압축기 타입별 유량 조절 방식

압축기 타입별 유량 조절 방식은 각 장치의 물리적 압축 메커니즘에 최적화되어 설계된다. 언급한 바와 같이 VFD(Variable Frequency Drive)는 전동기의 회전수(N)를 직접 제어하여 유량을 조절하는 가장 효율적인 공통 방식이지만, 장비의 특성에 따라 보조적인 조절 수단이 병행된다.

 

 

 

압축기 타입별 유량 조절 방식

원심식 압축기: IGV 및 VFD (Centrifugal)

원심식은 고속 회전하는 임펠러의 동압을 정압으로 변환하므로, 유입되는 가스의 흐름 특성을 제어하는 것이 중요하다.

1. IGV (Inlet Guide Vane, 흡입 가이드 베인):

• 원리: 임펠러 입구에 설치된 가변 날개의 각도를 조절하여 유입 가스에 예선회(Pre-whirl)를 부여한다.
• 효과: 가스가 임펠러 회전 방향으로 미리 회전하며 들어가게 하여, 임펠러와의 상대 속도를 줄이고 부하를 조절한다.
• 장점: 단순한 흡입 댐퍼(Throttling)보다 에너지 손실이 적고, 저유량 구간에서 서지(Surge) 발생 지점을 늦추어 운전 범위를 확장한다.

2. VFD (가변 속도 제어):

• 회전수(N)를 낮추면 압축기 성능 곡선 자체가 아래로 이동한다. 유량(Q)은 N에 비례하고, 양정(H)은 N²에 비례하며, 소요 동력(W꜀)은 N³에 비례하므로 저부하 시 전력 절감 효과가 가장 크다.

 

 

왕복동식 압축기: 언로더 및 포켓 (Reciprocating)

왕복동식은 피스톤의 행정 체적이 고정되어 있으므로, 실린더 내부에 갇히는 가스의 양을 물리적으로 조절한다.

1. 언로더 (Unloader, 흡입 밸브 언로더):

• 원리: 압축 행정 시 흡입 밸브를 강제로 열어두어, 흡입된 가스가 압축되지 못하고 다시 흡입 배관으로 역류하게 만든다.
• 효과: 해당 실린더는 일을 하지 않게 되어(0% 부하), 유량을 단계적으로(예: 0, 50, 100%) 조절할 수 있다.

2. 클리어런스 포켓 (Clearance Pocket):

• 원리: 실린더 헤드에 별도의 공간(Pocket)을 열어 사체적(Dead Volume)을 인위적으로 늘린다.
• 효과: 피스톤이 끝까지 가도 포켓에 남은 가스의 팽창으로 인해 새로운 가스의 흡입량이 줄어든다. 연속적인 유량 조절이 어느 정도 가능하다.

3. VFD: 왕복동식의 경우 회전수를 낮추면 맥동(Pulsation) 주기와 윤활유 압력(Pₒᵢₗ)에 영향을 주므로, 최소 회전수 제한(Nₘᵢₙ) 내에서 운용한다.

 

 

스크류식 압축기: 슬라이드 밸브 (Screw)

스크류식은 두 로터가 맞물리는 지점부터 토출구까지의 거리를 조절하여 유량을 제어한다.

1. 슬라이드 밸브 (Slide Valve):

• 원리: 로터 하우징 바닥에 설치된 슬라이딩 밸브를 축 방향으로 이동시킨다.
• 효과: 밸브가 열리면 흡입된 가스의 일부가 압축이 시작되기 전에 다시 흡입 측으로 바이패스된다. 즉, 로터의 실제 압축 유효 길이를 줄여 유량을 10%~100%까지 무단계로 정밀하게 조절한다.
• 특징: 부하 감소에 따라 소요 동력도 비교적 선형적으로 감소하지만, 매우 낮은 부하에서는 VFD보다 효율이 떨어진다.

2. VFD: 스크류식은 일정한 내부 압축비(Vi)를 가지므로 VFD와 슬라이드 밸브를 조합하여 운전할 때 최적의 부분 부하 효율을 얻을 수 있다.

 

 

요약 및 비교

타입	주 조절 수단	조절 특성	VFD와의 조합 효과
원심식	IGV	연속적, 서지 방지	고양정/저유량 구간 대응 유리
왕복동식	언로더/포켓	단계적 (Step)	기계적 하중 고려한 회전수 제어
스크류식	슬라이드 밸브	무단계 (Stepless)	저부하 구간 에너지 효율 극대화