[논문]공기흐름 변경으로 임펠러의 수명연장과 전력비 절감을 위한 송풍기 개발을 위한 실험적 연구

김일겸; 박우철; 손상석; 김용남

doi:10.5762/kais.2020.21.11.219

공기흐름 변경으로 임펠러의 수명연장과 전력비 절감을 위한 송풍기 개발을 위한 실험적 연구
Experimental Study for The Development of a Blower to Extend The Life of The Impeller and Reduce The Power Cost by Changing the Air Flow 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.11, 2020년, pp.219 - 225

김일겸 (강원대학교 기계시스템공학부) , 박우철 (강원대학교 기계시스템공학부) , 손상석 (순천향대학교 기계공학과) , 김용남 (한국송풍기 엔지니어링)

초록
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본 연구는 요구되는 전압효율이 83% 이상인 풍량 10,000 ㎥/min급의 장수명 송풍기를 개발하기 위하여 송풍기를 설계·제작하여 송풍기 성능시험과 침식 실험을 통하여 개발품에 대한 성능을 확인하였다. Dust deflector의 영향을 살펴보기 위하여 각기 다른 길이의 Dust deflector를 갖는 5가지의 실험용 임펠러를 제작하여 침식 실험을 수행하였다. 가혹한 조건으로 실험을 수행하기 위하여 침식을 유발하는 분진 대체재로 1kg의 스틸 쇼트 볼(𝛷0.2 mm)을 사용하였다. 자체 제작한 폐루프 타입의 침식 실험 장치에서 160시간 동안 연속으로 가동 운전하여 실험하였다. Dust deflector에 의한 침식성능을 평가하기 위하여 마모두께를 측정하였다. 3차원 스캐너로 침식 실험 전 형상과 침식 실험 후 형상을 스캐닝하여 마모두께를 측정하였다. 모델 송풍기를 설계·제작하여 송풍기 성능을 시험한 결과, 모델 송풍기 측정값을 기준으로 개발 송풍기로의 환산 결과 전압 690.6 mmAq, 풍량 16,243.6 ㎥/min, 효율 83.6 %로 나타났다. 송풍기의 침식 실험 장치를 설계·제작하여 가혹한 조건으로 침식 실험을 수행하여 dust deflector가 부착된 송풍기인 개발 송풍기가 dust deflector가 없는 기존 송풍기에 비하여 임펠러 마모두께를 기준으로 190 % 이상의 개선 효과가 있는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the prototype of a blower was designed and made to develop a long-life blower with a volume flow rate of 10,000 ㎥/min with a required total pressure efficiency of 83% or more. Five experimental impellers with various lengths of dust deflectors were manufactured and used for the erosion experiments. The erosion test was conducted by operating for 160 hours in a self-produced closed loop-type erosion test apparatus. A prototype of a model blower was designed, fabricated, and tested. The results revealed a total pressure, air volume flow rate, and efficiency of 690.6 mmAq, 16,243.6 ㎥/min, and 83.6%, respectively, as the result of conversion to a blower based on the measured value of the blower model. The prototype was designed and fabricated as the experimental erosion equipment of the blower. A blower with a dust deflector was developed by performing the erosion experiments under harsh conditions. The blower showed an improved effect of more than 190% based on the wear thickness of the impeller compared to a conventional blower without a dust deflector.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Structure of double suction blower.
그림 Fig. 2. Impeller erosion cases.
그림 Fig. 3. Erosion of Kiln I.D. blower (S company).
그림 Fig. 4. Impeller 3D drawings for erosion test.
그림 Fig. 5. Photograph of Impeller for erosion test.
그림 Fig. 6. Photograph of blower erosion tester.
그림 Fig. 7. Photograph of erosion test result.
그림 Fig. 8. Photograph of erosion test result.
그림 Fig. 9. 3D scanning data for erosion.
표 Table 1. Specification of cast steel shot
그림 Fig. 10. Photograph of erosion field test result (non deflector type blower).
그림 Fig. 11. Photograph of erosion field test result (dust deflector type blower).
그림 Fig. 12. Photograph of model blower impeller.
그림 Fig. 13. Photograph of model blower installation.
표 Table 2. Erosion [mm].
표 Table 3. Model blower measurements and development blower specifications.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 전력비 절감을 위하여 요구되는 전압효율이 83% 이상인 풍량 10,000 m3/min급의 장수명 송풍기(수명이 기존 송풍기 대비 130% 이상)를 개발하기 위하여 송풍기를 설계·제작하여 송풍기 침식실험과 성능시험을 통하여 개발품에 대한 성능을 확인하였다.
이에 본 연구에서는 전력비 절감을 위하여 요구되는 전압효율이 83% 이상인 풍량 10,000 m3/min급의 장수명 송풍기(수명이 기존 송풍기 대비 130% 이상)를 개발하기 위하여 임펠러 사이에 분진을 분산시키는 기능을 하는 Dust deflector의 유·무에 따른 송풍기를 설계·제작하였다.

제안 방법

Dust deflector 유·무에 따른 침식성능은 마모두께로 평가되므로 정밀한 마모두께의 측정을 위하여 Case 1과 Case 2를 다시 제작하고, 임펠러는 도색을 하지 않았다.
Fig. 8은 Case 1과 Case 2를 다시 제작하여 동일한 실험방법으로 침식실험을 수행한 결과를 나타낸 것이고, 송풍기 침식실험 전후의 마모두께를 일반 계측기로는 측정이 어려워 3차원 정밀 스캐너 4DL(모델명 : 4DL RX30, 제조사 : 독일 LMI)을 이용하였으며, 분석 프로그램은 Geomagic control(3D systems/미국)을 이용하였다.
6은 송풍기의 침식 정도를 파악하기 위하여 실제 제작한 실험장치의 사진이다. 가혹한 조건으로 시험을 수행하기 위하여 순환 배관계는 폐회로로 설계하였다.
7에 나타냈다. 사진에 나타난 바와 같이 침식량을 일반 범용 계측기로 측정하기 어려워 3차원 정밀 스캐닝을 통하여 마모두께를 측정하였다.
이를 위하여 성능시험에 필요한 Dust deflector가 부착된 축소 모델 송풍기를 설계·제작하여 성능시험을 수행하였다.
임펠러 사이에 분진을 분산시키는 기능을 하는 Dust deflector 유·무에 따른 송풍기의 침식 정도를 평가하기 위하여 송풍기 침식 실험장치를 자체적으로 설계·제작하였다.
Dust deflector 유·무에 따른 침식성능은 마모두께로 평가되므로 정밀한 마모두께의 측정을 위하여 Case 1과 Case 2를 다시 제작하고, 임펠러는 도색을 하지 않았다. 임펠러의 마모두께는 3차원 정밀 스캐너로 침식실험 전 형상과 침식실험 후 형상을 3차원 정밀 스캐닝하여 마모두께를 측정하였다.
/min급의 장수명 송풍기(수명이 기존 송풍기 대비 130% 이상)를 개발하기 위하여 임펠러 사이에 분진을 분산시키는 기능을 하는 Dust deflector의 유·무에 따른 송풍기를 설계·제작하였다. 제작된 송풍기에 대하여 침식실험과 성능시험을 수행하여 요구되는 성능의 송풍기를 개발하였다.
2 mm)을 사용하였고, 더스트 량은 1 kg으로 하였다. 침식을 확인하기 위하여 160시간 동안 연속으로 실험용 송풍기를 가동 운전하여 실험하였다. 침식실험에 사용된 스틸 쇼트 볼의 사양은 Table 1과 같다.

대상 데이터

실제 현장에 적용되는 임펠러의 직경은 Φ3,300 mm이지만, 성능평가를 위한 모델 임펠러의 직경은 Φ975 mm이다.

이론/모형

13은 성능시험을 하기 위하여 모델 송풍기를 설치한 사진이다. 송풍기의 성능 평가를 위하여 KS B 6311(송풍기의 시험방법)에 의거하여 성능시험을 수행하였다[8].

성능/효과

(1) 송풍기의 침식 실험장치를 설계·제작하여 가혹한 조건으로 침식실험을 수행하여 Dust deflector가 부착된 송풍기인 개발 송풍기가 Dust deflector가 없는 기존 송풍기에 비하여 임펠러 마모두께를 기준으로 190% 이상의 개선효과가 있는 것으로 나타났다.
(2) Dust deflector가 부착된 모델 송풍기를 설계·제작하여 송풍기 성능을 시험한 결과, 모델 송풍기 측정값을 기준으로 개발 송풍기로의 환산 결과 전압 690.6 mmAq, 풍량 16,243.6 m3/min, 효율 83.6%로 나타났다.
이 결과를 Table 2에 정리하였다. Dust deflector가 부착된 송풍기인 개발 송풍기가 Dust deflector가 없는 기존 송풍기에 비하여 임펠러 마모두께를 기준으로 190% 이상의 개선효과가 있는 것으로 나타났다.
송풍기 성능시험 결과를 Table 3에 정리하였고, 이 결과를 바탕으로 한국산업기술시험원의 시험성적서(19-079238- 01-1)를 발급받았으며, 모델 송풍기 측정값을 기준으로 개발 송풍기로의 환산 결과, 전압 690.6 mmAq, 풍량 16,243.6 m³/min, 효율 83.6%로 나타났다.

후속연구

따라서 열악한 사용 환경인 다량의 분진이 발생하는 조건에서도 에너지 효율을 높고, 내마모성이 우수한 기술이 적용된 송풍기가 적용된다면 산업 현장에서는 비용절감에서 큰 결과를 얻을 것이다. 송풍기의 효율 향상과 유지비용 절감을 위한 송풍기의 장수명 기술을 개발하여야 할 필요성이 있다.

참고문헌 (8)

Sung-Taek Jeon, Jin-Pyo Cho, "Effect of Pitch Angle and Blade Length on an Axial Flow Fan Performance", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 14, No. 7, pp. 3170-3176, 2013. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2013.14.7.3170

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Jong-Sung Lee, Choon-Man Jang, "Performance Characteristics of the Double-Inlet Centrifugal Blower according to the Shape of an Impeller", Journal of Fluid Machinery, Vol. 17, No. 1, pp. 28-34, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.5293/kfma.2014.17.1.028

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Jeong-Seok Kang, Jin-Taek Kim, Cheol-Hyung Lee, Byung-Joon Baek, "A Study on Three-Dimensional Flow Analysis and Noise Source of Sirocco Fan", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 19, No. 12, pp. 896-902, 2018. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2018.19.12.896

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Ho-Sang Jang, Hawon Lee, Se-Yun Hwang, Jang -Hyun Lee, "Numerical Simulation of Erosion Rate on Pipe Elbow Using Coupled Behavior of Fluid and Particle", Journal of Ocean Engineering and Technology, Vol. 31, No 1, pp. 14-21, 2017. DOI: https://doi.org/10.5574/KSOE.2017.31.1.014

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Chul Hee Jo, Jun-Ho Lee, Choon-Man Jang, Su-Jin Heang, "Numerical Study for the Influence of Environment Temperature on Offshore Arctic Pipeline and Impingement Erosion Analysis by using Thermal Flow Simulation", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 39, No. 3 pp. 201-205, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.5916/jkosme.2015.39.3.201

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Jae Ho Paek, llkwang Jang, Yong Hoon Jang, "Performance Evaluation of Wall Blower Nozzle using Erosion Analysis", Tribology and Lubricants, Vol. 34, No. 5, pp. 175-182, 2018. DOI: https://doi.org/10.9725/kts.2018.34.5.175

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Md Rakibuzzaman, Hyoung-Ho Kim, Kyungwuk Kim, Sang-Ho Suh, Kyung Yup Kim, "Numerical Study of Sediment Erosion Analysis in Francis Turbine", Sustainability, Vol. 11, No. 5, pp. 1423-1431, 2019. DOI: https://doi.org/10.3390/su11051423

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KS B 6311, "Testing methods for industrial fans", Korean Standards, 2017.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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