉะนั้นความดัน IP จะลดลงเหลือ 120psi เช่นกัน การที่ความดัน IP ลดลงมีผลต่อ Second Stage Regulator โดยที่เราจะต้องออกแรงหายใจเพิ่มขึ้น เราจึงเรียก Regulator ชนิดนี้ว่า Unbalanced Regulator คือไม่สามารถที่จะ Balance ความดัน IP ให้คงที่อยู่ที่ set point ซึ่งในที่นี้ก็คือ 140psi นั่นเอง

มาถึงตรงนี้เพื่อน ๆ บางคนอาจถามว่าแล้วความลึกหล่ะมีผลต่อการควบคุมความดัน IP หรือไม่ ต้องตอบอย่างนี้ครับว่า แรงดันของน้ำที่กระทำต่อลูกสูบแปรผันโดยตรงกับความลึก(หรือ ambient pressure)  แต่อย่าลืมว่าความดัน IP ที่โดยทั่วไปเราตั้งค่าอยู่ที่ประมาณ 140psi นั้นเป็นความดันเหนือ ambient pressure นะครับ  เช่นที่บนบกเราตั้งค่า IP ที่ 140psi นั้นจริง ๆ แล้วความดันทั้งหมด (total pressure) คือ 140psi + 14.6psi ambient (atmospheric) pressure = 154.6psi  ถ้าเป็นในน้ำที่ความลึก 30 เมตร ambient pressure เท่ากับ 58.4psi ความดัน IP จะเท่ากับ 140psi + 58.4psi = 198.4psi หรืออีกนัยหนึ่งความดัน IP จะเท่ากับ 140psi เหนือความดันรอบ ๆ ข้าง (ambient) ตลอดเวลาไม่ว่าที่ความลึกใด ๆ ถ้ากำหนดให้ความดันในถังอากาศคงที่  ฉะนั้นแรงดันของน้ำจึงมีผลน้อยมากหรือจะเรียกว่าไม่มีผลต่อการควบคุมความดันก็ได้  แต่ที่ความลึกมากขึ้นอากาศมีความหนาแน่นมากขึ้น มวลของอากาศที่ไหลผ่าน Valve จะมากขึ้น ฉะนั้นความลึกจึงมีผลต่อการออกแบบขนาด Orifice ของ Valve เพื่อให้มีปริมาณอากาศไหลได้อย่างเพียงพอ  ส่วนรายละเอียดเป็นอย่างไรนั้นไม่สามารถอธิบายได้ ผมคืนความรู้ให้อาจารย์ไปหมดนานแล้ว

ข้อสังเกตอีกประการหนึ่งก็คือ Regulator แบบลูกสูบก็คือ  เมื่อลูกสูบเปิดจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกับทิศทางการไหลของอากาศจากความดันสูงไปความดันต่ำ  ถ้าเกิดลูกสูบ สปริง หรือ บ่า Valve เสียหรือขัดข้องทำให้บ่า Valve ปิดไม่สนิท  อากาศยังสามารถไหลได้เป็นการออกแบบให้ Fail Safe อยู่ในตัว


Balanced Piston Regulator


ภาพที่ 3
รูปที่ 2 Balanced Piston Regulator

1) Air to second stage, 2) Intermediate chamber, 3) HP spring, 4) Ambient water pressure, 5) HP air chamber, 6) Valve and HP seat, 7) HP air, 8) Balanced piston หรือลูกสูบ
ชื่อก็บอกแล้วว่าเป็นแบบ Balanced ฉะนั้นหมายถึง Regulator ที่สามรถควบคุมความดัน IP ได้คงที่  ไม่ขึ้นอยู่กับความดันอากาศในถังอากาศว่าจะเป็นเท่าไร  โดยโครงสร้างของ Regulator แล้วคล้ายคลึงกับแบบ Unbalanced มาก  จะต่างกันก็ที่แกนกลางลูกสูบกลวงจนถึงปลาย  ส่วนปลายนี้จะนั่งบนบ่า Valve หลักการทำงานก็คือ เมื่อเริ่มหายใจเข้า  ความดันในห้อง IP (2) จะลดต่ำลงทำให้ HP สปริงดันลูกสูบให้เลื่อนไปข้างหน้าทำให้ Valve HP (6) เปิดออก อากาศ HP (7) จะไหลเข้าทางปลายของลูกสูบผ่านทางช่องกลางทะลุมาทางด้านหน้าของลูกสูบ เมื่อหายใจสุด อากาศยังคงไหลเข้ามาในห้อง (2) เรื่อย ๆ ความดันก็จะสูงขึ้น ๆ จนกระทั่งแรงดันสูงพอที่จะดันให้ลูกสูบเลื่อนไปข้างหลังจนกระทั่งปิดในที่สุด  

เพื่อน ๆ คงจะยังสงสัยว่าทำไมอากาศ HP (7) จากถังอากาศจึงไม่มีผลต่อ IP เพื่อน ๆ ต้องเข้าใจสูตรในการคำนวณแรงที่เกิดจากการกระทำของความดันครับ สูตรเค้าว่าไว้อย่างนี้ครับ (อย่าพึ่งง่วงนอนนะครับ)

แรง = ความดัน X พื้นที่ที่ความดันกระทำ

ขณะที่Valveกำลังปิดอยู่หรือนั่งอยู่บนบ่าValve ในห้อง HP ความดัน HP จากถังอากาศ จะตกกระทำที่รอบ ๆ ก้านลูกสูบที่อยู่ในแนวนอน  เมื่อวิเคราะห์แรงที่กระทำต่อรอบ ๆ ก้านลูกสูบ เนื่องจากก้านลูกสูบกลมแรงที่เกิดจากความดันที่ตกกระทบที่จุดใด ๆบนก้านจะถูกแรงที่เกิดจากความดันที่ตกกระทบด้านตรงข้ามของแกนลูกสูบหักล้างเสมอ จึงทำให้แรงลัพธ์ที่ก้านลูกสูบตามเป็นศูนย์  ฉะนั้นแรงดันจากถังจึงไม่มีผลต่อการเปิดปิดของลูกสูบ  เมี่อValveเริ่มเปิดจากการหายใจเข้า  ความดันจากถังจะตกกระทำบริเวณปลายก้านลูกสูบทำให้เกิดแรงผลักลูกสูบให้เคลื่อนในแนวนอนช่วยให้ลูกสูบเปิด  แต่เนื่องจากพื้นที่หน้าตัดของก้านลูกสูบที่กลวงมีน้อยมาก  แรงที่เกิดขึ้นจึงน้อยมาก ๆ เมื่อเทียบกับแรงดันที่ตกกระทำด้านหน้าลูกสูบ ไม่ว่าความดันในถังจะเป็น 500psi หรือ 3000psi ฉะนั้นจึงเรียกได้ว่าความดันจากถังไม่มีผลต่อการปิดเปิดของ Valve แต่อย่างใด

ถ้ายกตัวอย่างเป็นตัวเลขเหมือน Unbalanced กรณีนี้เราจะตั้งค่าสปริงให้มีค่าแรงดันเท่ากับ 140psi จะดันให้ Valve เริ่มเปิดเมื่อความดัน IP ห้อง Intermediate Chamber (2) ต่ำกว่า 140psi ฉะนั้นกรณีนี้ความดันจากถังอากาศไม่มีส่วนเกี่ยวข้องเลย


Unbalanced Diaphragm


ภาพที่ 4
รูปที่ 3 Unbalanced Diaphragm

1) HP air-ลูกศรหันหัวเข้าไม่ใช่ออกตามภาพ, 2) HP air chamber, 3) Intermediate chamber, 4) Diaphragm, 5) Diaphragm balance spring, 6) Ambient water pressure, 7) Air to second stage, 8) Valve & HP seat assembly, 9) HP spring

อย่างที่เรียนตั้งแต่ต้นแล้วว่าเพิ่งเคยได้ยินว่ามี Regulator ชนิดนี้อยู่ในโลกกะเค้าเหมือนกัน  ของจริงเป็นอย่างไรขอสารภาพตามตรงว่าไม่เคยเห็นเหมือนกัน  หลักการทำงานเป็นอย่างนี้ครับ  ก่อนที่เราจะหายใจเข้า Valve HP (8) จะปิดหรือนั่งอยู่บนบ่า Valve เมื่อหายใจเข้า  ความดันในห้อง Inermediate Chamber (3) จะลดลง  แรงดันจากสปริง (5) และ แรงดันจากน้ำภายนอกจะดันให้ Valve HP (8) เปิด  อากาศจะไหลจากห้องความดันสูง (2) ไป Intermediate Chamber (3) ไป Second Stage Regulator (7)  เมื่อหายใจสุดและเริ่มหายใจออก  อากาศจะหยุดไหลไป Second Stage Regulator (7) แต่ Valve HP (8) ยังคงเปิดอยู่ อากาศ HP (1) จึงยัีงคงไหลไปห้อง Intermediate Chamber (3) ได้  ความดันในห้อง Inermediate Chamber (3) จะสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งชนะแรงดันจากน้ำภายนอก (6) และสปริง (5)  Valve HP (8) จะปิด  Regulator ชนิดนี้จะเหมือนกับ Unbalanced Piston Regulator คือ ความดันจากถังมีผลต่อการปิดเปิดของ Valve เมื่อความดันในถังลดลงแรงดันที่ดันให้ Valve HP (8) ปิดจะลดลง หรือ Valve HP (8) จะเปิดง่ายขึ้น  ความดัน IP จะลดลงเท่ากับแรงดันของอากาศบวกแรงดันจากสปริง Regulator ชนิดนี้จึงได้ชื่อว่าเป็น แบบ Unbalanced


Balanced Diaphragm Valve


ภาพที่ 5
รูปที่ 4 Balance Diaphragm Regulator

1) Air to second stage, 2) HP spring, 3) Intermediate chamber, 4) Diaphragm, 5) IP spring, 6) Ambient water pressure, 7) Valve & HP seat assembly, 8) HP air, 9) HP air chamber
ก่อนที่เราจะหายใจเข้า Valve (7) จะปิดหรือนั่งอยู่บนบ่า Valve  เมื่อหายใจเข้าความดันในห้อง Inermediate Chamber (3) จะลดลง  ทำให้แรงจาก IP สปริง (5) และแรงดันจากน้ำภายนอก (6) มีแรงดันรวมสูงกว่าแรงดันจาก HP สปริง (2) จะดันให้ Valve (7) เปิด  อากาศจะไหลจากห้องความดันสูง (9) ไป (3) ไป Second Stage Regulator (1)  เมื่อหายใจสุดและเริ่มหายใจออก  อากาศจะหยุดไหลไป Second Stage Regulator (1) ความดันในห้อง Intermediate Chamber (3) จะสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งชนะแรงดันจากน้ำภายนอก (6) และแรง IP สปริง (5) Valve HP (7) จะปิด  แล้ว Regulator ชนิดนี้เป็นแบบ Balanced ได้อย่างไร  ในขณะที่ Valve ปิดแรงดันจากถังอากาศ (8) จะกระทำต่อก้าน Valve ที่เป็นก้านกลมฉะนั้นแรงลัพธ์จะเป็นศูนย์เช่นเดียวกับที่ได้อธิบายไปแล้วในห้วข้อ Balanced Piston ขณะเดียวกันยังได้เจาะช่องให้ก้าน Valve ทะลุออกไปห้อง Intermediate Chamber (3) เพื่อให้แรงดันที่กระทำต่อด้านหน้าของ Valve และด้านก้นของ Valve เท่ากัน  โดยการกำหนดให้พื้นที่หน้าตัดของก้าน Valve ด้านหลังก็มีขนาดเท่ากับพื้นที่ Orifice หักลบด้วยพื้นที่ก้าน Valve ด้านหน้าพอดิบพอดี  เมื่อพื้นที่เท่ากัน  ได้รับความดันเท่ากัน  แรงที่กระทำจะเท่ากันจะหักล้างกันไป (คำว่า Balance ที่เรียกเป็นชื่อมาจากตรงนี้) ทำให้แรงที่จะปิดเปิด Valve ขึ้นอยู่กับ HP สปริง (2) และ IP สปริง (5) เป็นหลัก  สำหรับแรงดันจากน้ำ Ambient Pressure (6) จะมีผลต่อ Total IP (=140psi + Ambient Pressure) ดังที่กล่าวแล้วตั้่งแต่หัวข้อ Unbalanced Piston Regulator ถ้าลึก Ambient Pressure สูงจะทำให้ ความดันรวม (Total) IP สูงตามไปด้วย

ถึงแม้ว่า Regulator แบบ Diaphragm จะถูกออกแบบให้ Valve เคลื่อนที่สวนทิศทางการไหลของอากาศก็ตาม  Regulator ชนิดนี้ก็ยังมีการออกแบบให้เป็น Fail Safe อยู่ในตัว  กล่าวคือถ้าชิ้นส่วนอุปกรณ์ด้าน HP เสีย Valve จะปิดไม่สนิทอากาศจะไหลได้  หากชิ้นส่วนอุปกรณ์ด้าน IP เสียเช่น Diaphragm รั่ว  ความดัน IP จะต่ำกว่า 140psi ทำให้สปริง IP (5) ดันให้บ่า Valve เปิดทำให้อากาศไหลจากถังผ่านไป Second Stage ได้  มีกรณีเดียว(ที่ผมนึกออกในขณะนี้)ที่อากาศจะไหลไม่ได้ก็คือ สปริง IP หักไม่มีแรงไปดันให้บ่า Valve เปิดได้  แต่กรณีที่สปริงจะหักเองจากการใช้งานคงจะไม่มี  ฉะนั้นความเสี่ยงนับได้ว่าเป็นศูนย์

Second Stage Regulator  ต่อไปจะได้กล่าวถึงอุปกรณ์ที่ต้องใช้คู่กับ First Stage ซึ่งก็คือ Second Stage Regulator นั่นเอง  Second Stage มีหน้าที่ลดความดัน Intermediate Pressure ซึ่งประมาณ 140psi เมื่อเทียบกับความดันรอบข้าง (Ambient Pressure) ที่ความลึกใด ๆ  Second Stage  แบ่งออกเป็น 3 ชนิดคือ
1) Downstream Unbalanced
2) Downstream Balance
3) Upstream Unbalanced (ซึ่งจะไม่ขอกล่าวในที่นี้เพราะไม่สามารถค้นหารายละเอียดมาเล่าให้ฟังได้)

ก่อนที่จะเข้าเรื่องรายละเอียดจะขอกล่าวถึงว่าอะไรคือ Upstream และ Downstream สั้น ๆ กล่าวคือ Regulator ที่มี Valve ที่ควบคุมอัตราการไหลและแรงดันของกาซติดตั้งอยู่ในห้องความดันสูง เราจะเรียก Regulator ชนิดนี้ว่า Upstream Regulator การเคลื่อนที่ของ Valve ตอนเปิดจะเคลื่อนที่สวนทางกับทิศทางการไหลของอากาศ  และเรียก Regulator ที่มี Valve ที่ควบคุมอัตราการไหลและแรงดันของกาซอยู่ในห้องความดันต่ำ เราจะเรียก Regulator ชนิดนี้ว่า Downstream การเคลื่อนที่ของ Valve ตอนเปิดจะเคลื่อนที่เปิดไปในทิศทางเดียวกับการไหลของอากาศ   Second Stage ส่วนใหญ่ที่ใช้กันทั่วไปจะเป็น Downstream แทบทั้งนั้นเพราะ ถ้า Valve เกิดเสียแรงดันของอากาศด้านความดันสูงจะดันให้ Valve เปิดไปทางห้องความดันต่ำอากาศไหลได้


Downstream Unbalanced Second Stage Regulator


ภาพที่ 6
รุปที่ 5 Downstream Unbalanced Second Stage (ต้องขออภัยที่ไม่มีตัวเลขกำกับรายละเอียดแต่ละชิ้นส่วน รูปที่หาได้ไม่มีแล้วผมเองก็ Low Tech ใส่เองไม่เป็น)

ส่วนใหญ่ Second Stage ที่เราใช้ ๆ กันจะเป็นชนิดนี้  ในขณะที่หายใจออก  Demand Valve หรือ Poppet (Valve สีฟ้าปลายสีดำที่มีสปริงล้อมรอบ) จะปิดอากาศจะเข้าไม่ได้และจะไหลออกทาง Exhaust Valve ด้านซ้าย  เมื่อหายใจเ้ข้าความดันในห้อง Second Stage (กรอบสี่เหลี่ยมสีดำ)จะต่ำกว่า Ambient Pressure หรือจะเรียกว่าเกิด Vacuum ก็ได้  ทำให้น้ำภายนอกจะกดแผ่น Diaphragm สีแดงใ้ห้ยุบเข้าด้านในไปกดกระเดื่อง(สีชมพู)ให้ไปเลื่อน Poppet เปิดโดยเลื่อนไปทางซ้ายอากาศจาก First Stage จะไหลเข้ามาในห้องเข้าปากเราในที่สุด  เมี่อหายใจสุดอากาศที่ไหลจาก First Stage ยังคงไหลเข้ามาเรื่อย ๆ ทำให้ความดันในห้อง Second Stage สูงขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งเท่ากับความดัน Ambient ภายนอก  Diaphragm จะเด้งกลับมาตรงที่เดิม  และทำให้ Poppet เลื่อนไปทางขวากลับไปปิดไม่ให้อากาศไหล

ที่เราเรียกว่า Downstream เพราะเป็นไปตามคำจำกัดความที่ว่า Demand Valve (Poppet) อยู่ทางด้าน Downstream และเคลื่อนที่เปิดไปในทิศทางเดียวกันกับทิศทางที่อากาศไหลคือจากห้องความดันสูง(Intermediate Pressure) ไปห้องความดันต่ำใน Second Stage Case  ที่เรียกว่าเป็น Unbalanced ก็เพราะความดัน IP ที่มาจาก First Stage มีผลต่อการที่ Demand Valve (Poppet) เปิดมากเปิดน้อยเพื่อให้อากาศเพียงพอต่อการหายใจ  ไม่ Balance ในตัวเอง  เมื่อความดัน IP ต่ำลงก็จะทำให้หายใจหนักขึ้น  จึงมีผลต่อพลังงานที่ใช้ในการหายใจในที่สุด  พลังงานที่ใช้ในการหายใจนี้ปัจจุบันใช้เป็นตัววัดสมรรถภาพ (Performance) ของ Regulator ที่หลาย ๆ องค์กรเช่น CE, US Navy ใช้เป็นตัววัด  ซึ่งขอยอยอดไปเป็นอีกบทความหนึ่ง

Balanced Second Stage Regulator
Second Stage Regulator แบบ Balanced นี้แต่เดิมพบได้ใน Regulator ชนิด High End หรือประเภทรุ่นที่แพงมาก ๆ  แต่ปัจจุบันเริ่มมีราคาปานกลางมากขึ้น  เพราะผู้ผลิตต้องการให้ผ่าน CE (EN 250) หรือ US Navy Spec  จะได้ใช้โฆษณาได้เนื่องจากว่าหารูปที่ใช้อธิบายแบบทั่วไปไม่ได้  ก็เลยต้องขอยืมภาพของ Apeks Regulator มาใช้ประกอบคำอธิบาย (ไม่ได้ค่าโฆษณา)


ภาพที่ 7
รูปที่ 6 Balanced Second Stage Regulator (ขออนุญาต Apeks ตรงนี้ก็แล้วกัน)

หลักการทำงานโดยทั่วไปจะเหมือนกับ Unbalanced ทุกอย่างแต่ที่มีการออกแบบให้อากาศที่ความดัน IP ไม่มีผลต่อการปิดเปิด Poppet Valve โดยการเจาะ Poppet Valve ให้มีแกนกลวงให้อากาศที่ความดัน IP ไหลผ่านไปยัง Counter Balance Cylinder เมื่อหยุดหายใจเข้า  Poppet Valve เลื่อนไปปิด  อากาศที่ความดัน IP ยังคงไหลเข้าไปใน Counter Balance Cylinder ความดันในห้องนี้จะไปดันด้านหลังของ Poppet ให้ Balance กับ แรงดันด้านหน้า Poppet ที่มาจากอากาศ IP  แรงที่เกิดขึ้นทั้งสองด้านจากอากาศ IP จะหักล้างกันไป  เหลือแต่แรงดันจากสปริงที่ดันให้ Poppet Valve ปิด  ฉะนั้นแรงที่ใช้ในการเปิดจึงขึ้นอยุู่กับแรงสปริงเท่านั้นไม่ขึ้นกับความดัน IP ว่าจะสูงหรือต่ำ  แรงที่ใช้สูดหายใจเข้าจึงสม่ำเสมอ  นี่จึงเป็นการออกแบบในอุดมคติ  แต่ถ้าพิจารณาในแง่ความปลอดภัียแล้วออกแบบให้เป็นเช่นนี้จะไม่ปลอดภัยเลย  สมมุติว่า First Stage เกิดรั่วทำให้ความดัน IP สูงขึ้นเรื่อย ๆ Poppet Valve จะไม่เปิดให้ Free Flow เพราะแรงดันด้านหน้าและด้านหลัง Poppet Valve เท่ากันตลอดเวลา ถ้าความดัน IP สูงขึ้นเรื่อยสาย Regulator อาจระเบิดได้  หรือไม่ก็หัว Second Stage อาจหลุดจากสาย Hose และพุ่งเป็นจรวดได้ แต่เรื่องนี้แก้ได้ไม่ยากโดยออกแบบให้เป็นเกือบ Balance ซะ  โดยให้ Balance Cylinder พื้นที่หน้าตัดน้อยกว่าด้านหน้า Poppet เล็กน้อย  แรงดันด้านหน้าก็จะสูงกว่าเพียงพอที่จะดันให้ Poppet Valve เปิดและเริ่ม Free Flow ทีีประมาณ 250-300psi ฉะนั้นจริง ๆ แล้วคือเกือบ Balance

มาถึงตรงนี้คงจะเข้าใจ Regulator มากขึ้น  แต่เรื่องยังไม่จบง่าย ๆ อย่างที่คิดเพราะ  ยังมีเรื่องที่เราควรรู้อีกไม่น้อยจึงต้องต่อด้วยภาคอภิปรายถึงการประยุกต์ใช้งานของ Regulator
การมีน้ำแข็งเกาะที่สปริง  โชคดีที่เมืองไทยอยู่ในภูมิภาคเขตร้ิอนอุณหภูมิของน้ำทะเลบ้านเราโดยทั่วไปประมาณ 26-29 C เป็นส่วนใหญ่  ไม่ีเย็นเหมือนในยุโรปหรืออเมริกาเหนือ  สิ่งที่ต้องคำนึงเป็นพิเศษสำหรับการดำน้ำที่อุณหภูมิต่ำมาก ๆ ที่ 1-3 C ก็คือจะมีน้ำแข็งเกาะจับที่ First Stage อาจทำให้สปริงค้างหรือปิดเปิดไม่เต็มที่  อากาศจะไหล Free Flow  สาเหตุที่มีน้ำแข็งเกาะเพราะว่าการที่อากาศในถังถูกลดความดันโดย First Stage อากาศจะขยายตัวมีปริมาตรมากขึ้น  การที่อากาศขยายตัวนั้นต้องใช้ความร้อนตามกฎเทอร์โมไดนามิคส์  อากาศจะดึงความร้อนจากน้ำรอบ ๆ First Stage เมื่อน้ำสูญเสียความร้อนอุณหภูมิลดต่ำลงและเปลี่ยนสถานะกลายเป็นน้ำแข็งเกาะรอบ ๆ First Stage ข้อถกเถียงที่มีการถกมากที่สุดก็คือ Regulator แบบไหนถึงออกแบบให้มี Free Flow น้อยที่สุด  ปัจจุบัน ฺBalanced Diaphragm มีการออกแบบให้มี Environmental Seal หรือมีแผ่นยางป้องกันไม่ให้น้ำเข้าไปสัมผัส Intermediate สปริงได้ น้ำแข็งก็จะไปเกาะที่สปริงไม่ได้ คนก็นิยมมาใช้ Regulator ชนิดนี้ดำน้ำเย็นกันมาก  ในขณะที่ Balance Piston ก็ออกแบบป้องกันสปริงมีน้ำแข็งเกาะโดยการใช้สารที่เป็นฉนวนการนำความร้อนหุ้มสปริง (Thermodynamic Anti-freeze coating) ไม่ให้ความเย็นถ่ายเทมาที่สปริงได้ แต่ก็ยังไม่เป็นที่นิยมเหมือน Diaphragm หลักการนี้รวมไปถึง Second Stage ด้วย

การตั้งค่า Intermediate Pressure ที่เหมาะสม  โดยทั่วไปเราจะตั้งค่า IP ประมาณ 125-150psi ขึ้นอยู่ว่าผู้ผลิตจะกำหนดว่าควรจะตั้งเท่าไร  แต่โดยหลักการแล้วเป็นอย่างนี้ครับ
ค่า IP สูง  หายใจง่าย, ช่วงเวลาปรับความดัีนให้กลับมาที่ค่า IP เร็ว (เวลาหายใจเข้าค่า IP จะแกว่งเล็กน้อย)
ค่า IP สุง  โอกาสที่จะ Free Flow มีมากกว่า ทั้ง First และ Second Stage เพราะมวลของอากาศไหลผ่านได้มากกว่าตอนหายใจเข้า  จึงต้องดึงความร้อนจากน้ำมามากกว่าทำให้น้ำแข็งเกิดและเกาะได้มากกว่า
ค่า IP ต่ำก็จะตรงกันข้ามกับสูง  ที่น่าสนใจก็คือเมื่อใช้ Balanced Second Stage ความดัน IP ไม่มีผลต่อแรงที่ใช้ปิดเปิด Poppet ฉะนั้นถ้าจะดำน้ำเย็นเราสามารถตั้งความดัน IP ให้ต่ำได้เพื่อป้องกัน Free Flow  แต่ปริมาณอากาศไหลก็จะน้อยกว่า  นักดำน้ำเย็นจึงหันมาใช้ Balanced Second Stage มากขึ้น

Balanced VS Unbalanced  ประเด็นที่มีการถามกันมากว่าควรจะซื้อประเภทไหนดี  ตำราสมัย4-5 ปีก่อน หรือตำราที่ลอกสมัยก่อนมามักจะบอกว่าข้อดีของ Unbalanced คือราคาถูก ไม่สลับซับซ้อนดูแลรักษาง่าย ส่วนข้อเสียก็คือ ความดัน IP ไม่คงที่ จะต่ำเมื่ออากาศใกล้หมดถังทำให้หายใจหนักใช้พลังงานมาก  Balanced มีข้อดีคือ ความดัน IP หายใจสะดวกใช้พลังงานน้อย  ข้อเสียคือ ราคาแพง สลับซับซ้อนดูแลรักษายาก  ปัจจุบันสำหรับ Unbalanced ยังเป็นความจริงอยู่  แต่สำหรับ Balanced นั้นที่เปลี่ยนไปก็คือราคาไม่แพงกว่ามากอย่างสมัยก่อนแล้วครับ  จะแพงกว่าก็นิดหน่อยบางที Unbalanced ยี่ห้อหนึ่งอาจแพงกว่า Balanced อีกยี่ห้อหนึ่ง  ที่ว่าสลับซับซ้อนกว่านั้นจริงครับแต่ไม่มีผลทำให้เสียง่ายกว่าแต่อย่างใด  และไม่มีผลต่อการซ่อมแซมบำุรุงรักษาด้วยเพราะทักษะความชำนาญที่จะต้องใช้ไม่ต่างกัน คือถ้าคุณซ่อม Unbalanced เป็น คุณก็ซ่อม Balanced เป็นเหมือนกัน  และถ้าคุณซ่อมเองไม่เป็นคุณก็ซ่อมไม่เป็นทั้งคู่ยังไงก็ต้องส่งซ่อมอยู่ดี  ค่าบริการก็เท่ากัน  ถึงตรงนี้คงไม่ต้องให้ผมสรุปให้นะครับว่าควรจะเลือกแบบไหน  นานาจิตตังครับ บางท่านอ่านจะแย้งว่า Second Stage แบบ Balanced ยังมีคนใช้น้อยเมื่อเทียบกับ First Stage ก็จริงครับแต่ปัจจุบัน  Regulator ที่พึ่งออกสู่ตลาดภายใน 1-2 ปี  ประมาณครึ่งหนึ่งจะมี Second Stage เป็นแบบ Balanced มีตั้งแต่รุ่นปานกลางจนถึงแพง  ฉะนั้นไม่น่าเป็นปัญหาครับ

Piston VS Diaphragm  (แบบ Balanced) เรื่องนี้เป็นที่ถกเถียงกันมากว่าชนิดไหนดีกว่ากัน  เรื่องนี้คงกินกันยากเพราะสุดท้ายขึ้นอยู่กำลังเงินและความมัีนส์ในอารมณ์ (อยากมีอยากใช้)  แบบ Balanced Piston ปกติจะมีราคาแพง  และสามารถออกแบบให้อากาศไหลได้อย่างเหลือเฟือเกินความต้องการที่ความลึกมาก ๆ พลังงานที่ใช้ในการหายใจต่ำมากตามทฤษฎีแล้วสามารถควบคุมความดัน IP ได้ดีกว่า แต่ในทางปฏิบัติเราไม่รุ้สึกหรอกครับ  ข้อควรระวังสำหรับดำน้ำเย็นก็คือการหุ้มฉนวน Anti-freeze ว่ามีประสิทธิภาพแค่ไหน  คนยังไม่ค่อยไว้ใจใช้ดำน้ำเย็นเท่าไหร่  แบบ Balance Diaphragm ข้อดีก็คือราคาถูกถึงราคาแพงมีใช้อย่างแพร่หลาย  ประมาณ 80% ของ First Stage แบบ Balanced จะเป็น Diaphragm  ชนิดราคาแพงสามารถจ่ายอากาศได้เหลือเฟือเช่นกัน  จึงเป็นที่นิยมอย่างแพร่หลาย  พิสูจน์แล้วว่าดำในน้ำเย็นได้ดีถ้ามี Environment Seal  ข้อสังเกตที่น่าสนใจก็คือ Regulator รุ่นใหม่ที่ออกจำหน่ายกลางปีที่แล้วถึงกลางปีนี้เป็นแบบ Balanced Piston เกือบครึ่ง  เป็นแบบ Balance Diaphragm เกือบครึ่ง  ที่เหลืออีกนิดหน่อยเป็น Unbalanced Piston เมื่อเทียบกับก่อนหน้านี้ในปี 2002/2003 Regulator รุ่นใหม่ที่ออกจำหน่ายมี Balanced Piston เพียง 5% เท่านั้น  ถ้าจะ in trend คงจะทราบนะครับว่าต้องซื้อแบบไหน  สำหรับการซ่อมแซมบำรุงรักษา  ถ้าไปถามช่างหลาย ๆ คนที่มีประสบการณ์ซ่อม Regulator ทั้งสองแบบก็จะได้คำตอบคละกันไปแล้วแต่ความถนัดและความคุ้นเคย

บทส่งท้าย ที่ใช้ว่าบทส่งท้ายไม่ใช่บทสรุปก็เพราะไม่รู้จะสรุปได้อย่างไร  มาถึงตรงนี้ที่ผมกลัวที่สุดก็คือคำถามว่าตกลงแล้วจะซื้อ Regulator ยี่ห้ออะไรรุ่นไหนดี  คำตอบคือขึ้นอยู่กับคุณละครับว่าต้องการ Regulator ไปใช้งานแบบไหน แบบสันทนาการหรือแบบเทคนิค หรือแบบการค้า มีงบประมาณเท่าไหร่  แต่ผมมีคำแนะนำให้พิจารณาหัวข้อต่าง ๆ ดังนี้ครับ
1) สมรรถภาพ (Performance) ว่าผ่าน  EN 250 และ US Navy’s Class A test หรือไม่  (เรื่องการทดสอบนี้จะเขียนเป็นบทความสั้น ๆ แยกต่างหาก)  ดูได้จากผลทดสอบที่นิตยสารดำน้ำต่างประเทศเผยแพร่  ใน Web ก็มีครับ

2) ความแน่นอนสม่ำเสมอที่จะใช้งานได้ (Reliability)  หมายถึงความแน่นอนที่จ่ายอากาศได้เมื่อเราต้องการ  ใช้งานได้ตลอดเวลาไม่เสียในขณะที่ใช้งาน  อันนี้คนละเรื่องกับสมรรถภาพ  สมรรถภาพอาจดีแต่อาจจะไม่แน่นอน เสียบ่อยหรือที่เราเรียกว่า เปราะ ก็ได้  ให้ถามคนที่ใช้ Reg รุ่นที่เราอยากได้ดูว่าเคยมีปัญหาอะไรมั้ย  ถามหลาย ๆ คน  จะได้ความเห็นที่หลากหลาย  แต่ถ้ารุ่นไหนดีจริง ๆ เกือบทุกคน(ยังไงก็ไม่ทุกคนอยู่แล้ว) จะตอบว่าดี

3) ความรู้ความชำนาญที่จะซ่อม Regulator เบื้องต้นและบำรุงรักษาได้เอง  ถ้าดูแลบำรุงรักษาขั้นพื้นฐานเป็นก็จะเลือกรุ่นที่สลับซับซ้อนได้มากขึ้น

4) การใ้ห้บริการหลังการขาย, อะไหล่, การบริการซ่อมบำรุงรักษา  ยังไง ๆ Reg จะต้อง Overhaul เปลี่ยนซีล โอริง ทุก ๆ สองปีอยู่แล้ว  Service Pack ควรจะหาง่าย  ราคาสมเหตุสมผล

address: 203.107.207.43


ความเห็นจากผู้อ่าน

ความเห็นที่ 1 :  ปุ๊ย    posted: 19-12-2547, 01:32:54         แจ้งแก้ไข แจ้งลบ
ขอบคุณ คุณ Dumbledore มากค่ะ ที่ส่งบทความดีๆ อย่างนี้มาให้ได้อ่านกัน แต่ต้องขออภัยที่นำมาลงให้ช้าไปหน่อย

เป็นประโยชน์มาก สำหรับ ผู้ที่ต้องการทราบข้อมูลของ regulator อย่างละเอียด  

address: 203.107.207.43

ความเห็นที่ 2 :  coolpin    posted: 17-01-2549, 16:01:18         แจ้งแก้ไข แจ้งลบ
ขอบคุณมากๆค่ะ สำหรับข้อมูลที่เขียนอธิบายอย่างละเอียด
ได้เข้าใจขึ้นอีกเยอะเลย .... จะได้ใช้ประกอบการเลือกซื้อ reg อย่างที่อยาก ;-)

address: 203.151.225.101

ความเห็นที่ 3 :  milo 15    posted: 29-09-2551, 08:29:33         แจ้งแก้ไข แจ้งลบ
ผมเพิ่งคำน้ำได้ไม่นานนี้ แต่สนใจเกี่ยวกับศาสตร์และอุปกรณ์ของการดำน้ำมากครับ  พอดีมาอ่านเจอ บอกได้ว่าตรงใจทีเดียว เลยอยากจะขอความรู้ครูต่ออีกหน่อยครับ ว่า
    1.การชำรุดของ regulators ในขณะใช้งานใต้น้ำ ในสาเหตุต่างๆนั้น มีอาการเตือนล่วงหน้าหรือไม่ และจะสังเกตุได้อย่างไรครับ  
     2.ขอทราบขั้นตอน ในการแก้ไข หากเกิดปัญหาตาม ข้อ 1. ครับ
     3.อยากจะศึกษา และฝึกหัดเกิ่ยวกับการซ่อมบำรุง regulators  และอุปกรณ์คำน้ำอี่นๆ จะหาแหล่ง และรายละเอียดได้ที่ใหนครับครู
      ไม่ทราบว่าครู Dumbledore จะเข้ามาอ่านหรือเปล่า เพราะผมเข้ามาห่างจาก คุณ coolpin ขาดไม่กิ่เดือน ก็จะ 3 ปีแล้วครับ

address: 124.121.135.190

ความเห็นที่ 4 :  Dumbledore    posted: 18-11-2551, 03:03:49   งดออกเสียง      แจ้งแก้ไข แจ้งลบ
ผมมีปัญหาล็อคอินไม่ได้ครับ
ปกติการชำรุดขณะใช้งานจะไม่มีอาการเตือนล่วงหน้าหรอกครับ ถ้าโชคดีเป็นน้อยหน่อยก็อาจจะหยุดดำแล้วก็ค่อยๆขึ้นได้ ฉะนั้นการบำรุงรักษาป้องกันจึงเป็นวิธีที่ดีที่สุด มีการตรวจเช็คตามกำหนดระยะเวลาและเปลี่ยนชิ้นส่วนอะไหล่ตามกำหนดอายุการใช้งานดีที่สุด เหมือนการบำรุงรักษาเครื่องบินยังไงยังงั้น ไปเสียกลางอากาศก็จะมีปัญหา และถ้าไม่ได้ใช้งานนานๆก็ควรเข้าเช็คก่อนไปดำ เพราะถ้าไม่ค่อยได้ใช้นี่เสียเร็วเหมือนกัน

ถ้าจะหัดซ่อมต้องเรียนจากผู้เชี่ยวชาญครับ แล้วก็ดาวน์โหลดคู่มือการซ่อมจากเวป และแต่ละยี่ห้อก็ไม่เหมือนกัน ต้องไปสนิทกับตามร้านที่เค้าให้เช่าอุปกรณ์ดำน้ำแล้วค่อยๆเรียนกับเค้า

address: 24.166.253.233

ความเห็นที่ 5 :  milo 15    posted: 02-02-2552, 07:26:09   งดออกเสียง      แจ้งแก้ไข แจ้งลบ
email: kamsup@gmail.com
ครูครับ  ผมมีปัญหาเกี่ยวกับเรกฯหลายข้อ  อยากจะสอบถามครับ  ขอเบอร์โทร. ผ่านทางอีเมล์ผมได้ไหมครับ   ขอบคุณครับ

address: 124.121.143.52

ความเห็นที่ 6 :  milo 15    posted: 03-02-2552, 12:12:41   งดออกเสียง      แจ้งแก้ไข แจ้งลบ
ครูครับ ในรูปที่ 6  Balanced Second stage regulator นั้น  การปรับ cracking resistance control  เข้าหรือออกตาม ลูกศรชี้ นั้น  จะให้ผล  อย่างไรครับ

address: 124.121.141.177

ความเห็นที่ 7 :  oxygen    posted: 08-02-2552, 09:23:59   งดออกเสียง      แจ้งแก้ไข แจ้งลบ
ตอบแทนครู dumbledore ละกันนะ แกอยู่เมกา.. ไม่รู้กลับมายังอ่ะ

ผลที่ได้คือ ทำให้เราบังคับการจ่ายอากาศจาก  0 จนถึง free flow  ได้ตามความมต้องการของเจ้าของผู้ใช้งาน คือ  บังคับได้จะเอาหนัก เบาขนาดไหน เลือกได้เลย...  

address: 125.27.228.20

ความเห็นที่ 8 :  นาวิน    posted: 15-02-2552, 09:22:30         แจ้งแก้ไข แจ้งลบ
เยี่ยม

address: 222.123.139.83

กรุณา ลงทะเบียน และ login ก่อนส่งความเห็นครับ