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문제 정의
- 차이가 발생되어졌었다. 따라서 본 연구에서는 일 반적 으로 반경방향에 대하여 와류를 적용하여 설계되어지는 저속회전하는 송풍기에서 익단간극의 변화에 대한 송풍기의 성능 변화를 실험적으로 확인하고, 익단간극의 변화가 성능에 미치는 영향에 대하여 올바른 관계를 얻고자 한다. Bleier面는 737mm 축류형 송풍기에서 익단간극을 1.
- 하지만 송풍기의 형상 및 치수에 관한 데이터 충분치 못하여 실험의 결과를 실제 송풍기의 개발에 적용하기에는 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 조선 및 공조분야에서 많이 사용되어지고 있는 케이싱 직경이 806mm인 송풍기에서 익단간극을 변경하면서 송풍기의 성능을 측정하고, 익단간극이 송풍기의 성능에 미치는 영향을 제시하여 실제 송풍기의 개발이나 적용에 활용 가능한 결과를 제시하고자 한다.
제안 방법
- 따라서 본 연구에서는 일 반적 으로 반경방향에 대하여 와류를 적용하여 설계되어지는 저속회전하는 송풍기에서 익단간극의 변화에 대한 송풍기의 성능 변화를 실험적으로 확인하고, 익단간극의 변화가 성능에 미치는 영향에 대하여 올바른 관계를 얻고자 한다. Bleier面는 737mm 축류형 송풍기에서 익단간극을 1.6mm에서 25.4mml까지 9단계로 변경하면서 송풍기의 성능을 측정하였다. 측정 결과 익단간극이 증가하여도 유량의 변화폭과 소요동력의 변화는 그다지 크지 않았으나, 출구압력과 효율은 익단간극이 증가함에 따라 점진적인 감소를 보였다.
- 동익은 설계 시 반경방향으로 다른 와류방식으로 설계되어진 익형을 적용하여 동익의 차이에 대한 성능변화에 대한 효과도 파악하였다.
- 적용되어진다. 본 연구에서는 자유와류법을 기본으로 설계한 익형(A-type)과 강제와류방식에 의하여 설계한 익형(B-type)의 두 종류에 대하여 실험을 수행하였으며, 반경방향으로 본 익형의 형상을 Fig. 1에서 보여주고 있다. 그림의 내부에 있는 3차원 형상은 축 방향에서 본 동익의 형상을 나타낸다.
- 특수장치를 제작하였다. 본 장치에서는 회전축에 동익의 허브가 송풍기의 축에 조립되는 방식과 동일한 방식으로 조립되도록 하여 동심도의 변화가 없도록 하였으며, 동익의 익단을 가공하는 연마기를 원주 방향에 설치하여 익단의 정밀한 가공이 이루어지도록 하였다. 익단간극 가공 시에는 동익을 허브에 조립한 후 특수장치에서 익단의 절삭을 수행한 후 그 상태를 유지한 채로 동익의 허브를 전동기 축에 조립하여 성능시험을 수행하였다.
- 상기와 같이 익단간극은 송풍기 성능에 큰 영향을 갖는 설계변수이므로 익단간극에 따른 누설유동과 주유동과의 혼합에 따른 유동장의 특성을 파악하기 위하여 수치해석적(8T。)으로나 실험적(止13)으로 상당히 많은 연구의 결과를 확인할 수 있으나, 국내외적으로 수행된 최근의 몇 가지 연구만 참고문헌으로 소개하였다. 따라서 다양한 연구결과를 바탕으로 익단간극과 관련한 여러 설계변수에 대하여 보다 정확히 성능에 대한 영향성이 파악되어지고 있다.
- 작용하는 다른 설계변수보다도 익단간극의 영향이 크다는 것을 의미한다. 스태거각을 바꾸어서 성능시험을 수행하였을 때 설계 유량(Qd)은 최고 효율점에서의 유량으로 설정하였다. 산업용 송풍기는 익단간극이 5% 미만에서 조정되므로, 익단간극이 5% 미만인 영역에서 효율의 변화에 대한 경향을 보면 직선적으로 변화하고 있음을 알 수 있다.
- 앞 절에서의 효율계산은 측정위치(3)에서 얻어진 압력 값을 측정장치에서 발생한 덕트손실을 보상한 후 송풍기의 정익후단(2)에서의 전압력으로 구하였으나, 손실의 보상은 적용규정이나 방법에 따라 달라 질 수 있으므로 적용의 편의를 위하여, 본 절에서 전압력에 대한 결과는 측정위치에서 얻어진 결과를 나타내도록 한다. Fig.
- 본 장치에서는 회전축에 동익의 허브가 송풍기의 축에 조립되는 방식과 동일한 방식으로 조립되도록 하여 동심도의 변화가 없도록 하였으며, 동익의 익단을 가공하는 연마기를 원주 방향에 설치하여 익단의 정밀한 가공이 이루어지도록 하였다. 익단간극 가공 시에는 동익을 허브에 조립한 후 특수장치에서 익단의 절삭을 수행한 후 그 상태를 유지한 채로 동익의 허브를 전동기 축에 조립하여 성능시험을 수행하였다. 전동기는 HSX1404221 모델로써 정격출력이 7.
- 익단간극을 변경하면서 송풍기의 성능을 측정하는 실험에서는 익단간극의 치수가 중요한 변수이므로 이 치수의 정확도를 향상하기 위하여 익단간극의 조절을 위한 특수장치를 제작하였다. 본 장치에서는 회전축에 동익의 허브가 송풍기의 축에 조립되는 방식과 동일한 방식으로 조립되도록 하여 동심도의 변화가 없도록 하였으며, 동익의 익단을 가공하는 연마기를 원주 방향에 설치하여 익단의 정밀한 가공이 이루어지도록 하였다.
- 소요동력감소(©)는 익단간극이 없는 경우의 소요동력(印摂에 대하여 익단간극에 따른 소요동력의 감소분으로 식(4)와 같이 표현된다. 익단이 없는 경우의 소요동력(困。)은 익단간극이 5%이내의 영역에서는 직선적으로 변하므로 이를 이용하여 구하였다.
- 저압 저속도에서 사용되는 산업용 축류형 송풍기에서 익단간극과 동익의 장착각도를 변경하면서 설계점영역뿐만 아니라 탈설계 영역에서의 성능을 측정하였다. 동익은 설계 시 반경방향으로 다른 와류방식으로 설계되어진 익형을 적용하여 동익의 차이에 대한 성능변화에 대한 효과도 파악하였다.
- 성능시험은 KS규격俄)에 의거하여 수행하였으며, 덕트는 송출 덕트로 구성하여 측정하였다. 측정단면에서의 압력은 united sensor의 피토트 튜브를 사용하였으며, 동시에 각 위치에서의 압력을 측정하기 위하여 측정정확도가 full scale에서 +0.15% 이내인 PSI의 Netscanner 장치를 사용하여 측정하였디..
- 3에서의 익단간극의비는 백분위로 주어졌다. 통상 산업용으로 적용하는 송풍기에서는 익단간극을 5% 이내로 사용하지만 본 실험에서는 그 이상의 영역에서도 성능의 변화를 확인하기 위하여 11%까지 변화를 주면서 측정하였다. 측정된 효율은 식(1)과 같은 총효율(overall efficiency)으로서 송풍기를 작동하는 전동기에서의 손실과 회전체를 작동하기 위한 보조장치인 베어링에서의 손실 등을 포함하는 효율이다.
대상 데이터
- 익단간극 가공 시에는 동익을 허브에 조립한 후 특수장치에서 익단의 절삭을 수행한 후 그 상태를 유지한 채로 동익의 허브를 전동기 축에 조립하여 성능시험을 수행하였다. 전동기는 HSX1404221 모델로써 정격출력이 7.5kW이며, 정격회전수 L740RPM이다. 성능시험은 KS규격俄)에 의거하여 수행하였으며, 덕트는 송출 덕트로 구성하여 측정하였다.
이론/모형
- 5kW이며, 정격회전수 L740RPM이다. 성능시험은 KS규격俄)에 의거하여 수행하였으며, 덕트는 송출 덕트로 구성하여 측정하였다. 측정단면에서의 압력은 united sensor의 피토트 튜브를 사용하였으며, 동시에 각 위치에서의 압력을 측정하기 위하여 측정정확도가 full scale에서 +0.
성능/효과
- A-type의 익형에서 얻어진 탈설계 작동과 비슷한 경향을 보여주고 있으나 설계점 유량에서 멀어질수록 익단간극에 대한 효율변화율은 감소하는 경향이 크게 나타나는 특징을 보여준다. B-切pe의 동익에서는 탈 설계 유량이 80%, 60% 그리고 40% 인 경우에는 효율감소계수가 1.54, 1.24, 0.57의 변화를 보였다. 이러한 결과를 Fig.
- 따라서 익단간극에 대하여 효율의 감소를 식(2)와 같이 직선적으로 표현하면, 익단간극에 대한 효율변화율 (C:식(2)의 계수)을 얻게 된다. Fig. 6의 결과에서는 효율 변화율이 고속회전하는 압축기의 실험으로부터 얻어진 2.0의 값(4)1®보다는 익단간극의 증가에 대하여 효율의 감소가 크게 발생되어지고 있음을 알 수 있으며, 자유와류 방식으로 설계된(A-type) 로터에서는 2.87의 변화율을 얻었다. 본 실험과 비슷한 크기(29인치)와 동일한 회전수에서 실험03)한 결과에서는 동익의 높이를 알 수 없으나 일반적으로 산업용 송풍기에서 동익의 높이가 케이싱 직경의 28% 정도 되므로, 이를 적용하여 얻어진 동익의 높이를 기준으로 얻어진 익단간극에 대한 효율변화율은 2.
- 050을 얻었다. 따라서 B-type의 익형에서는탈설계 영역에서 작동하는 경우에 설계점 유량에서 멀어질수록 전압력의 손실계수는 줄어드는 특징을 보이다가 어는 영역 이상에서는 일정한 값을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 앞서 효율에서 언급한 것처럼 설계방식에 따라서 탈설계 영역에서 작동하는 경우 익단에서의 작동부하가 줄어들게 되면서 발생되어지는 현상과 일치함을 보여주고 있다.
- 87의 변화율을 얻었다. 본 실험과 비슷한 크기(29인치)와 동일한 회전수에서 실험03)한 결과에서는 동익의 높이를 알 수 없으나 일반적으로 산업용 송풍기에서 동익의 높이가 케이싱 직경의 28% 정도 되므로, 이를 적용하여 얻어진 동익의 높이를 기준으로 얻어진 익단간극에 대한 효율변화율은 2.77의 값이 얻어진다. 따라서 압축기와 달리 저속 회전하는 송풍기에서는 익단간극의 영향이 크다는 것을 알 수 있다.
- 57의 변화를 보였다. 이러한 결과를 Fig. 9와 같이 작동유량에 대한 효율변화율의 변화비는 2.98로 A-type의 1.72의 변화비보다는 크게 나타남으로 강제와류로 설계되는 동익의 경우에는 익단간극에 대한 효율변화율이 작동유량이 설계점에서 멀어질수록 줄어드는 특징을 보여주었다. 이는 강제 와류의 형식으로 설계되어지는 익형은 반경방향에서 보았을 때 익형의 비틀림이 자유와류로 설계되어진 익형에비하여 완화되어지는 특징을 가지고 있다.
- 6의 경우와 마찬가지로 스태거각의 변화에도 동일한 변화를 보여주고 있으며, 단지 탈설계 영역에서 작동하므로 효율의 절대값이 감소하였음을 보여주고 있다. 익단간극이 5% 미만의 영역에서 효율은 익단간극의 증가에 따라서 직선적으로 감소하나 설계점에서 얻어진 결과와 달리 효율의 감소 폭은 다소 줄어든 경향을 나타내며, 효율의 변화율(C》은 2.29를 얻었다.
- 18에서 보여주고 있다. 익단간극이 5% 이상의 영역에서는 익단각극이 증가하여도 어느 값으로 접근하게 됨을 보여주고 있으며, 5% 이내의 영역에서는 익단간극의 변화에 대하여 소요동력의 감소는 직선적으로 변하고 있음을 알 수 있다. 소요동력감소(©)는 익단간극이 없는 경우의 소요동력(印摂에 대하여 익단간극에 따른 소요동력의 감소분으로 식(4)와 같이 표현된다.
- 4mml까지 9단계로 변경하면서 송풍기의 성능을 측정하였다. 측정 결과 익단간극이 증가하여도 유량의 변화폭과 소요동력의 변화는 그다지 크지 않았으나, 출구압력과 효율은 익단간극이 증가함에 따라 점진적인 감소를 보였다. 특히 공력효율(전동기의 손실을 고려하지 않은 효율)은 익단간극이 1.
- 측정 결과 익단간극이 증가하여도 유량의 변화폭과 소요동력의 변화는 그다지 크지 않았으나, 출구압력과 효율은 익단간극이 증가함에 따라 점진적인 감소를 보였다. 특히 공력효율(전동기의 손실을 고려하지 않은 효율)은 익단간극이 1.6mm일 때에 비하여 25.4mm로 증가하였을 때 14%나 감소함을 보였다. 하지만 송풍기의 형상 및 치수에 관한 데이터 충분치 못하여 실험의 결과를 실제 송풍기의 개발에 적용하기에는 어려움이 있다.
- 065를 나타내었다. 효율과 마찬가지로 강제와류설 계방식으로 제작된 동익에서는 전압력이나 소요동력의 변화율이 탈설계 영역으로 갈수록 빨리 완화되는 특징을 보였다.
- 5°까지 변경하여도 장착각도의 변화는 성능변화에 큰 차이를 보이지 않았다. 효율의 경우는 설계점에서 작동하는 경우에 익단간극의 증가에 따라 효율감소비율이 28-2.9의 범위에 있었으며 탈설계 영역에서 작동하는 경우에 강제 와류방식에 의한 동익의 경우는 익단의 변화에 대한 효율의 변화율이 빨리 완화되어지는 특징을 보였다.
- 8에서 보여주고 있다. 효율의 변화율은 탈설계 영역에서는 작동유량이 적은 영역에서 작동하는 경우에는 줄어드는 특성을 보였다. 따라서 이를 유량비에 대한 변화를 Fig.
후속연구
- 045얻었다. 이 결과는 저속회전하는 송풍기에서 얻어진 실험의 결과와 상당히 잘 일치하는 결과로 판단되어지며 본 실험에서 얻어진 결과는 산업용 축류형 송풍기의 개발이나 평가에 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
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