KR100338840B1 - 소형2단원심압축기의성능시험장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소형 2단 원심압축기의 성능시험 장치에 관한 것으로서, 이는 특히 소형 2단 원심압축기의 성능 및 제반특성(온도특성, 압력특성, 소비전력, 전류 등)을 정확하게 측정할 수 있으며, 측정된 데이터를 분석하여 2단 원심압축기 및 냉매회로 시스템을 개선하는데 활용 할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 상기 예의 목적을 구현 할 수 있도록 측정용 소형 2단 원심압축기(1)와, 이 소형 2단 원심압축기(1)의 출구 측과 입구 측이 연결된 응축기(2)와, 이 응축기(2)의 출구 측과 제1 기액분리기(3) 입구측 사이에 연결된 제1 팽창변(B1)과, 이 제1 기액분리기(3)와 연결된 제2 기액분리기(4)와, 상기 제1,2 기액분리기(3,4)의 기체 및 유체 출구 및 입구 사이에 설치된 제2,3 팽창변(B2,B3)과, 상기 소형 2단 원심압축기(1)의 입/출구 사이에 설치된 중간냉각기(5)와, 소형 2단 원심 압축기(1)→응축기(2)→제1,2 기액분리기(3,4) 및 중간냉각기(5)로 이뤄지는 냉매회로 각부 위의 냉매온도 및 압력과 유량을 잴 수 있도록 설치된 온도계/압력계/유량계로 이뤄져 있는 2단 원심압축기의 성능시험장치를 제공하는데 있다.
이러한 본 발명에 의하면 소형 2단 원심압축기의 성능을 시험하기 위한 냉매회로와 이 냉매회로와 관련된 측정장치에 의하여 이러한 소형 2단 원심압축기의 성능 및 제반특성을 정확하게 측정할 수 있는 것이다.

Description

소형 2단 원심압축기의 성능시험장치{Performance test equipment of small size two-stage centrifugal compressor}
본 발명은 소형 2단 원심(터보)압축기의 성능시험장치에 관한 것으로서, 이는 특히 소형 2단 원심압축기의 성능 및 제반특성을 측정할 수 있도록 함으로서 이러한 소형 2단 원심압축기의 연구 개발에 폭넓게 이용될 수 있도록 한 것이다.
일반적인 2단 원심압축기는 8KW급 이상 되는 대형의 2단 원심압축기와 8KW급 이하의 소형 2단 원심압축기로 구분되며, 소형의 2단 원심압축기는 윤활유를 사용하지 않으면서 약 36,000RPM 이상의 회전 속도를 갖고 있다는 점에서 대형의 2단 원심압축기와는 성능 및 제반특성을 측정하는 시스템이 다르다.
또, 일반적으로 상용화된 압축기(왕복동식,회전식,스크롤식)들과 그 동작 조건이나 냉매회로 또는 냉동 사이클이 다르기 때문에 이들을 겨냥한 압축기 성능측정장치를 적용하기 어렵다.
그러므로, 최근에 개발되고 있는 소형 2단 원심압축기는 압축기의 성능을 시험하는데 있어서 종래의 압축기 성능장치로는 효과적으로 성능 및 제반특성을 측정하고 분석하는데 어려운 점이 많다.
소형 2단 원심압축기는 압축과정이 대체로 2단 압축을 하며, 오일을 사용하지 않기 때문에 압축기 내부에 있는 모터의 온도상승을 방지하기 위한 냉각 시스템이 이용되고 있고 성능향상을 위한 냉매회로도 적절한 형태를 갖도록 요구된다.
그러나, 종래에는 이러한 소형 2단 원심압축기의 성능을 측정하기 위한 장치가 제안된 바 없기 때문에 이러한 압축기의 성능 측정 및 제반특성을 시험하는데 장애가 되는 것이었다.
본 발명의 목적은 이러한 소형 2단 원심압축기의 성능 및 제반특성(온도특성, 압력특성, 소비전력, 전류 등)을 정확하게 측정할 수 있으며, 측정된 데이터를분석하여 압축기나 냉매회로 시스템을 개선하는데 활용함으로써 연구개발의 효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 성능시험장치의 냉매회로를 나타낸 실시 예도,
도 2는 상기 냉매회로의 각부 위에 온도계/압력계/유량계 등이 설치된 성능시험 장치의 일 실시 예도,
도 3은 본 발명의 2단압축/2단팽창 사이클의 압력-엔탈피 선도를 나타낸 참고도.
※도면의 주요부분에 대한 부호설명※
1. 소형 2단 원심압축기 2. 응축기
3,4. 제1,2 기액분리기 5. 중간냉각기
B1∼B3. 제1 내지 제3 팽창변 T1∼T11. 제1 내지 제11 온도계
P1∼P9. 제1 내지 제9 압력계 D1,D2. 제1,2 유량계
상기와 같은 목적을 구현할 수 있도록 본 발명은 측정용 소형 2단 원심압축기와, 이 소형 2단 원심압축기의 출구 측과 입구 측이 연결된 응축기와, 이 응축기의 출구 측과 제1 기액분리기 입구측 사이에 연결된 제1 팽창변과, 이 제1 기액분리기(3)와 연결된 제2 기액분리기와, 상기 제1,2 기액분리기의 기체 및 유체 출구 및 입구 사이에 설치된 제2,3 팽창변과, 상기 소형 2단 원심압축기의 입/출구 사이에 설치된 중간냉각기와, 소형 2단 원심압축기→응축기→제1,2 기액분리기 및 중간냉각기로 이뤄지는 냉매회로 각부 위의 냉매온도 및 압력과 유량을 잴 수 있도록 설치된 온도계/압력계/유량계로 이뤄져 있는 소형 2단 원심압축기의 성능시험장치에 특징이 있는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 상기 응축기의 출구 측에 연결된 제1,2 기액분리기 및 다수의 팽창변들은 이를 1단 또는 다단으로 구성한 소형 2단 원심압축기의 성능시험장치에 있다.
이하에서 이를 첨부된 도면과 같이 좀더 구체적으로 설명하여 봄으로서 본 발명의 보다 상세한 특징들이 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 성능측정장치를 위한 냉매회로를 나타내었다.
여기서는 8KW급 이하이며 전동부의 윤활유 없이 고속 회전하는 측정용 소형 2단 원심압축기(1)가 구비되어져 있고, 이 소형 2단 원심압축기(1)의 2단출구측에는 응축기(2)의 입구 측이 연결되어져 있다.
상기 응축기(2)의 출구 측에는 제1 기액분리기(3) 입구 측이 연결되어져 있고 상기 응축기(2)의 출구측과 제1기액분리기(3) 입구측 사이에는 2단 팽창시 냉매유량을 조절하기 위한 제1 팽창변(B1)이 연결되어져 있다.
또, 상기 제1 팽창변(B1)과 연결된 제1 기액분리기(3)에는 제1 기액분리기(3)의 기체 및 유체출구와 제각기 기체 및 유체입구가 이어져 있는 제2 기액분리기(4)가 연결되어져 있고, 상기 제1,2 기액분리기(3,4)의 기체 및 유체 출구 및 입구 사이에는 제2,3 팽창변(B2,B3)들이 설치되어져 있다.
또, 상기 소형 2단 원심압축기(1)의 2단입구와 1단출구 사이에는 밀폐된 전동부의 냉각과 압축 성능을 양호히 하기 위한 중간냉각기(5)가 연결되어져 있다.
또, 상기 소형 2단 원심압축기(1)→응축기(2)→제1,2 기액분리기(3,4) 및 중간냉각기(5)로 이뤄지는 냉매회로의 각부 위에는 냉매온도 및 압력과 유량을 잴 수 있도록 온도계/압력계/유량계들이 설치되어져 있으며, 이것을 도 2와 같이 나타내었다.
여기서는 소형 2단 원심압축기(1)의 1단입구 측에는 제1 온도계(T1)와 제1 압력계(P1)가 설치되어져 있고, 소형 2단 원심압축기(1)의 바이패스 냉각 유로 상에는 제2 온도계(T2) 및 제2 압력계(P2)가 설치되어져 있다.
또, 소형 2단 원심압축기(1)의 1단측 출구 경로와 연결된 보조냉각기(5)의 입구와의 사이에는 제11 온도계(T11)와 제8 압력계(P8)가 설치되어져 있고, 보조냉각기(5)의 출구와 소형 2단 원심압축기(1)의 2단입구 사이에는 제3 온도계(T3)와제3 압력계(P3)가 설치되어져 있으며, 소형 2단 원심압축기(1)의 2단출구 측에는 제2 유량계(D2)를 거쳐 제4 온도계(T4)와 제4 압력계(P4)가 설치되어져 있다.
또, 상기 응축기(2)와 제1 팽창변(B1) 사이에는 제5 온도계(T5) 및 제5 압력계(P5)가 설치되어져 있고, 제1 팽창변(B1)과 제1 기액분리기(3) 입구측 사이에는 제6 온도계(T6) 및 제6 압력계(P6)가 설치되어져 있으며, 제2,3 팽창변(B2,B3)의 출구와 제2 기액분리기(4)의 입구측 사이에는 제각기 제7,8 온도계(T7,T8)가 설치되어져 있다.
또, 상기 제2 기액분리기(4)의 출구와 소형 2단 원심압축기(1)의 입구측 사이에는 제9 온도계(T9)와 제7 압력계(P7)가 설치되어져 있고, 제9 온도계(T9)/제7압력계(P7)들과 제1 온도계(T1)/제1 압력계(P1)들 사이에는 제1 유량계(D1)가 설치되어져 있다.
이러한 구성은 본 발명은 도 1 및 도 2와 같이 성능을 측정할 소형 2단 원심압축기(1)를 성능측정장치에 설치하고 소형 2단 원심압축기(1) 및 냉매회로를 구동한다.
상기 소형 2단 원심압축기(1)에서는 압축된 기체가 응축기(2)를 지나면 액상이 되고, 액상의 냉매가 제1 팽창변(B1)을 지나면서 액상과 기상을 갖는 혼합액이 되며, 이를 제1 기액분리기(3)에서 액상과 기상을 분리하여 1차 팽창시킨다.
즉, 제1 팽창변(B1)을 통과한 냉매는 액상과 기상이 혼합된 상태이며, 제1 기액분리기(3)에서 기상과 액상을 분리하여 제2,3 팽창변(B2, B3)을 통하여 제2 기액분리기(4)로 보내지며, 이 과정에서 2차 팽창이 이루어진다.
소형 2단 원심압축기(1)의 성능을 측정하기 위하여 각 부품의 입구 또는 출구에서 제1 내지 제11 온도계(T1-T11)와 제1 내지 제9 압력계(P1-P9)를 통하여 각 부위의 온도 및 압력을 측정한다.
또, 제1,2 유량계(D1,D2)에서는 해당부위의 유량을 측정하여 다른 측정값(압력과 온도)과 같이 압축기의 성능을 계산한다.
각단의 효율은 도 3과 같이 엔탈피를 구하여 계산한다.
일례로, 소형 2단 원심압축기(1)의 1단의 경우 입구 측의 온도와 압력(P1과 T1)을 측정한 값으로 엔탈피를 계산한 후, 등엔트로피로 계산한 값과 출구 측에서 측정한 값의 계산치를 이용하여 1단의 효율을 구한다.
1단의 비압축일은 입구 측과 출구 측의 엔탈피 차로 구한다.
L1= h1- h2[J/Kg]
1단의 압축일은 비압축일에 유량을 곱하여 구한다.
N1=L1×G[W]
1단 임펠러의 비유량계수는 1단 임펠러의 직경과 입구의 온도와 압력을 이용해서 계산한 밀도와 임펠러의 원주속도 U21을 이용하여 구한다.
이렇게 하여 소형 2단 원심압축기(1)의 성능 및 제반특성(온도특성, 압력특성, 소비전력, 전류 등)을 정확하게 측정할 수 있으며 이를 이용하여 소형 2단 원심압축기(1)와 냉매회로 시스템의 최적 작동조건을 찾을수 있으며, 연구개발에 활용할 수 있다.
한편, 본 발명의 상기와 같은 실시 예에서는 2단 팽창과정을 통한 측정장치로 설계하고 있으나 본 발명을 3단 또는 1단의 팽창과정을 가지는 사이클에도 적용이 가능하며, 2단 팽창의 경우와 마찬가지로 추가되는 팽창변과 기액분리기를 기상과 액상을 구분하여 연결한다.
이러한 본 발명은 소형 2단 원심압축기의 성능 및 제반특성을 측정 및 시험할 수 있도록 한 성능측정장치를 제공하게 됨으로써 이러한 소형 2단 원심압축기의 연구 개발에 도움을 줄 수 있는 것이다.

Claims (2)

  1. (2회정정)측정용 소형 2단 원심압축기(1)와, 이 소형 2단 원심압축기(1)의 출구측과 입구측이 연결된 응축기(2)와, 이 응축기(2)의 출구측과 제1 기액분리기(3) 입구측 사이에 연결된 제1 팽창변(B1)과, 이 제1 기액분리기(3)와 연결된 제2 기액분리기(4)와, 상기 제1,2 기액분리기(3,4)의 기체 및 유체 출구와 입구 사이에 설치된 제2,3 팽창변(B2,B3)과, 상기 소형 2단 원심압축기(1)의 1단출구와 2단입구 사이에 설치된 중간냉각기(5)와, 소형 2단 원심압축기(1)→응축기(2)→제1,2 기액분리기(3,4) 및 중간냉각기(5)로 이뤄지는 냉매회로 각 부품 입구와 출구의 냉매온도, 압력 및 유량을 잴 수 있도록 설치된 온도계, 압력계 및 유량계로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 2단 원심압축기의 성능시험 장치.
  2. (정정)제 1항에 있어서, 상기 온도계, 압력계 및 유량계는 상기 소형 2단 원심압축기(1)의 1단 입구측에 설치된 제1온도계(T1) 및 제1압력계(P1)와, 소형 2단 원심압축기(1)의 바이패스 냉각 유로상에 설치된 제2 온도계(T2) 및 제2 압력계(P2)와, 소형 2단 원심압축기(1)의 1단측 출구 경로와 연결된 보조냉각기(5)의 입구와의 사이에 설치되어져 있는 제11 온도계(T11) 및 제8 압력계(P8)와, 보조냉각기(5)의 출구와 소형 2단 원심압축기(1)의 2단 입구 사이에 설치된 제3 온도계(T3) 및 제3 압력계(P3)와, 소형 2단 원심압축기(1)의 2단출구 측에 설치된 제2 유량계(D2)와 제4 온도계(T4) 및 제4 압력계(P4)와, 상기 응축기(2)와 제1 팽창변(B1) 사이에 설치된 제5 온도계(T5) 및 제5 압력계(P5)와, 제1 팽창변(B1)과 제1 기액분리기(3) 입구측 사이에 설치된 제6 온도계(T6) 및 제6 압력계(P6)와, 제2,3 팽창변(B2,B3)의 출구와 제2 기액분리기(4)의 입구측 사이에는 제각기 설치된 제7,8 온도계(T7,T8)와, 상기 제2 기액분리기(4)의 출구와 소형 2단 원심압축기(1)의 입구측 사이에 설치된 제9 온도계(T9) 및 제7 압력계(P7)와, 제9 온도계(T9) 및 제7 압력계(P7)들과 제1 온도계(T1) 및 제1 압력계(P1)들 사이에 설치된 제1 유량계(D1)로 이루어진 것을 특징으로 하는 소형 2단 원심압축기의 성능측정장치.
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