CENTAC

(CENTRIFUGAL AIR COMPRESSOR)

2009년 3월 21일

Agenda

목 차

1. CENTRIFUGAL COMPRESSOR의 원리

2. COPRESSOR 구성 장치의 이해

1. Centrifugal Compressor의 원리

1. Inlet filter를 통해깨끗한 공기 유입

6. 각 단마다 설정압력까지1-5 단계의 압축과정 반복

2. 공기는 임펠러에 의해 압력과속도가 높아진다. 이때 임펠러는2/3의 압력을 생성

3. 디퓨져에서 공기의 속도가저하되어 1/3의 압력이 생성

4. 인터쿨러에 의해 압축열이 제거.

재압축에 필요한 컴프레샤의효율을 증대

CENTAC® 의 운전원리

5. 압축 공기는 stainless steel

moisture separator를 통해 응축수제거

공기 압축 과정 소개

Inlet filter를 통해 유입된 공기는임펠러에 의해 압력과 속도가증가하고 순차적으로 Diffuser 에서속도가 줄어든다.

옆의 표는 일단 원심식 컴프레샤에서발생하는 속도, 압력 그리고 온도의

변화에 대한 그래프이다.

Centrifugal Compressor 의압축과정을 설명할 때는 주로원심식 펌프의 이론을 이용한다.

공기를 유체와 같이 고려하고같은 열역학 이론을 사용한다.

Centrifugal compressor 에서 공기1pound를 움직이는 일의 양을펌프에서 말하는 “HEAD”라고한다.

CENTAC® 의 운전원리

•압력과 유량

그래프는 일정 속도하의 backward-leaning

bladed impeller를 가진 이론적인 1단 컴프레샤의작동 시 압축과정을 나타낸 것이다.

이 표에서 이론적으로 압력과 유량이 상승함에따라 ideal head plot은 오른쪽으로 내려감을 알수 있다. 또한 flow가 증가함에 따라 압력도감소함을 알 수 있다.

CENTAC® 의 운전원리

•압력과 유량

이상적인 표는 실제 컴프레샤에서 다양한energy loss에 영향을 받는다. 표의 점선은이러한 loss를 나타내고 있다.

실제 Curve 는 0 ~ Max. flow 까지의 모든유량에 적용되지 않음을 보여주고 있다. 실제Curve의 왼쪽에서는 유량이 증가함에 따라 압력또한 상승하고있다. 컴프레샤가 안정된 상태를유지하기 위해서는 유량이 증가하면 반드시압력은 저하되어야 하기 때문이다. 따라서왼쪽의 압력상승부분의 Curve는 컴프레샤에서사용되어질 수 없다.

Curve의 오른쪽부분은 유량증가에 따라 급격히압력이 감소함을 보여준다. 이것은 아주 작은유량의 변화에도 많은 압력의 변화가 생기게한다.

CENTAC® 의 운전원리

•압력과 유량

이 그래프는 실제 Centrifugal compressor 가사용할 수 있는 실제 압력 곡선을 나타낸다.

즉, 이 곡선은 유량 증가에 따라 압력이 예상가능하고 안정적인 부분을 나타낸다.

사용할 수 없는 왼쪽부분에서는서지(Surge)가 발생하게 되고 오른쪽에서는쵸크(Choke)가 발생하게 된다.

CENTAC® 의 운전원리

•서지 (Surge)

1. 단지 Discharge valve 만으로컴프레샤의 유량을 조절하고 있다고가정한다. Point Q

•Discharge valve가 닫히면 Discharge 압력은 상승하게 된다.

2. 유량이 감소함에 따라 압력은상승하여 Point P로 향하게 된다.

3. Point P 에서 서지가 발생한다. ( Natural surge point)

4. 공기흐름의 역행으로 operating point 는 Point J 로 이동하게 된다. 서지는 기계의 이상소음을발생시킨다.

5. 서지로 인해 압력은 J-K 선과 같이 감소한다.

6. 압력 축을 통하면서순방향의 공기흐름이재구성된다.

8. 압력은 다시 Q-P 선과같이 상승하게 된다.

7. Point Q 에서의 유량은Discharge valve를 통해 나갈수 있는 것 보다 크다.

9. 압력이 Point P에 도달하면서지는 반복하여 발생한다.

CENTAC® 의 운전원리

•쵸크는 컴프레샤를 통한 최고 유량의 한계이다.

•쵸크가 발생하면 컴프레샤 자체와 Discharge system에 손실로 인해더 이상의 공기흐름을 기계적으로 발생할 수 없다.

•Centrifugal Air Compressor 에서 사용 가능한 범위와 쵸크사이의경계를 “Stonewall” 이라 한다.

•Stonewall 의 기계적 의미 : 유속이 음속에 다다르는 지점.

•쵸크와 스톤월(Choke and Stonewall)

CENTAC® 의 운전원리

Volumetric Flow

Dis

ch

arg

e P

ressu

re

Compressor Curves

Centrifugal Compressor Operation

Natural Curve

Surge Line

Pb = 14.4

P1 = 14.1

RH = 60%

Tw = 80(27C)

T1 = 95(35C)

Choke

Rise to Surge

Natural Surge Point

Throttled Surge

Performance Control

CMC

Or MP3

BASE

CONTROL

MODULE

PT

INLET VALVE

COMPRESSORMOTOR

STARTERCT

CHECK

VALVE

BYPASS

VALVE

PNEUMATIC TUBING

3. Compressor 구성 장치의 이해

Simplicity by Design...

Oil Reservoir

Motor

Condensate Traps

Inlet Valve

Bypass Valve

1st Stage

3rd Stage

Oil Cooler

Water In/Out

2nd Stage

Inlet Air Filter

Air Filters

제품에 장착되어 공급

플렌지 Type

건물내부에 설치

4 Microns

물질의 98%제거

1단 카트리지 엘리먼트

CV1, CV1A, C250 소용량에 사용

6 ~ 8 inch W.C에서 Filter 교환

차압계 설치(교환시기 결정)

모양과 특징

Canister Filter(원통형 필터)

실내/외 설치가능

2 단 여과 처리

2개의 엘리먼트를 사용

Standard Filter

– 1차 필터는 10 microns, 98%

(소제 가능한 Synthetic Paper 엘리먼트)

– 2차 필터는 2 microns, 99.97%

(Microglass fibers)

Absolute Filter

– 1차 필터는 4 microns, 98%

(소제 가능한 Reinforceed Polyester엘리먼트)

– 2차 필터는 0.3 microns, 99.97%

(Microglass fibers)

표준 ANSI 플렌지 연결

6 ~ 8 inch W.C에서 Filter 교환(차압계 설치)

1차 4 inch에서 소제 후 사용 혹은 교환

2차 4 inch에서 교환

Panel Filter

대용량

중용량

모양과 특징

Rotor Ass’y 등 중요부품의 부식을방지

실내/외 설치 가능

3 단 여과 처리

– 1단 프리필터 -10 microns

– 2단 화학 필터 기체상태의오염물질

– 3단 필터 - 1-2 microns

공기 중에 부식을 발생시키는화학성분이 많은 지역

차압계 설치(교환시기 결정)

Chemical Filter

모양과 특징

Inlet Valve

Inlet

Valve

Discharge

Check

Valve

Bypass

Valve

Air Valve

형태와 기능

흡입되는 공기양을 제한

압력조절

모터 전류조절

Butterfly Valve나 I.G.V가 사용

정지, 정전, 비상정지 시 Close

흡입공기에 소용돌이 생성

모듈레이션 되는 동안 에너지를 절감

Inlet Valve 이후 Impeller와 직선방향이어야 함

CLL이나 TL 부근에서 운전 시 100CFM당1HP 절감가능

CV1/C250-2S/C300-2S은 적용 안됨

IGV

Bypass Valve

4~20 mA Electro-pneumatic control

Butterfly/V notch Valve가 주로사용됨

서지 방지

압력을 조절

누설이 없어야 함

정지 시나 정전, No I/A시 Open

형태와 기능

Stainless steel flapper type valve

압력저하가 적은 형태

공기압축기의 토출 배관에 설치

압축공기의 역류를 방지

정비 시 누설이 되는지 확인해야 함

복귀용 Spring, Valve Seat 등을 점검

누설할 경우 에너지의 손실, 역회전 할가능성이 있음.

형태와 기능

Discharge Check Valve

Air End- Rotor Assembly

Airend 구성품

기어 케이싱 과 커버불기어로터 어셈블리베어링씰디퓨져

Airend Components

Bullgear

형태와 기능

Main Driver의 동력을 Pinion

Shaft에 전달

구성품

- Bullgear

- Shaft

Motor측 Shaft에 Coupling 설치

Comp측 Shaft에 MOP Shaft

Gerotor Pump

Rotor Assembly

Rotor Assembly

임펠러

피니언 축,

드러스트 칼라

노우즈 콘

임펠러 볼트

칼라 볼트

Rotor Ass’y 구성품

Rotor Assembly

Key-Per 의 특징

3단 장비에 사용

저진동

저마력의 기기에 사용

Polygon 의 특징

2단 장비에 사용

응력집중을 저감

신뢰성이 증명된 디자인

Key-Per & Polygon 결합

Impeller

Impeller

15-5 pH stainless steel

최고 성능을 위한 후방 경사 날개

일정 압력 제어를 위한 뛰어난스로틀 영역

압축일의 60%를 수행

최고 신뢰성을 위한 100% 방사선촬영검사

형태와 특징

Impeller

Pinion Shaft & Collar

Pinion Shaft & Collar

합금강

추력부하를 위한 헬리컬기어

응력집중을 막아주는Polygon/Key-Per 결합

Thrust Collar

합금강

Thrust Load를 지지

Pinion Shaft와 Polygon

결합

Pinion Shaft

Bearings

Bearings

Fixed Tilted Pad Bearings (Plain Bearing)

유체역학 베어링– 반영구적 수명

부하 부담 능력이 좋다

고정부품

Tapered Land or Pocket Type Oil Film

Bearing (Thrust, Rev. Thrust Bearing)

단일구조로 매년 점검할 필요가 없음

긴 수명, 구름 베어링의 2~3배

형태와 특징

Bearings

Air Seal

Seal

Seal

Air Seal Oil Seal

축과 닿지 않는 카본링 타입

단일구조

공기누설이 1%미만 (타사 디자인3~5%)

운전 중 절대로 공기중으로 Oil이 공급될수 없는 구조

Scratch나 Shaft와 닿은 흔적이 있으면교환

형태와 특징

Diffuser

InletAir

AirSeal

Impeller

OilSeal

OilSeal

Seal Air

Injection

Oil Pressure

Pinion

Plan

Bearing

Ve

nt to

Atm

.

Seal

Diffuser

Diffuser

속도에너지를 압력에너지로 바꿔주는역할을 함.

부식에 강한 재질

40% 압축일 수행

소제 시 모재 손상이 없도록 적합한소재도구를 사용해야 함.

부식이 발생할 경우 적당한 방청처리(Paint 등) 하여 사용

효율저하나 Main Motor 부하가떨어질 경우 각 Size를 계측하여교환여부를 결정

형태와 특징

Diffuser

Air cooler

Intercooler

Air Coolers

Intercooler

최고의 냉각효율을 위한 Multi-Pass Flow

외장형에 비해 Size가 작다.

저소음

Cu-Ni 합금 tube의 적용가능

저가의 지나치게 강산 세관제를 사용하면냉각핀이 부식

세관의 주기는 업체마다 다르나 적어도5년에 1회는 실시하는 것이 좋다.

Cooler의 성능은 CTD를 관측하여 추정가능함.

석회질이나 실리카 계열의 Hard Scale은수처리나 Filteration System, 정비주기의 단축이 필요

형태와 특징

Cooler Tube

Tube 안쪽에 Air가 지나가고 , Tube 바깥쪽에 냉각수가 흐름

표면적을 늘리기 위해 Tube 내부에 Fin을설치

고효율을을 위한 적은 Pressure Drop

소제 정비시 필히 Air Discharge 부위의냉각핀 부식 정도를 점검해야함.

소제 정비시 필히 Air Suction 부위의휘어있는 정도를 점검해야함.

냉각핀이 굴곡이 있으므로 좋은 Air Filter를사용해야 함.

형태와 특징

Moisture Separator

Moisture Separator

Mesh Separators

Moisture Separator

부식방지를 위해 Stainless Steel을 사용

냉각된 압축공기에 포함된수분을 분리

Air Cooler 소제 시 함께소제

낱개가 분리되지 않도록철사로 고정

수분의 Carry-over가발생하면 Trap과 함께점검해야 함.

형태와 특징

Trap

Condensate Systems

Condensate Systems

형태와 기능

압축공기의 냉각으로 발생한응축수를 배출

기계식, Pneumatic, 전기식등이 있음

잔고장이 없어야 함

매일 점검해야 하고 고장시에는 대형 사고가 발생할수 있음

용량에 맞게 설치하고 각단당 2개를 설치한다면독립적으로 설치해야 함.

Condensate Systems

• Stainless Steel 배관3 Stage Machine

2 Stage Machine

Bypass Valve

형태와 특징

- 서지 방지

- 압력 상승 방지

Check Valve

형태와 특징

• Stainless steel flapper type valve

• 최소 압력 강하 요구

• 압축에어의 역류 방지

Cooling Water System

Water System Diagram

1st Stage Air Cooler

2nd Stage Air Cooler

3rd Stage Air Cooler

(if applicable)

Oil Cooler

Water In

Water Out

Air In

Air In

Oil In

Air In

Oil Out

Air Out

Air Out

Air Out

* This diagram considers a water manifold

Water Manifold

Water Inlet Water Outlet

모든 Cooler에 병렬로냉각수 공금

2개의 연결구

간단한 설치

Cooler의 냉각수Side의 세관을 위해산성의 세관제를 사용할경우 배관의 부식을초래함.

형태와 기능

Lube-Oil System

Lube-Oil Systems

Oil Reservoir with heater

Pump

Cooler

Filter

Thermostatic Control Valve

Gear Case/Bearings

Lube-Oil Systems 구성

Oil Cooler Oil

Reservoir

예비윤활펌프

Oil System

Pressure

Adjustment Valve

Oil FilterThermostatic

Control(AMOT)

Valve

그 밖의 구성품:

• Demister

• Main Oil Pump

• Techtrol Gold

Oil Heater

Return from gearcasePressure

Control

Valve Return

Suction for

the pumps

Oil Reservoir Tank

Oil Reservoir Tank

Reservoir 내부에 Epoxy

코팅 Oil 교환 시 내부 확인하여

소제 여부 결정 3분 분량의 Oil 보유 Level Gauge상 Add와 Full

사이로 유지

지나치게 많은 양을 급유하면

유증기 배출이 원활하지 못해Demister로 넘칠 수 있다.

형태와 기능

Oil Heater

형태와 기능

운전 전 적정 Oil 온도로 조절 온도 조절기 내장 운전 중에는 꺼져야 함.

예비윤활 펌프가 운전되지않으면 가능한 전원 S/W를 Off

전원 S/W가 On되면 온도조절기에 의해 On/Off됨.

Demister

형태와 기능

Oil 유증기에서 공기만 배출시키고

Oil은 Reservoir Tank로 보냄 6개월에 1회 Element 교환

Demister에 설치 시 Oil을 채워놓아야함.

Pre-Lube Oil Pump

Pre-Lube Oil Pump

예비윤활펌프 (PLOP)

기동전, 기동시, 비상정지시 반드시운전되어 Oil을 공급

독립 모터 구동 비상시 Main Oil Pump를 대신하여

운전 가능

Driver Pump

Main Oil Pump

Main Oil Pump

Main Oil Pump (MOP)

운전되는 동안 Oil 공급 Shaft Driven

- Gerotor

- IMO pump

Compressor Casing이나 Main

Motor NDE측에 설치됨 Shaft driven

정전 등을 고려해 필요량보다 많게설계되어 있음.

Main Oil Pump Housing

Main Oil Pump (Gear type)

Oil Cooler

Oil Cooler

Tube 안쪽에 냉각수, Tube

바깥쪽에 Oil

Soft Brush를 사용해 소제 95 Deg F 냉각수 표준 CTD에 의해 소제시기 결정

형태와 기능

Thermostatic Control Valve

Thermostatic Control Valve

형태와 기능

일정한 Oil 온도 유지 100 Deg. F

Element와 Ass’y 모두 판매 Element만 교환시 필히 O-Ring

설치

Oil Filter

Oil Filter

형태와 기능

오일중의 이물질 제거 6개월에 1회 교환(통상적)

10 micron

일정 차압이상이면 Oil이Bypass됨

절환 밸브가 설치된 Dual

Oil Filter는 장비를정지하지 않고도 교환이가능

Pressure Adjustment Valve

Pressure Adjustment Valve

Features and Benefits

Oil System의 Oil 압력을 조절 기기 정지 중에 1차 조정 후 운전

중 2차 조정

형태와 기능

RTD’s (Resistance Temperature Detector)

Monitors temperature:오일온도

Cooler 출고 공기 온도Motor 고정자 와 베어링

Transmitter에서 4-20 mA output

Controller에서 Alarm/Trip 값 조절

Transmitter

RTD

Instrument systems- RTD

형태와 기능

Monitors pressure: Oil 압력압축공기 압력

Transmitter로 부터 4-20 mA output

Controller에서 Alarm/Trip값수정

Zero/Span 조절 가능

Instrument systems- PT

Instrument systems-Vibration Probe & Cable

형태 및 기능

Pinion Shaft, bullgear and motor에 사용

축으로 부터의 전기적 거리를 측정

Probe 저항

MP3 용 – 12~20 Ohm

CMC용 – 4~6 Ohm

Instrument systems-Vibration Transmitter

Transmitter에서 4-20 mA output

축의 진동을 감시

1st Stage

2nd Stage

3rd Stage

etc.

Controller에서 Alarm/Trip 값조절

Gap Setting

MP3 - 5VDC

CMC – 6VDC

형태와 기능