플랜트 교육본부-기계설계(Online) : 원심압축기 기초

출처: 한화테크윈 압축기 (http://energy.hanwhatechwin.co.kr/product/product_view.asp?pagesize=8&sort=&dscYN=N&cid=112&clvl=0&page=1&idx=6992)

플랜트 교육본부, 기계설계 온라인 과정 - Centrifugal Compressor

Type of compressors: 작동 원리에 의해 용적식(Positive displacement)과 동력학적(Dynamic) 압축기로 구분함

- Positive Displacement comrpessor: 밀폐공간 내에 기체를 유입시켜 압축함으로써 기체의 압력을 상승시키는 장치

- Dynamic Compressor: 기체를 Compressor casing 내에서 연속적으로 가속하여 생성된 Velocity Head를 연이어 압력으로 변환시키는 장치

- Centrifugal Compressor: 회전운동으로 공급되는 외부동력을 Casing 내에 잇는 기체(압축성 유체)에 전달하는 회전기계

 Impeller의 회전에 의해 취급기체에 운동에너지(Kinetic enegry)가 전달되고 연이어 압력에너지로 전환하는 방식으로 외부 동력이 기체에 전달

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압축기 Type 선정시 고려사항

압축기는 운전 범위(유량, 압력), 취급 기체의 종류, 성능 특성, 연속운전 신뢰성, 기타 기계적 특성 등을 고려하여 적절한 Type을 선정하는 것이 중요

유량과 토출압에 따른 압축기 분류표, 여러 종류의 압축기가 통상적으로 어느 지점에 위치하는지 보여주는 표

무차원수인 유량계수의 범위를 통한 impeller geometry

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Impeller of Centrifugal Compressor

- Impeller는 blade가 반경방향으로 배치되어 있으며 shaft에 장착되어 있어서 축이 회전하면 같이 회전함

- 기체가 impeller를 통과할 때 부과되는 에너지는 속도 증가와 기체에 작용하는 원심력에 의한 운동 에너지

- Impeller의 폭은 출구 쪽으로 갈수록 좁아짐 (압력이 높아지면 체적이 줄어들게 되므로)

- impeller를 떠난 기체는 diffuser를 통과하면서 속도가 줄고 동시에 취급 기체의 운동 에너지(kinetic energy)가 압력 에너지로 전환됨

impeller 형상은 보통 open type과 closed type (shrouded impeller)로 나뉜다.

원심압축기

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Compressor thermodynamics

다단압축의 필요성

- impeller의 직경과 회전속도를 늘리면 압축비를 증가시킬 수 있으나, impeller에 부과되는 원심력의 증가로 과다 응력 등 구조적 문제로 단단으로 얻을 수 있는 압력비는 제한되어 있음

- 다단 압축시 필수 고려사항

 1. 가스는 압축하면 온도가 상승하기 때문에 냉각이 필요

 2. 한 개의 casing 내에서 순차적으로 압축하되 단 사이 열교환기가 필요함

- 다단 압축 시 중간 냉각하면 동력을 줄일 수 있음

- 절감되는 동력은 다음 그림의 빗금 친 면적 1"-2'-2-2' 에 해당함

- 같은 압력에서 온도가 줄어들면 부피가 줄어들기 때문에, 1'에서 2'으로 압축이 되었다고, 중간 냉각으로 인해 2'에서 1"으로 체적이 줄어들고, 1"에서 2"으로 다시 압축이 진행된다.