11. 장비관리 1
1. 압축기
공기압 기기는“압축기나 송풍기 등에 의해 기계적 에너지를 공기(또는 기계)의 에너
지로 변환해, 이 압축 공기를 제어 밸브 등으로 적당히 제어하여 액추에이터에 공급함
으로써 그 출력을 부하의 요구에 적합한 기계적 에너지로 출력하는 일련의 기기와 그
응용 기기”로 정의할 수 있다.
공기압 발생장치는 공기를 압축하는 공기 압축기(air-compressor), 압축된 공기를 냉
각하여 수분을 제거하는 냉각기(cooler), 압축 공기를 저장하는 공기탱크(air tank), 압
축 공기를 건조시키는 공기 건조기(air-dryer)등으로 구성되어 있다.
가. 공기압축기
압축 공기를 생산하여 에너지로 사용하려면 작업 압력으로 만들어 줄 수 있는 장치가
필요하다.
공기 압축기(air compressor)는 공기를 흡입하여 압축하는 과정에서 공기압 에너지를
만드는 장치이며 모든 공기압 장치에 동력을 공급한다.
공기압 발생장치에는 에어 컴프레서(air compressor)와 송풍기(blower)가 있으며 사
용압력이 게이지 압력으로 1kgf/㎠ 미만의 것을 팬(fan), 그리고 대기압 이하에서는 진
공 펌프가 사용된다.
공기압은 유압에 비해 작은 압력 범위와 경 하중에 주로 사용되며 사용 공기압의 상한
은 10kgf/㎠이하이다.
일반적으로는 4~6kgf/㎠을 사용 압력으로 하는 자동화용 공기압 기기에는 1단형 압축
기가 많이 사용되며, 그 이상은 다단 압축하여 사용한다.
[그림 1-81]은 일반적으로 사용되는 공기 압축기를 압축 원리에 따라 분류하였다.
공기 압축기는 원리에 따른 분류 이외에 출력에 따라서 0.2~1.4kW의 것을 소형,
15~75kW의 것을 중형, 75kW를 초과하는 것을 대형으로 분류한다.
토출 압력에 따라서 7~8kgf/㎠의 것을 저압, 10~15kgf/㎠의 것을 중압, 15kgf/㎠ 이
상의 것을 고압으로 분류한다.
(1) 왕복형 공기 압축기
왕복형 공기 압축기는 흡입 밸브에 의해 실린더 내에 공기를 흡입하여 압축한 후에 토
출 밸브를 통하여 공기탱크에 저장한다.
피스톤 압축기의 외형이며 [그림 1-82]와 같이 실린더 내의 피스톤이 하행할 때 흡입
밸브가 열려 공기를 흡입하고 상행할 때 일정 구간까지 압축하여 생산된 압축 공기를 토
출 밸브에 의해 압축 공기가 만들어진다.
압축기에서 공기를 압축할 때 발생되는 열을 냉각하기 위한 방법으로 실린더 벽면에
냉각핀(fin) 등을 부착한 공랭식과 물 자켓(water jaket)등을 설치한 수냉식이 있으며,
중형 이상의 압축기는 수냉식에 의한 냉각 방법을 많이 사용한다.
피스톤 압축기의 일반적인 압축 능력을 1단 압축에서 4kgf/㎠까지, 2단 압축에서
15kgf/㎠, 다단 압축에서도 15kgf/㎠의 범위이다. 또한 1단 압축에서 12kgf/㎠까지, 2
단 압축에서 30kgf/㎠까지도 가능하나 실제적으로 비경제적이며, 실제 압력도 이보다
는 낮은 값이다.
또한 청정 공기를 얻기 위해 [그림 1-83]과 같은 다이어프램(diaphram)형이 사용되는
데 이것은 피스톤이 다이어프램에 의해 공기를 흡입하는 부분이 분리되어 있어 피스톤
의 기계적 운동부와 공기 압축실을 격리시켜 이물질이 공기에 포함되지 않아 식품, 의
약품, 화학 산업 등에 많이 사용된다.
(2) 회전식 공기 압축기
회전식 공기 압축기는 베인(vane)형, 스크루(screw)형, 스크롤(scroll)형, 루트블로워
(root blower)가 있으며, 회전과 동시에 밀폐된 용기 내의 체적이 감소하여 공기를 압
축하게 된다.
가) 베인(vane)형 공기 압축기
미끄럼 날개 회전 압축기라고도 불리며 그림과 같이 편심 로터(roter)가 흡입, 토
출 구멍이 있는 하우징(housing)내에서 회전하는 구조로 되어 있다.
로터의 작은 홈 속에 있는 가동하는 베인과 하우징의 안쪽 벽은 작은 공간이 형성 되어 있다. 로터가 회전함에 따라 원심력에 의하여 베인이 하우징의 안쪽 벽에 달라
붙게 되면 하우징에 둘러싸인 공간에 공기를 흡입하고 계속되는 회전에 의한 압축
이 이루어지며, 하우징의 형태에 따라 체적을 증감할 수 있다. 이 압축기는 공기를
안정되고 일정하게 공급할 수 있으며, 조용한 운전이 가능한 장점이 있다.
나) 스크루(screw)형 공기 압축기
나사형 회전자의 회전운동을 이용하여 압축 공기를 생산하는 구조이다. [그림
1-85]는 트윈스크루(twin screw)형 압축기로서 두 개의 나사형 로터가 하우징 양
끝의 베어링에 평행으로 지지되어 서로 맞물려 하우징에 둘러싸여진 공간에 공기를
흡입한 후에, 계속되는 회전으로 공간이 감소하여 압축한다. 공기의 흡입, 압축, 토
출의 과정은 회전자의 회전 운동이 연속적으로 이루어지므로 왕복 피스톤 압축기에
서 발생되는 토출 공기의 맥동 현상이 없으며 큰 용량의 공기탱크가 필요 없다.
[(그림 1-85 (a)(b)(c)(d) 참조)]
또한 저주파 소음이 없어 소음 대책을 마련하기 쉽고 고속 회전이 가능하다.
다) 스크롤(scroll)형 공기 압축기
왕복동식 압축기와 회전형 압축기에 비해서 효율이 뛰어나고 저진동, 저소음, 저
중량의 뛰어난 장점을 지닌 스크롤 압축기는 앞으로 많은 사용이 예상된다.
흡입, 압축, 토출 공정이 선회 스크롤 1회선으로 연속하여 이루어지므로 토크 변동
이 극히 작고 조용하게 작동한다.
최근에 그 사용 범위와 연구 논문들이 늘어나고 있으며, 국내에서도 스크롤 압축
기에 대한 집중적인 연구가 이루어지고 있다.
라) 루트 블로워(roots blower)형 공기 압축기
루트 블로워는 2개의 회전자를 서로 90°위상으로 설치하여 회전자 간의 미소한
틈을 유지하고 역방향으로 회전시킨다.
흡입측에서 흡입한 공기는 고치형 회전자와 하우징 사이에서 밀폐되고, 밀폐된 공
간이 토출측에 가까워지면 고압의 공기가 역류하여 압축된다.
비접촉형이므로 무급유, 고압 송풍에 쓰이나 토크 변동이 커서 소음이 큰 편이다.
(3) 터보형 공기 압축기
공기 유동의 원리(air principle)를 이용한 터보형 공기 압축기는 각종 플랜트, 고로
(高爐)와 같은 대용량에 적합하다.
하우징 내에 설치한 날개바퀴를 고속 회전시키면 날개를 통과하는 기체의 운동량이 증
가되어 압축과 속도를 높인 것으로 축류식(axial type)과 원심식(radial type)이 있다.
[그림 1-88]은 공기가 날개바퀴를 축 방향으로 통과하는 축류식이며, [그림 1-89]는
반지름 방향으로 공기를 가속시키는 원심식이다. 공기는 1개 또는 여러 개의 터빈에 의
하여 속도를 얻게 되며, 이러한 운동 에너지를 압력 에너지로 바꾸어 압축하는 형태이
다. 회전 운동에 의해 압축 효과를 얻으므로 진동, 소음이 적고 고속 회전이 가능한 구
조이다. 토출 공기의 맥동이 적고 무급유 설계가 가능하나 공기압 장치의 동력원으로
사용하는 일은 드물다.
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