บทที่ 3 พลังงานไอน้ำ

3.1  ความหมายของพลังงานไอน้ำ

เครื่องจักรไอน้ำ (อังกฤษ: Steam engine) ประดิษฐ์โดย โทมัส นิวโคเมน (Thomas Newcomen) เมื่อ พ.ศ. 2248 (ค.ศ. 1705) ต่อมา เจมส์ วัตต์ ได้พัฒนาเครื่องจักรไอน้ำขึ้น ซึ่งหลังจากนั้น ได้มีการนำเอาชื่อท่านมาตั้งเป็นหน่วยของกำลังไฟฟ้า เช่น กำลังไฟฟ้า 400 วัตต์ เป็นต้นเครื่องจักรไอน้ำเป็นเครื่องจักรแรกๆ ที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น รถจักรไอน้ำ เรือกลไฟ ฯลฯเครื่องจักรไอน้ำ เป็นเครื่องจักรประเภท สันดาปภายนอก ที่ให้ความร้อนผ่านของเหลว (น้ำ) และทำการเปลี่ยนไอของของเหลวเป็นพลังงานกล ซึ่งสามารถนำมาเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ โดยการนำไอน้ำมาหมุนกังหันของ เครื่องปั่นไฟ (ไดนาโม) เครื่องจักรไอน้ำต้องมีหม้อต้มในการต้มน้ำในการทำให้เกิดไอน้ำ ไอน้ำที่ได้จากการต้น จะนำไปเป็นแรงในการดันกระบอกสูบหรือกังหันข้อดีของเครื่องจักรไอน้ำประการหนึ่งคือการที่สามารถใช้แหล่งความร้อนจากอะไรก็ได้ เช่น ถ่านหิน, ฟืน, น้ำมันปิโตรเลียม หรือกระทั่ง นิวเคลียร์และแม้แต่ในปัจจุบัน เครื่องจักรไอน้ำหรือกลไกที่ถูกพัฒนาขึ้นจากเครื่องจักรไอน้ำยังคงปรากฏซ่อนอยู่ในเครื่องจักรเครื่องกลแทบทุกประเภท เช่น โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน จนถึง กระบอกสูบในรถยนต์

เครื่องจักรไอน้ำ

3.2  การประดิษฐ์ริเริ่มและพัฒนา

เครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรกที่มีการบันทึกไว้คือ Arolipile คนที่ประดิษฐืคือวิศวกรและนักฟิสิกส์ชาวกรีก ในช่วงศตวรรษที่ 1 แต่ครั้งนั้นนำมาใช้เป็นของเล่น ต่อมาเมื่อ พ.ศ. 2206 (ค.ศ. 1663) นายเอ็ดเวิร์ด โซเมอร์เซ็ด ได้ออกแบบและนำไปใช้เป็นประโยชน์ในการปั้มน้ำ

เมื่อ พ.ศ. 2223 (ค.ศ. 1680) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส เดนนิส ปาปิน ( Denis Papin) สร้างหม้อต้มความดันจุดประสงค์เพื่อใช้ในการทำอาหาร ซึ่งถือเป็นหม้อความดันรุ่นแรก เพื่อเป็นการป้องกันการระเบิดของหม้อต้มความดัน เดนนิส ปาปิน ได้ออกแบบ วาล์วลดความดัน (Release Valve) นอกจากนี้ยังสังเกตว่าคาบการทำงานของวาวล์ เป็นจังหวะขึ้นลงๆ ทำ ให้เกิดความคิดเกี่ยวกับเครื่องจักรแบบกระบอกสูบ แต่เขาก็ไม่ได้สร้างเครื่องจักรไอน้ำที่ใช้งานได้จริง ต่อมาวิศวกร Thomas Savery (โทมัส ซาวารี่) ได้ใช้การออกแบบของปาปิน มาทำเป็นเครื่องจักรไอน้ำที่ใช้งานได้

ในอุตสาหกรรมเครื่องจักรไอน้ำช่วงแรกเป็นการออกแบบของ โทมัส เซฟเวอรี (Thomas Savery) เมื่อ พ.ศ. 2255 (ค.ศ. 1712) เครื่องจักรไอน้ำแบบบรรยากาศ (atmospheric-engine) ของ โทมัส นิวโคเมน (Thomas Newcomen) ได้ทดลองและใช้ในอุตสาหกรรม

ต่อมา เซฟเวอรีและนิวโคเมนร่วมกันพัฒนา เครื่องจักรไอน้ำแบบคาน (beam engine) ที่สามารถใช้แบบความดันบรรยากาศและความดันสุญญากาศ ช่วงแรกของอุตสาหกรรมใช้เครื่องจักรไอน้ำแบบสุญญากาศในการปั๊มน้ำจากเหมือง เครื่องจักรไอน้ำของนิวโคเมน รุ่นแรกทำงานช้าและต้องใช้คนเปิด-ปิดวาล์วเอง ต่อมาจึงเปลี่ยนมาใช้ตัวเครื่องจักรเองในการเปิด-ปิดวาล์ว

ต่อมา เจมส์ วัตต์ (James Watt) ได้พัฒนาเครื่องจักรไอน้ำจากแบบของนิวโคเมน และ ได้จดสิทธิบัตร เครื่องจักรไอน้ำแบบวัตต์ Watt Steam Engine ซึ่งทำงานเรียบกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า

การพัฒนาในเรื่องของประสิทธิภาพช่วงต่อมาจากการประดิษฐ์ของ Oliver Evans และ Rechard Trevithick โดยการใช้ไอน้ำแรงดันสูง ซึ่งเครื่องจักรไอน้ำที่ใช้แรงดังสูงที่ Trevithick สร้างไว้เป็นที่รู้จักในชื่อ เครื่องจักรไอน้ำแบบคอร์นิช (Cornish engines)

อย่างไรก็ตามเครื่องจักรไอน้ำแรงดันสูงมีอันตรายมาก จากหม้อต้มระเบิดเพราะไม่สามารถทนความดันสูงได้ และเป็นสาเหตุของอุบัติเหตุหลายๆเหตุการณ์ สิ่งสำคัญของเครื่องจักรไอน้ำแบบความดันสูงคือ ความพิถีพิถันในการผลิต วาล์วนิรภัย ซึ่งใช้ในการปล่อยความดันที่เกินของเครื่องจักรไอน้ำ และเหตุนี้เองจึงต้องมีการบำรุงรักษาเครื่องจักรไอน้ำที่เข้มงวด และกำหนดมาตราฐานการผลิตวาล์วนิรภัย

                                                          

                  เครื่องจักรไอน้ำแบบลูกสูบ,โดยนาย Denis Papin       เครื่องจักรไอน้ำแบบสูบขึ้นลง (Reciprocating Engines)

ความแตกต่างของการทำงานของเครื่องจักรไอน้ำแบบสุญญากาศและแบบความดันสูง ไอน้ำความดันสูงมีสีแดง, ความดันต่ำสีเหลื่อง และ ไอน้ำควบแน่นสีน้ำเงิน ด่านบนของเครื่องความดันแบบสุญญากาศต้องเปิดสู่บรรยากาศเพื่อให้ความดันบรรยากาศกระทำด้านบนกระบอกสูบ เครื่องจักรแบบ Reciprocating ใช้การทำงานของไอน้ำในการเคลื่อนที่สูกสูบในกระบอกสูบที่ปิดสนิท

3.3   เครื่องจักรไอน้ำแบบความดันสุญญากาศ (Vacuum engines)

จังหวะการทำงานของเครื่องจักรไอน้ำแบบสุญญากาศคือ การให้ไอน้ำความดันต่ำเข้าไปในกระบอกสูบและทำการปิดวาล์วทางเข้าลูกสูบเคลื่อนที่ไปอยู่บริเวณด้านบน หลังจากนั้นไอน้ำจะความแน่นกลายเป็นหยดน้ำ ซึ่งทำให้ปริมาตรของไอน้ำลดลงทำให้เกิดเป็นสุญญากาศ จากนั้นความดันบรรยากาศจดกดอีกด้านของลูกสูบ ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ไปอยู่ด้านล่าง และกระบอกสูบติดอยู่กับคานน้ำหนักค้านนอกเพียงพอจะที่ทำให้ไอน้ำความดันต่ำดันลูกสูบเคลื่อนที่ไปอยู่ด้านบนสุดได้อีกครั้ง ทำเช่นนี้กลับไปกลับมาทำให้สามารถนำมาใช้เป็นแรงกลได้ ในเครื่องจักรไอน้ำของนิวโคเมน น้ำเย็นได้ถูกฉีดโดยตรงเข้าไปในกระบอกสูบเลย แต่ในเครื่องจักรไอน้ำของวัตต์ มีการแยกกระบอกเป็นห้องไอน้ำควบแน่นและห้องหลักออกจากกันโดยกันด้วยวาล์ว ประสิทธิภาพของเครื่องจักรของนิวโคเมน ขึ้นอยู่กับการสูญเสียความร้อนในจังหวะควบแน่นและให้ความร้อนเพราะเกิดขึ้นในห้องหลักเพียงห้องเดียว การแยกกระบวนการความแน่นของไอน้ำไปอยู่อีกห้องทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลง

3.4  หม้อไอน้ำ

หม้อไอน้ำ,หม้อน้ำ, หม้อสตีม, เตาหม้อน้ำ คือ เครื่องหรืออุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตไอน้ำโดยการถ่ายเทความร้อน ซึ่งได้จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงให้แก่น้ำ ซึ่งอยู่ในภาชนะปิดมิดชิดให้ได้ไอน้ำที่มีความดันและอุณหภูมิที่ต้องการ เพื่อนำไอน้ำไปใช้ประโยชน์ เช่น ขับเครื่องกังหันไอน้ำ (Steam Turbine) ขับเครื่องจักรไอน้ำ (Steam Engine) และยังนำเอาความร้อนจากไอน้ำมาใช้ในหม้อหุงต้มอาหาร, หม้ออบแห้ง, หม้อต้มน้ำอ้อย, หม้อเคี่ยวน้ำตาล เป็นต้น

มนุษย์รู้จักสร้างหม้อไอน้ำมานานแล้ว ก่อนคริสตศักราช 130 ปี มีหม้อไอน้ำของฮีโร่นักคณิตศาสตร์ ชาวอียิปต์ นอกจากนี้ก็มีหม้อไอน้ำของแบลงเค่อ นักฟิสิกส์ ชาวอิตาลี และหม้อไอน้ำของปาร์บิน เป็นต้น แต่หม้อไอน้ำที่ใช้การได้จริงมีของ ซะเบรี ในปี ค.ศ.1698, ของนิโคเมน ในปี ค.ศ.1702 และหม้อไอน้ำของเจมส์วัตต์ ในปี ค.ศ. 1765

การสร้างหม้อไอน้ำแบบดังเดิม ซึ่งมีโครงสร้างเป็นแบบหม้อมีฝาปิด แล้วได้มีการพัฒนาปรับปรุงเป็นแบบต่างๆ จาก หม้อไอน้ำแบบหัวทรงกลม ซึ่งทำได้ง่าย (รูปที่ 1) มาเป็นแบบซึ่งทำให้ประหยัดเชื้อเพลิง โดยการเพิ่มพื้นที่ถ่ายเทความร้อน (รูปที่ 2) แล้วพัฒนามาเป็น หม้อไอน้ำแบบท่อไฟทรงกระบอก (Flue Tube Boiler) ของ Cornish และของ Lancashire หม้อไอน้ำแบบของ Cornish และ Lancashire นับว่าเป็นแบบที่ก่อให้เกิดแนวทางการสร้าง หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ (Fire Tube Boiler) ดังรูปที่ 3 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟนิยมแพร่หลายมากในระยะระหว่างปี ค.ศ.1860 ถึง 1900 แต่หม้อไอน้ำแบบท่อไฟนี้ก็ยังมีข้อเสียอีกมากจึงได้มีการพัฒนา หม้อไอน้ำแบบต่อมา เป็นชนิดน้ำเดินในท่อแทน ซึ่งเรียกกันว่า หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ (Water Tube Boiler) ดังรูปที่ 4 การพัฒนาของหม้อไอน้ำ ได้มีการปรับปรุงดัดแปลงกันต่อมาจนถึงปัจจุบัน มีหลายแบบหลายชนิดด้วยกันแต่หลักใหญ่มิได้เปลี่ยนแปลงอะไรมากนัก

รูปที่ 1 หม้อไอน้ำแบบหัวทรงกลม	รูปที่ 2 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟทรงกระบอก
รูปที่ 3 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ	รูปที่ 4 หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ

3.5  พิกัดหม้อไอน้ำ
หมายถึง อัตราการผลิตไอน้ำที่หม้อไอน้ำสามารถผลิตได้ต่อหน่วยเวลาเป็นกิโลกรัมต่อชั่วโมง, ปอนด์ต่อชั่วโมง หรือตันต่อชั่วโมง แต่การกำหนดพิกัดหม้อไอน้ำ ก็ขึ้นอยู่กับชนิดของไอน้ำที่ผลิตออกมา
ถ้าเป็นไอน้ำอิ่มตัวก็จะกำหนดเป็นอัตราการผลิตไอน้ำต่อหน่วยเวลา เช่น 1 ตันต่อชั่วโมง หมายถึง ปริมาณความร้อนที่สามารถทำให้น้ำขนาด 1 ตันที่อุณหภูมิ 100ฐC กลายเป็นไอน้ำที่ 100ฐC หมดภายในเวลา 1 ชั่วโมง นอกจากนี้ยังกำหนดเป็นแรงม้าหม้อไอน้ำ (Boiler Horsepower) 1 แรงม้าหม้อไอน้ำตามมาตราฐาน ASMEคือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำขนาด 34.5 ปอนด์ ที่อุณหภูมิ 212ฐF กลายเป็นไอน้ำที่อุณหภูมิ 212ฐF หมดในเวลา 1 ชั่วโมง หรือ 1 แรงม้าหม้อไอน้ำเท่ากับพื้นที่รับความร้อนของหม้อไอน้ำ 10 ตารางฟุต อัตราการผลิตไอน้ำ 1 ตันต่อชั่วโมงจะเท่ากับประมาณ 63.8 แรงม้าหม้อไอน้ำ ถ้าเป็นไอน้ำร้อนจัด ปกติจะผลิตได้จากหม้อไอน้ำแบบท่อขนาดกำลังผลิตสูง การกำหนดอัตราการผลิตไอน้ำของหม้อไอน้ำจะเป็นอัตราการผลิตไอน้ำที่กำหนดความดัน และอุณหภูมิต่อหน่วยเวลาที่ส่งเข้าหม้อไอน้ำที่กำหนดอุณหภูมิ เช่น อัตราการผลิตไอน้ำ 160 ตันต่อชั่วโมง ที่ความดัน 92 บรรยากาศ เกจ อุณหภูมิ 514ฐC น้ำส่งเข้าหม้อไอน้ำอุณหภูมิ 150C

1. โครงสร้างของหม้อไอน้ำ
หม้อไอน้ำโดยทั่วๆ ไปจะมีส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่
             1. เตา (Furnace)
             2. ตัวหม้อไอน้ำ (Boiler Shell)
             3. อุปกรณ์และชิ้นส่วนประกอบต่าง ๆ

1.1 เตา (Furnace)
เตาเป็นที่เผาไหม้ของเชื้อเพลิง ประกอบด้วยอุปกรณ์เผาไหม้เชื้อเพลิง และห้องเผาไหม้สำหรับเชื้อเพลิงของแข็งส่วนล่างของเตาจะเป็นตะแกรงไฟ (Fire Grate) ส่วนเชื้อเพลิงเหลว, แก๊สและถ่านหินผงจะใช้หัวเผา (Burner) ส่วนมากเตาและตัวหม้อไอน้ำจะเป็นตัวเดียวกัน

1.2 ตัวหม้อไอน้ำ (Boiler Shell)
ตัวหม้อไอน้ำเป็นส่วนได้ความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้และส่งถ่ายความร้อนนี้ให้กับน้ำซึ่งอยู่ภายในทำให้น้ำกลายเป็นไอ ตัวหม้อไอน้ำประกอบด้วย ท่อทรงกระบอก (Drum) และท่อน้ำ (Water Tube) หรือท่อไฟ (Fire Tube) ส่วนที่รับความร้อน เรียกว่า ผิวนำความร้อน (Heating Surface) ประกอบด้วยพื้นผิวที่อยู่ติดกับห้องเผาไหม้ ซึ่งส่วนใหญ่จะรับความร้อนจากเปลวไฟโดยการแผ่รังสีสูง จึงเรียกว่า ผิวนำความร้อนด้วยการแผ่รังสี ส่วนพื้นผิวที่อยู่ห่างจากห้องเผาไหม้ จะได้รับความร้อนส่วนใหญ่จากการสัมผัสกับแก๊สเผาไหม้ที่มีความร้อนสูง จึงเรียกว่า ผิวนำความร้อนโดยการพา ตัวหม้อไอน้ำเป็นภาชนะทนความดันได้สูงที่บรรจุน้ำและไอน้ำอิ่มตัว น้ำจะบรรจุอยู่ประมาณ 2/3-3/4 ของปริมาตรของตัวหม้อไอน้ำ นอกจากนี้ก็มีช่องลอด (Manhole) หรือรูมือ (Handhole) สำหรับทำความสะอาดหรือตรวจสอบภายใน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของหม้อไอน้ำ

1.3 อุปกรณ์และชิ้นส่วนประกอบต่างๆ
อุปกรณ์และชิ้นส่วนประกอบต่าง ๆ เหล่านี้ ขึ้นอยู่กับชนิดและขนาดของหม้อไอน้ำว่า มีความจำเป็นต้องใช้มากน้อยเพียงใด ได้แก่ เครื่องดงไอ (Superheater) สำหรับเพิ่มความร้อนให้ไอน้ำ, อุปกรณ์ประหยัดเชื้อเพลิง (Economizer), อุปกรณ์อุ่นอากาศ (Air Preheater) เครื่องเป่าลม, อุปกรณ์ปรุงน้ำป้อนหม้อไอน้ำ, และอุปกรณ์ส่งน้ำป้อนหม้อไอน้ำ สำหรับหม้อไอน้ำปัจจุบันส่วนมากมีอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติ นอกจากนี้ก็มีอุปกรณ์ประกอบย่อยได้แก่ ลิ้นนิรภัย, ลิ้นถ่ายน้ำวาล์วต่างๆ , เครื่องมือวัดความดัน, เครื่องมือวัดระดับน้ำและเครื่องขจัดเขม่า เป็นต้น

2. ชนิดของหม้อไอน้ำ
หม้อไอน้ำที่ใช้กันอยู่ปัจจุบัน มีอยู่ด้วยกันหลายแบบตามขนาดและจุดประสงค์การใช้งาน การแบ่งชนิดของหม้อไอน้ำอาจแบ่งได้โดยยึดหลัก ดังนี้
        1. ตามลักษณะการวางแนวแกนของเปลือกหม้อไอน้ำ
        2. ตามลักษณะการใช้งาน
        3. ตามตำแหน่งเตา
        4. ตามน้ำหรือก๊าซร้อนที่อยู่ในท่อ
        5. หม้อไอน้ำที่สร้างขึ้นพิเศษ
การแบ่งหม้อไอน้ำเพื่อที่จะสามารถเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียได้เหมาะสม นิยมแบ่งหม้อไอน้ำ ตามลักษณะหรือก๊าซร้อนที่อยู่ในท่อ ซึ่งจะแบ่งได้ 2 ประเภท คือ
        1. หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ (Fire Tube Boiler)
        2. หม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ (Water Tube Boiler)

2.1 หม้อไอน้ำท่อไฟ

หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ เป็นหม้อไอน้ำที่มีโครงสร้างง่ายๆ ความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้ (Fire Box) ถูกส่งผ่านเข้าภายในท่อเหล็กซึ่งมีจำนวนมาก ประกอบอยู่ตามยาวของหม้อไอน้ำ ภายนอกของท่อไฟมีน้ำอยู่โดยรอบ ความร้อนจากการเผาไหม้ จะทำให้น้ำที่อยู่รอบนอกท่อไฟและห้องเผาไหม้ร้อนและเดือดเปลี่ยนสภาพเป็นไอน้ำ ตลอดความยาวที่ไฟวิ่งผ่านตั้งแต่ห้องเชื้อเพลิงไปจนถึงปล่องควัน

หม้อไอน้ำประเภทนี้ ส่วนมากมีขนาดเล็กความดันต่ำ โดยทั่วไปที่ใช้ความดันไม่ควรเกิน 150 ปอนด์ต่อตารางเมตรนิ้ว อัตราการผลิตไอน้ำมีขนาดตั้งแต่ 15,000 ปอนด์ต่อชั่วโมงลงมา ไอน้ำที่ได้นำไปใช้กับเครื่องจักรไอน้ำและเครื่องจักรที่ให้ความร้อนต่างๆ หม้อไอน้ำแบบนี้ยังใช้กันมาก เช่น หัวจักรรถไฟ, เรือกลไฟ, โรงสีไฟ, โรงอบไม้, โรงงานกระดาษ, โรงงานอาหารสัตว์, โรงงานผลิตอาหารสำเร็จรูป, โรงงานสัปปะรดกระป๋อง เป็นต้น

3.6  ส่วนประกอบของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ
หม้อไอน้ำแบบท่อไฟมีแบบต่างๆ หลายชนิดด้วยกัน แต่ละชนิดก็มีจุดประสงค์ที่ใช้งานแตกต่างกันพร้อมทั้งยังมีส่วนประกอบของหม้อไอน้ำที่แตกต่างออกไปบ้าง แต่ ส่วนประกอบของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ โดยทั่วไปเท่าที่เราควรรู้จัก ได้แก่
        1. ตัวหม้อไอน้ำ (Boiler Shell) มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกกลมทำด้วยเหล็กกล้า
        2. ช่องลอด (Manhole) ที่ตัวหม้อไอน้ำตอนบนและทางด้านหน้าหม้อไอน้ำตอนล่างสำหรับคนลอดเข้าไปทำความสะอาดหรือตรวจสอบ
        3. เตา (Furnace) เป็นที่สำหรับเชื้อเพลิงไหม้ ถ้าหม้อไอน้ำความดันต่ำผิวจะเรียบ ถ้าหม้อไอน้ำกลังสูงมักจะสร้างให้เป็นลอนลูกฟูกเพื่อให้แข็งแรงและเพิ่มพื้นที่ผิวนำความร้อนให้มากขึ้น
        4. ท่อไฟ (Fire Tube) สำหรับให้แก๊สร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเดินผ่าน ปลายทั้งสองของท่อไฟยึดติดแน่นกับแผ่นเหล็กฝาปิดหน้าหม้อไอน้ำและแผ่นเหล็กแผ่นหน้าของห้องเผาไหม้
        5. สะเต (Stay) สำหรับยึดส่วนประกอบของหม้อไอน้ำที่เป็นเหล็กแผ่นเรียบแบนไม่ให้โป่งออก เมื่อหม้อน้ำมีความดัน
        6. เหล็กตระกรับไฟ (Fire Grate) สำหรับรองรับเชื้อเพลิง
        7. ผนัง (Bridge Wall)
        8. ประตูเตา (Furnace Door)
        9. ประตูรังขี้เถ้า (Ashpit Door)
        10. ห้องควัน (Smoke Box)

 ตำแหน่งของส่วนประกอบของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ

ซึ่งส่วนประกอบต่างๆ เหล่านี้ บางแบบของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ อาจจะมีส่วนประกอบดังกล่าวไม่ครบหรือมีแตกต่างออกไป หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบที่มีการนำมาใช้กันมาก ซึ่งเราควรรู้จัก ได้แก่

1 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบเผาไหม้ภายนอก
ภายในตัวหม้อไอน้ำ ซึ่งตั้งเกือบขนานกับแนวราบจะเป็นห้องเผาไหม้ ก่อด้วยอิฐทนไฟ แก๊สเผาไหม้ให้ความร้อนกับส่วนล่างของตัวหม้อไอน้ำจะผ่านเข้าไปยังท่อไฟและวกออกมาให้ความร้อนกับด้านข้างของตัวหม้อไอน้ำอีกด้วย ปลายทั้งสองข้างของท่อไฟก็ประกอบเข้ากับแผ่นหัวท้าย โดยใช้เครื่องมือขยายปลายท่อ เนื่องจากแผ่นหัวท้ายใช้เหล็กแผ่นแบนส่วนบนจึงต้องยึดแข็งแรงไว้ด้วยกัสเซ็ทสะเต ในจำนวนกลุ่มท่อไฟจะมีท่อบางท่อที่หนากว่าปกติ ทำหน้าที่เป็นท่อสะเตเพื่อเพิ่มความแข็งแรงแก่ส่วนนี้ท่อสะเตจะยึดกับแผ่นหัวท้ายด้วยแป้นเกลียว ที่ส่วนล่างสุดจะมีแท่งสะเตช่วยเสริมความแข็งแรงตัวหม้อไอน้ำจะเอียงเทหลังเล็กน้อย และมีท่อพ่นทิ้งติดใกล้ๆ กับแผ่นท้าย

หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบเผาไหม้ภายนอก

2 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบเผาไหม้ภายใน
หม้อไอน้ำแบบนี้ ห้องเผาไหม้สร้างอยู่ภายในตัวหม้อไอน้ำ ไม่จำเป็นต้องมีทางไฟภายนอก ซึ่งทำด้วยอิฐทนไฟ จึงติดตั้งได้ง่าย เหมาะสมสำหรับใช้ในโรงงาน หม้อไอน้ำแบบนี้มีแบบซึ่งเรียกว่า หม้อไอน้ำแบบหัวรถจักรไอน้ำและแบบที่ติดตั้งอยู่กับที่เรียกว่า Kewanee Boiler รูปที่ 7 เป็นแบบมีห้องเผาไหม้รูปกล่องสี่เหลี่ยม(Fire Box) และกลุ่มท่อไฟหม้อไอน้ำแบบนี้ มีแบบซึ่งแก๊สเผาไหม้จากห้องเผาไหม้ผ่านกลุ่มท่อมายังห้องควัน (Smoke Box) แล้วปล่อยออกสู่ภายนอก เรียกว่า แบบไฟทางเดียว ส่วนแบบแก๊สเผาไหม้ไหลกลับผ่านกลุ่มท่อส่วนบนมายังด้านหน้าของหม้อไอน้ำ เรียกว่า แบบไฟวนกลับ

หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบเผาไหม้ภายใน

3 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบสำเร็จรูป หรือแพคเกจ (Package Boiler)
หม้อไอน้ำสำเร็จรูป เป็นหม้อไอน้ำแบบท่อไฟชนิดเผาไหม้ภายในที่ทำการสร้างสำเร็จมาจากโรงงาน มีการออกแบบโครงสร้างแข็งแรง มีอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับหม้อไอน้ำครบ จึงมีความสะดวกในการนำมาติดตั้งใช้งานหม้อไอน้ำชนิดนี้ มีการนำมาใช้ตามโรงงานอุตสาหกรรม, โรงแรม, โรงพยาบาล ในปัจจุบันเป็นจำนวนมาก เชื้อเพลิงใช้ได้เหมาะสมกับหม้อไอน้ำแบบนี้เช่น น้ำมันเตาและก๊าซธรรมชาติ ลักษณะโครงสร้างของหม้อไอน้ำแบบนี้ ดังรูปที่ 8

หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบเผาไหม้แบบสำเร็จรูป

หม้อไอน้ำสำเร็จรูปมีการจัดทิศทางการไหลของก๊าซร้อน (Hot Gas) ตั้งแต่ 2 ถึง 4 ทางไฟ (Pass) ขึ้นอยู่กับการออกแบบของบริษัทผู้ผลิตหม้อไอน้ำ ดังรูปที่ 9

 แสดงการไหลของก๊าซเผาไหม้ตามทางไฟ

4 หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบยืน
เป็นหม้อไอน้ำแบบท่อไฟชนิดเผาไหม้ภายใน ตอนล่างเป็นห้องเผาไหม้หรือห้องไฟ (Fire Box) ตอนบนเป็นตัวหม้อไอน้ำแนวตั้ง ดังนั้นจึงใช้พื้นที่ติดตั้งน้อยและไม่ต้องก่ออิฐ แต่เนื่องจากไม่สามารถสร้างให้มีพื้นที่ผิวนำความร้อนมากได้ จึงทำได้แต่เฉพาะหม้อไอน้ำขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพต่ำ มี 2 แบบคือ แบบท่อขวางแนวนอน  และแบบท่อไฟหลายท่อ

หม้อไอน้ำแบบท่อไฟแบบยืน (แบบท่อขวางแนวนอน)

บทที่ 2 โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ(Hydro turbine)

น้ำเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นจากธรรมชาติและหมุนเวียนให้ใช้อย่างไม่มีวันหมด น้ำถือเป็นปัจจัย ที่สำคัญต่อการารดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งมนุษย์ใช้ประโยชน์จากน้ำทั้งการบริโภคและอุปโภค นอกจากนี้ยังใช้น้ำเป็นแหล่งพลังงานในการผลิตไฟฟ้าเพื่อทดแทนการใช้เชื้อเพลิงจากซากดึกดำบรรพ์ พลังงานที่ได้จากน้ำเป็นพลังงานสะอาดไม่ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศ จึงทำให้ทั่วโลกมีการส่งเสริมมให้มีการใช้พลังงานน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้า

2.1 วัฏจักรของน้ำ

โลกมีบริเวณที่เป็นมหาสมุทรประกอบอยู่ถึง 3 ใน 4 ส่วน พลังงานจากแสงอาทิตย์เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการหมุนเวียนเป็นวัฏจักรของน้ำขึ้น เมื่อน้ำบนโลกได้รับพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ จะทำให้น้ำบนผิวโลกตามแหล่งต่างๆ ทั้งในห้วย หนอง คลอง บึง ทะเล และมหาสมุทร ระเหยกลายเป็นไอน้ำและลอยขึ้นไปในอากาศ เมื่อไอน้ำลอยสู่เบื้องบนแล้ว จะได้รับความเย็นและกลั่นตัวกลายเป็นละอองน้ำเล็กๆ ลอยจับตัวกันเป็นกลุ่มเมฆ เมื่อจับตัวกันมากขึ้นและกระทบความเย็นจะกลั่นตัวกลายเป็นหยดน้ำตกลงสู่พื้นโลก และจะเกิดกระบวนการเช่นนี้ซ้ำแล้วซ้ำเล่าเป็นวัฏจักรหมุนเวียนต่อเนื่องกันตลอดเวลา เรียกว่า วัฏจักรธรรมชาติของน้ำ ซึ่งทำให้มีน้ำเกิดขึ้นบนผิวโลกอย่างสม่ำเสมอ

ภาพที่แสดงวัฏจักรของน้ำ

น้ำฝนที่ตกลงสู่พื้นโลก บางส่วนอาจตกลงในแหล่งกักเก็บธรรมชาติที่อยู่บนที่สูง หรือตกลงมาในแหล่งกักเก็บที่มนุษย์สร้างขึ้นเช่น ฝาย เขื่อน เป็นต้น แหล่งกักเก็บน้ำเหล่านี้จะเป็นแหล่งสะสมพลังงานของน้ำในรูปของพลังงานศักย์ ซึ่งถ้าเป็นแหล่งกักเก็บที่อยู่บนที่สูงน้ำจะไหลลงสู่พื้นด้านล่างเป็นลักษณะของน้ำตกจะทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปของพลังงานตามธรรมชาติ โดยพลังงานศักย์จะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ ซึ่งมนุษย์สามารถนำเอาพลังงานจลน์ที่เกิดขึ้นนี้ไปหมุนกังหันเป็นพลังงานกลเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้ โดยหลักการนี้มนุษย์จึงได้สร้างแหล่งกักเก็บน้ำดังกล่าวเพื่อใช้พลังงานจากน้ำไปผลิตกระแสไฟฟ้า วัฏจักรของน้ำแสดงในภาพ  

2.2  วัตถุประสงค์ในการสร้างเขื่อนมี2ประเภทใหญ่ๆดังนี้

1  วัตถุประสงค์เฉพาะเพียงอย่างเดียว(Single Purpose)

2  การชลประทาน

3  การอุปโภค บริโภค

4  การผลิตกระแสไฟฟ้า

5  พื่อการอเนกประสงค์(Multipurpose)

6  การชลประทาน(Irrigation)

7  การระบายน้ำ(Drainage)

8  การบรรเทาอุทกภัย(Flood Control)

9  การผลิตกระแสไฟฟ้า(Hydro Power Generation)

10  การคมนาคม(Navigation)

11 การประมง(Fishery)

12 การท่องเที่ยว(Tourism)

13การไล่น้ำเค็ม(Salinity Control)

2.3  การวางแผนสร้างเขื่อน

การวางแผนสร้างเขื่อน จะต้องพยายามใช้ประโยชน์จากบริเวณที่สร้างเขื่อนให้ได้ประโยชน์มากที่สุดโดยศึกษาและสำรวจความสามารถสูงสุดของแหล่งน้ำดังต่อไปนี้

1. ลักษณะภูมิประเทศ(Topography)

2. อุทกวิทยาและอุตุนิยมวิทยา(Hydrology and Meteorology)

3. ธรณีวิทยาและฐานราก(Geology and Meteorology)

4. วัสดุก่อสร้าง(Construction Materials)

5. ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม(Environment Impact)

  

2.4  การแบ่งชนิดของเขื่อน

1. เขื่อนแบ่งตามวัสดุในการก่อสร้าง
1.1 เขื่อนแบบฐานแผ่ (Gravity dam)
มีลักษณะรูปหน้าตัดเป็นสามเหลี่ยมมีความลาดชันด้านหน้าเขื่อน อาศัยน้ำหนักคอนกรีตตัวเขื่อนรองรับแรงดันน้ำ

เขื่อนกิ่วลม จังหวัดลำปาง

1.2 เขื่อนแบบโค้ง (Arch dam)

มีลักษณะเป็นรูปโค้งอาศัยแรงกดของความโคงจากตัวเขื่อนรับแรงแล้วถ่ายแรงไปยังฐานยันเขื่อน

เขื่อนภูมิพล จังหวัดตาก

1.3 เขื่อนแบบกลวงหรือเขื่อนครีบ (Hollow or Buttress)
เป็นคอนกรีตเสริมเหล็ก ด้านหน้าโค้งหรือเรียบก็ได้ ด้านหลังเป็นคอนกรีตค้ำยันจะเป็นตัวรับแรงของน้ำ

2. เขื่อนถม

2.1 เขื่อนดินถมหรือเขื่อนดิน (Earth fill dam)
เป็นเขื่อนที่ใช้ดินถมเป็นส่วนใหญ่(มากกว่า50เปอเซนต์)มีแกนกลางเป็นดินเหนียว
เขื่อนสิริกิติ์ จังหวัดอุตรดิตถ์

2.2 เขื่อนหินถมหรือหินทิ้ง (Rock fill dam)เป็นเขื่อนที่ใช้หินถมเป็นส่วนใหญ่(หินมากกว่า50เปอเซนต์ของวัสดุทั้งหมด

เขื่อนศรีนครินทร์ จ. กาญจนบุรี

แบ่งตามลักษณะการใช้งาน

1. เขื่อนรับน้ำ (Intake Dam)สร้างเพื่อยกระดับน้ำให้สูงเพื่อเข้าสู่โรงไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้าเช่นเขื่อนปากมูล

2. เขื่อนเก็บกักน้ำ (Storage Dam)เก็บกักน้ำไว้ในอ่าง แล้วควบคุมการปล่อยน้ำให้เป็นไปตามที่ต้องการเช่นเขื่อนภูมิพล เขื่อนศรีนคริน เขื่อนอุบลรัตน์

3. เขื่อนบังคับน้ำ (Regulating Dam)เพื่อควบคุมปริมาณน้ำยกระดับเข้าคลองส่งน้ำสำหรับการชลประทาน

4. เขื่อนเก็บกักน้ำเพื่อสูบน้ำกลับ (Pumped Storage Dam )สร้างเพื่อทำอ่างเก็บน้ำเมื่อปล่อยน้ำออกแล้วสูบกลับ หน้าที่สำคัญคือคอยเก็บน้ำไว้เพื่อผลิตไฟฟ้าในช่วงที่มีความต้องการสูง และในช่างที่มีความต้องการต่ำ ก็จะสูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำตอนล่างขึ้นเก็บไว้อ่างตอนบนอย่างเดียว

เขื่อนศรีนครินทร์ จ. กาญจนบุรี

แบ่งตามปริมาณน้ำ

1. แบบไม่มีอ่างเก็บน้ำ (Run of River)เป็นโรงไฟฟ้า ที่สร้างขึ้นเพื่อผลิตไฟฟ้าโดยการบังคับทิศทางการไหลของน้ำ จากแหล่งน้ำเล็กๆ เช่นตามลำห้วย ลำธารหรือฝายต่างๆ ให้มารวมตัวกันและไหลผ่านท่อหรือรางน้ำที่จัดทำไว้ และใช้แรงดันของน้ำซึ่งตกจากตำแหน่งที่สูงมาหมุนกังหันซึ่งต่อกับแกนหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ลักษณะของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบไม่มีอ่างเก็บน้ำ ดังแสดงในภาพ

ภาพแสดงลักษณะโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบไม่มีอ่างเก็บน้ำ

2. แบบมีอ่างเก็บน้ำ(Storage Regulation Development)
เป็นโรงไฟฟ้าที่ทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้า โดยการใช้พลังงานน้ำที่มีอยู่ซึ่งอาจเป็นแหล่งธรรมชาติหรือเกิดจากการสร้างขึ้นมาเองในลักษณะของเขื่อน ดังแสดงในภาพ ซึ่งน้ำที่มีอยู่ในอ่างหรือเขื่อนจะมีปริมาณมากพอที่จะถูกปล่อยออกมาเพื่อผลิตไฟฟ้าได้ตลอดเวลา ในประเทศไทยโรงไฟฟ้าแบบนี้ถูกใช้เป็นหลักในการผลิตกระแสไฟฟ้าเพราะเป็นระบบที่มีความมั่นคงในการผลิตและจ่ายไฟสูง

3. แบบสูบน้ำกลับ(Pumped Storage Plant)
โรงไฟฟ้าแบบนี้ถูกสร้างบนพื้นฐานความคิดในการจัดการกระแสไฟฟ้าส่วนเกิน เพราะโดยปกติการใช้ไฟฟ้าในช่วงกลางคืนที่ค่อนดึกไปแล้วจะมีการใช้ไฟฟ้าลดลงแต่กำลังการผลิตไฟฟ้ายังคงเท่าเดิม ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบน้ำกลับเป็นโรงไฟฟ้าที่มีอ่างเก็บน้ำสองส่วนคือ อ่างเก็บน้ำส่วนบน (upper reservoir) และอ่างเก็บน้ำส่วนล่าง (lower reservoir) น้ำจะถูกปล่อยจากอ่างเก็บน้ำส่วนบนลงมาเพื่อหมุนกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเมื่อต้องการผลิตไฟฟ้า ดังแสดงในภาพและในช่วงที่ความต้องการใช้ไฟฟ้าต่ำหรือน้อยลง จะใช้ไฟฟ้าที่เหลือจ่ายให้กับปั๊มน้ำขนาดใหญ่ที่ติดตั้งอยู่ในอ่างเก็บน้ำส่วนล่าง เพื่อสูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำส่วนล่างนี้กลับขึ้นไปเก็บไว้ที่อ่างเก็บน้ำส่วนบนเพื่อใช้ในการผลิตไฟฟ้าต่อไป

ภาพแสดงลักษณะโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับ

2.5 ส่วนประกอบของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ
โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำมีส่วนประกอบที่ควรรู้จักดังต่อไปนี้

1 อาคารรับน้ำ (power intake) คืออาคารสำหรับรับน้ำที่ไหลจากอ่างลงสู่ท่อที่อยู่ภายในตัวอาคาร เพื่อนำพลังงานน้ำไปหมุนกังหันและหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ภายในตัวอาคารจะมีห้องควบคุมระบบการไหลของน้ำและระบบการผลิตไฟฟ้า อาคารรับน้ำโดยทั่วไปจะถูกสร้างไว้ใกล้ๆ ตัวเขื่อน

2 ตะแกรง (screen) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ป้องกันเศษไม้ หรือวัตถุใดๆ ที่จะผ่านเข้าไปทำให้เกิดการอุดตันของท่อส่งน้ำ หรือสร้างความเสียหายให้กับกังหัน

3 อุโมงค์เหนือน้ำ (headrace) เป็นช่องสำหรับให้น้ำไหลเข้ามายังท่อส่งน้ำอยู่ภายในตัวเขื่อน อุโมงค์นี้จะอยู่ในตัวอาคารรับน้ำมีพื้นที่หน้าตัดเป็นรูปเกือกม้าหรือวงกลม ทำด้วยคอนกรีตเสริมเหล็ก

4 ท่อส่งน้ำ (penstock) เป็นท่อสำหรับรับน้ำจากเหนือเขื่อนและส่งต่อไปยังอาคารรับน้ำ เพื่อหมุนกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

5 อาคารลดแรงดันน้ำ (surge tank) เป็นอาคารที่สร้างขึ้นเพื่อควบคุมแรงดันของน้ำที่จะอัดใส่ภายในท่อส่งน้ำ ซึ่งอาจทำให้ท่อหรือหัวฉีดน้ำเสียหายได้ โดยทั่วไปจะสร้างอยู่ระหว่างตัวเขื่อนกับอาคารรับน้ำแต่โรงไฟฟ้าที่อยู่ใกล้กับตัวเขื่อนอยู่แล้ว ก็ไม่จำเป็นต้องมีอาคารลดแรงดันน้ำนี้

6 ประตูน้ำ (wicket gate or guide vane) เป็นบานประตูที่ควบคุมการไหลของน้ำที่จะไหลเข้าไปหมุนใบพัดของกังหัน ควบคุมโดยการปิดหรือเปิดประตูน้ำนี้ให้น้ำไหลผ่านเข้าไปยังท่อส่งน้ำในอัตราที่เหมาะสม

7 กังหันน้ำ (water turbine) เป็นตัวรับแรงดันของน้ำที่ไหลมาจากท่อส่งน้ำ โดยแรงดันนี้จะทำหน้าที่ฉีดหรือผลักดันให้กังหันหมุน ทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถผลิตไฟฟ้าออกมาได้ กังหันเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ซึ่งจะได้กล่าวถึงรายละเอียดในหัวข้อต่อไป

8 ท่อรับน้ำ (draft tube) เป็นท่อรับน้ำหลังจากที่น้ำผ่านออกมาจากกังหัน เพื่อนำน้ำออกไปยังท้ายน้ำ ท่อรับน้ำนี้จะอยู่บริเวณส่วนหลังของกังหัน

9 ทางน้ำล้น (spill way) คือทางระบายน้ำออกจากอ่างเก็บน้ำ ในกรณีที่น้ำในอ่างมีระดับสูงเกินไป ทางน้ำล้นจะต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะให้ปริมาณน้ำสูงสุดที่ระบายออก สามารถระบายออกได้ทันเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายแก่เขื่อน

10 เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (generator) เป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานกลจากการหมุนของกังหันมาเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยใช้หลักการ

ของขดลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็ก

11 หม้อแปลง (transformer) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้สำหรับแปลงแรงดัน ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ให้เป็นไฟฟ้าที่มีแรงดั

สูงเพื่อส่งเข้าสู่ระบบสายส่งต่อไป

กังหันน้ำ (Water Turbine)

กังหันเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของโรงไฟฟ้า เพราะกังหันจะเป็นตัวรับการกระทำจากต้นกำลังมาเป็นพลังงานกลเพื่อหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตไฟฟ้าออกมา
กังหันน้ำแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิดคือ

2.6  ชนิดของกังหันน้ำ

1. กังหันแบบแรงกระแทก (Impulse Turbine)
กังหันแบบแรงกระแทกเป็นกังหันที่หมุนโดยอาศัยแรงฉีดของน้ำจากท่อส่งน้ำที่รับน้ำจากที่สูง หรือหัวน้ำสูง ไหลลงมาตามท่อที่ลดขนาดลงมายังหัวฉีดกระแทกถังหันไม่หมุน และต่อแกนกับเครื่องกำเนิดผลิตไฟฟ้าออกไป กังหันแบบแรงกระแทกแบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ

1.1 แบบใช้กับหัวน้ำต่ำกำลังผลิตน้อยใช้แบบแบงกี (Banki Type)

แบบใช้กับหัวน้ำต่ำกำลังผลิตน้อยใช้แบบแบงกี (Banki Type)

    1.2 แบบใช้กับหัวน้ำปานกลาง ใช้แบบเทอร์โก (Turgo Type)

     1.3 แบบใช้กับหัวน้ำสูงกำลังผลิตมาก ใช้แบบเพลตัน (Pelton Type)

2 กังหันแบบแรงสะท้อน (Reaction Turbine)
    กังหันแบบแรงสะท้อนเป็นกังหันที่หมุนโดยใช้แรงดันของน้ำที่เกิดจากความต่างระดับของน้ำด้านหน้าและด้านท้ายของกังหันกระทำต่อใบพัด ระดับด้านท้ายน้ำจะอยู่สูงกว่าระดับบนของปลายท่อปล่อยน้ำออกเสมอ กังหันชนิดนี้เหมาะกับอ่างเก็บน้ำที่มีความสูงปานกลางและต่ำ กังหันแรงสะท้อน

แบ่งได้เป็น 3 แบบคือ

  

2.1 กังหันฟรานซิส (Francis Turbine)
เป็นกังหันแบบที่ใช้การไหลช้าของปริมาณน้ำในใบพัดเป็นแบบแฉกและไหลออกขนานกับแกน ซึ่งแสดงว่ามีการเปลี่ยนทิศทางการไหลในขณะผ่านใบพัด กังหันฟรานซิสมีทั้งแบบแกนนอนและแกนตั้ง

กังหันฟรานซิส

2.2 กังหันเดเรียซ (Deriaz Turbine)
หรือกังหันแบบที่มีการไหลของน้ำในทิศทางทแยงมุมกับแกน กังหันแบบนี้ใช้กับกรณีที่มีหัวน้ำสูง ส่วนของใบพัดจะเคลื่อนที่ได้เมื่อมีน้ำไหลผ่าน และมีลักษณะคล้าย ๆ กับกังหันฟรานซิส

กังหันเดเรียซ 

2.3 กังหันคาปลาน (Kaplan Turbine)
หรือกังหันแบบใบพัด น้ำจะไหลผ่านใบพัดในทิศทางขนานกับแกนของกังหัน ใช้กับงานที่มีหัวน้ำต่ำ ใบพัดของกังหันคาปลานเป็นใบพัดที่สามารถปรับได้ตามมุมของซี่ใบพัดโดยอัตโนมัติตามแรงอัดหรือแรงฉีดแรงน้ำ โดยจะสัมพันธ์กับความแรงที่หัวฉีดน้ำ

กังหันเดเรียซ และกังหันน้ำกระเปาะ ( Bulb)

2.7  ข้อดีของการใช้พลังงานน้ำ

1 เนื่องจากน้ำมีวัฏจักรเป็นธรรมชาติ ดังนั้นเมื่อเราใช้พลังงานจากน้ำแล้ว น้ำที่ถูกใช้แล้วจะถูกปล่อยกลับไปสู่แหล่งธรรมชาติ จะมีการระเหยกลายเป็นไอเมื่อได้รับพลังงาน ความร้อนจากดวงอาทิตย์ และเมื่อไอน้ำรวมตัวเป็นเมฆก็จะตกลงมาเป็นน้ำฝนหมุนเวียนกลับมาทำให้เราสามารถใช้พลังงานน้ำได้ตลอดไปไม่สิ้นสุด

2 การใช้พลังงานจากน้ำเป็นการใช้เฉพาะส่วนที่อยู่ในรูปพลังงาน ซึ่งไม่ใช่เป็นเนื้อมวลสาร ดังนั้นเมื่อใช้พลังงานไปแล้วเนื้อมวลสารของน้ำก็ยังคงเหลืออยู่ น้ำที่ถูกปล่อยออกมายังมีปริมาณและคุณภาพเหมือนเดิม สามารถนำไปใช้ประโยชน์อย่างอื่นได้อีกมากมาย เช่น เพื่อการชลประทาน การเกษตร การอุปโภคบริโภค หรือรักษาระดับน้ำในแม่น้ำให้มีความลึกพอต่อการเดินเรือ เป็นต้น

3 การสร้างเขื่อนเป็นการเก็บกักน้ำเอาไว้ใช้ในช่วงที่ไม่มีฝนตก ทำให้ได้แหล่งน้ำขนาดใหญ่ซึ่งสามารถประกอบอาชีพด้านประมง หรือใช้เป็นสถานที่ท่องเที่ยวพักผ่อนหย่อนใจได้ และในบางโอกาสก็ยังสามารถใช้ไล่น้ำเสียในแม่น้ำที่เกิดจากการปล่อยของโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ หรือช่วยไล่น้ำทะเลในเวลาที่น้ำทะเลหนุนสูงขึ้นมา

4 ระบบของพลังงานน้ำเป็นระบบที่มีประสิทธิภาพสูง สามารถดำเนินการผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ในเวลาอันรวดเร็ว และสามารถควบคุมให้ผลิตพลังงานออกมาได้ใกล้เคียง กับความต้องการ ทำให้การผลิตและการใช้พลังงานเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ

5 อุปกรณ์ต่างๆ ของระบบพลังงานน้ำส่วนใหญ่จะมีความทนทานสูง มีอายุการใช้งานนาน
ข้อเสียของการใช้พลังงานน้ำ

บทที่ 5 โรงงานไฟฟ้าพลังงานดีเซล(Diesels Power Plant)

5.1  ความหมายของพลังงานดีเซล

      โรงงานไฟฟ้าพลังงานดีเซล เป็นโรงไฟฟ้าที่ได้รับพลังงานจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงของเหลว คือ น้ำมันดีเซลโดยการเปลี่ยนพลังงานความร้อนให้เป็นพลังงานกล นำไปขับหรือหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกทีหนึ่ง เครื่องยนต์ส่วนมากมักจะใช้กับเครื่องกำเนิดขนาดเล็ก เหมาะสำหรับผู้ใช้ไฟที่ต้องการแหล่งกำเนิดไฟฟ้า สำหรับกรณีฉุกเฉิน หรือ ใช้ช่วยจ่าโหลดในช่วงระเวลาอันสั้นๆ ขนาดของเครื่องยนต์มีตั้งแต่แรงม้าน้อยๆ จนถึงมากกว่าหนึ่งหมื่นแรงม้า

5.2  ส่วนประกอบที่สำคัญคือ

         เครื่องยนต์ดีเซล เป็นเครื่องยนต์ชนิดที่มีการเผาไหม้ภายใน คือ มีพลังงานความร้อนเกิดขึ้นภายในกระบอกสูบโดยตรง แรงดันจากการระเบิด จะกระทำบนลูกสูบ ส่งกำลังผ่านก้านสูบไปหมุดเพลาข้อเหวี่ยงเพื่อทำงานต่อไป ส่วนเครื่องยนต์ที่มีชนิดการเผาไหม้ภายนอก เช่น เครื่องจักรไอน้ำ หรือเครื่องกังหันไอน้ำ พลังงานความร้อนจะเกิดขึ้น ภายนอกกระบอกสูบ โดยการเผาน้ำในหม้อน้ำให้เดือดกลายเป็นไอน้ำ แล้วจึงนำไอน้ำ ไปดันลูกสูบ หรือปีกังหัน ซึ่งอยู่อีกที่หนึ่งให้ทำงาน
 5.3  ส่วนประกอบของเครื่องยนต์ดีเซล
        1. โครงเครื่อง (Frame) คือ ชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ทั้งหมดที่ยึดเครื่องยนต์ไว้ให้เป็น รูปร่าง รวมทั้งเป็นที่ติดตั้งชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ ขณะเดียวกันก็ต้านแรงที่เกิดขึ้นจากการทำงานของเครื่องยนต์ ซึ่งได้แก่ กำลังที่ดันที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ที่พยายามจะดันฝาสูบ และแบริ่งของเพลาข้อเหวี่ยงให้แยกจากกัน และยังทำให้เครื่องยนต์เคลื่อนที่ไปบนแท่นที่รองรับอีกด้วย โครงเรื่องจึงต้องสร้างให้มีความแข็งแรงและมั่นคงเพื่อ ต้านทานแรงเหล่านั้น โครงเครื่องที่ติดตั้งใช้งานอยู่กับที่ โดยทั่วไปจะทำเป็นสองส่วนโดยตอนล่างจะทำหน้าที่เป็นฐานเครื่อง ใช้เป็นที่ติดตั้งแบริ่งเพลาข้อเหวี่ยง (Malingering) และปิดห้องเพลาข้อเหวี่ยงด้ายล่าง ซึ่งเป็นที่รองรับน้ำมันหล่อลื่นด้วย ส่วนตอนบนเป็นห้องเพลาข้อเหวี่ยงและเสื้อสูบ ทั้งสองส่วนจะหล่อเป็นรูปคล้ายกล่อง มีสันหรือคานขวาง และครีบเพื่อให้เกิดความมั่นคง แข็งแรง วัสดุที่ใช้มักเป็นเหล็กหล่อ
       2. กระบอกสูบ (Cylinder) ทำจากเหล็กหล่อหรืออะลูมิเนียมผสม (Cast Aluminum Alloy) จะต้องมีความต้านทานต่อการศึกหล่อ และมีการระบายความร้อนอย่างดี เนื่องจากผิวโลหะด้านในของกระบอกสูบได้รับการเสียดสีจากแหวนลุกสูบ และเกิดความร้อนสูงจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งตอนบนของกระบอกสูบ และยังได้รับแรงเบียดทางข้างของลูกสูบด้วย

       3. ปลอกสูบ (Liner) ในเครื่องยนต์ขนาดเล็ก กระบอกสูบ และปลอกสูบจะเป็น ชิ้นเดียวกัน แต่เครื่องขนาดกลางและขนาดใหญ่ จะสร้างแยกจากกัน แล้วจึงนำมาสวมเข้าด้วยกันภายหลัง ปลอกสูบมีสองแบบคือ แบบเปียกและแบบแห้ง โดยแบบเปียกนั้นผิวนอกของปลอกสูบจะสัมผัสกับน้ำระบายความร้อนโดยตรง ทำให้ต้องอุปกรณ์กันน้ำรั่วซึมลงไปยังอ่างน้ำมันหล่อลื่น ส่วนแบบแห้งผิวนอกของปลอกสูบไม่สัมผัสกับน้ำระบายความร้อน แต่สัมผัสกับเนื้อโลหะของกระบอกสูบ บางครั้งอาจเคลือบผิวภายนอกของปลอกสูบด้วยทองแดง เพื่อให้แนบสนิทกับกระบอกสูบทำให้การถ่ายเทความร้อนได้ดีและง่ายต่อการถอดและใส่ วัสดุที่ใช้ทำปลอกสูบ ส่วนมากทำด้วยเหล็กหล่อผสมนิกเกิลและแมงกานีส ผิวด้านในปลอกสูบจะมีการกลึง เจียระไน และขัดอย่างดี และนำไปชุบผิวให้แข็ง โดยทำให้ผิวมีรูพรุนเล็กๆ ทั่วไป (มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น) เพื่อเป็นที่เก็บน้ำมันหล่อลื่นผนังปลอกสูบ
        4. ฝาสูบ (Cylinder Head) ทำหน้าที่ปิดกระบอกสูบและกดปลอกสูบไว้ให้ แน่นเพื่อป้องกันมิให้แก๊สที่เกิดจากเผาไหม้รั่วออกมาได้โดยจะมีปะเก็นกั้นระหว่างฝาสูบกับกระบอกไว้ ฝาสูบมักทำด้วยอะลูมิเนียมผสม หรือเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (Low Cast Steel) ซึ่งจะต้องมีความคงทนต่อความดันและความรอนที่เกิดจากการเผาไหม้ในกระบอกสูบ และจะต้องมีการระบายความร้อนอย่างดี เพื่อป้องกันมิให้ฝาสูบร้าว

         5. ลูกสูบ (Piston) ทำหน้าที่รับแรงดันแก๊สที่เกิดจากการลุกไหม้ส่งไปยังก้าน สูบ และถ่ายเทความร้อนของแก๊สไปยังระบบระบายความร้อน เพื่อให้อุณหภูมิของโลหะลดต่ำลงอยู่ในเกณฑ์ปลอดภัย วัสดุที่ใช้ทำลูกสูบ จะต้องเบา แข็งแรง นำความร้อนได้ดี ขยายตัวน้อยเมื่อได้รับความร้อนและทนต่อการสึกหรอ ที่นิยมใช้มากที่สุด คือ ทำจากอะลูมิเนียมผสม หรืออะลูมิเนียมเผาอัดขึ้นรูป (Drop Forged) นอกจากนี้ยังทำจากเหล็กหล่อ (Cast Iron) และเหล็กเหนียวผสม (Cast Iron Alloy) ด้วย
        6. แหวนลูกสูบ (Piston Ring) ทำหน้าที่ดังต่อไปนี้
- ส่งถ่ายความร้อนจากลูกสูบ ไปยังน้ำระบายความร้อนโดยผ่านผนังกระบอกสูบ
- กวาดน้ำมันที่เคลือบผิวกระบอกสูบ ให้ลงไปยังอ่างน้ำมันหล่อลื่น
- ป้องไม่ให้อากาศที่ถูกอัดตัว และความดันของแก๊สที่เกิดจากการเผาไหม้ รั่วลงสู่เพลาข้อเหวี่ยง
แหวนลูกสูบแบ่งออกเป็นแหวนอัด (Compression Ring) และแหวนกวาด น้ำมัน (Oil Control Ring) แหวนอัดโดยทั่วไปจะเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ผิวหน้าเรียบเป็นมัน เพื่อให้ สัมผัสกับกระบอกสูบได้ดี ทำด้วยเหล็กหล่อผสมสีเทา บางชนิดอาจเคลือบผิวหน้าด้วยโลหะ ที่มีความฝืดน้อย หรือใช้ทางเคมี เพื่อเป็นการช่วยให้แหวนใหม่ปรับตัวเข้ากับกระบอกสูบที่มีรอยหยาบเล็ก ๆ เป็นแห่ง ๆ อยู่ทั่วไปนั้น สึกออกไปอย่างสม่ำเสมอ ทำให้แหวนและผนังกระบอกสูบ แนบสนิททั่วกัน ไม่มีความฝืดเกิดขึ้นมากที่จุดใดจุดหนึ่ง แหวนกวาดน้ำมันทำด้วยเหล็กหล่อ มีผิวหนังแคบ เพื่อให้ได้แรงกดที่กระทำต่อผนังกระบอกสูบมาก ขอบล่างเว้าเข้าเพื่อให้ขอบกวาดน้ำมันลงข้างล่างตรงกลางหน้าแหวนจะถูกเซาะเป็นร่องโดยรอบ ภายในร่องถูกเจาะทะลุเป็นช่วงยาวเป็นตอน ๆ ส่วนในร่องแหวนกวาดน้ำมันที่ถูกลูกสูบจะเจาะรูระบายน้ำมันตลอดแนว โดนเจาะทะลุเข้าไปด้านในของลูกสูบ น้ำมันที่กวาดลงมาก็จะไหลลงทางรูที่เจาะไว้อย่างรวดเร็ว ถ้าหากไม่มีรูน้ำมันไหลลง น้ำมันส่วนนี้จะทำให้เกิดแรงดันต้านแรงดันแหวน ให้ถอยกลับไปอยู่ในร่องแหวนด้านใน ซึ่งทำให้การกวาดน้ำมันไม่เป็นผล ทำให้สิ้นเปลืองน้ำมันหล่อลื่น เพราะน้ำมันหล่อลื่นจะถูกเผาไปกับน้ำมันเชื้อเพลิง
        7. ก้านสูบ (Connecting Rod) ทำหน้าที่รับแรงจากลูกสูบ แล้วส่งให้กับเพลา ข้อเหวี่ยง ก้านสูบทำจาเหล็กกล้าผสมชนิดทนแรงได้สูงมีพื้นที่หน้าตัดรูปตัวไอ (I) เพื่อให้มีความแข็งแรง น้ำหนักเบาจากปลายล่างถึงปลายบนเจาะรูไว้เพื่อให้น้ำมันหล่อลื่นซึมไปยังสลักลูกสูบ ก้านสูบเครื่องดีเซลขนาดใหญ่จะสร้างเป็นแบบปรับความโตของแบริ่งได้ชุดแบริ่งจะยึดติดกับบปลายก้านสูบด้วยสลักเกลียว ระหว่างชุดแบริ่งกับก้านสูบจะมีแผ่นรองคั่นอยู่เพื่อใช้ปรับกำลังอัดในกระบอกสูบคือ ถ้าแผ่นรองหนากำลังจะสูงขึ้นเพราะหัวลูกสูบอยู่ใกล้ฝาสูบมาก แต่ถ้าใส่แผ่นรองบบาง กำลังอัดจะลดลง เพราะหัวลูกสูบอยู่ห่างจากฝาสูบออกมา
         8. สลักลูกสูบ (Wristpin) ทำหน้าที่ต่อลูกสูบกับก้านสูบให้ติดกัน โดยปกติรู สลักที่ลูกสูบจะมีบู๊ชทำหน้าที่เป็นแบริ่งของสลักลูกสูบ แต่ถ้าลูกสูบเป็นอะลูมิเนียมผสม จะใช้เนื้อโลหะของลูกสูบเป็นแบริ่งในตัว การยึดสลักลูกสูบจะต้องมีแหวนล็อคที่ปลายทั้งสองข้าง เพื่อป้องกันไม่ให้สลักเลื่อนอกมา บางแบบอาจใช้ฝาปิดรูสลักแทนแหวนล็อคเพราะช่วยป้องกันไม่ให้น้ำมันหล่อลื่นที่สลักลูกสูบไหลออกมาที่ผนังกระบอกสูบด้วย  

        9. เพลาข้อเหวี่ยง (Crankshaft) เป็นส่วนที่สำคัญของเครื่องยนต์ ทำจากเหล็ก กล้าที่มีคาร์บอนสูง หรือเหล็กกล้าผสมนิดเกิล โครเมียม และโมลิบดินั่ม ใช้วิธีเผา ตีขึ้นรูป แล้วใช้เครื่องมือกล กัด กลึง ให้เป็นรูปตามต้องการ ในเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ที่จัดวางสูบเป็นแถวเดียว และมีหลายสูบ เพลาข้อเหวี่ยงอาจทำเป็นสองท่อนมีหน้าแปลนตรองปลายสำหรับยึดให้ติดกัน เพลาข้อเหวี่ยงจะต้องแข็งแรงต้านทานแรงที่จะทำให้เพลาคดหรือโค้งได้ นั่นคือ แรงที่กระทำเป็นเส้นตรงจากลูกสูบผ่านก้านสูบมายังเพลาข้อเหวี่ยงและยังต้องทนต่อแรงบิดที่เกิดจากก้านสูบ ซึ่งพยายามดันให้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนรอบตัวด้วย เพลาข้อเหวี่ยงจะต้องนำมาชุบแข็ง เพื่อลดแรงดันที่เกิดขึ้นในเนื้อโลหะ ซึ่งเกิดจากการตีขึ้นรูป และเป็นการเพิ่มความแข็งแรงให้กับเนื้อโลหะด้วย การชุบแข็งที่ใช้พลังงานไฟฟ้าทำให้เนื้อโลหะด้านนอกร้อนเร็ว นิยมใช้ชุบผิวเพลาข้อเหวี่ยงส่วนที่จะต้องเกิดการเสียดสี ให้มีผิวแข็ง ทนทานต่อการสึกหรอ แต่เนื้อโลหะภายในยังคงเหนียวเหมือนเดิม ผิวของเลาส่วนที่หมุนในแบริ่งจะต้องได้รับการเจียระนัย และขัดเป็นพิเศษเพื่อให้ได้ผิวที่เรียบจริง ๆ
         10. แบริ่ง (bearing) ทำหน้าที่รองรับเพลา และชิ้นส่วนอื่น ๆ ที่เคลื่อนที่ เพื่อลด ความฝืด จากการสัมผัสกันของชิ้นส่วนต่าง ๆ โดยมีเยื่อบาง ๆ ของน้ำมันหล่อลื่นคั่นอยู่ระหว่างกลาง และยังทำหน้าที่ถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นจากการเสียดสีนั้นด้วยแบริ่งที่ใช้กับเพลาข้อเหวี่ยงเป็นแบบเนื้อเรียบ แบ่งเป็นสองส่วนนำมาประกบเข้าด้วยกัน เนื้อแบริ่งเป็นโลหะอ่อน เช่น ดีบุก หรือตะกั่ว หลอมหรือหล่อติดกับฝาแบริ่ง จากนั้นนำไปกลึงให้ได้ขนาดตามที่ต้องการ และเซาะร่องให้น้ำมันเข้าไปหล่อลื่นได้ แบริ่งที่ใช้กับสลักลูกสูบเป็นแบบปลอกทองเหลือง หรือบรอนซ์ โดยการกลึงแล้วเซาะร่องน้ำมันหล่อลื่นไว้ภายใน แบบบอื่นก็มีใช้กันบ้างเช่น แบบลูกปืนกลม (Ball Bearing) และแบบลูกกลิ้ง (Roller Bearing)
         11. ล้อช่วยแรง (Fly Wheel) มีหน้าที่ทำให้เกิดแรงบิดเสมอในการหมุนของ เพลาข้อเหวี่ยง สำหรับเครื่องยนต์รอบบช้าจะมีล้อช่วยแรงขนาดใหญ่กว่าเครื่องยนต์ที่มีความเร็วสูง ล้อช่วยแรงเป็นลูกล้อหรือจานที่มีน้ำหนักมาก ประกอบติดอยู่กับเพลาข้อเหวี่ยง เมื่อเพลาข้อเหวี่ยงหมุน ล้อจะช่วยแรงจะได้รับพลังงานจลน์ และสะสมเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อความเร็วเพิ่มมากขึ้น พลังที่สะสมไว้จะถูกนำออกมาใช้เมื่อเพลาข้อเหวี่ยงหมุนช้าลงพลังงานที่ลูกสูบส่งให้กับเพลาข้อเหวี่ยงนั้นไม่เป็นไปอย่างสม่ำเสมอโดยจะส่งมามากที่สุดเมื่อลูกสูบอยู่ในตำแหน่งเริ่มจังหวะกำลังส่วนในจังหวะอื่นจะไม่มีพลังงานส่งมาเลยจึงเป็นเหตุให้เครื่องยนต์หมุนช้าบ้างเร็วบ้างการใช้ล้อช่วยแรงเป็นการช่วยให้เครื่องยนต์มีความเร็วสม่ำเสมอดีขึ้นเครื่องยนต์ที่มีลูกสูบเดียวจะต้องใช้ล้อช่วยแรงขนาดใหญ่เพราะพลังงานที่เกิดขึ้นในแต่ละจังหวะจะแตกต่างกันมากส่วนเครื่องยนต์ที่มีหลายสูบพลังงานที่เกิดขึ้นจะเป็นไปอย่างต่อเนื่องล้อช่วยแรงจึงมีขนาดเล็กลงได้
         12. ลิ้น (Valve) มีหน้าควบคุมอากาศที่เข้ากระบอกสูบของเครื่องยนต์ 4 จังหวะควบคุมการปล่อยไอเสียออกจากกระบบอกสูบของเครื่องยนต์ทั้ง 4จังหวะและ2 จังหวะบางแบบ นอกจากนี้ก็ยังมีลิ้นปล่อยน้ำมันเชื้อเพลิงเข้า ลิ้นปล่อยอากาศอัดเข้าสตาร์ทสำหรับเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ โดยปกติเครื่องยนต์ 4 จังหวะ จะมีลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียอย่างเท่ากัน แต่ถ้าต้องการให้เครื่องยนต์ที่มีความเร็วรอบสูงขึ้น จะต้องออกแบบลิ้นไอดีให้มีขนาดใหญ่กว่าลิ้นไอเสียประมาณ25-35 เปอร์เซ็นต์ เพื่อให้อากาศไหลเร็ว และสะดวกขึ้น เครื่องยนต์ 4 จังหวะบางแบบจะใช้ลิ้นไอดีและไอเสียอย่างละ 2 ตัว ต่อเนื่องกระบอกสูบ เนื่องจากมีข้อดีคือ
    - ที่ฝาสูบมีเนื้อที่ของลิ้นกว้างขึ้น
    - ลิ้นต้องไม่เปิดมาก เพราะขนาดของลิ้นเล็กลง จึงทำให้ลิ้นปิด-เปิดได้เร็วขึ้น
    - ความร้อนสามารถถ่ายเทไปยังบ่าลิ้นได้เร็วทำให้อุณหภูมิของลิ้นไม่สูงมากนัก
ตัวลิ้นและบ่าจะต้องทนต่อการสึกหรอเป็นอย่างดี โดยเฉพาะลิ้นไอเสีย จะต้องทนต่ออุณหภูมิสูงๆ ได้เพราะจะต้องเปิดให้ก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงไหลผ่านออก ส่วนมากทำด้วยเหล็กกล้าผสมซิลิคอนและโครเมี่ยมหรือเหล็กกล้าผสมนิกเกิลและโครเมี่ยม ส่วนลิ้นไอดีไม่ค่อยมีปัญหามากนัก เพราะถึงแม้ว่าจะได้รับความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงโดยตรง แต่ก็ได้รับการระบายความร้อนจากอากาศที่ไหลผ่านเมื่อลิ้นเปิด โลหะที่ใช้ทำ ได้แก่ เหล็กกล้าผสมคาร์บอน
        13. กลไกยกลิ้น (Valve Gear) มีหน้าที่บังคับการปิด-เปิด ลิ้นไอดีและลิ้นไอเสีย นอกจากนั้นอาจใช้บังคับลิ้นฉีดน้ำมันหรือลิ้นลมสตาร์ทกลไกยกลิ้นของเครื่องยนต์ส่วนมากประกอบด้วย
    -กระเดื่องสำหรับกดลิ้น ขณะทำงานปลายทั้งสองข้างจะกระดกขึ้น-ลง โดยมีเพลากระเดื่องเป็นจุดหมุน ปลายกระเดื่องข้างหนึ่งรับกำลังงานจากก้านส่งลิ้น อีกข้างหนึ่งทำหน้าที่บังคับลิ้น โดยแตะที่ปลายก้านลิ้น
    -สปริงลิ้น ทำหน้าที่บังคับลิ้นให้ปิด โดยสปริงลิ้นจะต้องมีแรงมากพอที่จะเอาชนะแรงเฉื่อยของกลไกยกลิ้น ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนไหวที่อย่างรวดเร็ว แรงสปริงลิ้นเข้าที่แล้วสปิงลิ้นจะต้องอยู่ในสภาพที่ถูกบีบหรือกดตลอดเวลา
   -ก้านส่งลิ้น จำทำด้านล่างของก้านเป็นแบบหัวบานเรียบๆ เป็นรูปดอกเห็ดวางอยู่บนลูกเบี้ยว ปลายด้านบนจะรับกับปลายกระเดื่องกดลิ้น มักทำข้างในกลวงเพื่อลดน้ำหนักแต่ต้องมีความแข็งแรงพอที่จะใช้งานได่ดี
   -เพลาลูกเบี้ยว ทำหน้าที่บังคับลิ้นไอดีและลิ้นไอเสีย ทำงานสัมพันธ์กับเพลาข้อเหวี่ยง โดยจะมีเฟื่องปรกอบติดอยู่กับเพลาลูกเบี้ยว ซึ่งจะต้องสร้างอย่างประณีต มีความคงทนต่อการสึกหรอ เพื่อให้การส่งแรงขับสม่ำเสมอ และมีเสียงดังไม่มาก ฟันเฟืองที่ใช้จะเป็นแบบฟันเฉียง (Helical Teeth) บางแบบอาจใช้ไฟเบอร์ ทำเฟืองหัวเบี้ยว ทำให้ไม่มีเสียงดัง เมื่อสึกหรอก็เปลี่ยนเฉพาะเฟืองไฟเบอร์เท่านั้น แต่บางแบบก็ใช้โซ่เป็นตัวถ่ายกำลัง ซึ่งจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ปรับโซ่ติดตั้งอยู่ด้วย นอกจากเพลาลูกเบี้ยวใช้สำหรับบังคับลิ้นไอดีและลิ้นไอเสียแล้ว อาจมีลูกเบี้ยวสำหรับหัวฉีด,ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง และลิ้นลมสตาร์ทด้วย เครื่องยนต์บางแบบมีเพลาลูกเบี้ยว 2 เพลา เพลาหนึ่งสำหรับลิ้นไอดีและลิ้นไอเสีย ส่วนอีกเพลาหนึ่งสำหรับปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิงและอุปกรณ์ช่วยอื่น ๆ
     14. หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง (Injector Or Fuel Nozzle) ทำหน้าที่ฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงให้แตกตัวเป็นฝอยละอองเข้าไปในห้องเผาไหม้ ให้ถูกต้องตามจังหวะการทำงานของเครื่องยนต์ ตรงตามเวลาที่เหมาะสม การออกแบบหัวฉีดเป็นงานที่ซับซ้อน และยุ่งยากเพราะจะต้องคำนึงถึงฝาสูบ ห้องเผาไหม้ และตำแหน่งที่ติดตั้งหัวฉีด ซึ่งมีผลต่อการหมุนวนของอากาศอัดด้วย การออกแบบเครื่องยนต์และชนิด จะต้องใช้หัวฉีดแบบพิเศษโดยเฉพาะ ปัจจุบันจึงมีหัวฉีดแตกต่างกันหลายแบบ และคุณสมบัติในการฉีดกระจายเชื้อเพลิงแตกต่างกันด้วย หัวฉีดแบ่งออกเป็นแบบใหญ่ๆ ได้ 2 ชนิด คือ
- หัวฉีดแบบเปิด (Open Type) แบบนี้ไม่มีลิ้นปิดกั้นการไหลของน้ำมันเชื้อเพลิงจากหัวฉีด การจ่ายเชื้อเพลิงทั้งหมดถูกควบคุม โดยปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง แต่จะมีลิ้นกับกลับติดตั้งไว้ เพื่อป้องกันก๊าซไอเสียจากห้องเผาไหม้เข้าไปในหัวฉีด ข้อดีของหัวฉีดแบบนี้ คือ ไม่ทำให้เกิดการอุดตันได้ง่าย เพราะการฉีดเชื้อเพลิงแรงดันสูงจะทำให้หัวฉีดสะอาดอยู่เสมอ ส่วนข้อเสียคือ ฝอยละอองของเชื้อเพลิงไม่ค่อยละเอียด ทำให้มีควันไอเสียมากและน้ำมันเชื้อเพลิงจะเกิดการหยด หรือรั่วออกจากหัวฉีดได้ง่าย จึงไม่ค่อยนิยมใช้กันมากนัก มักใช้กับเครื่องยนต์รุ่นเก่า
- หัวฉีดแบบปิด (Closed Type) แบบนี้จะมีลิ้นหรือเข็มโดยใช้สปริงดันลิ้นไว้ให้ปิด ลิ้นนี้จะอยู่ใกล้กับรูเล็กๆ ที่ปลายหัวฉีด ซึ่งเป็นรูให้น้ำมันเชื้อเพลิง ถูกฉีดออกไปยังห้องเผาไหม้ เมื่อถึงตำแหน่งหรือจังหวะในหารฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง กลไกก็จะยกให้เข็มนมหนู (Needle Valve) พ้นจากบ่า น้ำมันก็จะฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ ข้อดีของเข็มหัวฉีดแบบนี้คือ น้ำมันเชื้อเพลิงจะไม่รั่วออกจากหัวฉีดได้ง่าย ซึ่งอาจเป็นต้นเหตุให้เกิดการชิงจุด (Pre-ignition) ได้ ถ้าน้ำมันเชื้อเพลิงมีหยดตกค้างอยู่ที่ปลายหัวฉีด จะทำให้เกิดเขม่าจับสะสม รวมตัวกันภายหลังการเผาไหม้ และยังทำให้เกิดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงด้วย สำหรับข้อเสียของหัวฉีดแบบนี้คือ อาจดเกิดการอุดตันที่ลิ้นได้ง่ายเพราะมีสิ่งสกปรกปนอยู่ในน้ำมันเชื้อเพลิง แต่สามารถป้องกันได้โดยการกรองน้ำมันเชื้อเพลิงให้สะอาด