■ 축류 송풍기와 압축기 - 기체는 회전차의 축방향으로 흐르고 회전차의 깃에 작용하는 양력에 의해 기체의 에너 지가 커지는 송풍기 ( 압축기 ) 를 축류 송풍기 ( 압축기 ) 라 한다. - 축류형 공기기계의 압력상승은 단지, 회전차 내의 공기흐름의 상대속도의 감소에 의해.

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1 ■ 축류 송풍기와 압축기 - 기체는 회전차의 축방향으로 흐르고 회전차의 깃에 작용하는 양력에 의해 기체의 에너 지가 커지는 송풍기 ( 압축기 ) 를 축류 송풍기 ( 압축기 ) 라 한다. - 축류형 공기기계의 압력상승은 단지, 회전차 내의 공기흐름의 상대속도의 감소에 의해 생기고 1 단의 압력비는 원심형에 비해 상당해 작다. - 그러나 구조적으로 고속회전이 가능하기 때문에 대풍량은 비교적 소형으로 얻을 수 있 고, 다단구조로 하기 쉽기 때문에 고압을 비교적 쉽게 얻는 등의 이점이 있다. 따라서 저 압 소형의 것에서 고압 대형의 것까지 광범위하게 있다. - 축류형 공기기계의 회전차 및 안내깃의 단면은 통상 翼形이라 하고 회전차의 날개를 動 翼, 안내깃을 靜翼이라 하여 2 개가 짝이 되어 하나의 段落을 이룬다. 1. 축류 송풍기와 축류 압축기의 개요

2 (1) 축류 송풍기 - 비교 회전도 1000~2500[m 3 /min, m, rpm] 범위의 송풍기는 풍압 3kPa 미만의 저압용으로 사용되는데, 풍량은 20000 m 3 /min 까지 가능 - 그림 3.14( 가 ) 는 單段 송풍기의 구동 전동기를 모체 내에 지주 (stay) 또는 안내날개로 지지 하면서 회전차와 직결하여 구조를 간단하게 만들기도 하는데, 선박의 거주 구역 환풍용 송풍기로 많이 사용 - 풍압이 낮은 것은 안내 날개 없이 회전차만 있지만 풍압이 큰 것은 안내날개를 회전차 뒤쪽에 설치한다. - ( 나 ) 는 다단 축류 송풍기로 회전차의 구동축이 송풍기 몸체 바깥으로 나와 있는 형태의 한 예이다. - 풍압 100kPa 미만의 중압용 송풍기 중 압력비가 작은 것은 저압용 송풍기와 구조가 비 슷하고, 압력비가 큰 것은 압축기와 구조가 비슷하다.

3 - 화력 발전소용 보일러의 押込송풍기의 한 예로 동익은 가변형으로 되어 있다. 보일러용 송 풍기로는 오로지 원심형이 사용되어 왔지만, 최근에는 넓은 작동범위와 높은 부분부하 효율 을 갖는 가변 동익형의 축류 송풍기가 널리 사용

4 (2) 축류 압축기 - 축류 압축기는 회전날개와 안내날개를 교대로 배치하는데, 회전날개 ( 동익 ) 는 회전차 (rotor) 에, 안내날개는 원통형의 몸체 (casing) 에 설치하며, 압력상승에 따른 공기의 밀도는 증대하 기 때문에 그것에 대응해 날개의 길이를 줄여 유동 단면적이 감소해 가는 구조로 되어 있다. - 유동 단면적의 조절은 ①회전차의 외경은 일정하게 두고 고압단으로 갈수록 몸체의 직경을 작게 하는 형태와②몸체의 직경은 그대로 두고 고압단으로 갈수록 회전차의 외경을 크게하 는 방법이 있다. - 한 압축단의 비교회전도는 800~1500[m 3 /min, m, rpm] 의 범위에 있고, 축류속도는 110~120m/s 정도이다. - 그림 3.15 는 다단 축류 압축기의 한 예를 나타낸다. 회전차의 내경은 일정하고 고압단으로 갈수록 날개 길이를 짧게 하여 기체의 유동 통로 면적을 작게 하고 있다. - 축류식 압축기는 주로 가스 터빈 (gas turbine) 의 연소용 공기 압축기로 사용된다.

5 그림 3.15 축류 압축기

6 2. 축류 송풍기 ( 압축기 ) 의 이론 (1) 이론 헤드 - 공기가 회전익렬에서 축방향으로 흐르는 경우, 마찰과 유동 저항이 없다고 가정 - 원주 방향 속도를 u, 기체의 유입 절대 속도와 유출 절대 속도를 각각 c 1 및 c 2, 날개 에 대한 기체의 유입 상대 속도와 유출 상대 속도를 각각 w 1 및 w 2 라 하면, - 날개에 의해 단위 질량의 기체에 전달된 에너지를 중력가속도로 나눈 값 ( 이론헤드 ) H th 는 - 제 1 항은 기체가 회전차 내를 흐를 동안 상대속도의 감소에 의한 압력 수두의 증가분을 표시, 제 2 항은 회 전차가 기체에 전달한 에너지에 의 한 속도수두의 증가량을 나타낸다.

7 - 기체가 압축될 동안 열의 출입이 없는 단열상태에 놓여 있다면 단위 질량의 기체의 이론 압축일은 - 위 식은 회전차를 통과하는 흐름의 속도변화와 온도변화의 관계를 표시한다. - 여기서 T 를 靜溫 (static temperature), 을 動溫 (dynamic temperature), 이들의 합을 全溫 (total temperature) 혹은 정체온도 (stagnation temperature) 라 한다.

8 (2) 반동도 - 축류 송풍기 ( 압축기 ) 에서 회전차의 날개로 유입하는 기체의 예선회 (prewhirl; 회전차의 회 전 방향 속도성분 ) 의 정도를 나타내는 것으로 반동도 (degree of reaction) 를 사용한다. - 를 각각 단단에서의 회전차의 전압, 정압의 상승량이라 하면, - 반동도 R 는 전압 상승량에 대한 정압 상승량의 비이므로 - 위 식의 우변 제 2 항은 한 개의 회전차에서 전압 상승량에 대한 동압 상승량의 비로서, 동익 출구의 속도를 정익에서 감속하면 그것에 대응하여 정압은 증가한다.

9 - 다단 축류 공기기계는 각 段落의 입구 공기의 속도가 똑같게 되도록 제작되므로, 회전 날 개열에서 증가된 동압의 증가분은 안내 날개열에서 전부 정압으로 변하고, 하나의 압축단 락에 주어지는 전압의 상승은 정압상승과 같다. - 회전 날개에서의 정압의 상승량은 - 위 식에서 w 1u 및 w 2u 는 상대 속도의 원주 방향 성분의 크기를, w ∞ 는 유입 상대 속도와 유 출 상대 속도의 기하학적 평균 (w 1 +w 2 )/2 를 나타낸다. - 속도 선도에서 이므로 정압의 증가량 는 - 또한, 전압 상승량은

10 (3) 동익 및 정익의 배열 ( 가 ) 前置 靜翼形 - 그림 3.17( 가 ) 에 보이는 것과 같이 회전 날개 앞쪽에 안내 날개를 배치한 형태로 선회 성분 이 없이 안내 날개로 유입한 기체는 안내날개에 의해 선회되어 회전 날개로 유입할 때는 회 전차의 회전 방향과 반대 방향의 선회 성분을 갖게 된다. 회전 날개로부터 유출되는 기체는 회전차의 회전에 의해 선회성분이 없어진다. 축류 송풍익 ( 압축기 ) 에서 회전 날개열과 안내 날개열의 배열 방법은 세 가지가 있다.

11 ( 나 ) 後置 靜翼形 - 그림 3.17 의 ( 나 ) 에 보이는 것과 같이 회전 날개 뒤쪽에 안내 날개를 배치한 형태로 회전 날 개로 유입하는 기체는 선회 성분이 없고, 회전 날개로부터 유출되는 기체의 선회 성분은 안 내날개에서 없어진다. - 통상 △ c u /u≈0.23 정도로 반동도는 1.11 정도가 된다. 기체는 안내 날개를 지나면서 속도가 커 지고 압력이 낮아지는데 회전 날개에서 압력이 회복된다. - 반동도 R 가 1 보다 크다고 하는 것은 공기의 흐름을 정익내에서 더욱 증속하여 그곳의 압력 이 정익입구에서의 상태보다 내려가고 이것이 동익에서 회복하는 것을 의미하고 있다. - 통상 △ c u /u≈0.28 정도로 반동도는 0.86 정도가 된다. 그리고 압력상승은 주로 동익에서 일어 나고 정익에서의 압력상승은 적다. - 정익은 동익에 의한 속도 에너지의 상승량, 그리고 0.28/2 에 상당하는 동압을 정압으로 변 화시키는 역할을 하지만, 그 외에 동익에 의해 생긴 흐름의 선회성분을 없애고 축방향으로 유출시키는 역할을 한다.

12 ( 다 ) 對稱 速度 線圖形 - 그림 3.17 의 ( 다 ) 에 보이는 것과 같이 제 1 압축단으로 유입하는 기체가 선회 성분을 갖도 록 제 1 압축단의 회전 날개 앞쪽에 안내 날개를 하나 더 배치한 형태로 속도선도가 대칭 형이 되고 반동도는 0.5 가 되는 배열 방법이다. - 이 날개 배열은 동일 축방향 속도에 의해 동익과 정익에서의 상대속도는 최소로 되기 때문에 회전차 속도를 높여 높은 전압을 주는 것에 적합하다. - 축류식 기계에서 기체의 유동에 따른 손실은 대부분 회전 날개와 안내 날개에서의 마찰 에 기인한다. - 유동손실 h 과 반동도 R 와의 관계 - 반동도 R 이 0.5 일때 손실 h 가 가장 작은 값이 되고 효율이 가장 좋음을 알 수가 있다. 축류 송풍기 ( 압축기 ) 의 반동도가 각각 0.5, 0.9 및 1.1 일 때 효율은 각각 0.94, 0.924 및 0.906 정도 이다.

13 3. 축류 송풍기 ( 압축기 ) 의 특성 - 그림 3.18 은 축류 송풍기의 특성을 나 타내는 곡선의 한 예로서 회전차의 회전 속도를 일정하게 유지하면서 송풍기 출 구를 교축하여 송출 풍량을 변화시킬 때 풍량의 변화에 대한 송출 풍압, 축동력 및 효율의 변화를 나타낸다. - 축류 송풍기는 원심송풍기에 비해 송출 풍량의 변화에 대한 송출 풍압의 변화가 급격함 - 또 풍량이 커질수록 축동력이 오히려 작아지고 풍량이 0 일때 축동력이 최대 - 축류 송풍기는 회전차의 회전속도를 조 절하거나 회전 날개와 안내 날개의 각도 를 조절하여 풍량을 조절하는 것이 효율 적