KR19990075384A - 소형터보압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터보압축기에 관한 것으로서, 200마력 이하급의 소형 터보압축기를 구현하는데에 목적이있다.
이를 실현하기 위하여 본 발명은, 축동력으로 구동되는 소형 다단 터보 압축기를 구동하는 효율적인 방법을 제공한다.

Description

소형 터보 압축기
일반적으로 500마력급 이상에서만 터보형 공기압축기가 사용되고 있으며, 20기압이상의 큰 압력을 제공하는 압축기는 1OOO마력급이상의 경우에 사용된다. 즉, 현재의 터보압축기는 Impeller의 구동을 모터와 증속기어를 사용하고 있어 회전수의 제한이 있기 때문에 마지막 단 Impeller 출구폭이 너무 작아지고 따라서 작은 유량에서 높은 압력비를 내는데 제한이 있다. 예를 들어 200마력급 터어보 압축기로 10기압을 내려고 하면 마지막단의 Impeller 출구 폭은 2mm정도 될것이므로 축방향간극을 유지할 수 없어 마지막 단의 효율이 매우 낮아 실용적이지 못하며 500마력급에서 20기압을 얻으려 해도 같은 이유로 인하여 동작이 블가능하게 된다. 따라서 현재까지는 터보압축기의 여러가지 장점에도 불구하고 200마력급이하에서는 터보압축기가 사용되지 못하고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같이 기존의 터보압축기가 지니고 있는 제한(작은 유량에서의 Turbo-Compressor 적용불가)을 제거하고자 발명된 것으로, 에너지 사용효율의 증가, 오일없는 깨끗한 압축공기의 공급, 저유량 고압축영역에서의 동작성을 동반하도록 고안되었다.
제 1도는 기본 개념도
현재까지 적용하지 못하고 있는 작은 공기량의 터보압축기를 구현하기 위하여 본 발명은 외부축동력으로 구동되는 압축기와 압축된 공기의 일부를 사용하여 터빈을 구동하고 그 터빈에 압축기 마지막 단을 연결하여 구동함으로써 작은 유량에서도 11기압정도를 얻도록 하여 작은 유량에서도 터보압축기를 구성할 수 있도록 한다. 즉 저단압축기는 (1단,2단,..) 축회전수를 증속시켜 압축기를 구동하고, 고단 압축기(3단,4단,.., 끝단)는 저단압축기에서 뽑아낸 고압공기를 사용하여 구동하는 터어빈 구동방식을 사용한다.
고단압축기를 터빈구동방을 채택하는 이유는 작은 유량(대체로 1.0 Kg/sec 이하)의 경우 고단압축기 Impeller출구의 폭이 좁아지지 않도록 충분한 회전수를 제공하기 위해서이다. (일반적으로 기어구동을 하면 기어기술의 한계로 인하여 회전수가 70000RPM을 넘기어려우며 이렇한 작은 회전수에서 고압축비를 내려면 Impeller 출구 폭이 작아지게 되므로 현실적으로 적용이 불가능하게된다.)
첨부한 도면 도1은 기본개념을 보여주고 있다.
본 발명에 따른 터보압축기의 구성은 도 1에 나타내 바와 같이 우선 1,2단압축기는 엔진 또는 모터로부터 축동력을 받아 구동하고, 각단 사이에는 중간 냉각기를 사용하여 소모동력을 줄이도록하고 있다. 2단 출구에서 4기압정도의 공기를 뽑아 터빈을 구동하고, 이 터빈에 연결된 3단 압축기가 10만 RPM 이상으로 동작하게되어 작은 유량에서도 10기압정도를 얻을 수 있다. 일반적으로 1Kg/sec 이하의 영역은 터보압축기를 적용하기 어려운 운용조건이나 본 발명은 고단압축기를 터어빈으로 구동하므로서 제한을 극복할 수 있는 방법을 제공한다. 또 1,2단 압축기에 있어서도 실토출량보다 많은 공기가 흡입되므로 Impeller의 효율이 높은 영역에서 동작하는 것이 가능하다. 통상적인 터보압축기의 설계의 경우에 터빈을 통해 배출되는 공기량을 흡입량의 절반이라고하면 대한 각위치에서의 압력과 온도는 다음과 같다.
이경우의 효율을 계산해보면 3단을 기어로 구동했을때보다 동력소비가 22% 증가한 다는 것을 알 수 있다. 즉 기존의 대형터보압축기에 비해서 상대효율이 22% 감소되었다는 것을 의미한다. 그러나 소형 터보압축기의 비교대상은 현재의 스크류압축기가 되어야 하며, 통상 스크류압축기의 효율이 터보압축기보다 떨어지므로 효율에 있어서는 크게 문제가 되지 않을 것으로 생각된다. 그리고 통상 터빈을 통과하여 버려지는 공기의 온도는 대기온도가 300K인 경우 280K 정도로 될것으로 예측되며, 배출공기는 Filter를 통과한 깨끗한 공기이므로 흡입구로 되돌려는 것이 유리하다. 그러나 어떤 운행조건에 있어서는 배출공기가 대기온보다 높은 온도 일 수 있으므로 Valve를 설치하는 것이 괼요하다. 이렇게 비출공기를 흡입구로 되돌려보내는 경우는 외부로의 흡입공기의 누출이 없으므로 공기가 아닌 다른 종류의 가스에도 적용이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 터보압축기는 다음의 효과를 제공한다.
- 기어구동 압축기가 제공하지 못하는 저유량에서의 고압력을 제공할 수 있다.
- 기존의 스크류압축기에 비해서 크기가 작다.

Claims (2)

  1. 저단압축기는 증속기를 포함한 기계식으로 구동하고, 고단압축기는 저단압축기에서 뽑아낸 가스로 구동되는 터빈으로부터 동력을 전달받아 구동되는 고단 압축기를 특징으로하는 소형 다단터보압축기.
  2. 제 1항에 있어서 상기한 터빈을 통과한 가스를 1단압축기 입구로 돌려보내는 것을 특징으로하는 소형 다단터보압축기.
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