공기압축기 구분 / 종류
공기 압축기는 전기모터나 터빈 등의 동력 발생장치로부터 동력을 전달 받아 공기나 냉매 또는
그 밖의 특수 가스에 압축
일을 가함으로써 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계로써 산업
전반에 걸쳐 널리 사용되고 있습니다.
압축기는
압축을 이루는 방식에 따라 용적형과 터보형으로 분류할 수 있습니다. 용적형 압축기
(Positive Displacement Compressor)는 체적의 감소를 통해 압력을 증가
시키는 압축방식을
지니며, 터보형 압축기(Dynamic Compressor or
Turbo Compressor)는 가스의 운동에너지를
압력에너지로 변환시켜 압축을 합니다. 용적형 압축기와 터보형
압축기는 작동 형태에 따라 아래
그림과 같이 구분 할 수 있습니다.
1. Reciprocating compressors
왕복동 압축기는 산업현장에서 오랫동안 사용되어온 압축기로서, 여러 방면에 가장 넓게 사용되고
있습니다. 왕복동
압축기의 특징은 다음과 같습니다.
① 쉽게 높은 압력을 얻을 수 있습니다.
② 압축효율이
좋습니다.
③ 압력-유량 특성이 비교적 안정되어 있습니다.
④ 가격이 저렴한
편입니다.
반면, 왕복동 압축기는 피스톤의 왕복운동에 의해 압축을 하므로 단점도 가지고 있습니다.
①
왕복부분의 관성 때문에 회전속도에 한계가 있습니다.
② 관성력 때문에 진동이 발생합니다.
③ 압축공기에 맥동이
있습니다.
④ 무급유식이외는 실린더 내에 윤활유가 필요하게 되고, 압축 공기 중에 유분이 포함됩니다.
과거
공기 압축기의 대명사로 불리던 왕복동 압축기는 많은 풍량을 요구하는 경우에는 스크류 및
터보 압축기로 변화하고 중형 압축기
분야에서는 패키지화된 스크류 압축기로 대체되는 경향이
있습니다.
소형분야에서도 점차 스크류 압축기로 전환되고
있지만, 여전히 높은 비중을 차지하고 있으며,
중-고압의 압축기 분야에서 왕복동 압축기는 매우 중요한 위치를 차지하고 있습니다.
2. Rotary screw compressors
스크류 압축기 로터리 용적식 압축기의 가장 일반적인 형태는 스크류 압축기입니다.
스크류 압축기는 케이싱 내에 맞물려 회전하는 로터(Rotor)라고 불리는 숫나사(Male Rotor)와
암나사(Female Rotor)를 갖고 있습니다. 암수 로터가 회전하면서 공기를 흡입, 압축하여 토출구를
통하여 압축공기가 배출됩니다.
스크류 압축기는 압축공기 중에 유분을 포함하지 않는 무급유식과 윤활유를 주입하여, 밀봉, 윤활,
압축열을 제거하는 급유식으로 나눠질 수 있습니다.
2.1 급유식 스크류 압축기
급유식 스크류 압축기는 적당량의 윤활유를 분사하여 압축과정에서 발생하는 열을 제거하고,
압축공간의 밀폐, 윤활작용을 동시에 하는 것으로 다음과 같은 장점이 있습니다
① 적당량의 윤활유를 직접 냉각함으로써 토출 온도가 낮게 되고 압축과정이 등온압축에 가까우므로
높은 효율을 얻을 수 있습니다.
② 윤활유에 의한 직접냉각을 하므로, 단당 압력 비를 높일 수 있습니다.
③ 주입되는 윤활유에 의해 로터와 로터 사이, 로터와 케이싱 사이의 밀폐가 유지되며, 냉각에 의해
내부의 열팽창이 적어 틈새를 적게 할 수 있으므로 저속으로 높은 효율을 얻을 수 있습니다.
④ 저속으로 높은 효율을 얻을 수 있으므로, 진동이 적고 저소음화가 가능하다.
⑤ 내부 윤활식이기 때문에 숫로터가 암로터를 직접 구동할 수가 있다.
⑥ 적절한 용량조절방식을 채택하여 효율적으로 운전 할 수 있습니다.
⑦ 토출가스에 맥동이 없습니다.
2.2 무급유식 스크류 압축기
무급유식 스크류 압축기는 압축공기 중에 유분이 포함되지 않는 압축기로, 다음과 같은 특징이 있습니다.
① 로터와 케이싱 사이, 로터와 로터가 접촉하지 않고 내부윤활을 필요로 하지 않으므로 압축가스
중에 유분이 포함되지 않는 깨끗한 가스와 공기를 얻을 수 있습니다.
② 토출가스에 맥동이 없습니다.
③ 유지보수가 간단합니다.
④ 진동이 적습니다.
⑤ 단점으로, 최고 토출 압력에 제한이 있습니다.
3. Turbo compressors
터보 압축기는 회전축의 기계적 에너지를 공기의 운동에너지로 변환시킵니다.
원심식 압축기의 특징으로서는 회전식으로서 다음과 같은 장점이 있습니다.
① 토출 가스가 맥동이 없고 안정적입니다.
② 윤활유가 혼입되지 않아 깨끗한 가스를 얻을 수 있습니다.
③ 고속 회전형으로 같은 마력의 다른 압축기보다 소형 경량이다.
원심식 압축기의 단점으로는,
① 압력상승이 가스의 비중 및 회전부분의 속도에 관련되므로 1단당 압력상승은 용적형과 비교하면 훨씬 낮고, 유량이 적은 경우에는 효율이 저하됩니다.
② 압축특성이 설계, 기계가공의 정밀도, 사용조건에 민감합니다.
③ 압력-풍량 특성에 불안정영역(Surging)이 있어서 운전시의 풍량이 계획시의 풍량의 70~80%이하로되면 써징(Surging)이 발생합니다.
4. Diaphragm compressors
다이아프램 압축기는 용적식, 무급유식 입니다. 횡격막의 운동으로 기계적 구동이나 유압으로 작동
되는 것으로
구분되며, 기계적 다이아프램 압축기는 유압식보다 소형으로 제작됩니다. 결과적으로 두 가지 형태의 중복은 제한된 범위에서만
발생합니다. 기계식은 가격이 비교적 저렴하며, 구조가
간단하며 대기보다 낮은 압력을 압축하는 장치로 사용될 수 있습니다. 기계식이
보통 베어링하중을 고려해야 하기 때문에 제한이 있는 반면, 유압식은 기계식보다 고압을 더 쉽게 형성할 수 있습니다.
다아아프램 압축기는 다음과 같은 장점이 있습니다.
① 기밀이 정적이므로 안정된 기체를 만들 수
있습니다.
② 기체가 분리돼서 운전되기 때문에 100% 오일이 없는 압축공기를 공급합니다.
이 형식의 단점은
토출량이 적고 압축비가 제한되어 있다는 것입니다. 기계식에는 보통 합성고무로 된 다이아프램을 적용하며, 유압식은 금속 막을
사용하고 고압을 형성할 수 있습니다. 두 가지 형태를 혼합하여 다단압축을 할 수도 있습니다. 기계식 다이아프램 압축기에서 고압을
형성키 위해 압축기와 드라이버를 압력용기로 밀봉하기도 합니다.
5. Rotary sliding vane compressor
베인 압축기는 원통형 실린더 내에 편심으로 로터를 설치하고, 로터에는 가동익(Vane)을 설치하므로
가동익(Vane)과 실린더에 둘러 쌓인 공간이 로터의 회전에 의해서 변화하는 것을 이용해서 기체를 압축하는 것으로서
일반적으로는 다량의 윤활유를 실린더 내에 주입하여 밀폐, 윤활과 동시에 압축 열을 제거하는 유냉식으로 되어 있습니다.
이 형식에서는 가동익(Vane)이 실린더 또는 로터에 대하여 습동 운동을 하므로 가동익(Vane)의 재질 선정이
중요하므로, 내열성이 높고 오일이나 수분의 흡수가 적은 것을 선택합니다.
다음과 같은 단점이 있습니다.
①
구조상, 습동에 의한 마모를 초래하는 것을 피할 수 없습니다.
② 가동익(Vane) 강도가 습동 속에 제한되기 때문에 습동 속도가
크게 될 때 에는 2단 압축식의 채용 이 필요해지고 기계크기가 커집니다.
③ 구조상 고압압축기에는 사용할 수
없습니다.
6. Rotary tooth compressors
Rotary Tooth compressor의 회전자는 단면에서
평행하고 타이밍 기어로 외부에서 맞물려 있습니다.
스크류처럼 하나의 톱니가 다른 것을 연동하는 것은 불가능합니다. 주로
Oil-free공기를 만드는데
적합합니다. 이러한 장치는 2.5bar까지의 저압용 1단 송풍기와 7bar까지의 2단 압축기로
제작됩니다.
10bar 정도의 압력에 적당합니다. 헬리컬 가공을 하지않기 때문에 회전자는 비교적 단순한 구조입니다.