유체기기의 손실요인과 대책

에너지관리 공단

에너지 진단실 부장

이 용 신

목 차목 차

2. 유체기기의 종류

3. 기기종류에 따른 손실요인과 대책III

I 1. 유체기기

유체기기

유체기기의 정의유체기기의 정의

각종 액체 또는 공기와 같이 점성과 압축성을 가지는 유체를 작업물질로 취급하여, 유체가 가지고 있는 에너지를 기계적 에너지로 변환하든가 또는 기계적 에너지를 유체의 에너지로 변환하는 기계.

기계적 에너지→유체의 에너지 : 펌프, 송풍기(blower), 압축기(회전차(impeller)의 동력학적 작용)

유체의에너지→기계적 에너지 : 수차(turbine), 또는 풍차(windmill)

유체기기중 펌프, 브로와, 압축기 등은 거의 대부분이 고가의 전기 에

너 지(변환효율이 극히 낮음)를 이용하여 가동됨.

설계, 선정, 적용방법에 따라서 운전효율이 크게 달라져서 전력비용에

큰 차이가 날 수 있음.

유체기기의 종류

유체기기는 취급하는 유체의 종류에 따라서 수력기계, 공기긱계, 및 유압기계로

분류되며, 작용원리에 따라서는 터보기계, 용적식 기계, 특수유체기계 등으로 분

류된다.

수력기계에서는 일반적으로 작동유체를 비압축성 유체로 간주하여 설명할 수

있으며, 압축기와 진공펌프 등은 작동유체를 압축성유체로 취급하지 않으면 설

명할 수 없다.

1. 펌프 및 송풍설비1. 펌프 및 송풍설비

2. 압축 및 냉동설비2. 압축 및 냉동설비

기기종류에 따른 손실요인과 대책

1. 펌프 및 송풍설비

펌프 및 브로와의 동력식

Q : 유량(㎥/min), H : 양정(mmAq), : 펌프의 효율, : 모터의 효율

이 식에서 알 수 있는 바와 같이 펌프의 소비전력은 전동기 입력전력을 말하는

데, 이를 줄이는 데는 펌프효율과 전동기효율을 제고시키는 방법을 검토할 수

있으며, 유량, 양정 등에 따라 변하는 것을 알 수 있음.

ηη ×××

=120,6

pη mη

1) 성능곡선의 해석

펌프 및 휀 등 일반적으로 기계 전반의 성능의 작동상태를 판단할 수 있도록 나타낸 선도를 성능곡

선(performance curve)

펌프의 회전차의 회전수를 일정하게 하고 횡축에유량을 취하고, 종축에양정, 효율, 축동력의 값을 취함.

- 성능선도는 Q-H, Q-L, Q-η곡선으로 표시

-회전수 일정하게 하고, 토출밸브를 조정하여 관로에 저항을 가하여 구함.

- Qo = 0일 때의 양정을 Ho라하고 , 체절양정(shut off head)

- 저항곡선 Ro는 관로를 포함한 설비의 저항, 성능곡선상에는 표시되지 않음.

- 성능곡선상에서 관로저항에 따라 효율, 축동력이 변함.

- 우향하강의 구배가 평탄한 경우 : 유량의 변화에 따른 압력의 변화가 적어 안정적 운

전이 가 능.

-정격점 A에서 관로저항이 증가하면 전력의 소비는 감소하지만 효율이 악화됨을 알 수

있음.

2) 기기효율

◇ 소비전력은 유량과 양정이 일정할 때, 펌프효율과 전동기효율이 높을수록 적다

◇ 유체기기는 사용년수가 많으면, 임펠러의 마모, 기밀유지의 곤란, 스케일부착 등 원인으로 펌

프의 효율이 악화되어 소비전력이 증가함. 이 때에는 새로운 고효율의 펌프로 교체하고 동시에 고

효율 전동기의 채택도 고려

◇ 전동기의 교체는 전동기 자체보다는 교체비용 등이 많아, 펌프 교체시 일괄 교체함이 유리

mopomopo

Pηηηη ×

120,6)(현재

120,6)(

Pηηηη ×

×=교체

100%)(11

11 ×−

mopomp

ηηηηε기대효과

3) 적정유량

3-1 병렬운전에 의한 적정유량 배분

병렬운전은 동일 양정에서 유량이 많거나, 생산량의 증가에 따라 유량의 증가가 필요할

때병렬운전을 하면, 계통의 유량의 변

화가 심하더라도 합성된 성능곡선은평탄하게되어 유량의 변화에 따른 압력의 변화를 적게 할 수 있다.

[그림 ]에서 동일성능(Qo, Ho)의 펌프 4대가 운전되는데 압력이 Hb로 증가되어 유량이 4Qo에서 3Qo로 감소 할 경우에는 펌프

1대를 정지시켜 정격점에서 운전할 수 있다.

[동일펌프 4대 운전을 3대로 줄일 경우]

현재의 교축운전(4대) 점에서의 운전효율을 ηb라 하고,

정격 운전점(3대)을ηo라 하면,

절감 전력량(Pe)은

Pe = P4 - P3

)(120,6

)(4 kW

××=현재

)(120,6

3)(3 kW

η××

=개선

)(120,6

[성능곡선이 다른 펌프를 병렬 운전할 경우 ]

유량배분이 달라짐.

특성이 다른 펌프 A, B가 병렬운전 할 경우에는 운전압력(H1)이 동일하므로 정격양정이 적은 B펌프가유량분담(0.5Qo)이 적고 정격양정이 큰 A펌프가 유

량분담(1.5Qo)이 커짐. 2대의 펌프 모두가 정격운

전점에서 벗어나 운전하게 되므로 효율적인 운전이되지못함.

경우에 따라서는 B펌프의 경우, 체절점 이상인유량이 0인 상태에서 공운전이 되어 전력낭비로이루어짐. 반면 A펌프의 경우, 과부하가 되어 전동기 소손이 됨.

성능이 동일한 A펌프 2대로 개선 시, 전력절감

현재의 소비전력은

개선 시, 소비전력은

단, 현재 소비전력은 측정값으로 할 수도 있음.

)(120,6

1)( kW

oba ηη ×

)(120,6

2)2( kW

aooa η×

3-2 냉각수의 과유량 송수

◇ 산업체에서 사용하고 있는 냉각수는 생산현장의 냉각부하를 고려하여, 공급수량을 결정하게됨.

◇ 냉각 부하에 너무나 큰 여유를 주었거나, 생산설비의 중단 등으로 냉각부하가 크게 줄였는데냉각수량은 설계당시의 값을 그데로 유지하는 경우가 많음.

◇ 이러한 경우에는 생산설비의 냉각수 입․출구의 온도차가 적어져 냉각에 기여하지 못하고 순환만

을 계속하여 많은 량의 전력 낭비를 초래한 경우가 흔하다.

◇ 어느 회사의 경우, 그 온도차가 1.0℃이내가 되어 냉각탑 설계치(보통 5.0℃)보다 현저한 작게되며 이 때에는 이론적으로는 공급수량을 설계치의 10～20%정도로도 충분하며 80～90%는 손실로 이어짐.

이를 개선하기 위해서는,

- 생산설비의 냉각부하를 재계산하고(유량, 온도차 확인),

- 단위 냉각설비 수동밸브의 재조정(입․출구 온도 확인),

- 바이패스량의 유무조사 등을 행하여 불필요한 냉각수량을 최대한 억제하는 것이 좋음.

현장설비의 냉각부하 Qo ㎉/h는

여기서 현장 냉각부하가 적어지면, 온도차 Δt를 일정히 할 경우, 순환량 M는 그 만큼 줄어들고,

관로저항도 감소하므로, 펌프동력도 유량에 비례하여 줄일 수 있슴.

CtMQo ×∆×=

3-3 계통(Sys.)의 냉각부하에 따라 필요 유량이 변할 때

일반적으로 설비 냉각부하는 생산량에 따라, 또는 외기온도에 따라 변함.

이 때, 설비냉각이 온도조절 밸브에 의해서 행해질 경우, 냉각부하가 적어지면 공급측에서

bypass운전을 함.

펌프를 정속운전하고 여분의 유량을bypass시켜 흡입측으로 되돌리고있음.

bypass유량만큼 전력손실은 피할 수 없슴.

[개선방법 1] : 펌프를 정속운전하고 bypass밸브를 닫아 bypass유량을 없앰.

펌프가 정격점 A에서 운전하다가 계통유량이 줄면, 운전점은 A1점으로 이동하고 이에따라 소비전력도 감소.

그러나 이점은 최고 효율점에서 상당히 벗어나 저 효율운전이 불가피 함.

[개선방법2] : 일정압력을 유지할 수 있도록 펌프의 회전수를 제어.

이 경우 [그림 ]에서와 같이 운전점이 A에서 B

으로 변하여 필요한 유량만 공급하게되므로,

면적(Qb-Qa-A-B)만큼 전력절감이 가능해지나,

최고효율점이 달라지므로 절감량은 이론적으로계산한 값보다는 적어진다.

이 때의 소비전력 절감량은,)(

120,6120,6kW

aae ηη ×

식에서 앞 항 대신 전력 측정값을 사용할 수 있으며, Qb는 유량계 측정,

ηb는 성능 곡선에서 상사법칙에 따른 효율을 유추할 수 있슴.

3-4 보일러 급기 브로와에서의 뎀퍼손실 저감

일반적으로 급기의 량은 연료에 비례하여 뎀퍼의개도를 자동제어하므로 여기서의 뎀퍼손실은 불가피하게 발생되고 있는 실정임.

보일러 브로와 계통의 관로손실은 고정손실이 거의 없는 저항곡선이며, 대부분이 열교환기, 집진설비 등의 유량의 제곱에 비례함.

이러한 경우는 [그림]에서와 같이 보일러 100%부하에서는 Ao점에서 운전하다가, 보일러 부하가 감소하면 급기량이 적어지므로 운전점은 B로 이동하게되어, 뎀퍼 교축손실이 선 BC처럼 크게 됨.

이러한 뎀퍼손실을 감소하기 위해서는 급기자동제어시, 뎀퍼의 개도를 100% 열고, 급기브로와의 회전수를 제어하는 방법(인버터, 유체컾플링 등)를 채택할 수 있슴.

실제 절감 전력은, )(120,6120,6

kWHQHQ

bce ηη ×

실제 절감 전력은,

여기서 , 이며,

)(120,6120,6

kWHQHQ

bce ηη ×

NQQ ×=

)%100(120,6

부하o

oo PHQ

bc PHQ

×η120,6

여기서 는 인버터 효율임. iη

3-4 피 냉각물에 정 유량 공급의 경우

산업체에서 브로와를 이용하여 제품을 냉각할 경우, 냉각부하가 일정할 때(즉 제품생산량 일정),

계절에 따른 외기온도에 관계없이 정속운전을 할 경우에는, 외기온도가 저온일 경우, 과 냉각이 됨.

또 동일한 계절이라도 제품의 량이 시간적으로 변할 경우, 정속운전은 전력 관리상 적절치 않다.

◇ 제품의 온도에 따른 브로와의 회전수제어

★ 계절적 외기온도의 변화를 유량변화로 흡수하면 회전수 제어가 가능.

제품의 냉각열을 Q ㎉/h로 일정하다면,

CtVQ ×∆×= 여기서 V는 시간당 공기공급량, Δt는 외기와 제품의 온도차이며 C

는 공기의 비열임.

이 식에서 Q, C가 일정하면 공기량 V는 외기와 제품의 온도차 Δt에반비례함을 알 수 있다. 즉 하절기에는 Δt가적어지므로 공기량이 최대가 되며, 동절기에는 Δt가 커지므로 풍량이 적어도 됨을 알 수 있다.

출구제품의 온도나, 출구공기의 온도를 감지하여 브로와의 회전수를 제어 할 수 있을 것이다.

이때의 전력절감량 계산은,

여름철의 경우 냉각풍량, 온도차를 각각 Vo, Δto하고, 겨울철의 그 값을 각각 Vw, Δtw라 하면,

(겨울철 풍량이 적어질 경우)ntt ow ×∆=∆

wwoo VCtVCtQ ××∆=××∆=nCt

×∆×∆

nVV ow

1×= 휀 성능치는 유량은 회전수에 비례하고, 소비전력은 회전수의 3승에

비례하는 특성을 갖는다.

−×=i

PPη11

여기서 Pe는 절감전력, ηi는 인버터 효율, Po는

여름철소비전력임.

★ 피 냉각물의 보유열량 변화를 유량변화로 흡수

피 냉각제품이 시간적으로 변할 경우, 아래식에서 동일한 계절에 Δt값이 일정하면 공급풍량 V는

Q에 따라 변한다. 이 때에는 제품의 량에 따라 풍량이 변하므로 이 조건만 다를 뿐 앞의 경우와 동

일하다.

CtVQ ×∆×=

3-5 집진설비에서의 유량제어

집진설비는 산업체에서 흔히 접할 수 있는 설비로서, 작업현장 또는 분진설비의 분진을 포집하기 위한 환경설비.

집진설비는 분진의 종류, 그 형상 등에 따라 여러가지 종류가 있으나, 여기서는 Bag filter

를 장착한 집진설비의 전력절감 방법에 대해서 설명하기로 함.

성능곡선에서와 같이 운전초기에는 Bag

filter의 저항이 낮아 정속운전으로 인하여 과부하운전을 할 경우가 많다.(물론 과부하로 인한 전동기 소손을 방지하기 위하여 뎀퍼교축운전도 실시함)

사용시간이 경과함에 따라 운전점은 C-m-A

방향으로 변하며, 연중 평균 운전점은 m으로생각됨. 집진기의 필요유량을 확보하기 위해서는 A점에서 정격운전이 가능하도록 해야함.

회전수 제어의 경우에는, 성능곡선이 Q-Ho,

Q-Hm, Q-Hb로 변하여 운전점은 B-M-A상에서 움직인다. 연 평균 운전점은 M이 된다.

이를 개선하기 위하여,

필요유량을 확보하기 위하여, Bag filter 출구에 유량센서를 부착하여 정유량 회전수제어를 실시함.

기대효과 계산

Hm의 결정 : Ha - 0.5×(Ha-Hb)

Qc의 결정 : Hm일 때의 유량(성능곡선)

ηc : Q-Ho에서 Hm일 때의 효율

Qa의 결정 : 정격유량를 적용

ηb : 성능곡선의 상사법칙에 따라 Q-Hm에서 유추할 수 있음.

)(120,6120,6

kWHQHQ

mce ηη ×

3-6 폐수장의 Aeration Air의 유량제어

▪일반적으로 산업체에서는 공정에서 발생하고 있는 산업폐수를 처리하기 위한 설비를 갖추고 있음.

▪처리폐수의 COD, BOD등의 값을 규정치 이하로 유지하기 위하여, 폐수중에 산소를 공급하기 위 하여 공기를 다량 유입시킬 필요가 있다. 이를 위한 설비가 Aeration blower임.

▪ Blower의 적정 유량은, 산기관의 종류에 따라 산소 용존률에 따라 달라지며, 폐수온도나 대기의 온도, 대기압에 따른헨리의 법칙에 따라 큰 영향을 받음.

▪그런데 폐수의 량이 시간적으로 변하고, 폐수의 온도, 대기의 압력 온도조건이 계절에 따라 변하므로 주입 공기량에따른 용존산소률도 시간적으로 변함.

▪즉 이러한 경우에는 DO(용존산소)센서를 설치하여, 이에 따라 브로와를 ON-OFF시키거나 회전수제어를 실시할 수있을 것임.

이 때의 전력절감은,

폐수장의 높이에 해당하는 고정양정이 크게 존재(배관손실은 거의 무시가능)하므로 전력소비는 거의 용존산소률(공기유량)에 의해서 결정됨.

DODOPP

−×= 현재의 용존산소를 DOo, 제어 설정치를

DOs라 함.

소 용량의 브로와일 경우는 ON-OFF제어로도 충분한 효과를 낼 수 있으나, 전력차단기 등의 아크발생에 의한 보수비 등을 고려하면 회전수 제어가 좋을 것으로 판단됨.

요즘은 진동과 소음이 많고 효율이 나빠 보수비 및 운전비가 증가하므로 현재 널리 사용되고 있는 Rootsblower를소음 및 진동이 거의 없고, 효율이 좋은 Turb-blower로 교체되고 있는 실정.

4) 적정 양정

4-1 직렬운전에 의한 적정압력의 배분

★ 특성이 동일한 펌프의 직렬운전

펌프의 직렬운전은 배관이 길 경우, 배관손실을 보상하기 위하여 부스팅용 펌프를채용하거나, 배관로에 추가적인 설비로 인한 압력손실을 보상하기 위해 시행된다.

또 다단 펌프의 경우는 동일한 펌프를 다수 직렬로 배열한 경우라고 할 수 있다.

직렬운전시에는 동일유량을 유지한체로 압력만을 보상해야 하므로 각 펌프에서의 동일한 압력배분을 위해서도펌프의 특성은 동일해야 한다.

Ⅰ를 펌프 단독일 때의 특성곡선, Ⅱ는 Ⅰ의 특성곡선을직렬로 할 경우의 합성 특성곡선임.

[그림 ]에서 계통의 저항곡선 R이 A점에서 운전할 경우각 펌프에 걸린 압력은 H1으로 동일함

★ 특성이 상이한 펌프의 직렬운전

[그림 ]과 같이 특성Ⅲ은, 펌프1, 2의 합성이며,

각 펌프에 걸리는 압력이 특성Ⅰ인 경우는 로 극

히 작고, 특성Ⅱ인 경우는 아주 커져서, 각 펌프

의 효율이 극히 악화될 경우도 있다는 것을 알 수

있다. 이 때에는 특성이 동일한 펌프로의 교체를

고려해 볼 수 있음.

4-2 Boosting 설비의 이용

유체기기 등에서 이용설비가 멀어 관로손실이 크거나, 어느 특정한 설비가 높은 위치에 존재 할경우.

★ 특정한 설비가 소량의 유량을 필요로 한체, 높은 위치에 있을 경우

현재의 계통

Booster펌프 설치시동일유량 Qo+Qc, 양정을 Ho인 것으로 교체하고, 이를보충할 부스터 펌프 P/Pb를 신설함.

[그림 ]에서는 송수펌프가 고양정 Hc를 기준으로선정되어 펌프동력은,

η××+

=120,6

( ) ( )pb

oco HHQHQQP

ηη ×−×

+××+

=120,6120,6 1

전력절감은 ,

Pe = Po - P1

위의 예에서 ηo, ηp1, ηpb가 정격점으로 거의 동일,

Qc = 0.1×Qo, Hc = 2.0×Ho라 하면,

HQHQQP

ηη ××

=××+

=120,6

0.21.0)(현재

ooo HQHQHQQPPP

ηηη ××

1.0)/(1 부스팅

절감율은 (2.2 – 1.2) / 2.2 = 0.45

4-3 계통저항이 거의 고정 양정으로 구성된 경우

보일러의 급수펌프, 화학플랜트에서의 압력용기에의 제품 유입펌프, 폐수장 공기주입용 브로와 양정을 너무 크게 선정하거나, 유량을 잘못 선정하면, 운전이 저 효율의 점에서 이루어짐.

이 때에 회전수제어에 의한 유량제어를 실시할경우, 그 효과는 미미한 것으로 판단됨.

압력일정 회전수 제어에 의해 운전점이 C점으로 이동하드래도 교축운전시에 비하여 전력절감은 대략 면적Ho-C-B-H1만큼만 줄어듦. 이는 고정양정 Hb가 관로저항 H1-Hb에 비하여 대단히크기 때문.

4-4 Main 밸브에 의한 교축손실 방지

펌프나 휀에 있어서 가장 일반적인 현상으로, 이를 선정시, 용량에 너무 여유를 주기 때문임.

즉, 계통압력보다 크게 선정하여 실제 운전시에는 메인 밸브를 교축, 정격 압력을 유지, 과부하를 방지함.

★ 현재의 계통압력이 적정할 경우

[그림 ]과 같이 성능곡선상에서 Ao점의 정격점에서 운전하다가 계통압력 Hs를 유지하기 위하여 메인밸브를 100%열면, 밸브의 압력손실 Ho-Hs보다는 적은 B점으로 이동한다.

바로 계통(system)압력으로 이동하지 않는 것은 밸브를 열게되면 유량이 증가하여 메인 밸브를 제외한 관로저항이 증가하기 때문이다. 이 때에는 계통에서 불필요한 유량이 증가하고, 전력이 증가하여 전력 손실로 이어진다.

메인 밸브 후단측의 계통(system) 압력이 적정한 경우

계통압력 = (기기손실분, 관로손실, 위치수두로 구성)

하지만 펌프의 양정이 과대하게 선정되어 메인벨브 교축.

이에 대한 개선방법으로는,

메인밸브의 압력손실이 클때에는 계통압력(Hs)에 맞는 펌프로 교체하거나, 임펠러 외경을 재 가공

또 계절에 따라 계통압력을 설정할 필요가 있을 때에는 메인밸브를 100%열고 계통압력을 감지, 회전수 제어를 시행할 수 있음. 흔히 회전수제어 시스템을 갖추고도 제어소자를 설정하지 못하여 전력절감을 이루지 못한 경우가 흔히 있음.

펌프자체의 운전 효율과 계통효율

계통효율은 계통에서 꼭 필요한 저항만을 고려하고 기타저항은 손실로 간주하므로 통상 계통효율은운전효율보다 낮게 됨. 왜냐하면, 흔히 펌프 운전 효율은 정격에 맞게 조정하여 운전하므로 효율자체는좋게됨.

시스템 효율은 메인 밸브의 교축을 손실로 합산한 경우이므로 상당히 낮아짐. 우리가 고려해야 할 것은 시스템효율을 양호하게 유지할 수 있도록 각종 조치를 강구하는 것임.

<회전수제어에 의한 전력절감을 계산>

회전수를 제어하게되면 운전점은 그림에서와 같이 Ao-B-S로 이동하고 회전수는,

QNN sos ×=

성능선도에서 B점의 전력을 구하여 Pob라 하면, 절감전력 Pe (㎾),

−×=

실제 계측에서 계통양정(Hs)과 유량(Qs) 및 전력(Po)이 측정된 경우, S점의 효율 ηs를 구하여

η××

−=120,6

★ 현재의 계통압력을 더욱 조정할 필요가 있는 경우

이용설비(각종 열교환기 등)후단에 밸브를 부착하여 설비에 필요없이 배압이 걸려있는 경우, 배관

도중에 필요없이 밸브들이 교축되어 있는 경우 등.

이들을 재조정하거나 철거하여 계통 필요압력을 재조정할 필요가 있다. 재조정이 완료되면 앞에서

언급한 방법으로 절감 전력을 구할 수 있을 것임.

4-5 위치수두를 이용한 계통저항 감소

냉각탑은 건물상부에, 물탱크는 지상에 설치하여 냉각수를 설비에 송수할 경우, 건물높이에 해당하

는 위치에너지를 이용하지 않고 설비에서 필요한 압력으로 송수 할 경우.

<개선대책>

▪옥상으로부터의 배관을 직접 펌프로 직결하여 운전, 그림과 같이 압력 Hb가 되도록 회전수를 제어함.

▪ Qa, Hb인 저양정 펌프로 교체 할 경우, 펌프의 효율도 악화되지 않아 고효율 운전이 가능.

쿨링타워 펌프의 위치수두의 회수이용

4-6 고 양정 펌프의 단수조정 검토

발전소 등에서의 펌프는, 보일러 압력이 터빈의 효율등을 고려하여 고압의 스팀을 요구하므로 다단펌

프를 이용.

이 때 필요이상의 압력을 갖는 펌프를 선정하는 경우, 동일 성능을 갖는 단단펌프를 단수만큼 직렬 운

전하는 경우와 같다. 따라서 각 단수는 압력을 동일하게 분담함.

<개선 대책>

펌프의 단수를 보일러의 압력과 계통의 관 로저항을 고려하여 몇 개의 임펠러를 조정(제거 등).

계통의 필요유량은 동일하게 요구(연속급수의 경우)되므로계통압력은 변하지 않고 제어 밸브 전단측 압력만 낮아지게 된

다. 따라서 절감전력은,

−×=

EPP 11

[그림 ]에서와 같이 6단 펌프로서 A점은 정격점, B점이 운전점임. 교축손실 B-S만큼 발생. 이는1단 압력보다는 크고 2단 압력보다는 작음. 다시말해 1단정도의 단수는 축소가능함. 이 때는 저항곡선이 C점을 통과하게되어 교축손실은 선분C-S임.

5) 맥동현상(surging) 및 그 방지대책

5-1 맥동 현상다음 [그림 ]에서 풍량-풍압곡선 ABC의 정점보다 약간 낮은풍량의 점 S에서 풍량 0인 A까지의 사이가 맥동현상의 범위.

즉 송풍기에서 토출구를 교축해 가면 소풍량으로 인하여 S

점 근방에서 풍압이 맥동하여 풍압이 일정하지 않게되어 소음을 발생하고 진동을 일으켜 운전에 견디지 못함.

-S점을 맥동현상의 한계점.

- 이점은 회전차의 설계법, 압력의 고저, 송풍기의 형식에 따라 다름.

-더욱 송풍기의 흡입구, 토출구와 밸브까지의 길이에 따라서 변함.

- 이 한계는 압력비가 큰만큼 크고, 적은만큼 적음.

- 예시 : 터보압축기(압력비 5)인 경우 설계풍량의 70%.

통풍기(50～100mmAq)일 때, 설계풍량의 50%

5-2 방지대책

- 방풍법

[그림 ]에서 Qc를 목적물로 송풍하는 경우 Qb를 방풍밸브를통해 방풍하여 송풍기로서는 Q룰 송풍하는 방법.

방풍밸브는 유압, 공기압 등에 의해 자동조정함. 이 방법은간단하지만 비경제적임. 그리고 방풍시 발생하는 소음에 유의.

- 바이패스

방풍이 비 경제적이고 위험이 있기 때문에, 방풍밸브에서의 기체를 송풍기의 흡입측으로 return하

는 방법.

이 경우 주의할 점은 return기체가 압축열 때문에 흡입기체의 온도가 상승하여 기계적으로 좋지 못

할 뿐만 아니라, 소요압력이 얻어지지않는 일도 있음. 이 때에는 별도의 냉각설비가 필요함. 리턴배

관이 길거나, 탱크로 되돌릴 경우에는 냉각설비가 필요 없는 경우도 있음.

- 흡입교축

흡입뎀퍼 혹은 vane을 교축하면 압력곡선이 왼쪽으로 내려가 맥동현상 한계가 [그림 ]에서와 같이 변함.

즉 흡입교축을 하지 않는 경우의 압력곡선을 p라하고 맥동현상 점을 c라하면, 흡입교축을 하면, 그 곡선이 왼쪽으로 내려가 각각 p', p" 로 되어 맥동현상 점이 각각 c', c"로 이동해 맥동현상의 한계가 좁아져이것을 막을 수 있음. 흡입교축으로는 뎀퍼보다는vane을 사용하는 것이 동력적으로 경제적.

- 회전차 출구 안내깃(가이드 밴)의 교축

주로 다단 송풍기의 경우에 효과적. 기구가 복잡하고 마모를 일으키며, 압축열에 의한 악 영향으로,

거의 사용되지 않음.

- 회전차 출구 각도를 작게 함.

통상 출구각을 20°(통상45°)한 경우 맥동현상을 방지. 그러나 출구각을 작게하면 그만큼 회전차

외경이 커 져야 하므로 송풍기가 크게되며, 아울러 효율이 저하

- 2밸브 조작법

송풍기 토출관로 중에 2개의 밸브를 설치하여 2밸브 사이의 용적이 임의의 정해진 값 이상으로 된

경우, 송풍기 가까이 있는 측의 밸브를 약간 교축함으로서 맥동현상을 방지

1) 유량의 변화

1-1 흡입온도에 따른 소비전력의 변화

)m/kg'1](kgk1k

Pd[(1k

k⋅−

−⋅= RTP- 공기 단위 kg당 압축일 :

- 중량 M(kg/hr)을 기준 : )m/hr1](kgk1k

Pd[(1k

k⋅−

−⋅⋅= MRTP

P₂P₁PokW소비전력(P)

M2=[Q2/V2]=[Qⅹ(1/Vo) (To/T₂)]

M1=[Q1/V1]=[Qⅹ(1/Vo) (To/T₁)]

Mo=[Qo/Vo]

kg/h흡입공기중량(M)

V₂= Voⅹ[T2/To]V₁= Voⅹ[T1/To]Vom3/kg비체적(V)

Qo=Q=Q2Q₂Q₁Qom3/h흡입량(Q)

t1> t2> t0T₂=273+t₂T₁=273+t₁To=273℃온도

비고개선온도=t₂현재온도=t₁흡입온도0℃기준

단위구분

<전력 계산>

1. 소비전력(흡입공기 0℃ 기준)

−×××=

QTRK ×××= ㎏-m/hr

2. 소비전력 P1(흡입공기 t₁℃ 기준)

QTRK =×=×××=×××

3. 소비전력 P2(흡입공기 t₂℃기준)

QTRK =×=×××=×××

즉, P1 = P2 = P0 (흡입온도에 무관)

<원단위>

1. 현재 1

o ×=×

== [kWh/kg-공기]

2. 개선시 2

o ×=×

== [kWh/kg-공기]

3. 절감율(ε)

27311001

+−=×

−=ε

<압축량 증가 검토>

1. 증산압축 공기량

−=−=−=∆

2. 증산율(εm) 11

12 −=−

즉, 흡입온도에 관계없이 소비전력은 일정하나 흡입온도를 낮추었을 때는 △M만큼 증산되어 현장의 공기사용량이 일정할 경우, 그 만큼 가동시간 또는 대수를 줄임.

1-2 누기 관리

- 배관 계통에서의 누기

즉, 운전상태에서 압력상승 시

간 , 압력강하강시간 , 누설율 ε

이 때의 전력 손실 =

회사에 따라서는 이 누설값이 30～

40%이상을 상회한 경우도 있슴. 따

라서 정기 점검을 실시하여 이 값을

최소화 하도록하여야 할 것임.

ε×oP

- 배관 계통의 특정 Hole에서의 누기

전력손실 계산식은

120,61

여기에서 Q : 분출공기량(N㎡/min)

C : 유량계수

μ : 압축기 효율(%)

P₂: 토출압력(kg/㎡․a)

P₁: 흡입압력(kg/㎡․a

- 에어 드라이어의 퍼지량 관리

압축기에서 생산한 압축공기를 제습하여, 배관 및 사용설비에서의 응축수 발생으로 인한 장애를최소화하고, 제품의 품질을 보증하기 위한 수단

노점 - 20℃내외 : 소형의 냉동식 드라이어.

노점 - 80℃이하 : 흡착식 드라이어

재생시 8～15%의 압축에어 소비

냉동식+ 흡착식 병용

냉동식에서 1차 제습 (89%이상)하고, 나머지 11%를 흡착식에서 처리, 퍼지 에어량을 1% 이내 유

지. 퍼지량의 감소에 따라, 설비도 적어지고 흡착제의 사용량도 줄일수 있으며, 재생시 히터전력도

감소함.

2) 적정압력의 유지

◇ 흡입압력의 영향

공기압축기에는 깨끗한 공기의 흡입을 위해(Filter)를 설치함. 흡입 여과기가 막히게 되면 흡입이불량하게 되어 압축효율이 불량해지고, 여과 불량으로 실린더에 장애가 발생할 수 있으므로 엘레멘트를 자주 청소해야 함.

전력 절감률 산출식

여기서 ε : 전력절감율(%)

P₁ : 개선전 흡입공기의 절대압력(kg/㎡․a)

P'1 : 개선후 흡입공기의 절대압력(kg/㎡․a)

P₂ : 토출공기의 절대압력(kg/㎡․a)

a : 중간냉각기의 수(이론단열 공기압출 a=0)

k : 공기의 단열지수(1.4)

◇ 토출압력의 영향

통상 압축기의 압력을 1kg/㎠정도 낮추게 되면 6~8%의 축동력 감소효과가 기대된다.

21 −

+−ka

22 −

+−ka

21 ×−

여기서 Lad : 이론단열 공기동력 지수

P : 흡입절대 압력

P₂P'₂ : 개선전후의 토출절대압력

◇ 중간단 압력의 결정

압축비가 크게되면 마지막 단에서 기체의 온도상승이 현저하여 축동력이 증대하고, 기계 각부의

윤활이 불량하고, 불균일한 팽창 등 운전상 장애를 이르킴.

따라서 송풍기 또는 압축기를 다단으로 하여 1단의 압축비를 작게 함. 그리고 압력단마다 중간 냉

각기를 설치하여 최초의 흡입온도까지 냉각한 후에 압축하여 압축동력을 감소시킴.

2단 압축기에서 압축일을 최소로하기위해서는, , 등을 어떻게 정하는 것이 좋은 가를 생

각해 본다. 2단 흡입온도를 1단흡입온도 까지 냉각한 후 압축한다고 하면, 단위 유량당 폴리트로프

압축일은

−−

21 mPPP =21PPPm =

이를 최소화하기 위해서는 에서 , 의 관계가 성립됨.

이를 확대해석하면, = = 의 관계가 성립함

3) 중간냉각수 온도관리

흡입온도가 높아지면 토출온도가 상당히 증가되어 그 상태로는 2단 압축이 불가능하므로

Intercooler를 설치하여 중간냉각(흡입온도까지)후 2단으로 흡입한다.

등온압축일 = 면적(s-3-4-5-1)

단열압축일 = 면적(s-2-4′-5-1)

단열압축시, 손실일 = 면적(s-2-4′-4-3)

중간 냉각시, 압축일 = 면적(s-2-3-6-5-1)

손실일 = 면적(s-2-3) + 면적(3-4-6)

중간 냉각시, 손실열 = 면적(2-4′-6-3)

위 그림에서 중간단수를 무한히 증가시킬 경우는 실제 압축선도는 등온압축과 동일.

<흡입온도와 토출온도와의 관계>

실제 압축기를 운전시에는 이러한 중간 냉각효과를 측정하기가 곤란하므로 다음의 흡입온도와 토

출온도와의 관계식에서 구할 수 있다.

PTT 이 때 Td는 토출온도, Ts는 흡입온도, Pd는 토출압

력, Ps는 흡입압력이며 K는 단열지수, a는 중간냉각기 수이다.

4) 냉동기의 콘덴서 압력(토출압)의 적정유지

다음 그림은 냉매의 몰리엘 선도로서 압축싸이클을 나타내고 있다. 여름철 냉방을 위한 냉동기나, 산업

체의 냉동기를 운전할 경우, 냉동 압축기의 토출측 압력이 높아, 과부하가 걸린 경우가 있다. 특히 콘덴

서의 튜브에 오염 및 스케일이 형성되어 열 전달이 방해될 경우 이러한 현상이 심하다.

그래프에서 증발압력이 Pe로 일정할 경우, 압축기

콘덴서의 냉매압력이 높으면 높을수록 냉동효과는

줄어들고 ,(qe1>qe2>qe3),

압축기의 압축일은 커지게 되어Aw1<Aw2<Aw3) 단

위 냉동톤당 소비전력 (㎾h/RT)은 커지게 된다.

즉 콘덴서 내면의 오염관리를 철저히 하여 초기상

태를 그대로 유지할 때에는 그 만큼 소비전력을 줄일

수 있다.

유체기기의 손실요인과 대책 - Daum

Transcript of 유체기기의 손실요인과 대책 - Daum

유체기기의 손실요인과 대책 - Daum

Documents

Transcript of 유체기기의 손실요인과 대책 - Daum

山顶广场观景台 - Daum

CVE-2014-0160 버그 분석 - Daum

알찬 풀이 - Daum

한마음큰잔치및 회장이·취임식 - Daum

부평시장로터리 상권 조사 보고서 - Daum

조합 논리회로 - Daum

PD12C PD15B - Daum

SIMI VALLEY | CALIFORNIA - Daum Commercial

8장 직접 화일 - Daum

Sannyas names used in the past - Daum

CATIA V5 Digital Mockup (DMU) - Daum

전통적 조직과 바람직한 조직설계의 방향 - Daum

TECHNICAL MANUAL - Daum

History - Daum