KR20220127617A - 압축기 제어 시스템 및 압축기의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템은, 유체를 압축하는 압축기; 상기 압축기를 통해 토출된 유체가 공급되는 공급부; 상기 압축기의 입구에 배치되는 흡입 유도 베인; 상기 압축기의 출구와 터빈을 연결하는 유로에 배치되는 서지 제어 밸브; 및 대기 온도에 따라 상기 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하고, 상기 압축기로부터 토출되는 유체의 토출 압력이 유지되도록, 대기 조건에 따라 상기 서지 제어 밸브의 개폐도를 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

압축기 제어 시스템 및 압축기의 제어 방법{CONTROL SYSTEM FOR COMPRESSOR AND METHOD OF CONTROLLING THE COMPRESSOR}

본 발명은 압축기 제어 시스템 및 압축기의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항공용 보조 동력 장치에 장착되는 압축기의 제어 시스템 및 압축기의 제어 방법에 관한 것이다.

액체나 기체와 같은 유체를 제어하는 유체 제어 시스템은 유체를 압축시키는 압축기에 적용된다. 이러한 압축기의 유체 제어 시스템은 항공기의 보조 동력 장치(APU: Auxiliary Power Unit)를 포함하여 산업용 압축기를 활용하는 산업 분야 전반에 걸쳐 활용될 수 있다.

여기서 항공기의 보조 동력 장치의 가스터빈 엔진은 로드 압축기와 파워 압축기, 연소기, 파워 터빈을 포함하는 파워 섹션으로 구성되며, 파워 섹션은 로드 압축기의 구동을 위한 동력을 제공하는 가스터빈 엔진이 될 수 있다. 로드 압축기에서 압축된 공기는 항공기로 전달되어 주 엔진의 시동, 모터링 등의 목적으로 활용된다.

기존 항공기 보조 동력 장치의 가스터빈 엔진의 로드 압축기 제어 방식은, 압력을 목표 값으로 흡입 유도 베인(IGV)을 제어하고, 유량을 대표하는 서지 파라미터를 목표 값으로 서지 제어 밸브(SCV)를 제어하는 방식이다.

이 경우, 외란(혹은 부하 변동)으로 인한 유량 또는 압력 변경이 발생할 수 있는데, 이때 흡입 유도 베인(IGV)과 서지 제어 밸브(SCV)가 동시에 작동하면서 서로의 영향을 받게 되는 커플링 현상이 발생할 수 있다.

이와 같은 방식으로 흡입 유도 베인(IGV)과 서지 제어 밸브(SCV) 사이에 충돌이 발생하여 압축기의 동작이 불안정해질 수 있다. 따라서, 이러한 현상을 방지하기 위해, 흡입 유도 베인(IGV) 및 서지 제어 밸브(SCV)의 제어게인(반응속도) 중 한 쪽을 크게 설정하여 커플링 현상에 대응하지만, 이 경우 갑작스러운 외란에 의해 서지 현상이 유발될 가능성이 높아지거나 혹인 유지하고자 하는 토출 압력의 변동폭이 크게 나타나는 문제가 발생할 수 있다.

동록특허 10-1864321호에는 흡입 유도 베인과 서지 제어 밸브를 통한 유체 압축기 제어 시스템에 관한 내용이 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 흡입 유도 베인과 서지 제어 밸브 사이의 충돌이 발생하지 않도록 하는 압축기 제어 시스템 및 압축기의 제어 방법을 제공하는 것이다.

다만 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템은, 유체를 압축하는 압축기; 상기 압축기를 통해 토출된 유체가 공급되는 공급부; 상기 압축기의 입구에 배치되는 흡입 유도 베인; 상기 압축기의 출구와 터빈을 연결하는 유로에 배치되는 서지 제어 밸브; 및 대기 온도에 따라 상기 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하고, 상기 압축기로부터 토출되는 유체의 토출 압력이 유지되도록, 대기 조건에 따라 상기 서지 제어 밸브의 개폐도를 조절하는 제어부를 포함한다.

상기 흡입 유도 베인의 입구에 배치된 대기 온도 센서부; 상기 흡입 유도 베인의 입구에 배치된 대기 압력 센서부; 및 상기 압축기의 출구에 배치된 토출 압력 센서부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 대기 온도 센서부로부터 대기 온도를 감지하는 대기 온도 감지부; 상기 대기 온도 감지부를 통해 감지된 대기 온도를 바탕으로 상기 흡입 유도 베인의 개폐도를 연산하는 흡입 유도 베인 개폐도 연산부; 및 상기 흡입 유도 베인 개폐도 연산부를 통해 연산된 개폐도 값을 바탕으로 상기 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하는 흡입 유도 베인 구동부를 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 대기 온도 센서부로부터 대기 온도를 감지하는 대기 온도 감지부; 상기 대기 온도 감지부를 통해 감지된 대기 온도 값을 바탕으로 목표 압력비를 연산하는 목표 압력비 연산부; 상기 대기 압력 센서부로부터 대기 압력을 감지하는 대기 압력 감지부; 상기 토출 압력 센서부로부터 압축기로부터 토출된 유체의 토출 압력을 감지하는 토출 압력 감지부; 상기 대기 압력 감지부 및 상기 토출 압력 감지부를 통해 감지된 대기 압력값 및 토출 압력값을 바탕으로 현재 압력비를 연산하는 현재 압력비 연산부; 상기 현재 압력비 연산부의 연산 값과 상기 목표 압력비 연산부의 연산 값의 차이를 연산하는 압력비 차이 연산부; 및 상기 압력비 차이 연산부를 통해 연산된 압력비 차이 값을 바탕으로 상기 서지 제어 밸브의 개폐도를 연산하는 서지 제어 밸브 개폐도 연산부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 방법은, 대기 온도에 따라 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하는 단계; 및 압축기로부터 토출되는 유체의 토출 압력이 유지되도록 대기 조건에 따라 서지 제어 밸브의 개폐도를 조절하는 단계를 포함한다.

상기 대기 온도에 따라 상기 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하는 단계는, 대기 온도에 따라 유체를 공급받는 공급부의 요구 압축 공기 압력비를 구하는 단계; 서지 발생 라인에서 기 설정된 값만큼 여유를 갖도록 기준 라인을 설정하는 단계; 및 상기 요구 압축 공기 압력비와 상기 기준 라인을 모두 만족하도록 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 압축기로부터 토출되는 유체의 토출 압력이 유지되도록 대기 조건에 따라 상기 서지 제어 밸브의 개폐도를 조절하는 단계는, 상기 대기 온도를 바탕으로 압축기로부터 토출되는 압축 공기의 목표 압력비를 연산하는 단계; 대기 압력 및 상기 압축기로부터 토출되는 토출 압력을 바탕으로 현재 압력비를 연산하는 단계: 및 목표 압력비와 현재 압력비의 차이 값을 바탕으로 서지 제어 밸브의 개폐도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템은, 흡입 유도 베인은 대기 온도에 의해 서지 제어 밸브의 작동과 관계 없이 개루프(Open loop) 시스템으로 일정하게 유지되고 서지 제어 밸브만 폐루프(Close loop) 시스템으로 제어되므로 제어 과정에서 충돌이 발생하지 않아 안정적인 제어가 가능하며, 압축기의 유량을 대변할 수 있는 파라미터가 필요치 않아 파라미터 감지를 위한 센서의 수량이 줄어들 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 현재 대기온도 대한 요구 압축공기 압력비를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 요구 압력비와 서지 기준 라인을 통해 흡입 유도 베인의 개폐도가 조절되는 모습을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기 온도에 따라 흡입 유도 베인의 개폐도가 변하는 모습을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공급부의 유량이 증가함에 따라 서지 제어 밸브가 폐쇄되는 모습을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공급부의 유량이 감소함에 따라 서지 제어 밸브가 개방되는 모습을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡입 유도 베인의 개폐도가 설정된 상태에서, 공급부의 유량이 많을 경우 서지 제어 밸브의 제어를 통해 압축기의 토출 압력을 증가시켜 요구 압력비를 유지시키기 위한 제어 방향(a) 및 공급부의 유량이 적을 경우 서지 제어 밸브의 제어를 통해 압축기의 토출 압력을 감소시켜 요구 압력비를 유지시키기 위한 제어 방향(b)을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타냈으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템은, 유체를 압축하는 압축기(100), 압축기(100)를 통해 토출된 유체가 공급되는 공급부(1000), 압축기(100)의 입구에 배치되는 흡입 유도 베인(200) 및 압축기(100)의 출구와 터빈(830)을 연결하는 유로에 배치되는 서지 제어 밸브(300)를 포함한다.

항공기의 보조 동력 장치에 장착되는 압축기(100)는, 파워 압축기(810), 연소기(820), 파워터빈(830)을 포함하는 파워 섹션(800)과 연결될 수 있다. 파워 섹션(800)은 압축기(100)의 구동을 위한 동력을 제공하는 가스터빈 엔진을 포함할 수 있다.

압축기(100)에서 압축된 공기는 공급부(1000)로 전달될 수 있다. 공급부(1000)는 항공기를 포함할 수 있다. 압축기(100)에서 압축된 공기는 항공기 엔진의 시동 및 모터링 등의 목적으로 활용될 수 있다.

압축기(100)의 흡입구에는 흡입 유도 베인(IGV: Inlet Guide Vane)(200)이 설치될 수 있다. 흡입 유도 베인은 공급부(1000)로부터 요구되는 압축 공기의 유량에 따라서 열고 닫히면서 압축기(100)의 운용 범위를 조절할 수 있다.

압축기(100)의 배출구 부분에는 파워 터빈(830)의 출구로 이어지는 바이패스 유로를 가지는데, 상기 유로에는 서지 제어 밸브(SCV: Surge Control Valve)(300)가 설치된다. 서지 제어 밸브(300)는 압축기(100)의 배압을 조절하여 압축기(100)의 서지 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 대기 온도에 따라 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 조절하고, 압축기(100)로부터 토출되는 유체의 토출 압력이 유지되도록, 대기 조건에 따라 서지 제어 밸브(300)의 개폐도를 조절하는 제어부(400)를 포함한다.

항공용 보조 동력 장치(APU)는 항공기에서 필요한 압축 공기를 공급하는 가스 터빈 엔진으로, 대기 조건 및 운용 모드에 따라 요구되는 유량 및 토출 압력이 결정되어 있다. 이때, 흡입 유도 베인 및 서지 제어 밸브 모두 압축기의 유량 및 압력 변화에 영향을 미치기 때문에, 갑작스러운 외란에 의해 압력 유지 반응이 늦어지거나 서지 현상이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 대기 조건 및 운용 모드에 따라 항공용 보조 동력 장치가 제공해야 할 압축 공기의 압력 및 유량이 일정하다는 점을 토대로, 제어부(400)는 흡입 유도 베인(200)은 대기 온도에 대응하여 개폐도가 조절되는 개루프(Open Loop) 시스템으로 제어하고, 서지 제어 밸브(300)는 토출 압력 목표 값에 도달하는 방향으로 대기 조건에 따라 개폐도가 조절되는 폐루프(Close loop) 시스템로 제어할 수 있다.

이와 같이 흡입 유도 베인(200)의 개폐도가 대기 온도에 의해서만 결정되기 때문에 서지 제어 밸브(300)의 작동에 관계 없이 흡입 유도 베인(200)의 개폐도가 일정하게 유지될 수 있다.

또한 흡입 유도 베인(200)과 달리 서지 제어 밸브(300)만 폐루프로 제어되므로 제어 과정에서 흡입 유도 베인(200)과 서지 제어 밸브(300)간의 충돌이 발생하지 않아 안정적으로 압축기(100)를 제어할 수 있다.

이에 더하여 압축기(100)의 유량을 대변할 수 있는 파라미터가 필요하지 않아 파라미터를 측정하기 위한 센서를 설치할 필요가 없어 압축기 제어 시스템의 구조가 단순화될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 흡입 유도 베인의 제어 시스템에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 현재 대기온도 대한 요구 압축공기 압력비를 나타낸 그래프이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 요구 압력비와 서지 기준 라인을 통해 흡입 유도 베인의 개폐도가 조절되는 모습을 나타낸 그래프이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기 온도에 따라 흡입 유도 베인의 개폐도가 변하는 모습을 나타낸 그래프이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템은, 흡입 유도 베인(200)의 입구에 배치된 대기 온도 센서부(500), 흡입 유도 베인(200)의 입구에 배치된 대기 압력 센서부(600)를 포함할 수 있다.

또한 제어부(400)는, 대기 온도 센서부(500)로부터 대기 온도를 감지하는 대기 온도 감지부(410), 대기 온도 감지부(410)를 통해 감지된 대기 온도를 바탕으로 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 연산하는 흡입 유도 베인 개폐도 연산부(420) 및 흡입 유도 베인 개폐도 연산부(420)를 통해 연산된 개폐도 값을 바탕으로 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 조절하는 흡입 유도 베인 구동부(210)를 포함할 수 있다.

항공기의 보조 동력 장치의 가스터빈 엔진의 시동 및 모터링을 위한 부하는 대기 조건이 동일하다면 일정하다. 따라서 압축기(100)를 통과한 압축 공기의 압력은 일정하게 제어되어야 한다. 따라서, 압축기(100)의 성능 맵이 정의되었다면, 특정 대기 조건에서의 압력이 일정하게 설정되도록 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 조절해야 한다.

제어부(400)는 흡입 유도 베인 구동부(210)에 전기 신호를 인가할 수 있다. 전기 신호를 인가받은 흡입 유도 베인 구동부(210)는 제어부(400)를 통해 전달받은 정보를 바탕으로 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 조절할 수 있다.

도 2는 현재의 대기 온도에 대응한 요구 압축 공기의 압력비를 나타낸 그래프이다. 이하 압력비는 토출되는 유체의 압력과 대기압의 비로 정의될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 현재 대기 온도에 따른 요구 압축공기 압력비가 달라질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 대기 온도 센서부(600)로부터 대기 온도를 감지하는 대기 온도 감지부(410)가 대기 온도 정보를 흡입 유도 베인 개폐도 연산부(420)로 전달하고, 흡입 유도 베인 개폐도 연산부(420)는 현재 대기 온도(a)에 따른 요구 압축공기의 압력비(b)를 산출할 수 있다. 상기 요구 압축 공기의 압력비(b)는 공급부(1000)에서 공급 받기를 요구하는 압축 공기의 압력비가 될 수 있다.

도 3에는 서지 발생 라인 및 기준 라인이 도시되어 있다. 서지 발생 라인을 도과할 경우 압축기 시스템에 서지가 발생할 수 있다. 따라서, 도 3의 서지 발생 라인을 바탕으로, 상기 서지 발생 라인에서 기 설정된 값만큼 여유를 갖도록 기준 라인을 설정할 수 있다. 기준 라인은 기준 라인과 부합하는 유량 및 압력비를 가질 경우 서지 현상이 발생하지 않고 안정적으로 압축 공기를 공급할 수 있는 시스템을 가질 수 있는 라인이 될 수 있다.

도 3에는 몇가지 흡입 유도 베인 곡선이 개시되어 있다. 도 3에서, 좌측에 위치한 흡입 유도 베인 곡선일수록 흡입 유도 베인(200)이 폐쇄되고, 우측에 위치한 흡입 유도 베인 곡선일수록 흡입 유도 베인(200)이 개방될 수 있다.

이때, 공급부(1000)에서 요구하는 요구 압력비(b)와 서지 현상이 발생하지 않는 기준 라인과의 접점(c)을 통과하는 곡선을 기준으로 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 정의할 수 있다.

도 4에는 현재 대기 온도에 따른 흡입 유도 베인(200)의 개폐도 그래프가 도시되어 있다. 즉 도 4는, 도 3를 통해 정의된 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 바탕으로 대기 온도에 따른 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 그래프로 나타낸 것이다.

도 4의 그래프를 기준으로, 대기 온도에 따라 달라지는 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 산출해 낼 수 있다. 흡입 유도 베인 개폐도 연산부(420)는 대기 온도 감지부(410)를 통해 제공받은 대기 온도 정보를 토대로 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 연산하고, 연산된 개폐도 값을 흡입 유도 베인 구동부(210)에 전달하며, 흡입 유도 베인 구동부(210)는 전달된 개폐도 값을 바탕으로 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 조절할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡입 유도 베인(200)은 대기 온도에 의해 개폐도가 조절되는 개루프(Open Loop) 시스템을 통해 압축기(100)의 운용 범위를 조절할 수 있다.

이하, 도 1, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 제어 밸브의 제어 시스템에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공급부의 유량이 증가함에 따라 서지 제어 밸브가 폐쇄되는 모습을 나타낸 개념도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공급부의 유량이 감소함에 따라 서지 제어 밸브가 개방되는 모습을 나타낸 개념도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡입 유도 베인의 개폐도가 설정된 상태에서, 공급부의 유량이 많을 경우 서지 제어 밸브의 제어를 통해 압축기의 토출 압력을 증가시켜 요구 압력비를 유지시키기 위한 제어 방향(a) 및 공급부의 유량이 적을 경우 서지 제어 밸브의 제어를 통해 압축기의 토출 압력을 감소시켜 요구 압력비를 유지시키기 위한 제어 방향(b)을 나타낸 그래프이다.

도 1, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 제어 시스템은, 압축기(100)의 출구에 배치된 토출 압력 센서부(700)를 더 포함할 수 있다.

이때, 제어부(400)는, 대기 온도 센서부(500)로부터 대기 온도를 감지하는 대기 온도 감지부(410), 대기 온도 감지부(410)를 통해 감지된 대기 온도 값을 바탕으로 목표 압력비를 연산하는 목표 압력비 연산부(460), 대기 압력 센서부(600)로부터 대기 압력을 감지하는 대기 압력 감지부(430) 및 토출 압력 센서부(700)로부터 압축기(100)로부터 토출된 유체의 토출 압력을 감지하는 토출 압력 감지부(440)를 포함할 수 있다.

또한 대기 압력 감지부(430) 및 토출 압력 감지부(440)를 통해 감지된 대기 압력 값 및 토출 압력 값을 바탕으로 현재 압력비를 연산하는 현재 압력비 연산부(470), 현재 압력비 연산부(470)의 연산 값과 목표 압력비 연산부(460)의 연산 값의 차이를 연산하는 압력비 차이 연산부(470) 및 압력비 차이 연산부(470)를 통해 연산된 압력비 차이 값을 바탕으로 서지 제어 밸브(300)의 개폐도를 연산하는 서지 제어 밸브 개폐도 연산부(480)를 포함할 수 있다.

대기 조건에 의해 흡입 유도 베인(200)의 개폐도가 결정되면, 유량 변동에 대하여 서지 제어 밸브(300)의 개폐도 제어를 통해서 공급부(1000)에서의 요구 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다.

즉, 기준이 되는 대기 온도 정보를 통해 목표 압력비 연산부(460)에서 목표 압력비를 산출할 수 있다. 대기 온도 정보는 대기 온도 감지부(410)를 통해 전달받을 수 있다.

그 후 압력비 차이 연산부(470)에서 목표 압력비와 현재 압력비를 비교하여, 서지 제어 밸브 개폐도 연산부(480)에서 목표 압력비와 현재 압력비 간의 차이 값을 토대로 서지 제어 밸브의 개폐도를 산출할 수 있다. 이때 서지 제어 밸브(300)의 개폐도는, 현재 압력비를 목표 압력비에 접근시키는 방향으로 조절될 수 있다.

서지 제어 밸브 개폐도 연산부(480)에서 산출된 서지 제어 밸브(300)의 개폐도 정보는, 서지 제어 밸브 구동부(310)에 전달될 수 있다. 서지 제어 밸브 구동부(310)는 전달된 개폐도 값을 바탕으로 서지 제어 밸브(300)의 개폐도를 조절할 수 있다.

현재 압력비는 현재 압력비 연산부(450)에서 산출될 수 있다. 현재 압력비 연산부(450)는, 토출 압력 센서(700)와 연결되어 토출 압력을 감지하는 토출 압력 감지부(440)로부터 토출 압력 정보를 전달받고, 대기 압력 센서부(600)와 연결되어 대기 압력을 감지하는 대기 압력 감지부(430)로부터 대기 압력 정보를 전달받을 수 있다. 현재 압력비 연산부(450)는 전달 받은 대기 압력 정보 및 토출 압력 정보를 바탕으로 압력비를 산출해 낼 수 있다.

도 5에는 공급부(1000)의 유량이 증가함에 따라 서지 제어 밸브(300)가 폐쇄되는 모습이 도시되어 있다. 즉, 공급부(1000)의 유량(공압 부하)이 증가하면, 공급 밸브(900)가 개방되면서 압축기(100)의 토출 압력이 감소할 수 있다.

이때 압축기(100)에 토출 압력을 유지시키기 위해 바이패스 유로에 위치한 서지 제어 밸브(300)가 폐쇄되어 압축기(100)로부터 토출되는 유체의 압력을 유지시켜 서지 현상을 방지할 수 있다.

도 7의 (a)는 흡입 유도 베인(200)의 개폐도가 결정된 상태에서 유량이 많아질 경우 서지 제어 밸브(300)의 개폐를 통한 압력비 조절 방향이 개시되어 있다. (a)와 같이 서지 제어 밸브(300)의 개폐도 제어를 통해 흡입 유도 베인 곡선 상에서 유량이 적어지고 압력비가 커지는 방향으로 이동시킴으로써 공급부의 요구 압력을 유지시킬 수 있다.

이와 같은 서지 제어 밸브(300)는 폐루프(Close Loop) 시스템으로써 토출 압력 센서부(700)를 통해 지속적으로 토출 압력을 측정하여 토출 압력 변화에 따라 서지 제어 밸브(300)의 피드백 제어(Feedback Control)가 가능할 수 있다.

도 6에는 공급부(1000)의 유량이 감소함에 따라 서지 제어 밸브(300)가 개방되는 모습이 도시되어 있다. 즉, 공급부(1000)의 유량(공압 부하)이 감소하면, 공급 밸브(900)가 폐쇄되면서 압축기(100)의 토출 압력이 증가할 수 있다.

이때 압축기(100)의 토출 압력을 유지시키기 위해 바이패스 유로에 위치한 서지 제어 밸브(300)가 개방되어 압축기(100)로부터 토출되는 유체의 압력을 유지시켜 서지 현상을 방지할 수 있다.

도 7의 (b)는 흡입 유도 베인(200)의 개폐도가 결정된 상태에서 유량이 적어질 경우 서지 제어 밸브(300)의 개폐를 통한 압력비 조절 방향이 개시되어 있다. (b)와 같이 서지 제어 밸브(300)의 개폐도 제어를 통해 흡입 유도 베인 곡선 상에서 유량이 많아지고 압력비가 작아지는 방향으로 이동시킴으로써 공급부의 요구 압력을 유지시킬 수 있다.

마찬가지로 이와 같은 서지 제어 밸브(300)는 폐루프(Close Loop) 시스템으로써 토출 압력 센서(700)를 통해 지속적으로 토출 압력을 측정하여 토출 압력 변화에 따라 서지 제어 밸브(300)의 피드백 제어(Feedback Control)가 가능할 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 방법에 대해 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 제어 방법은, 대기 온도에 따라 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 조절하는 단계 및 압축기(100)로부터 토출되는 유체의 토출 압력이 유지되도록 대기 조건에 따라 서지 제어 밸브(300)의 개폐도를 조절하는 단계를 포함한다.

또한 대기 온도에 따라 흡입 유도 베인(200)의 개폐도를 조절하는 단계는, 대기 온도에 따라 유체를 공급받는 공급부(1000)의 요구 압축 공기 압력비를 구하는 단계, 서지 발생 라인에서 기 설정된 값만큼 여유를 갖도록 기준 라인을 설정하는 단계 및 요구 압축 공기 압력비와 기준 라인을 모두 만족하도록 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하는 단계를 순차적으로 수행할 수 있다.

또한 압축기(100)로부터 토출되는 유체의 토출 압력이 유지되도록 대기 조건에 따라 서지 제어 밸브(300)의 개폐도를 조절하는 단계는, 대기 온도를 바탕으로 압축기(100)로부터 토출되는 압축 공기의 목표 압력비를 연산하는 단계, 대기 압력 및 압축기(100)로부터 토출되는 토출 압력을 바탕으로 현재 압력비를 연산하는 단계 및 목표 압력비와 현재 압력비의 차이 값을 바탕으로 서지 제어 밸브(300)의 개폐도를 조절하는 단계를 순차적으로 수행할 수 있다.

이와 같이, 흡입 유도 베인(200)이 대기 온도에 의해 결정될 수 있어 서지 제어 밸브(300)의 작동에 관계 없이 일정하게 유지되도록 하고, 서지 제어 밸브(300)는 별도의 폐루프 시스템으로 제어될 수 있도록 하여 제어 과정에서 충돌이 발생하지 않아 안정적인 제어가 가능할 수 있다.

또한 압축기의 유량과 관련한 파라미터를 측정하기 위한 센서가 필요하지 않아 유량 센서의 설치가 필요치 않으며, 압축기 제어 시스템이 구조적으로 단순화 될 수 있다.

이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.

실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.

발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

100: 압축기
200: 흡입 유도 베인
300: 서지 제어 밸브
400: 제어부
500: 대기 온도 센서
600: 대기 압력 센서
700: 토출 압력 센서
800: 파워섹션
900: 공급 밸브
1000: 공급부

Claims (7)

1. 유체를 압축하는 압축기;
   상기 압축기를 통해 토출된 유체가 공급되는 공급부;
   상기 압축기의 입구에 배치되는 흡입 유도 베인;
   상기 압축기의 출구와 터빈을 연결하는 유로에 배치되는 서지 제어 밸브; 및
   대기 온도에 따라 상기 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하고, 상기 압축기로부터 토출되는 유체의 토출 압력이 유지되도록, 대기 조건에 따라 상기 서지 제어 밸브의 개폐도를 조절하는 제어부를 포함하는 압축기 제어 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 흡입 유도 베인의 입구에 배치된 대기 온도 센서부;
   상기 흡입 유도 베인의 입구에 배치된 대기 압력 센서부; 및
   상기 압축기의 출구에 배치된 토출 압력 센서부를 더 포함하는 압축기 제어 시스템.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 대기 온도 센서부로부터 대기 온도를 감지하는 대기 온도 감지부;
   상기 대기 온도 감지부를 통해 감지된 대기 온도를 바탕으로 상기 흡입 유도 베인의 개폐도를 연산하는 흡입 유도 베인 개폐도 연산부; 및
   상기 흡입 유도 베인 개폐도 연산부를 통해 연산된 개폐도 값을 바탕으로 상기 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하는 흡입 유도 베인 구동부를 포함하는 압축기 제어 시스템.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 대기 온도 센서부로부터 대기 온도를 감지하는 대기 온도 감지부;
   상기 대기 온도 감지부를 통해 감지된 대기 온도 값을 바탕으로 목표 압력비를 연산하는 목표 압력비 연산부;
   상기 대기 압력 센서부로부터 대기 압력을 감지하는 대기 압력 감지부;
   상기 토출 압력 센서부로부터 압축기로부터 토출된 유체의 토출 압력을 감지하는 토출 압력 감지부;
   상기 대기 압력 감지부 및 상기 토출 압력 감지부를 통해 감지된 대기 압력값 및 토출 압력값을 바탕으로 현재 압력비를 연산하는 현재 압력비 연산부;
   상기 현재 압력비 연산부의 연산 값과 상기 목표 압력비 연산부의 연산 값의 차이를 연산하는 압력비 차이 연산부; 및
   상기 압력비 차이 연산부를 통해 연산된 압력비 차이 값을 바탕으로 상기 서지 제어 밸브의 개폐도를 연산하는 서지 제어 밸브 개폐도 연산부를 포함하는 압축기 제어 시스템.
5. 대기 온도에 따라 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하는 단계; 및
   압축기로부터 토출되는 유체의 토출 압력이 유지되도록 대기 조건에 따라 서지 제어 밸브의 개폐도를 조절하는 단계를 포함하는 압축기의 제어 방법.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 대기 온도에 따라 상기 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하는 단계는,
   대기 온도에 따라 유체를 공급받는 공급부의 요구 압축 공기 압력비를 구하는 단계;
   서지 발생 라인에서 기 설정된 값만큼 여유를 갖도록 기준 라인을 설정하는 단계; 및
   상기 요구 압축 공기 압력비와 상기 기준 라인을 모두 만족하도록 흡입 유도 베인의 개폐도를 조절하는 단계를 포함하는 압축기의 제어 방법.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 압축기로부터 토출되는 유체의 토출 압력이 유지되도록 대기 조건에 따라 상기 서지 제어 밸브의 개폐도를 조절하는 단계는,
   상기 대기 온도를 바탕으로 압축기로부터 토출되는 압축 공기의 목표 압력비를 연산하는 단계;
   대기 압력 및 상기 압축기로부터 토출되는 토출 압력을 바탕으로 현재 압력비를 연산하는 단계: 및
   목표 압력비와 현재 압력비의 차이 값을 바탕으로 서지 제어 밸브의 개폐도를 조절하는 단계를 포함하는 압축기의 제어 방법.

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