자구형 오일 로터리 펌프의 정전시 오일 역류를 방지하기 위한 간단한 구조 장치로 역류 방지형 센터링 (anti suck back centering, ASBC)을 개발하고 배기 특성을 평가하기 위하여 소형 배기 시스템 (mini vacuum system)과 개인용 컴퓨터, AD converter (National instrument, NI-6009), 터치 패널 기반의 자동 제어 시스템을 제작하였다. 본 연구에서는 ASBC의 배기 특성을 확인하였고, 배기 특성을 해석하기 위하여 3차원 전산 유체 해석 프로그램인 CFD-ACE+를 사용하여 점성 유동 영역에서 유동장을 해석하였다. 그리고 평활도를 개선한 ASBC의 리크양을 측정 하였다.
자구형 오일 로터리 펌프의 정전시 오일 역류를 방지하기 위한 간단한 구조 장치로 역류 방지형 센터링 (anti suck back centering, ASBC)을 개발하고 배기 특성을 평가하기 위하여 소형 배기 시스템 (mini vacuum system)과 개인용 컴퓨터, AD converter (National instrument, NI-6009), 터치 패널 기반의 자동 제어 시스템을 제작하였다. 본 연구에서는 ASBC의 배기 특성을 확인하였고, 배기 특성을 해석하기 위하여 3차원 전산 유체 해석 프로그램인 CFD-ACE+를 사용하여 점성 유동 영역에서 유동장을 해석하였다. 그리고 평활도를 개선한 ASBC의 리크양을 측정 하였다.
The anti suck back centering (ASBC) for preventing backflow of oil for oil rotary pump was designed in the power failure. To evaluate the evacuation characteristics, we manufactured the mini vacuum system, personal computer, AD converter (National instrument, NI-6009), and automatic controller with ...
The anti suck back centering (ASBC) for preventing backflow of oil for oil rotary pump was designed in the power failure. To evaluate the evacuation characteristics, we manufactured the mini vacuum system, personal computer, AD converter (National instrument, NI-6009), and automatic controller with touch panel for a basis. In this study, we measured the evacuation characteristics of ABSC and analyzed the flow field of viscous flow regime using a commercial software, CFD-ACE+. Also, the leakage of the advaced ASBC for leveling was measured.
The anti suck back centering (ASBC) for preventing backflow of oil for oil rotary pump was designed in the power failure. To evaluate the evacuation characteristics, we manufactured the mini vacuum system, personal computer, AD converter (National instrument, NI-6009), and automatic controller with touch panel for a basis. In this study, we measured the evacuation characteristics of ABSC and analyzed the flow field of viscous flow regime using a commercial software, CFD-ACE+. Also, the leakage of the advaced ASBC for leveling was measured.
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문제 정의
본 연구에서는 ASBC 의 배기 특성을 측정하기 위하여 소형 배기 시스템을 제작 하였다. 제작된 소형 배기 시스템의 구성 장비는 두 대의 오일 로터리 펌프 (Cute vac 160VP, Hitachi), NW25 투명 호스 (내경 : 25.
제안 방법
85 mm, 길이 : 1000 mm), 펌프 작동의 정확도를 높이기 위한 터치 패널 (touch panel-CT1720, comfile technology) 을 장착 하였고 기존의 센터링 (normal centering) 과 ASBC 의 배기 곡선의 차이를 확인하기 위하여 컨벡트론 게이지 (Granville Phillips, convectron gauge)을 사용하였다. NI USB-6009를 이용하여 시간에 따른 압력 변화의 데이터를 실시간으로 컴퓨터에 저장하기 위하여 GP-275의 교정곡선 (calibration curve)의 압력을 전압으로 전환하여 배기 시작 후의 소형 배기 시스템에서의 실제 압력을 기록하였다. 또한 정확한 리크 정도를 측정하기 위하여 moving close door plate를 센터링 본체의 위에 올려서 배기계가 폐쇄되도록 한 후 He leakdetector (Pfeiffer HLT-270)를 이용하여 리크 양을 측정하였다.
Moving door plate는 가벼운 알루미늄으로 만들어 오일의 역류 시에 유체의 부상 운동량만으로도 쉽게 부유할 수 있도록 하였다. 또한 두 장의 판이 맞닿는 부분의 평활도를 개선하여 리크를 최소화 하였다.
NI USB-6009를 이용하여 시간에 따른 압력 변화의 데이터를 실시간으로 컴퓨터에 저장하기 위하여 GP-275의 교정곡선 (calibration curve)의 압력을 전압으로 전환하여 배기 시작 후의 소형 배기 시스템에서의 실제 압력을 기록하였다. 또한 정확한 리크 정도를 측정하기 위하여 moving close door plate를 센터링 본체의 위에 올려서 배기계가 폐쇄되도록 한 후 He leakdetector (Pfeiffer HLT-270)를 이용하여 리크 양을 측정하였다.160 l/min의 명목 배기 속도를 갖는 오일 로터리 펌프를 연결한 시스템에서 ASBC 를 장착 하지 않았을 경우와 장착 한 경우의 배기 곡선을 그림 2에 나타내었다.
ASBC는 기본적으로 두 장의 원형 금속판에 직경 7 mm 크기의 원형 홀을 가공한 판으로 이루어져 있다(그림 1). 서로 엇갈린 세 개의 홀을 통해서 배기가 이루어지고 역압이걸릴 경우 엇갈린 부분이 압력 차폐판으로 작용하도록 설계하였다. Moving door plate는 가벼운 알루미늄으로 만들어 오일의 역류 시에 유체의 부상 운동량만으로도 쉽게 부유할 수 있도록 하였다.
하지만 최근에 생산되는 저가형 오일 로터리 펌프는 오일 역류 방지 밸브를 가지고 있지 않기 때문에 정전, 오작동으로 인한 오일 역류가 가능하다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 ASBC 을 개발 하였다. ASBC는 기본적으로 두 장의 원형 금속판에 직경 7 mm 크기의 원형 홀을 가공한 판으로 이루어져 있다(그림 1).
시스템을 제작 하였다. 제작된 소형 배기 시스템의 구성 장비는 두 대의 오일 로터리 펌프 (Cute vac 160VP, Hitachi), NW25 투명 호스 (내경 : 25.85 mm, 길이 : 1000 mm), 펌프 작동의 정확도를 높이기 위한 터치 패널 (touch panel-CT1720, comfile technology) 을 장착 하였고 기존의 센터링 (normal centering) 과 ASBC 의 배기 곡선의 차이를 확인하기 위하여 컨벡트론 게이지 (Granville Phillips, convectron gauge)을 사용하였다. NI USB-6009를 이용하여 시간에 따른 압력 변화의 데이터를 실시간으로 컴퓨터에 저장하기 위하여 GP-275의 교정곡선 (calibration curve)의 압력을 전압으로 전환하여 배기 시작 후의 소형 배기 시스템에서의 실제 압력을 기록하였다.
성능/효과
Normal centering과 평활도를 개선한 ASBC의 leak late 측정값을 표 1에서 보여준다. He leak detector를 이용하여 측정한 결과 평균 2.48 x 10-7 Torr*liter/sec 으로 normal centering 보다 2.4 배의 역류 방지 성능을 보였다.
NW25 (ID :25.85 mm)tube에 위쪽에서 아래쪽으로 100 Pa, 1 m/s의 가스를 유입 한 결과 Moving door오와 centering body의 사이 간격이 6 mm, 4 mm, 2 mm, 1mm일 때 0.67 Pa, 0.76 Pa, 1.4 Pa, 4.2 Pa의 압력 차이가 발생하고 이로 인해 ASBC 의 작동 유무를 예측 할 수 있었다.
3 % 증가하였다. 이 결과는 기존의 센터링 단면적 501.93 mm2에서 오일 역류 방지 센터링 단면적 250.54 mm2로 49.91%가 줄어들어 들었지만 점성 유동 영역 (continuum flow)에서는 진공 용기 내벽과 충돌에 비해 분자끼리의 충돌 (molecular collision) 이 많고 한 분자 상호간의 작용이 크므로 전체적인 흐름이 유체역학을 따르고 그 방향은 펌프 쪽으로 향함을 알 수 있다. 따라서 전도의 영향을 적지 않게 받는다.
3% 감소를 보였다. 평활도를 개선한 anti suck back centering의 역류 방지 성능을 측정한 결과 normal centering 보다 2.4 배가 뛰어나다는 것을 확인할 수 있었다.
이러한 문제점 때문에 오일 로터리 펌프가 오일의 역류를 100%차단은 불가능 하다. 하지만 생산 산업이나 연구실에서의 오작동, 정전 등의 상황에서 ASBC를 장착한 오일 로타리의 펌프의 경우 92.7% 역류 방지 차단률을 확인 하였고, 저진공 영역에서의 anti suck back centering을 장착한 시스템의 pumping speed는 18.3% 감소를 보였다. 평활도를 개선한 anti suck back centering의 역류 방지 성능을 측정한 결과 normal centering 보다 2.
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