KR100390862B1 - 터보압축기 불안정성 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보형 압축기 작동 중 빈번히 발생하는 선회실속 및 서지를 빠르고 간단하게 감지하기 위한 감지장치에 관한 것으로서, 터보압축기의 불안전 영역을 감지하기 위한 감지장치로서, 감지기몸체(22)와; 상기 감지기몸체(22)내에 내설되고, 감지기몸체 선단의 동일평면상에 일정간격을 두고 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)을 각기 노출시킨 제1압력관(25) 및 제2압력관(26)과; 상기 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)과의 사이를 가로지르는 분할막(28)을 상기 감지기몸체의 선단면 평면상에 설치시킨 압력감지기(20)를 구비하고, 상기 압력감지기(20)를 터보압축기의 임펠러(12) 입구 또는 출구측 흡입관(14)에 설치하되 분할막(28)이 임펠러 회전축과 동일하도록 배치하고, 상기 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)측의 압력차를 측정하여 불안정영역을 검출해내는 것을 특징으로 한다.

Description

터보압축기 불안정성 감지장치{Instability detector of turbo compressor}

본 발명은 터보형 압축기 작동 중 빈번히 발생하는 선회실속 및 서지를 빠르고 간단하게 감지하기 위한 감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 터보형 압축기의 작동유량이 점점 줄어들어 어느 특정 유량보다 적은 유량영역에서 작동을 하면 선회실속 및 서지가 발생하게 된다. 이러한 선회실속 및 서지는 압축기 시스템의 성능을 악화시키고, 심할 경우 치명적인 기계적 손상을 유발시킨다. 따라서 이러한 선회실속 및 서지 발생을 빠르고 정확하게 감지하는 것이 무엇보다 중요하다.

선회실속 및 서지 영역을 감지하기 위해 종래는 고주파수용 압력센서 또는 진동센서 및 신호분석시스템 등이 사용되었는 바, 이러한 분석시스템에는 복잡하고 어려운 분석기법이 동원된다. 이러한 장치 및 장비는 상당히 고가이므로 터보 압축기 시스템의 가격 상승의 원인을 제공하므로 비경제적이다. 또한 이러한 복잡한 시스템은 취급시 상당한 기술이 요구될 뿐만 아니라, 시스템의 유지 및 보수에도 상당한 경제적 부담을 가져올 수 있다. 따라서 이러한 단점을 극복하기 위해서 간단하고, 신뢰성이 있으며 경제적인 새로운 방법이 요구되었다.

본 발명은 터보 압축기 시스템의 불안정 작동영역을 감지하기 위해 고가의 고주파수용 압력센서, 진동센서 및 분석시스템 등을 이용한 복잡한 방법에 비해 간단하고, 경제적일 뿐 아니라 유지 및 보수, 관리에도 경제적이며, 신뢰성이 있는 새로운 터보압축기 불안정성 감지장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

터보압축기의 불안전 영역을 감지하기 위한 감지장치로서,

감지기몸체와;

상기 감지기몸체내에 내설되고, 감지기몸체 선단의 동일평면상에 일정 간격을 두고 제1압력취출공과 제2압력취출공을 각기 노출시킨 제1압력관 및 제2압력관과;

상기 제1압력취출공과 제2압력취출공과의 사이를 가로지르는 분할막을 상기 감지기몸체의 선단면 평면상에 설치시킨 압력감지기를 구비하고,

상기 압력감지기를 터보압축기의 임펠러 입구측 또는 출구측 흡입관에 설치하되 분할막이 임펠러 회전축과 동일하도록 배치하고, 상기 제1압력취출공과 제2압력취출공측의 압력차를 측정하여 불안정영역을 검출해내는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 압력차의 불안정영역을 모니터링하여 압축기의 운전상태를 직접 확인할 수 있도록 상기 압력감지기에 모니터가 연결되어 있는 것을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 압력차가 불안정영역에 위치하면 운전자에게 경고를 즉시 주도록 상기 압력감지기측에 경고수단이 연결되어 있는 것을 제공한다.

상기의 수단에 의하면 터보압축기가 안정영역에서 동작하면, 임펠러의 유입구측으로 들어오는 유체의 흐름방향이 분할막과 같은 방향으로 진행되므로 2개의 압력취출공에 압력차가 나타나지 않고, 반대로 선회 실속이나 서지시에는 유체의 흐름방향이 분할막과 일치한 방향이 아니므로 2개의 압력취출공에서 압력차가 검출된다.

이 검출된 압력을 직접 U자관에 연결하거나 전기신호화 하여 모니터상에 표시하므로서 불안정영역을 판단할 수 있다. 동시에 불안전영역으로 나타날 경우 램프 또는 경보음을 통해 운전자에게 경고를 줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 불안정성 감지기의 정면도 및 일측면도.

도 2는 터보 압축기에 장착된 불안정성 감지기의 장착상태도.

도 3은 불안정성 감지기의 설치회전각에 따른 교정 곡선도.

도 4는 압축기의 성능곡선도.

도 5는 안전작동영역에서의 불안정성 감지기의 장착각도에 따른 무차원 압력차 선도 및 작동유체의 흐름도.

도 6은 불안정작동영역에서의 불안정성 감지기의 장착각도에 따른 무차원 압력차 선도 및 작동유체의 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 압력감지기 22 : 감지기 몸체

25 : 제1압력관 25a : 제1압력취출공

26 : 제2압력관 26a : 제2압력취출공

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 불안정성 감지기(20)의 정면도 및 일측면도를 나타내고 있다.

본 발명의 불안정성 감지기(20)는 도 2와 같이 터보압축기 임펠러(12)의 입구 흡입관(14)측에 배치되는 것으로 터보압축기 흡입관(14)측으로 유입되는 작동유체의 흐름 방향에 따른 압력차를 검출하게 되어 있다.

이를 위해 불안정성 감지기(20)는 감지기몸체(22)와, 이 감지기몸체(22)내에 내설되고 감지기몸체 선단의 동일평면상에 일정 간격을 두고 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)을 각기 노출시킨 제1압력관(25) 및 제2압력관(26)과, 상기 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)과의 사이를 가로지르는 분할막(28)을 갖고 있다.

그리고 상기 제1 및 제2압력관(25,26)에는 도시안된 압력센서 또는 U자형 압력관이 설치되어 압력을 전기적 신호로 나타내거나 시각적인 신호로 표시되도록 할 수 있다.

이와 같이 구성된 불안정성 감지기(20)는 도 2와 같이 터보압축기의 작동유체 입구측 흡입관(14)에 벽측에 설치된다. 이때 불안정성 감지기(20)의 분할막(28)의 길이방향이 임펠러의 축방향과 나란하도록 배치한다.

이 상태에서 터보압축기의 출구측 유동속도를 변화시켜 가면서 불안정성 감지기(20)의 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)에서의 압력(P1,P2)을 측정한 결과가 도 3에 도시되어 있다. 이때 불안정성 감지기(20)는 각각의 출구속도에 대하여 360도 회전하며 측정하고 속도에 따른 교정곡선을 구하였으며, 이를 전압력 (P_{t})과 정압력(P_{s})을 이용하여 무차원 시켰다.

도 3에서 보는 바와 같이 무차원시킨 결과 속도에 무관하게 동일한 형태의 교정곡선을 얻을 수 있다. 이는 압축기의 용량, 크기 및 임펠러의 회전수에 관계없이 본 실시예의 불안정성 감지기(20)를 적용할 수 있다는 것을 나타낸다.

도 4는 터보압축기의 성능곡선을 나타낸 것으로서 안정한 작동영역(9)과 불안전한 작동영역(10)을 보여주고 있다.

도 5는 안정한 작동영역(9)에서 불안정성 감지기(20)의 장착각도에 따른 무차원 압력차를 나타낸 것이다. 여기서 A, B 및 C는 도 4의 압축기 성능에서의 압축기 작동점을 나타낸 것이다. 도 4에서 알 수 있듯이 안정한 작동영역 내에서는 압축기 운전지점과는 관계없이 동일한 경향을 보이고 있다.

도 5의 우측 도면과 같이 불안정성 감지기(20)를 분할막(28)의 길이방향이 압축기 임펠러의 축방향과 동일하게 장착할 경우(감지기의 회전각이 '영'도일 경우) 두 개의 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)의 압력차는 거의 없다. 이는 유동의 방향이 분할막(28)의 길이방향과 유사하기 때문에 각 제1압력취출공 (25a)과 제2압력취출공(26a)에 인가되는 압력은 큰 차이가 없다.

도 6은 불안정한 작동영역에서 불안정성 감지기(20)의 장착각도에 따른 무차원 압력차를 나타낸 것이다. 여기서 D 및 E는 도 4의 압축기 성능곡선에서의 압축기 작동점을 나타낸 것이다. 도 6에서 알 수 있듯이 안정한 작동영역에서의 분포와 완전히 다른 형태를 보여주고 있다. 불안정한 작동영역 내에서는 압축기 운전지점과는 관계없이 서로 동일한 경향을 보이고 있다. 도 6의 우측 도면과 같이 불안정성 감지기(20)를 분할막(3)의 길이방향이 압축기 임펠러(12)의 축 방향과 동일하게 장착할 경우(감지기의 회전각이 '영'도일 경우) 두 개의 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)에 인가되는 압력차는 최대로 커지는 것을 알 수 있다. 이는 유동의 방향이 분할막(28)의 길이방향에 대해 대체로 수직방향이기 때문에 각 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)에 인가되는 압력은 크게 차이가 생긴다.

이와 같이 본 발명은 상기 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)으로부터 얻은 압력차를 도 5 및 도 6과 같이 모니터상에 선도로 나타나게 함으로서 압축기 운전상태의 불안정영역을 쉽게 판단할 수 있다.

또한 본 발명은 감지된 압력차에 대한 값을 논리회로 적으로 비교 판단하여 불안정영역임을 판단하여 운전시 경고수단인 램프나 스피커를 통해 경고를 줄 수 있다. 따라서 운전자는 신속히 안정한 작동영역으로의 제어를 가능하게 하는 것이다.

본 실시예에서는 불안정성 감지기(20)를 터보압축기의 입구측에 설치하였으나, 본 발명은 불안정성 감지기(20)를 터보압축기의 출구측에 설치하여 불안정 영역을 감지할 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 터보압축기 불안정감지장치는 구성이 매우 간단하여 제작이 용이하고 경제적이다. 또 복잡한 전기, 전자장치가 아니므로 유지, 관리 및 보수에 특별한 경비 또는 경제적인 부담이 없고 신뢰성이 높다.

또, 특별한 어려운 지식이 필요 없으므로 다루기가 용이하고, 어떤 용량, 크기 및 회전수에 관계없이 사용이 가능하며, 유동이나 기타 압축기의 성능에 악 영향을 미치지 않는다.

본 발명에 적용되는 불안정성 감지기를 사용시 압축기의 운전상태를 쉽게 모니터링하여 불안정 작동영역에서의 운전시 빨리 감지할 수 있다.

또 불안정성 감지기를 터보 압축기의 운전제어 시스템과 연결시킬 경우 불안정영역에서의 운전시 빠른 경고와 함께 안전한 작동영역으로의 제어가 가능하고, 또한 압축기 성능 저하를 막을 수 있으며, 치명적인 기계적 손상으로부터 압축기 시스템을 안전하게 보호할 수 있는 장점을 갖는다.

Claims (3)

1. 터보압축기의 불안전영역을 감지하기 위한 감지장치로서,

   감지기몸체(22)와;

   상기 감지기몸체(22)내에 내설되고, 감지기몸체 선단의 동일평면상에 일정 간격을 두고 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)을 각기 노출시킨 제1압력관 (25) 및 제2압력관(26)과;

   상기 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)과의 사이를 가로지르는 분할막(28)을 상기 감지기몸체의 선단면 평면상에 설치시킨 압력감지기(20)를 구비하고,

   상기 압력감지기(20)를 터보압축기의 임펠러(12) 입구측 또는 출구측 흡입관 (14)에 설치하되 분할막(28)이 임펠러 회전축과 동일하도록 배치하고, 상기 제1압력취출공(25a)과 제2압력취출공(26a)측의 압력차를 측정하여 불안정영역을 검출해내는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 불안전영역 감지장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 압력차의 불안정영역을 모니터링하여 압축기의 운전상태를 직접 확인할 수 있도록 상기 압력감지기(20)에 모니터가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 불안전영역 감지장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 압력차가 불안정영역에 위치하면 운전자에게 경고를 즉시 주도록 상기 압력감지기(20)측에 경고수단이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 불안전영역 감지장치.