가스기능장 준비 (4장 압축기 및 펌프)

1. 압축기

1) 압축기의 분류

1-1) 작동 압력에 따른 분류

팬 : 압력 상승이 10 kPa 미만

블로워 : 압력 상승이 10kPA ~ 0.1 MPa 이하

압축기 : 압력 상승이 0.1MPa 이상

1-2) 작동 원리에 따른 분류

용적형 : 일정용적의 실린더 내에 기체를 흡입하고 기체에 압력을 가하여 토출구로 압출하는 것을 반복하는 형식이다.

터보형 : 임펠러의 회전운동을 압력과 속도 에너지로 전환하여 압력을 상승시키는 형식이다.

2) 용적형 압축기

2-1) 왕복동식 압축기

특징

급유식, 무급유식이고, 고압이 쉽게 형성된다.

용량 조절 범위가 넓고, 압축 효율이 높다.

형태가 크고, 설치 면적이 크다.

배출가스 중 오일이 혼입 될 우려가 크다.

압축이 단속적이고, 맥동현상이 발생된다.

접촉 부분이 많아 고장 발생이 쉽고 수리가 어렵다.

반드시 흡입, 토출밸브가 필요하다.

각부의 구조

왕복동 압축기의 구조

본체 및 실린더 : 실린더는 압축가스와 직접 접촉하기 때문에 고급 주철로 제작하고 실린더와 피스톤의 간극은 지름의 1/1000 정도이다.

피스톤 및 피스톤링 : 가스를 압축하는 부분으로 상부에 피스톤링, 하부에 오일링이 부착된다.

프레임 : 크랭크샤프트, 커넥팅 로드, 크로스헤드 등 회전운동을 왕복운동으로 변환시켜 주는 운동 부분을 집합시켜 놓은 부분이다.

흡입, 토출밸브 : 가스를 실린더에 흡입, 토출을 제어하는 것으로 압축 효율, 체적 효율에 형향을 미치는 것으로 특수 주철, 청동주물 등의 특수합금으로 만들어진다.

축봉장치 : 피스톤 로드가 실린더를 관통하는 부분에 기밀을 유지하기 위한 장치이다.

윤활유 사용목적

활동부에 유막을 형성하여 운전을 원활하게 한다.

유막을 형성하여 가스의 누설을 방지한다.

마찰열을 제거하여 기계 효율을 높인다.

기계수명을 연장한다.

윤활유 구비조건

화학반응을 일으키지 않을 것.

인화점은 높고, 응고점은 낮을 것.

점도가 적당하고 항 유화성이 클 것.

불순물이 적을 것.

잔류 탄소의 양이 적을 것.

열에 대한 안정성이 있을 것.

각종 가스 압축기의 내부 윤활유

산소 압축기: 물 또는 묽은 글리세린수

공기, 수소, 아세틸렌 압축기 : 양질의 광유

연소 압축기 : 진한 황산

LPG가스 압축기 : 식물성유

이산화황 가스 압축기 : 화이트유, 정제된 용제 터빈유

염화메탄 압축기 : 화이트유.

2-2) 회전식 압축기

특징

용적형이며, 오일 윤활 방식이다.

부품수가 적어 구조가 간단하고 동작이 단순하다.

압축기 연속으로 이루어져 맥동현상이 없다.

고진공과 고압축비를 얻을 수

있다.

종류

고정익형 압축기

회전익형 압축기

2. 펌프

2-1) 펌프의 분류

터보형 펌프 : 임펠러의 회전력으로 액체를 이송하는 형식으로 원심펌프, 사류 펌프, 축류펌프가 해당된다.

용적형 펌프 : 일정 용적을 갖는 실에 액체를 흡입하고 압력을 상승시켜 토출 하는 형식으로 왕복펌프, 회전펌프가 해당된다.

특수 펌프 : 제트 펌프, 기포 펌프, 수격 펌프, 재생 펌프 등이 해당된다.

2-2) 터보형 펌프

- 원심 펌프 : 한 개 또는 여러 개의 임펠러를 밀폐된 케이싱 내에서 회전시켜 발생하는 원심력을 이용하여 액체를 이송하거나 압력을 상승시켜 축과 직각방향으로 토출하는 방식이다.

특징

원심력에 의하여 유체를 압송한다.

용량에 비하여 소형이고 설치면적이 작다.

흡입, 토출밸브가 없고 액의 맥동이 없다.

가동 시 펌프 내부에 유체를 충분히 채워야 한다.

공양정에 적합하다.

서징 현상, 캐비테이션 현장이 발생하기 쉽다.

종류

볼트류 펌프 : 임펠러 바깥 둘레에 안내깃이 없고 바깥둘레에 바로 접하여 와류실이 있는 펌프로 일반적으로 양정이 낮은 곳에 사용된다.

터빈 펌프 : 임펠러 바깥둘레에 안내깃이 있는 것으로 양정이 높은 곳에 사용된다.

- 사류 펌프 : 임펠러에서 토출 되는 물의 흐름이 축에 대하여 비스듬히 토출 된다. 임펠러에서의 물을 가이드 베인에 유도하여 그 횐전 방향성분을 축 방향성분으로 바구어서 토출하는 형식과 원심펌프와 같은 볼트류 케이싱에 유도하는 형식이 있다.

- 축류 펌프 : 임펠러에서 토출되는 물의 흐름이 축 방향으로 토출된다. 사류 펌프와 같이 임펠러에서의 물을 가이드 베인에 유도하여 그 회전 방향 성분을 축 방향으로 변화시켜 이것에 의한 수력 손실을 적게 하여 축 방향으로 토출 하는 것이다.

2-3) 용적형 펌프

- 왕복 펌프 : 실린더 내의 피스톤 또는 플런저가 왕복운동으로 액체에 압력을 가해 이송하는 펌프이다.

특징

소형으로 고압, 고점도 유체에 적당하다.

회전수가 변하여도 토출압력의 변화가 적다.

토출량이 일정하여 정량토출이 가능하고 수송량을 가감할 수 있다.

송출이 단속적이라 맥동이 일어나기 쉽고, 진동이 있다.

고압으로 액의 성질이 변할 수 있고, 밸브의 그랜드패킹 고장이 많다.

종류

피스톤 펌프 : 피스톤이 로드의 단면보다 큰 구조로 용량이 크고, 압력이 낮은 경우에 사용한다.

플런저 펌프: 피스톤과 로드의 단면이 동일한 구조로 유량이 크고, 압력이 낮은 경우에 사용한다.

다이어프램 펌프 : 정량펌프라 하며 고무나 테플론 막이 상하로 운동하여 특수 약액, 불순물이 많은 유체를 이송할 수 있고 그랜드 패킹이 없어 누설을 방지할 수 있다.

- 회전 펌프 : 원심펌프와 모양이 비슷하지만 액체를 이송하는 원리가 완전히 다른 것으로 펌프 본체 속의 회전자의 회전에 의해 생기는 원심력을 이용하여 유체를 이송한다.

특징

왕복펌프롸 같은 흡입, 토출밸브가 없다.

연속으로 송출하므로 맥동 현상이 없다.

점성이 있는 유체의 이송에 적합하다.

고압 유압펌프로 사용된다.

종류

기어 펌프 : 두 개의 기어가 맞물려 회전할 때 액체를 이송하는 것으로 고점도 액의 이송에 적합하고 회전 펌프 중에서 흡입 양정이 크다.

베인 펌프 : 펌프 본체와 회전자의 중심을 편심 시킨 후 회전자에 베인을 조립하여 회전자의 회전에 의해 액체를 이송한다.

나사 펌프 : 관 내부에 나사 형태의 구조를 갖는 회전자를 회전시키면 액체가 축방향으로 이송되도록 한 것이다.

2-4) 특수 펌프

제트 펌프 : 노즐에서 고속으로 분출되는 유체에 의하여 흡입구에 연결된 유체를 흡입하여 토출 하는 펌프로 2종류의 유체를 혼합하여 토출 하므로 에너지 손실이 크고 효율이 30% 정도로 낮지만 구조가 간단하고 고장이 적은 장점이 있다.

기포 펌프 : 압축공기를 양수관 하부에서 관내부로 분출시켜 액체를 이송하는 것이다.

수격 펌프 : 펌프나 압축기 없이 유체의 위치에너지를 이용하여 액체를 이송하는 것이다.

재생 펌프 : 마찰 펌프, 웨스코 펌프라 하며 소유량, 고양정에 적합하다.

2-5) 펌프에서 발생되는 현장

캐비테이션 현상 : 유수 중에 그 수온의 증기압력보다 낮은 부분이 생기면 물이 증발을 일으키고 기포를 다수 발생하는 현장을 말한다.

- 발생 조건

흡입 양정이 지나치게 클 경우

흡입관의 저항이 증대될 경우

과속으로 유량이 증대될 경우

관로 내의 온도가 상승될 경우

- 일어나는 현상

소음과 진동이 발생

깃의 침식

특성 곡선, 양정 곡선의 저하

양수 불능

- 방지법

펌프의 위치를 낮춘다.

수직축 펌프를 사용하여 회전차를 수중에 완전히 잠기게 한다.

양흡입 펌프를 사용한다.

펌프의 회전수를 낮춘다.

두 대 이상의 펌프를 사용한다.

수격 작용 : 펌프에서 물을 압송하고 있을 때 정전 등으로 펌프가 급히 멈춘 경우 관내의 유속이 급변하면 물에 심한 압력 변화가 생기는 현상이다.

발생원인

밸브의 급격한 개폐

펌프의 급격한 정지

유속이 급변할 때

방지법

배관 내부의 유속을 낮게 한다.

배관에 조압수조를 설치한다.

펌프에 플라이 휠을 설치한다.

밸브를 펌프 토출구 가까이 설치하고 적당히 제어한다.

서징 현상: 맥동현상이라 하며, 펌프 운전 중에 주기적으로 운동, 양정, 토출량이 규칙적으로 변동하는 현상으로 압력계의 지침이 일정 범위 내에서 움직인다.

발생원인

양정 곡선이 산형 곡선이고 곡선의 최상부에서 운전했을 때

유량조절 밸브가 탱크 뒤쪽에 있을 때

배관 중에 물탱크나 공기탱크가 있을 때

방지법

임펠러 가이드 베인의 형상 및 치수를 변경하여 특성을 변화시킨다.

방출 밸브를 사용하여 서징 현상이 발생할 때의 양수량 이상으로 유량을 증가시킨다.

임펠러의 회전수를 변경시킨다.

배관 중에 있는 불필요한 공기탱크를 제거한다.

베이퍼 로크 현상 : 저비점 액체 등을 이송 시 펌프의 입구에서 발생하는 현상으로 액의 끊음에 의한 동요를 말한다.

발생원인

흡입관 지름이 작을 때

펌프의 설치 위치가 높을 때

외부에서 열량 침투 시

배관 내 온도 상승 시

방지법

실린더 라이너 외부를 냉각

흡입 배관을 크게 하고 단열 처리한다.

펌프의 설치 위치를 낮춘다.

흡입 관로의 청소