This paper describes the development of standard series for turbo blowers. In mass production system, it is very required to standardize blowers to improve the productivity of ordering, estimating, manufacturing. To standardize blowers, we performed researches on the effects of $b_1$(impe...
This paper describes the development of standard series for turbo blowers. In mass production system, it is very required to standardize blowers to improve the productivity of ordering, estimating, manufacturing. To standardize blowers, we performed researches on the effects of $b_1$(impeller inlet width), $b_2$(impeller outlet width), ${\beta}_1$(blade inlet angle), ${\beta}_2$(blade outlet angle), Z(number of blades) of impellers and geometry of casing experimentally. Through this study, we chose the several best model of turbo blowers with high efficiency and low noise, which represent each specific speed series 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315. After the development of such standardized blowers, the test results are used to prepare the fan geometry and performance database for a selection software.
This paper describes the development of standard series for turbo blowers. In mass production system, it is very required to standardize blowers to improve the productivity of ordering, estimating, manufacturing. To standardize blowers, we performed researches on the effects of $b_1$(impeller inlet width), $b_2$(impeller outlet width), ${\beta}_1$(blade inlet angle), ${\beta}_2$(blade outlet angle), Z(number of blades) of impellers and geometry of casing experimentally. Through this study, we chose the several best model of turbo blowers with high efficiency and low noise, which represent each specific speed series 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315. After the development of such standardized blowers, the test results are used to prepare the fan geometry and performance database for a selection software.
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문제 정의
본 연구에서는 단순히 고효율만을 추구한 것이 아니라 저소음의 터보 블로워를 설계.제작하기 위해 소음에 관한 추가적 연구를 수행하였으며 대표소음에서 유체역학적 소음의 영향을 살펴보기 위해서 여러 가지실험을 수행하였다.
본 연구에서는 매우 다양한 운전사양과 운전조건들이 요구되고 있는 터보 블로워의 제품 표준화 설계를 수행하였다. 표준화 설계란 다양한 요구조건에 대해 매번 서로 다른 터보 블로워를 설계.
성능시험의 신뢰성 확보를 위해서 본 연구에서는 국내.외 규격에 맞는 성능시험 설비를 설계하고 제작하였다.
이러한 터보 블로워 기술을 선진국 수준으로 한 단계 끌어올리고자 본 연구에서는 고유모델 설계, 시제품 제작, 성능시험, 성능시험 결과를 바탕으로 한 설계개선, 개선된 시제품 제작 및 시험에 의한 성능 확인 등에 이르는 전체의 과정을 광범위하게 수행하였다.
제안 방법
각 제품들에 대해 독자적으로 설계를 시행하고 제작된 시제품들에 대한 성능시험 및 분석. 평가를수행하였으며 그 결과 개발된 모델들은 효율, 소음 등성능 면에서 매우 우수한 제품으로 평가되었다.
외 규격에 맞는 성능시험 설비를 설계하고 제작하였다. 그리고 본 연구의 결과물인 다양한 시험 자료와 경험들을 데이터베이스로 활용하여 송풍기 selection S/W를 작성하였다.
본 연구에서는 이론적 지식과 경험에 바탕을 두어 1 차적으로 터보 블로워의 설계를 수행하고, 시제품 제작, 성능시험을 통해 얻어지는 자료를 분석함으로서이후의 모델들의 설계변수들에 피드백을 주어 설계를 개량하고 최종 설계를 확정하였다. 설계 및 결과분석에 적용되는 설계변수로는 么(입구폭), B(출구폭), Bi (입구각도), 但(출구각도), Z(날개수), 흡입구경, 케이싱 폭 등등의 다양한 성능 영향인자들이 있으며 본 연구에서는 주로 先와 月2를 주된 설계 변경인자로 활용하였다.
최종 설계를 확정하였다. 설계 및 결과분석에 적용되는 설계변수로는 么(입구폭), B(출구폭), Bi (입구각도), 但(출구각도), Z(날개수), 흡입구경, 케이싱 폭 등등의 다양한 성능 영향인자들이 있으며 본 연구에서는 주로 先와 月2를 주된 설계 변경인자로 활용하였다. 장기간에 걸친 설계와 반복시험을 통해 이러한 설계인자의 각 비속도 계열에 미치는 영향을 파악할 수 있었고 그 결과로서 각 비속도별 표준화 설계모델을 확정할 수 있었다 (Fig.
우선 적절한 댐퍼의 위치를 설정한 후, 온도와 압력이 안정화 될 때까지 기다린 후 공기의 온도, 정압, 회전수, 동력, 소음 등을 측정하였다. 소음 측정 시에는 소음계의 주파수 보정으로 A특성을 사용하였으며, 소음측정에 앞서 측정점의 암소음을 측정하며 소음계의 마이크로폰을 음원의 방향으로 향하게 하고 Im 거리에서 측정하였다.
시험모델 변경(비속도 80, 125, 200, 315 등)시, 각 모델에 대한 Reynolds수가 유량 측정을 위한 노즐의 적용 범위 안에 속해 측정관로 직경의 변경 없이 접속관의 변경만으로 시험이 가능했으며, 블로워 후류의 선회속도 성분에 의해서 발생할 수 있는 유량측정의 오차를 막기 위해서 정류격자를 노즐 앞쪽에 설치하였고, 유량측정을 위하여 flange type 노즐을 사용하였다. 노즐 형태는 KS A 0612에서 규정된 고조임비 타원노즐의 형태를 갖고 있으며 유량조절을 위하여 토 출구에 원추 모양의 댐퍼를 설치하였다.
시험은 유량 조절 댐퍼를 이용하여 최소 유량에서부터 점차 유량을 늘여가면서 12종류의 유량에 대하여 측정하였다. 우선 적절한 댐퍼의 위치를 설정한 후, 온도와 압력이 안정화 될 때까지 기다린 후 공기의 온도, 정압, 회전수, 동력, 소음 등을 측정하였다.
연구에서는 국내.외 규격에 맞는 성능시험 설비를 설계하고 제작하였다. 그리고 본 연구의 결과물인 다양한 시험 자료와 경험들을 데이터베이스로 활용하여 송풍기 selection S/W를 작성하였다.
우선 적절한 댐퍼의 위치를 설정한 후, 온도와 압력이 안정화 될 때까지 기다린 후 공기의 온도, 정압, 회전수, 동력, 소음 등을 측정하였다. 소음 측정 시에는 소음계의 주파수 보정으로 A특성을 사용하였으며, 소음측정에 앞서 측정점의 암소음을 측정하며 소음계의 마이크로폰을 음원의 방향으로 향하게 하고 Im 거리에서 측정하였다.
이상에서 확정된 표준화 모델을 대상으로 송풍기 선정 S/W도 작성하였다[6丄 이 S/W에서는 요구되는 송풍기의 기술적 사양, 즉 압력, 풍량, 구동방법, 사용상태의 온도 또는 밀도 등을 입력하면 여기에 가장 적합한 모델을 선정해주고 성능곡선과 성능 데이터를 표시 또는 출력해준다.
입구관과 토출관에서의 압력측정 위치는 Fig. 1에 나타내었으며 토출관에서 송출압력의 측정위치는 비속도 변경에 따른 송출압력 변화에 따라 측정이 가능하도록 토출구에서 4D, 5D, 6D 떨어진 지점에 압력측정 공을 제작하였다.
저소음의 터보 블로워를 설계.제작하기 위해 소음에 관한 추가적 연구를 수행하였으며 대표소음에서 유체역학적 소음의 영향을 살펴보기 위해서 여러 가지실험을 수행하였다. 특히 임펠러와 케이싱 cut-off 사이의 거리를 변화시키면서 효율 및 소음의 변화를 살펴보았으며 이 거리에 대한 최적의 값를 얻을 수 있었다.
표준화 설계란 다양한 요구조건에 대해 매번 서로 다른 터보 블로워를 설계.제작하는 기존의 공정에서 탈피하여 소품종 대량생산의 개념 하에서 미리 모델들을 설계해두고 이들 모델들을 기본으로 사용자 또는 구매자의■ 요구에 맞추어 상사법칙 등을 응용하여 설계 . 제작하게 된다.
시험 설비를 설겨〕. 제작하였으며, 본 연구의 많은 시험도 이 설비를 활용하였다. 이에 대한 자세한 설명은 참고문헌[6, 7]을 참조 바란다.
터보 블로워 성능시험장치의 흡입, 토출관로의 직경은 비속도 200인 터보 블로워의 출구 면적과 거의 같은 유로 면적을 갖도록 내직경을 210mm로 설계하였다. 시험모델 변경(비속도 80, 125, 200, 315 등)시, 각 모델에 대한 Reynolds수가 유량 측정을 위한 노즐의 적용 범위 안에 속해 측정관로 직경의 변경 없이 접속관의 변경만으로 시험이 가능했으며, 블로워 후류의 선회속도 성분에 의해서 발생할 수 있는 유량측정의 오차를 막기 위해서 정류격자를 노즐 앞쪽에 설치하였고, 유량측정을 위하여 flange type 노즐을 사용하였다.
제작하기 위해 소음에 관한 추가적 연구를 수행하였으며 대표소음에서 유체역학적 소음의 영향을 살펴보기 위해서 여러 가지실험을 수행하였다. 특히 임펠러와 케이싱 cut-off 사이의 거리를 변화시키면서 효율 및 소음의 변화를 살펴보았으며 이 거리에 대한 최적의 값를 얻을 수 있었다.
대상 데이터
시험모델 변경(비속도 80, 125, 200, 315 등)시, 각 모델에 대한 Reynolds수가 유량 측정을 위한 노즐의 적용 범위 안에 속해 측정관로 직경의 변경 없이 접속관의 변경만으로 시험이 가능했으며, 블로워 후류의 선회속도 성분에 의해서 발생할 수 있는 유량측정의 오차를 막기 위해서 정류격자를 노즐 앞쪽에 설치하였고, 유량측정을 위하여 flange type 노즐을 사용하였다. 노즐 형태는 KS A 0612에서 규정된 고조임비 타원노즐의 형태를 갖고 있으며 유량조절을 위하여 토 출구에 원추 모양의 댐퍼를 설치하였다. 댐퍼의 개폐를 조절하기 위하여 스테핑 모터가 부착된 traverse를 이용하였다.
본 연구에서는 비속도 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 、315의 모델들을 주요 연구 대상으로 삼았으며, 각 임펠러들은 후향익이고 직선깃, 곡선깃 또는 익형의 형태를 갖고 있다. 시제품 제작 후 각각에 대한 성능시험 결과 각 비속도 그룹에서 가장 좋은 성능을 보이는 모델을 그 비속도 그룹에서의 표준화된 제품으로 선정하였다.
본 연구에서는 산업계에서 널리 사용되고 있는 터보 블로워의 표준화 제품을 개발하였다 (비속도 범위 63〜315). 각 제품들에 대해 독자적으로 설계를 시행하고 제작된 시제품들에 대한 성능시험 및 분석.
액주계를 이용하여 검증하였다. 온도 측정은 K형 열전대를 사용하였으며 HP사의 HP3497A 모델을 사용하였다. 축동력은 Elcontrol사의 VIP System 3를 사용하였다.
압력측정은 PSI의 System 8400을 사용하였으며 U 자형 액주계를 이용하여 검증하였다. 온도 측정은 K형 열전대를 사용하였으며 HP사의 HP3497A 모델을 사용하였다.
이론/모형
온도 측정은 K형 열전대를 사용하였으며 HP사의 HP3497A 모델을 사용하였다. 축동력은 Elcontrol사의 VIP System 3를 사용하였다.
성능/효과
설계 및 결과분석에 적용되는 설계변수로는 么(입구폭), B(출구폭), Bi (입구각도), 但(출구각도), Z(날개수), 흡입구경, 케이싱 폭 등등의 다양한 성능 영향인자들이 있으며 본 연구에서는 주로 先와 月2를 주된 설계 변경인자로 활용하였다. 장기간에 걸친 설계와 반복시험을 통해 이러한 설계인자의 각 비속도 계열에 미치는 영향을 파악할 수 있었고 그 결과로서 각 비속도별 표준화 설계모델을 확정할 수 있었다 (Fig. 3 참조). 선정에 있어서는 고효율과 저소음을 확보하는 것이 우선적으로 고려되었다.
각 제품들에 대해 독자적으로 설계를 시행하고 제작된 시제품들에 대한 성능시험 및 분석. 평가를수행하였으며 그 결과 개발된 모델들은 효율, 소음 등성능 면에서 매우 우수한 제품으로 평가되었다.
후속연구
이러한 신뢰성 있는 설계 자료 및 성능 데이터의 확보는 국내 송풍기의 기술 수준을 국제적 수준으로향상시키는데 크게 기여할 것으로 평가된다.
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