송풍기의 분류

1. 송풍기의 용어 및 단위
2. 풍량:Q

송풍기의 풍량이란 토출측에서 요구되는 경우라도 흡입상태(표준상태)로 환산하는 것을 말합니다. 이것은 풍량이 압력, 온도에 따라 변화가 심해 어떤 일정한 기준으로 되지 않기 때문입니다. 단, 압력비가 1.03이하일 경우에는 토출풍량을 흡입풍량으로 봐도 지장이 없습니다.

단위는 /sec (CMS) , /min (CMM) , /Hr (CMH), ft /sec (CFS) , ft /min (CFM) , ft /Hr (CFH),

( 1 /min = 3.53 ft /min )

단, 기준상태 ( 0 , 760 mmHg )로 표시된 경우에 표준상태 ( 20 , 760 mmHg , 65% 습도 )로 환산하는 식은

다음과 같습니다.

1. 정압:Ps=StaticPressure

정압 Ps는 기체의 흐름에 평행인 물체의 표면에 기체가 수직으로 미는 압력이고 그 표면의 수직 Hole을 통해 측정합니다.

1. 동압:Pd=DymamicPressure=VelocityPressure

동압은 속도에너지를 압력에너지로 환산한 값입니다. 송풍기의 동압은 50mmAq ( 약 30m/s)를 넘지 않는 것이 바람직함니다. 전압은 정압과 동압의 절대압의 합입니다.

1. 전압:Pt=TotalPressure

전압은 정압과 동압의 절대압의 합입니다.

Pt = Ps+Pt

단위는 mmAq(Aqure), mmWG, mmH O, mAq, kg/cm , kg/m , Pa, Kapa(1Pa=9.8mmAq)

1 kg/cm = 10,000 ×(mmAq, kg/m ,mmH O)

1 mmAq = 1 kg/m

10 mAq = 1 kg/cm

수두(Head) : m

송풍기의 흡입구와 배출구 사이의 압축과정에서 임페라에 의하여 단위 중량의 기체에 가하여지는 가역적 일당량(kg.m/kg)를 말하며 기체의 기둥의 높이로 나타내고 이것을 수두(H)m라고 부릅니다.

* 압력비 1.03(310mmAq) 이하일 때는 이론수두식, 이상일 때는 단열 수두식을 적용합니다.

1. 비속도 혹은 비교회전도:Ns

비속도란 송풍기의 기하학적으로 닮은 송풍기를 생각해서 풍량 1 /min , 풍압을 Head 1m 생기게 한 경우의 가상회전속도 이고 송풍기의 크기에 관계없이 송풍기의 형식에 의해 변하는 값입니다.

6)공기의성질

흡입상태의 공기비중량은 다음식으로 나타냅니다.

1. 효율

Fan의 효율은 전압효율, 정압효율로 구분합니다. 그런데 특별한 규정이 없는 한 전압효율을 말합니다. 현재 국내 Fan Maker의 대부분은 전압 및 정압효율을 구분하여 사용하지 않고 있습니다.

Fan의 효율은 형식별로 보면 (Maker에 따라 차이가 있습니다.) 다음과 같습니다.

상기 효율점은 일반적인 FAN의 선정에 적용되며 특별한 경우는 제작업체에 문의하십시오.

1. 동력계산

(1) 이론공기동력

400*220/6120=14.3791

(2) 축동력 (Black Horse Power)

220*400/6120*0.65=9.3464

220*400/4500*0.65=12.7111

30/0.75=40.0

40Hp

5.5#

220m3/min

400mmAq

30Kw

20C

1850rpm

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1. 송풍기의 종류
2. 배출압력에 의한 분류

일반적으로 송풍기는 압력에 따라 저압용 팬(Fan)과 고압용 블로어(Blower)로 구분합니다.

2)날개(BLADE)의형상에따른분류

기체의 수송 및 압축작용을 하는 회전날개의 형식에따라 송풍기는 다음과 같이 구분합니다.

(1) 팬(FAN)

(2) 블로어(BLOWER)

원심형

사류형

축류형

1. 날개의 형식에 의한 분류

1)후곡형(TURBOFAN)

2)익형(AIRFOILFAN,LIMITLOADFAN)

3)방사형(PLATEFAN)

4)다익형(SIROCCOFAN)

5)관류형(TUBULARFAN)

6)축류형(AXIALFAN)

1. 송풍기의 특성

송풍기의 곡선은 특성을 나타내는 것이며 개개의 기종에 따라 다르게 나타납니다. 또 동일 종류 중에서도 날개(impeller)의 크기, 압력비 등에 의해서 그 특성이 다르게 나타납니다.

1. 특성곡선의 구성

각종 송풍기는 고유의 특성이 있습니다. 이러한 특성을 하나의 선도로 나타낸 것을 송풍기의 특성곡선이라 합니다. 즉, 어떠한 송풍기의 특성을 나타내기 위하여 일정한 회전수에서 횡축을 풍량 Q( /min) 종축을 압력(정압 Ps, 전압Pr)(mmAq), 효율(%), 소요동력 L(kw)로 놓고 풍량에따라 이들의 변화 과정을 나타낸 것을 말하며, 그림은 한 예입니다.

그림에 의하면, 일정속도를 회전하는 송풍기의 풍량조절 댐퍼(DAMPER) 를 열어서 송풍량을 증가시키면 축동력(실선)은 점차 급상승하고, 전압(1점쇄선)과 정압(2점쇄선)은 산형을 이루면서 강하합니다. 여기서 전압과 정압의 차가 동압입니다. 한편 효율은 전압을 기준으로 하는 전압 효율과(점선)과 정압을 기준으로 하는 정압효율(은선)이 있는데 포물선 형식으로 어느 한계까지 증가후 감소합니다.

따라서, 풍량이 어느 한계 이상이 되면 축동력이 급증하고 압력과 효율은낮아지는 오버로드 현상이 있는 영역과, 정압곡선에서 재하향 곡선부분은 송풍기 동작이 불안정한 서어징(surging) 현상이 있는 곳으로서 이 두 영역에서의 운전은 좋지 않습니다.

서어징(surging)의대책

시방 풍력이 많고, 실사용 풍량이 적을 때 바이패스또는 방풍합니다.

흡입댐퍼, 토출댐퍼, R.P.M으로 조정합니다.

축류식 송풍기는 동,정익의 각도를 조정합니다.

1. 각종 송풍기의 특성곡선과 특성비교

후곡형 송풍기, 방사형 송풍기, 다익형 송풍기에 대한 특성곡선입니다. 이 곡선은 최고효율점에 대한 풍량, 압력, 및 축동력을 백분율로 표시하여 비교하였습니다.

1. 직렬운동

압력을 승압할 목적으로 동일 특성의 송풍기 2대를 직렬로 연결하여 운전하는 경우 그림에서 곡선 a, b, c, d는 1대 운전시의 특성을 나타내고, 2대 직렬운전후의 특성은 어떤 풍량점에서의 압력을 2배로 하여 얻어집니다.

예를 들면 a 점은 a점 압력의 2배가 되고 마찬가지로 b ,c ,d 은 a.b,c 의 각각의 압력의 2배가 됩니다.

특성곡선은 이와 같이 배로 얻어지지만 2 단독운전의 송풍기에 1대 추가하여 직렬로 운전해도 실제의 압력은 2배로 되지 않습니다. 그것은 관로저항이 2배로 되어 변하지 않기 때문입니다. 저항곡선 R 에서보면 1대 운전시의 압력은 작동점(E)에 상당하는 압력이고 2대 운전시의 경우는 (G)에 상당하는 압력으로 되기 때문입니다. 또, 2대 운전하고 있는 장치의 1대를 정지한 경우의 작동점은 저항곡선 R 상의 G 점에서 F 점으로 이동하고, 압력은 절반 이상이 됩니다.

압력이 높은 송풍기를 직렬로 연결한 경우, 1대째의 승압에 비해 2대째의 송풍기가 기계적 문제로 일어날 수 있으므로 주의해야합니다.

1. 병렬운전

동일특성의 송풍기를 2대 이상 병렬로 연결하여 운전하는 경우는 직렬의 경우와 동일하게 a ,b ,c ,d 를 얻을 수 있습니다.

이 경우도 특성곡선은 풍량을 2배하여 얻어지지만, 실제 두대 운전후의 작동점은 G 이기 때문에 2배의 풍량으로는 되지 않습니다. 또한 병렬운동을 행하고 있는 송풍기중 1대를 정지하여 단독운전을 해도 작동점은 E 에서 F 로 되고 풍량은 절반 이상이 됩니다.

특성이 크게 다른 송풍기를 병렬운전하는 것은 운전이 불가능한 경우도 있으므로 피하는 편이 좋습니다.

1. 장치의 공기저항

닥트 또는 장치에 공기를 보내는 경우 공기저항을 받습니다. 이 저항은 동적인 것과 정적인 것의 두가지가 있어서 풍속의 2승에 비례하여 변화하는 것을 동적저항(그림의 Ro) 이라 하고, 풍속에 관계 없이 일정한 것을 정적저항(그림의 Rs)이라 합니다.

저항은 그림의 Ro만이나 Ro의 합계의 Rr 가운데의 어느쪽이 되는데 송풍기에는 보통 Ro의 경우가 많습니다.

1. 장치 저항곡선과 송풍기의 작동점

그림 1은 풍량을 800m /min 유동하였을 때 60mmAq의 저항손실을 받을 송풍계통의 장치저항곡선을 표시한 것입니다. 이 그림에서 지금 풍량을 의 400 m /min로 한 경우는

또, 1,000 m /min을

유동하였을 때는 로

되며 이와 똑같이 각 풍량에 대한 손실압력을 구한 값을 프롯트하여 곡선으로 이은 것을 개략장치저항곡선이라 합니다.

이 장치저항곡선과 송풍기의 특선곡선과를 겹쳐 합한 것이 그림 2로 교점 A를 송풍기의 작동점이라 합니다.

작동점이 실제의 계획과 아주 일치하면 문제가 없으나 실제로는 공사시행중에 있어서의 계획 변경, 기타에

의하여 실제의 손실압력과 계획시의 손실압력이 불균형이 되어 소정의 풍량을 얻지 못하는 경우가 가끔 있습니다.

1. 송풍기의 사양조절법

저항손실의 언바란스(unbalance)가 있든가, 또는 계획시의 풍량보다 여유가 있을 경우는 종종 있는 경우로 이들의 경우 풍량조절법으로서 조절하며, 일반적으로는 다음과 같은 것이 있습니다.

1)가변핏치(pitch)에의한조절

가변핏치에 의한 조절은, 임페러 날개의 취부각도를 바꾸는 방법으로서, 원심송풍기에서는 그 구조가 복잡해져서 비용이 많이 들므로 실용화 되지 않고 단지 축류 송풍기에 적용되고 있습니다.

그림은 축류송풍기의 가변핏치콘트롤(control)인 경우의 성능을 나타내고 있습니다. 그림에서 알 수 있는 것과 같이 항상 최고의 효율점에서 사용되며, 용량에 대한 최고 효율점의 변동치는 다른 용량제어보다도 항상 큼니다.

1. 송풍기의 회전수를 변화시키는 방법

유도전동기의 차측 저항을 a. 2 조절, b. 정류자 전동기에 의한 조절 c. 극수변환 전동기에 의한 조절의 방법은 전동기의 회전을 변경시키는 것입니다. 특히 b는 임의의 회전을 얻을 수 있어 이상적입니다. a,c의 방법은 풀리(pulley)의 직경비를 변경시키는 것입니다.

d의 방법은 대량의 것에서는 그 기구상 조작에 어려움이 있습니다. e의 방법은 그때그때 회전을 정지 시키고, 미리 준비한 푸리(pulley)로 교체한 후 v-belt를 바꿔 끼우는 경우입니다.

1. Suction Vane Control에 의한 방법

송풍기의 casing 흡입구에 붙인 가변날개에 의해서 풍량을 조절하는 방법입니다.

풍량이 큰 범위에서는(80% 전후까지) 송풍기의 회전을 변경시키는 방법 보다도 효율이 좋고 오히려 더

경제적입니다. 그러나 다익송풍기나 plate fan과 같은 날개를 갖는 송풍기에는 별로 효과가 없습니다.limit load fan, turbo fan에서는 효과를 유감없이 발휘합니다.

Suction Vane Control은 수동으로도 되나 온도, 습도에 따라서 자동으로 조절 할 수 있습니다. Suction Vane Control에 의한 limit load fan의 성능은 그림에 나타난 것과 같으며, 뒤에 말할 토출담파(outlet damper)에 의한 조절보다도 경제적임을 알 수 있습니다.

즉, 토출담파의 조절에 의해서는 A,B,C,D에 따라서 동력이 변화하나 Suction Vane Control의 조절에 의해서는 A', B', C', D'에 따라 변화합니다. 결국 이 두 개의 곡선으로 둘러싸인 부분만큼 동력이 절약됩니다.

1. 흡입담파에 의한 조절

토출압은 흡입담파(damper)의 조정에 따라서 감소합니다. 이것은 Suction Vane Control의 경우와 같은 성능을 나타냅니다. 흡입압의 강화에 의해 가스비중의 감소한 비율만큼 동력도 작아집니다. 그러므로 일반공조용의 송풍기와 같이 저압인 경우에는 거의 그 영향이 없습니다.

1. 토출 담파에 의한 조절

가장 일반적이며 비용도 적게들고 다익송풍기나 소형송풍기에 가장 적합한 방법입니다. 계획 풍량에 얼마간의 여유를 계산해 놓고, 실제 사용시에 담파를 조정해서 소정 풍량으로 조절하며 사용할 수 있습니다.

1. 송풍량 조절 방법
2. 송풍기의 풍량이 부족할 때

송풍기를 현장에 설치하고 운전을 해본 결과 소정의 풍량이 나지 않는 경우가 있습니다. 현장의 곡관의 수가 계획보다 증가되어 있던가, 닥트에 무리한 곳이 생기게 되면 당초에 계획했던 저항보다 실제의 저항이 많이 나와서 풍량이 부족되는 일이 생깁니다.

그림을 보면 R1은 처음 계획시의 저항이고, F1은 당초의 송풍기의 특성곡선입니다. 그리고 송풍기는 그 교차점 A에서 작동할 예정이었습니다. 그러나 장치저항이 증가하여 실제의 작공점은 B가 되고, 풍량은 Qb밖에 되지 않습니다.

이것을 소정풍량의 Qa로 하기 위해서는 장치저항을 계획대로 R1이 되도록 수정해주어야 합니다. 그러나 실제적으로 이것이 불가능할 경우가 많습니다. 이럴 때 일반적으로 송풍기의 회전수를 증가 시켜서 교차점C를 통하는 F2의 특성곡선으로 하는 방법을 사용합니다. 이 경우의 송풍기의 특성은 다음의 식에 의합니다.

1. 송풍기의 풍량이 과다 일 때

계획저항보다 실제 저항이 적은 경우는 풍량이 계획했던 것 보다 크게 나옵니다. 이 대책으로서 다음과 같은 방법이 일반적으로 사용되고 있습니다.

송풍기의 회전수를 감소하는 방법

그림1을 보면 계획저황곡선은 R1입니다. 그러나 실제 저항이 적게 나와 실제의 저항곡선은 R2가 되었습니다. 그러므로 송풍기는 교차점 B에서 작동하여 풍량은 QB가 됩니다. 실제 풍량 QB는 계획했던 풍량 QA보다 이상이 됐습니다. 이 때의 소요동력은 기종에 따라서는 증가하고, 경우에 따라서는 오버로드(over load)가 됩니다.

그러므로 송풍기 회전수를 교차점 C를 통하는 특성곡선이 될 때까지 내리는 방법이 있습니다. 그러나 일반적으로 잘 사용되는 것은 다음의 담파(damper)에의한 조절입니다.

DAMPER에 저항을 증가시켜 주는 방법

그림2를 보면 교차점 A가 계획작동점이고, 교차점 B는 실제 작동점입니다. 이때 DAMPER를 조절하여 R 의

저항회선을 R 의 저항회선으로 만들어 주어 소정의 풍량 QA로 조절하는 것입니다. PA-PB는 DAMPER에 의하여 부가된 저항을 나타냅니다.

이 방법이 가장 간편하고, 경제적이므로 일반적으로 많이 사용되고 있습니다. 그러나 이 방법은 다른 방법에 비해서 동력의 감소비는 가장 나쁩니다.

1. 송풍기의 성능 환산
2. 송풍기의 법칙

송풍기의 운전조건이나 치수가 달라졌을 때 송풍기의 성능을 예측할 수 있다.

변 수 정 수 공 식 계 산 예

비중량

r1 r2

1.293 1.20kg

회전 속도

송풍기의 크기

Q2 = Q1 Q2 = 120cm, Q1=120cm

P2 = P1 (r2/r1) P2 = 20 ×(1.20/1.293) = 18.56mmAq

L2 = L1 (r2/r1) L2 = 1.5 ×(1.20/1.293) = 1.39kw

회전속도

N1 N2

470 570 r.p.m

송풍기의 크기

비중량

Q2 = q1 (N2/N1) Q2 = 120 ×(570/470) = 145cm

P2 = P1 (N2/N1) P2 = 20 ×(570/470)2 = 29.4mmAq

L2 = L1 (N2/N1) L2 = 1.5 ×(570/470)3 = 2.7kw

송풍기의 크기

D1 D2

530 600

회전속도

비중량

Q2 = Q1 (D2/D1) Q2 = 120 ×(600/530)3 = 174kw

P2 = P1 (D2/D1) P2 = 20 ×(600/530)2 = 25.6mmAq

L2 = L1 (D2/D1)5 L2 = 1.5 ×(600/500)5 = 2.78Kw

회전수 변화의 범위는 20% 이내이며 * 20% 이상으로 변경하면 내부의 기류 혼란, 손실 등의 영향에 의해 비례관계가 무너지게 된다.

* 압력비가 1.1이상일 경우 압력대신에 헤드를 이용한다.

* 양흡입식은 편흡입식에 비해 압력 및 회전수는 같고 풍량 및 축동력만 약 1.75배 증가한다.

1. 가스의 비중량이 다른 경우

취급가스의 비중량이 시험공기의 비중량과 다른 경우는 시험결과를 다음식에 의해 환산한다.

1. 회전수에 따른 성능변화

      

   

Q0, P0, L 0 : 규정회전수로 환산 후의 풍량, 압력,축동력

Q1, P1, L 1 : 시험시의 회전수에 대한 풍량,압력,축동력

예) 어떤 송풍기가 규정회전수 1000r.p.m에 대하여 800r.p.m로 운전하고, 풍량 42m3/min, 정압 20mmAq, 축동력 0.3Kw라고 하는 결과를 얻는다. 규정회전수로 환산하면 각각 어떻게 되는가.

풀이

1. 온도에 따른 성능 변화

취급가스에 온도 t0 가 t1 으로 변한 경우의 성능변화는 다음식에 의해 계산한다.

Q1 = Q0 , P1 = ( 273+t0 / 273+t1 ) ×P0 , L 1 = ( 273+t0 / 273+t1 ) ×L0

Q0, P0, L 0 : 온도 t0에서 풍량, 압력, 축동력

Q1, P1, L 1 : 온도 t1에서 풍량,압력,축동력

이 TECHNICAL DATA에 기재된 성능곡선은 모두 표준상태(온도 20 , 절대압력 760mmAq, 상대온도 65%의 공기)로 표시되어 있다.

P1= (273+20)/(273+75)*400=336.7816

L1= (273+20)/(273+75)*14=11.7874

예) 취급가스가 온도 100 에서, 그때의 압력이 100mmAq, 축동력이 5Kw이다. 이것을 20 의 상온으로 운전하면 그때의 성능은.

압력 P0 = (273+100/ 273+20) ×100 = 127.3 mmAq

축동력 L0 = ( 273+100 / 273+20 ) ×5 = 6.37Kw,

Q0 = Q1 이 된다.

P0, L 0 : 표준상태

P1, L 1 : 100 에서의 정압과 축동력

화면 캡처: 2014-01-22 오후 4:18