공부중

Centrifugal compressor는 낮은 flow에 제한을 가지는데, 일반적으로 rated flow의 대략 50%~70%정도입니다.

Variable-speed control, by using suction, discharge vanes, valves 로 컨트롤 되는데, compressor를 통과한 흐름이

저유량 제한지점으로 감소된다면, "Surge"라는 불안정한 상태가 발생합니다.

Centrifugal compressor 의 Surge Control 은 어떻게 할까요?

Centrifugal compressor의 작동원리는 rotating impeller를 통해 유체의 kinetic energy를 상승시키는 거잖아요..유체의 kinetic energy가 압력 상승의 형태의 potential energy로 변환 될때(유체가 흐르다가 서서히 멈춘다고 생각하면 편하겠네요), surge 영역으로 volume이 천천히 down됩니다.

Surge 지점에서 Gas는 대략 2초 빈도수로 compressor를 통과해 앞 뒤로 번갈아 흐릅니다.

Compressor behind에 있는 plenum(chamber) pressure가 compressor outlet pressure 보다 높을 때, 유체가 compressor 방향으로 반대로 되돌아오는 경향이 있다고하네요..

Surge는 증가된 소음, 떨림, 열을 동반하게 되요.

Surge 지점에서의 장기적인 작동은 compressor에 손상을 줄 수 있습니다.

어떤 블로그에서 봤는데 centrifugal compressor와 axial compressor에 surge 가 일어났을때 나는 소리가 다르다고 해요.

스르륵~스르륵~ 소리가 난다고 그러던데...

 Figure 1: Surge phenomenon.

Control systems이 surge를 막아줘요,

일반적으로 compressor 후단에서 전단으로 흐름을 재순환시키거나, 대기로 흐름을 배출(특히 air compressor이 경우에)하죠. 두 방법은 공정쪽(사용처)으로 더 낮은 흐름으로 제공하면서 compressor를 통과한 흐름은 커지게 하는 결과를 가진데요. 그렇게해서 surge를 벗어나게 하는 원리 인거 같아요.

Figure 2: Surge Protection Definitions

위에 그림에서 확인 할 수 있는건 surge line과 surge control line 사이의 margin 인데요, 일반적으로 surge에서 inlet volume flow의 3~10%와 같아요. 그런데 더 낮은 margin을 줄 수도 있는데 왜냐하면 높은 효율은 recycle valve가 닫혀 있을때 얻을 수 있기 때문이래요..

모범사례로 재순환 흐름에 cooling이 요구된다고 하네요.

(왜냐하면 재순환 되면서 heating 된만큼 cooling 시켜주기 위해)

Source : Rules of thumb for chemical engineers

자료를 보니까 괜찮은 내용이 많네요.

1. Moisture coalescing filters 같은 compressed air filter는 더러워 지면 반드시 청소를 하거나 바꿔야 한다.

   일반적인 coalescing filter는 2 psi 의 pressure drop을 가진다. 6 psi의 pressure drop은 compressor를 운행하기 위한

   에너지 비용에 2%를 추가한다.

2. Compressed air inlet filter에 differential pressure gauge를 설치한다.

   경험에 의하면 2 psi의 pressure drop은 1% capacity를 줄인다.

3. Compressor discharge, dryers 와 filters 의 이전과 이후, 그리고 분배 system에서 compressed air system이

   사용되는 각 point 에 압력 sensing point를 제공한다.

Source : Rules of thumb for chemical engineers

대략적인 사항들인데 참조하세요.

1. 1 kW= 7 m3/h at 7 bar

2. 1~40 kW는 piston compressor를 선택한다.

[piston compressor]

[piston compressor]

3. 75 kW이거나 그 이상에선 rotary screw 나 centrifugal compressor를 선택한다.

[rotary screw]

[centrifugal compressor]

4. 일반적인 compressed air system 은 compressed air capacity 의 20%~30% 누출된다.

5. 사전에 누출을 감지하거나 수리 program이 위치해 있다면 10%보다 적다.

6. Compressor에 사용되는 전기 에너지의 80%~90%는 열로 전환된다.

7. 압축비율은 stage당 대략 1.05 ~ 7 까지 다양하다. first pass design의 경우 3.5 ~ 4 를 이용한다.

8. Compressor sealing system은 일반적으로 150 deg.C 이상의 가스온도에 제한된다.

Source : Rules of thumb for chemical engineers

오늘은 컴프레셔와 베큠 펌프를 사용할때 경험 법칙에 대해 포스팅 할께요.

1. Fans는 압력을 대략 3%(12 in. water) 올리는데 이용되고, Blowers는 40 psig(2.8 kg/cm2) 보다 적게 올린다.

   그리고 Compressors는 압력을 높게 올리는데 사용된다. 일반적으로 Blower range는 Compressor range에 포함된다.

2. Vaccum pumps :

   reciprocating piston type은 압력을 1 Torr까지 떨어 트린다.

   rotary piston은 0.001 Torr까지 떨어 트린다.

   steam jet ejectors, one stage는 100 Torr까지 떨어 트린다.

   three stage는 1 Torr까지 떨어 트린다.

   five stage는 0.05 Torr까지 떨어 트린다.

* 1 atm = 760 Torr 이며, Torr는 mmHg와 같은 단위이다. 따라서 Torr의 값이 낮을수록 고진공이다.진공도 단위를 사용하는데 있어 자주 헷갈리는 것이 진공도와 게이지상의 진공도이다.게이지상의 진공도는 절대진공도 (Torr Abs)와는 역으로 대기압을 0으로 놓고 완전진공을 760mmHg 또는 76cmHg로 표시하는것으로 일부 부르동 게이지의 눈금이 관념상 또는 계산상의 편의를 위해 표기한 것에서 유례된다.

[출처] 진공도의 단위, Torr|작성자 우벡 woovac

3. Three-stage ejector는 1 Torr를 유지하기 위해 100 lb steam/lb air가 필요하다.

4. Evacuated euqipment에서 Air의 in-leakage는 절대 압력(Torr), 장치 부피(V, cuft)에 의해 결정되는데,

w = k x V^(2/3) lb/hr

   P가 90 Torr보다 클때, k = 0.2

   P가 3 Torr < P < 20 Torr 일때, k = 0.08

   P가 1 Torr 보다 작을때, k = 0.025

5. Theoretical adiabatic horsepower(THP) = [(SCFM)T1/8130a]x[((P2/pa)^a) - 1]

   where, T1 = inlet temperature (F+460)

              a = (k-a)/k, k=Cp/Cv

6. Outlet temperature T2 = T1(P2/P1)^a

7. 압축 ratio 는 multistage unit의 각 stage에서 대략 비슷해야 한다(just recommendation).

   ratio = (Pn / P1)^(1/n), with n stages

8. Reciprocating compressors의 효율은

   1.5 압축 ratio에서 65%

   2.0 압축 ratio에서 75%

   3~6 압축 ratio에서 80~85%

9. Large centrifugal compressors의 효율은 suction이 6000~100000 ACFM에서 76~78%이다.

10. Rotary compressors은 70% 효율을 갖는데, 예외로 Liquid liner type은 50%를 갖는다.