The Leader in Compressed Air Technologies
Agenda 목차 1. AIR COMPRESSOR 의종류 2. CENTRIFUGAL COMPRESSOR 의원리 3. 공기압축기및드라이어선정 4. INGERSOLL-RAND AIR COMPRESSOR 소개
1. AIR COMPRESSOR 의종류 Agenda
AIR COMPRESSOR 의종류
AIR COMPRESSOR 의종류 왕복동컴프레샤 (RECIPROCATING) 스크류컴프레샤 (ROTARY) 원심력컴프레샤 (CENTRIFUGAL)
AIR COMPRESSOR 의종류 TYPE ACFM BHP COOLING AIR PURITY 왕복동식 <1 to 3,018 <1 to 600 60Hp 이하 - Air 60Hp 이상 - Water Lube or Oil Free 급유식스크류 무급유식스크류 34 to 3,000 10 to 700 Air or Water Lube 150 to 4200 60 to 900 Air or Water Oil Free 원심식 400 to 25,000 125 to 6,000 Water Oil Free
Agenda 2. CENTRIFUGAL COMPRESSOR 의운전원리
CENTAC 의운전원리 4. 인터쿨러에의해압축열이제거. 재압축에필요한컴프레샤의효율을증대 5. 압축공기는 stainless steel moisture separator 를통해응축수제거 6. 각단마다설정압력까지 1-5 단계의압축과정반복 3. 디퓨져에서공기의속도가저하되어 1/3 의압력이생성 1. Inlet filter를통해깨끗한공기유입 2. 공기는임펠러에의해압력과속도가높아진다. 이때임펠러는 2/3의압력을생성
CENTAC 의운전원리 공기압축과정소개 Inlet filter 를통해유입된공기는임펠러에의해압력과속도가증가하고순차적으로 Diffuser 에서속도가줄어든다. 옆의표는일단원심식컴프레샤에서발생하는속도, 압력그리고온도의변화에대한그래프이다. Centrifugal Compressor 의압축과정을설명할때는주로원심식펌프의이론을이용한다. 공기를유체와같이고려하고같은열역학이론을사용한다. Centrifugal compressor 에서공기 1pound 를움직이는일의양을펌프에서말하는 HEAD 라고한다.
CENTAC 의운전원리 공기압축과정소개 HEAD 의측정값단위는 foot-pounds per pound (ft-lbs/lb) 를사용한다. 공기의흐름은 FLOW 로나타내고단위는 cubic feet per minute (ft 3 /min) 를사용한다.
CENTAC 의운전원리 압력과유량 그래프는일정속도하의 backward-leaning bladed impeller 를가진이론적인 1 단컴프레샤의작동시압축과정을나타낸것이다. 이표에서이론적으로압력과유량이상승함에따라 ideal head plot 은오른쪽으로내려감을알수있다. 또한 flow 가증가함에따라압력도감소함을알수있다.
CENTAC 의운전원리 압력과유량 이상적인표는실제컴프레샤에서다양한 energy loss 에영향을받는다. 표의점선은이러한 loss 를나타내고있다. 실제 Curve 는 0 ~ Max. flow 까지의모든유량에적용되지않음을보여주고있다. 실제 Curve 의왼쪽에서는유량이증가함에따라압력또한상승하고있다. 컴프레샤가안정된상태를유지하기위해서는유량이증가하면반드시압력은저하되어야하기때문이다. 따라서왼쪽의압력상승부분의 Curve 는컴프레샤에서사용되어질수없다. Curve 의오른쪽부분은유량증가에따라급격히압력이감소함을보여준다. 이것은아주작은유량의변화에도많은압력의변화가생기게한다.
CENTAC 의운전원리 압력과유량 이그래프는실제 Centrifugal compressor 가사용할수있는실제압력곡선을나타낸다. 즉, 이곡선은유량증가에따라압력이예상가능하고안정적인부분을나타낸다. 사용할수없는왼쪽부분에서는서지 (Surge) 가발생하게되고오른쪽에서는쵸크 (Choke) 가발생하게된다.
서지 (Surge) CENTAC 의운전원리 4. 공기흐름의역행으로 operating point 는 Point J 로이동하게된다. 서지는기계의이상소음을발생시킨다. 9. 압력이 Point P 에도달하면서지는반복하여발생한다. 3. Point P 에서서지가발생한다. ( Natural surge point) 2. 유량이감소함에따라압력은상승하여 Point P 로향하게된다. 5. 서지로인해압력은 J-K 선과같이감소한다. 1. 단지 Discharge valve 만으로컴프레샤의유량을조절하고있다고가정한다. Point Q Discharge valve 가닫히면 Discharge 압력은상승하게된다. 6. 압력축을통하면서순방향의공기흐름이재구성된다. 7. Point Q 에서의유량은 Discharge valve 를통해나갈수있는것보다크다. 8. 압력은다시 Q-P 선과같이상승하게된다.
CENTAC 의운전원리 쵸크와스톤월 (Choke and Stonewall) 쵸크는컴프레샤를토한최고유량의한계이다. 쵸크가발생하면컴프레샤자체와 Discharge system 에손실로인해더이상의공기흐름을기계적으로발생할수없다. Centrifugal Air Compressor 에서사용가능한범위와쵸크사이의경계를 Stonewall 이라한다. Stonewall 의기계적의미 : 유속이음속에다다르는지점.
공기압축과압력, 온도 공기압축기에서체적, 압력그리고온도는밀접한연관이있다. 1m 3 의공기를공기압축기를통하여 7bar(101.5 psig) 로압축한다면공기의부피는기존의 1/8 로축소된다.
공기압축과압력, 온도 분자사이의공기공간은액체일때보다 10 배가크다. 이와같은이유로기체는고체나액체에비해매우작은부피로쉽게압축할수있다. 기체의압축은기체분자간의충돌과기체가담겨진용기의표면에충돌하여이루어진다. 부피를줄이면서기체분자가더욱밀집하게되고이와동시에압력은상승하게된다.
공기압축과압력, 온도 기체의응축은분자의냉각에의한운동에너지감소에기인한다. 즉기체분자가분자간의충돌을방지하기위해충분히빠른속도로움직이기위해서는온도의영향이크다. 각온도별로일정부피, 일정압력하에서분자가존재할수있는최대분자량이있다. 온도상승없이일정한최대부피에더이상의기체분자를추가하게되면분자상호간의당김현상이증가하여응축이시작된다. 고온에서는분자는상호간에분리되고자하고결국분자는깨어져원자핵과전자로구성되는전리 (Plasma) 단계가된다.
공기압축과압력, 온도 * 압력 (pressure) 면전체에걸리는힘을전압력, 그면의단위면적당작용하는힘을압력의세기라한다. 압력의크기만을말할경우에는압력의세기로나타내는것이보통이다. 지표상에있는물체는모두대기압아래있으므로압력의크기를나타낼때는대기압도포함해서말하는경우와대기압을기준점즉 0 으로하고대기압이외의압력의크기를말하는경우를구별할필요가있다. 대기압을포함할경우를절대압력, 대기압을기준점으로하는경우를보통압력또는게이지압력이라한다. CGS 단위계로는 dyn/cm 2, MKS 단위계로는 N/m 2 (=Pa: 파스칼 ) 이쓰이는데, 기상학에서는 hpa( 헥토파스칼 ) bar( 바 ) mbar( 밀리바 ), 공업상으로는기압단위또는 kgw/cm 2 가주로쓰인다. 액주 ( 液柱 ) 가밑면에미치는압력은액체의밀도와액주의높이의곱이되므로, 액체를지정 ( 수은 물 알코올등 ) 해서액주의높이로압력의크기를나타내어 mhg( 수은주미터 ) mmhg( 수은주밀리미터 ) 등으로표시하기도한다.
공기압축과압력, 온도 * 기본공식 1. 압력의변환 Pabs : 절대압 Patm : 대기압 Pgauge : 게이지압 Pvac : 진공압 Conversion factor 14.7 psia = 408 inches of water 14.7 psia = 29.9 inches of mercury 1 inch of mercury = 25.4 mm of mercury 2. 밀도 (Density)
공기압축과압력, 온도 * 기본공식 3. 비체적 (Specific Volume) 4. 온도 (Temperature)
공기압축과압력, 온도 * 기본공식 5. 이상기체상태방정식 (Ideal Gas Law) 보일 - 샤를의법칙에의해얻어지는방정식 PV = nrt n : 기체의몰수 R : 기체상수 (0.082) Boyle 의법칙 : 일정한온도에서기체의부피는압력에반비례 P1V1 = P2V2 Charles 의법칙 : 일정한압력에서기체의부피는절대온도에직접비례
* 기본공식 공기압축과압력, 온도 6. 변환공식 (Conversion Formulas) 1. ICFM - SCFM SCFM = ICFM x 520 x P 1 - P X 460 + T 1 14.7 T 1 = Air Inlet Temperature in Deg. F P 1 = Air Inlet Pressure at Compressor Flange in PSIA Px = Pv X RH Pv = Partial Pressure of Water Vapor at T 1 RH = Relative Humidity % 2. m 3 /h - Nm3/h Nm3/h = m3/h x 273 x P 1 - P X 273 + T 1 1.033 T 1 = Air Inlet Temperature in Deg. C P 1 = Air Inlet Pressure at Compressor Flange in Kg/cm 2 (a) Px = Pv X RH Pv = Partial Pressure of Water Vapor at T 1 RH = Relative Humidity % 3. Nm3/h - SCFM Nm3/h = 0.02832 x SCFM
Centrifugal Compressor Operation Compressor Curves Discharge Pressure Pb = 14.4 P1 = 14.1 RH = 60% Tw = 80(27C) T1 = 95(35C) Throttled Surge Surge Line Rise to Surge Natural Surge Point Natural Curve Choke Volumetric Flow
Centrifugal Compressor Operation Effect of Inlet Air Temperature Discharge Pressure Pb = 14.4 P1 = 14.1 RH = 60% Tw = 80 T1 = 65(18) Pb = 14.4 P1 = 14.1 RH = 60% Tw = 80 T1 = 105(46) Volumetric Flow
Centrifugal Compressor Operation Effect of Cooling Water Temperature Discharge Pressure Pb = 14.4 P1 = 14.1 RH = 60% Tw = 65(18C) T1 = 95(35C) Pb = 14.4 P1 = 14.1 RH = 60% Tw = 105(41C) T1 = 95 Volumetric Flow
Centrifugal Compressor Operation Effect of Barometric Pressure Discharge Pressure Pb = 13.9 P1 = 13.6 RH = 60% Tw = 60 T1 = 95 Pb = 14.7 P1 = 14.4 RH = 60% Tw = 60 T1 = 95 Volumetric Flow
3. 공기압축기및드라이어선정 Agenda
AIR COMPRESSOR 의선정 AIR COMPRESSOR 의선정시고려할사항 1. 평균필요공기량 2. 최대필요공기량 3. 공장확장의고려 4. 유지. 보수의고려 5. 충분한배기 6. 공장에서필요한공기의등급 7. 최소필요압력
AIR COMPRESSOR 의선정 필요공기량 (Air Volume Flow Rate Requirement) 필요공기량은유량측정기또는기존시스템의 Compressor 의 Load factor 의관찰에의해결정되어질수있다. 정확한필요공기량산정은에너지낭비방지와모든장치에적합한공기를분배하기위해꼭필요하다. Load Factor 란실제공기소모량과최대공기소모량의비율이다. Time factor 와 Work factor 로구성되어진다. Time factor : 장비가실제로사용되는시간의퍼센트 (%) Work factor : 장비에의해수행되어지는실제일을위해필요한분당최대가능 Output 의비율 (%) 또한, 시스템에서 Desiccant Dryer( 흡착식 ) 를사용한다면 15% 의 purge loss 를감안하여야하며, 시스템내의공기누설 (Air leakage) 도함께고려하여야한다.
AIR COMPRESSOR 의선정 * 필요압력 (Air Pressure Requirement) 일반적으로 100psig 의시스템압력에서 1psi 의압력을가압하는데 energy cost 는 1.5% 상승한다. 압력을산정할때시스템내의차압을신중히고려하여야한다. 주로차압이발생하는곳은 Air Dryer, Filter, 그리고부적절한 Piping 이다. 배관은차압을고려할때일반적으로 30ft(9m)/sec 의유속으로결정을하고수분이사용지점까지유입되는것을방지하기위해서는 20ft(6m)/sec 의유속이권장된다. 이론적으로차압은 Compressor 와사용지점까지 10% 를초과하지않는것이좋다. 표의압력단위는 psi 이고, 압축공기 125psig 가 1000ft(305m) 의파이프를통과할때발생하는압력손실을나타낸것이다.
AIR COMPRESSOR 의선정 압축공기의등급설정 ( Compressed Air Quality ) 시스템에서요구되어지는공기의등급을선택하여야한다.
AIR COMPRESSOR 의선정 적절한 Air Compressor 의선택 1. 용량 (Capacity) 2. 압력 (Operating Pressure) 3. 전압 ( Voltage ), 주파수 (Hz) 4. 상대습도 (Relative Humidity) 5. 냉각수온도 (Coolant Temperature) 6. 외기온도 (Inlet Temperature) 7. 모터의종류 (ODP or TEFC, IEC or NEMA) 8. 에너지비용 (Energy Cost)
Complete Compressed Air Solutions
Cooling Systems
Rotary & Recip Compressors
Centrifugal compressors including gas & steam driven units
Dryers including refrigerated, desiccant, heat of compression, blower purge, and drum dryers
System components such as air filters, receivers and piping
System controls Including competitive units
Aftermarket support & service including competitive parts & service
Centrifugal Compressor Product Line AIR COMPRESSOR 의선정 Centac I Original Centac Baseplate Mounted Motor 1Pc. Cooler Cover Centac II New Version Centac Baseplate Mounted Motor Has Cooler "Barrels" CV Flange Mounted Motor Has Cooler Barrels CH Single Stage Machines Flange Mounted Motor Similar to CV X-Flo Single Stage Machines Airend Purchased from KHI Packaged in Mayfield 0C 1200-2000 CFM 300-450 HP/2-3 Stg OBSOLETE 1ACII 1500-3000 CFM 350-700/2 Stgs CV0 (C100 - C200) 350-800 CFM 100-200 HP/2 Stg CH3 400-800 CFM 75-125 HP Single Stg CV0 L Series 2000-75,000 CFM 5-12 PSI 1C 2100-3000 CFM 450-700 HP/3-4 Stg OBSOLETE 2CC 2100-3500 CFM 350-800 HP/2-3 Stgs Coupled CV2 CV1 (C200 - C350) 800-1400 CFM 200-350 HP/2 Stg CH4 700-1400 CFM 100-150 HP Single Stg CV1 H Series 2000-75,000 CFM 12-27 PSI 2C 3500-5500 CFM 800-1250 HP/3,4,5 Stg OBSOLETE 2ACII 3200-4500 CFM 800-1250 HP/2-3 Stgs CV1B (C350 - C450) 1400-2200 CFM 350-500 HP/2 Stg CH5 1500-3000 CFM 125-700 HP Low, Med. & High Press. R Series 5000-15,000 CFM 10-37 PSI 3C 6000-9000 CFM 250-2500 HP/3,4,5 Stg 5 Stg is High Pressure 2CII 3200-4500 CFM 800-1500 HP/2,3 Stg&DF 3Stg is High Pressure CV1A (C350 - C450) 1500-3000 CFM 350-700 HP/2 Stg CH6 3200-5500 CFM 300-600 HP Low, Med. & High Press. ST Series 1000-75,000 CFM Steam Compressor 4C 9000-15,000 CFM 1250-2500 HP/3,4,5 Stg 5 Stg is High Pressure 3CII 6000-9000 CFM 1000-2000 HP/2-3 CV2 2100-3500 CFM 350-800 HP/2-3 Stg Single Stage Machines Foot Mounted Motor S Series 1000-12,000 CFM 5-9 PSI 5CII 12,500-30,000 CFM 2000-5000 HP/2-3 Stg 5CCH 1500-3000 CFM 125-700 HP Low, Med. & High Press. 6CCH 3200-5500 CFM 300-600 HP Low, Med. & High Press.
AIR COMPRESSOR 의선정
Oil Free Rotary Screw Compressor Model SIERRA Product Line AIR COMPRESSOR 의선정
Contact Cooled Rotary Screw Compressor Model SSR Product Line AIR COMPRESSOR 의선정
AIR COMPRESSOR 의선정
AIR DRYER 의선정 HEAT OF COMPRESSION ENERGY FREE DRYER SELECTION COMPRESSOR CONDITIONS INPUT VARIABLES RANGE STD STAGES OF COMPRESSION 3 2-3 3 MAXIMUM FLOW RATE, SCFM 3,000 1-25,000 PRESSURE IN, PSIA 14.7 10-15 14.7 TEMPERATURE IN, F 115 10-125 80 MINIMUM PRESSURE OUT, PSIG 100 75-150 120 MINIMUM TEMPERATURE OUT, F 369 210-400 250 COOLING WATER TEMP, F 68 40-95 85 COMPRESSOR APPROACH, F 15 2-25 20 DRYER COOLER APPROACH, F 10 2-20 10 MAXIMUM DRYER PRESS. DROP, PSI 5 1-15 7 HC-41 POTENTIAL DEWPOINT, F H-43 OR @INLET WET BULB: 80 F -81-100 USE BOOSTER 50 F -81-100 HEATER FOR-40 32 F -94-112 CONTINUOUS DEWPOINT STRIPPING PURGE, SCFM: 54 AVERAGE: 20 PRESSURE DROP, PSI: DRYER: HEATING 2.2 2.2 COOLING 1.0 AVERAGE 2.2 1.5 COOLER: 0.8 0.9 SEPARATOR: 0.4 0.4 AFTERFILTER: 0.5 0.2 TOTAL SYSTEM PRESSURE DROP: 3.9 2.9
AIR DRYER 의선정 TZ HEATLESS DRYER SIZING ENTER VALUES Q1 ( SCFM) 206 T1 ( DEGREES F) 120 P1( PSIG) 125 MODEL NUMBER TZ 4005 MODEL SELECTED TZ 400 DESICCANT AVAILABLE 220 LBS/CHAMBER VESSEL DIAMETER 14 INCHES VESSEL AREA 0.99 FT^2 SHELL LENGTH 51.63 INCHES L/D RATIO 3.7 INLET/OUTLET CONNECTION 1-1/2" FOR -40 C / - 40 F PRESSURE DEWPOINT 10 MINUTE CYCLE MODEL SELECTED TZ 400 VELOCITY 24 FT/MIN DESICCANT REQUIRED 175 LBS/CHAMBER DESICCANT AVAILABLE 220 LBS/CHAMBER CONTACT TIME 11.6 SECONDS PURGE LOSS 38.8 27.3 DUMP LOSS 6.24 OUTLET FLOW 161
Agenda 4. INGERSOLL-RAND AIR COMPRESSOR
Centac Plants Location Davidson,USA (800 employees) HIS Headquarters ISO 9001 plant Assembly up to 1250 Hp Mocksville, NC (550 employees) ISO 9001 plant Center of excellence for machining Vignate, Italy (320 employees) ISO 9001 plant Manufactures complete Centac Range Naroda, India (332 employees) ISO 9001 & 14001 plant Assembly up to 1250 Hp
MODEL NUMBER 1 A C V 1 8 M 2 Frame Generation Driver Flow Stages X 100
MODEL NUMBER C 300-L Frame Horsepower Pressure L = 100 psig M = 115 psig H = 125 psig
MODEL NUMBER C 3 0 0 L - 3S Frame Horsepower Pressure # Stages L = 100 psig M = 115 psig H = 125 psig HH = 150 psig
Oil Free Advantage
HIGH MAINTENANCE COSTS Why Oil-Free Air? FILTER PRESSURE DROP OIL CARRYOVER PAINT FISHEYES PRODUCT CONTAMINATION
Why Oil-Free Air? Customer Cost Impact Maintenance Costs Environmental Costs Poor Plant Controllability Product Contamination Customer Concerns
Why Centac?
Technology 1940: Reciprocating Compressors (70 80 moving parts per stage) 1960: Screw Compressors (20 30 moving parts per stage) 1970: Centrifugal Compressors (3 4 moving parts per stage)
Centac Package Motor Airend Third Stage Bypass Valve Control Panel First Stage Inlet Valve Condensate Traps Oil Cooler Oil Reservoir Lube Oil Pump Water Manifold
Compressor Airend Cover Gear Case Linebore Gear Case Cover Vertically Split
Rotor Assembly Airend - Rotor Assembly
Airend - Rotor Assembly Features & Benefits 15-5 ph stainless steel impeller Alloy Steel Pinion shaft, and thrust collar Helical gearing Polygon(2 Stage)/ Key-Per (3 Stage) attachment for reduced stress concentrations Complete assembly balanced as a whole
Bearings Airend - Bearings
Airend - Bearings Features & Benefits Fixed Tilted Pad Bearings (Plain Bearing) Hydrodynamic bearing running on film of oil Virtually unlimited life Good Load Carrying Capability No moving parts Tapered land or pocket type oil film bearing for thrust loads Single piece construction requiring no yearly inspection Long life, 2 to 3 times as long as an antifriction type
Cooler Airend - Air Coolers
Airend - Air Coolers Features & Benefits Multi-pass counter flow for highest cooling efficiency Integral cooler for most compact design Low inherent noise level Lower water flow requirements Stainless steel header and shroud with copper tubes CuNi tubes available as an option Heresite coating available as an option