압축기

Compressor
스쿠버 실린더 충전용 소형 고정식 고압 호흡 공기 압축기
Belliss 및 Morcom사의 고압 왕복 압축기로, 병입 산업에 사용

압축기기체의 부피를 줄임으로써 기체압력을 증가시키는 기계 장치이다.공기 압축기는 가스 압축기의 특정 유형입니다.

컴프레서는 펌프와 유사합니다. 두 장치 모두 유체의 압력을 증가시키고 파이프를 통해 유체를 운반할 수 있습니다.가스는 압축이 가능하기 때문에 압축기는 가스의 부피도 줄입니다.액체는 상대적으로 압축할 수 없습니다. 일부는 압축할 수 있지만 펌프의 주요 기능은 액체를 가압하고 운반하는 것입니다.

많은 압축기가 준비될 수 있습니다. 즉, 배출 압력을 높이기 위해 유체가 단계 또는 단계에서 여러 번 압축됩니다.종종 두 번째 단계는 압력을 낮추지 않고 이미 압축된 가스를 수용하기 위해 1차 단계보다 물리적으로 작습니다.각 단계는 가스를 더욱 압축하고 압력과 온도를 높입니다(단계 간 냉각이 사용되지 않는 경우).

종류들

아래에 주요 및 중요한 유형의 가스 압축기가 나와 있습니다.

Gas-compressors-types-yed.png

양의 변위

양의 변위 압축기는 부피를 줄이는 기계적 링크의 변위에 의해 공기를 압축하는 시스템입니다(열역학에서 피스톤에 의한 부피 감소는 [vague]피스톤의 양의 변위로 간주되기 때문입니다).

바꿔 말하면, 양용량 압축기는 흡입구에서 개별 부피의 가스를 흡입한 후 압축기 출구를 통해 가스를 배출하는 방식으로 작동합니다.가스의 압력 증가는 적어도 부분적으로 압축기가 흡입구의 낮은 압력 및 밀도에서는 배출구를 통과할 수 없는 질량 유량으로 펌핑하기 때문입니다.

왕복 압축기

2기통, 4기통 또는 6기통으로 작동할 수 있는 모터 구동식 6기통 왕복 압축기.

왕복 압축기는 크랭크축에 의해 구동되는 피스톤을 사용합니다.고정식 또는 휴대형일 수 있으며, 1단 또는 다단식일 [1][2][3]수 있으며, 전기 모터 또는 내연기관에 의해 구동될 수 있습니다.5~30마력(hp)의 소형 왕복형 컴프레서는 일반적으로 자동차 분야에서 볼 수 있으며, 일반적으로 간헐적 작동을 위한 것입니다.1,000hp(750kW)가 훨씬 넘는 대형 왕복 압축기는 일반적으로 대규모 산업 및 석유 분야에서 사용됩니다.토출 압력은 저압에서 매우 고압(18000psi 또는 180MPa 이상)까지 다양합니다.공기 압축과 같은 특정 용도에서는 다단 복동 압축기가 사용 가능한 압축기 중 가장 효율적인 압축기라고 불리며, 일반적으로 크기가 더 크고 비슷한 회전 [4]장치보다 더 비쌉니다.보통 자동차 실내 에어컨 [citation needed]시스템에 사용되는 또 다른 유형의 왕복 압축기는 샤프트에 장착된 사판(swash plate)에 의해 움직이는 피스톤을 사용하는 사판 또는 워블 플레이트 압축기입니다(축 방향 피스톤 펌프 참조).

가정용, 가정용 작업장 및 소규모 현장 압축기는 일반적으로 리시버 탱크가 부착된 1µhp 이하의 왕복 압축기입니다.

리니어 컴프레서는 피스톤이 리니어 모터의 로터인 왕복 압축기입니다.

이러한 유형의 압축기는 냉매, 수소 및 천연 가스를 포함한 광범위한 가스를 압축할 수 있습니다.이 때문에, 다양한 업계의 다양한 용도에 사용되고 있으며, 크기, 실린더 수, 실린더 언로딩 등 다양한 용량에 맞게 설계할 수 있습니다.그러나 틈새 부피, 토출 및 흡입 밸브에 의한 저항, 중량, 가동 부품 수가 많아 유지보수가 어렵고 고유 진동이 [5]있다.

이온 액체 피스톤 컴프레서

이온 액체 피스톤 압축기, 이온 압축기 또는 이온 액체 피스톤 펌프는 피스톤-금속 다이어프램 압축기와 같이 금속 피스톤 대신 이온 액체 피스톤에 기초한 수소 압축기이다.

로터리 스크류 압축기

회전식 스크류 압축기 다이어그램

회전식 스크류 압축기는 2개의 메쉬 회전 포지티브 변위 헬리컬 나사를 사용하여 가스를 더 작은 [1][6][7]공간에 밀어 넣습니다.일반적으로 이러한 장치는 상업용 및 산업용 애플리케이션의 지속적인 작동을 위해 사용되며 고정식 또는 휴대형일 수 있습니다.적용 범위는 3마력(2.2kW)에서 1,200마력(890kW) 이상이며, 저압에서 중간 정도의 고압(> 1,200psi 또는 8.3MPa)까지입니다.

회전식 스크류 압축기의 분류는 단계, 냉각 방법 및 [8]구동 유형에 따라 달라집니다.회전식 스크류 압축기는 오일 플러드, 워터 플러드 및 드라이 타입으로 상업적으로 생산됩니다.회전식 컴프레서의 효율은 에어 [clarification needed]드라이어에 따라 달라지며 에어 드라이어를 선택하는 것은 컴프레서의 [9]체적 측정 공급량의 1.5배입니다.

나사 2개가 아닌 나사[10] 1개 또는 나사 3개로[11] 구성된 설계가 존재합니다.

스크류 압축기는 이동 구성 요소가 적고 용량이 크며 진동 및 서징이 적으며 가변 속도로 작동할 수 있으며 일반적으로 효율성이 높습니다.압축 캐비티 또는 나사와 컴프레서 [5]하우징 사이의 간극으로 인한 고유 누출로 인해 크기가 작거나 로터 속도가 낮은 것은 현실적이지 않습니다.높은 누출 손실을 방지하기 위해 미세 가공 공차에 의존하며, 잘못 작동하거나 제대로 정비하지 못할 경우 손상될 수 있습니다.

로터리 베인 컴프레서

편심 로터리 베인 펌프

로터리 베인 컴프레서는 로터의 방사형 슬롯에 다수의 블레이드가 삽입된 로터로 구성됩니다.로터는 원형 또는 더 복잡한 형태의 더 큰 하우징에 오프셋으로 장착됩니다.로터가 회전할 [1]때 블레이드는 하우징의 외벽과 접촉하면서 슬롯을 드나듭니다.따라서 회전하는 블레이드에 의해 일련의 볼륨 증가 및 감소가 생성됩니다.로터리 베인 컴프레서는 피스톤 컴프레서와 함께 가장 오래된 컴프레서 기술 중 하나입니다.

적절한 포트 연결부가 있으면 장치는 컴프레서 또는 진공 펌프일 수 있습니다.고정식 또는 휴대형일 수 있으며, 1단 또는 다단식일 수 있으며, 전기 모터 또는 내연기관에 의해 구동될 수 있습니다.건식 베인 기계는 벌크 재료 이동을 위해 비교적 낮은 압력(예: 2bar 또는 200kPa 또는 29psi)으로 사용되는 반면, 오일 주입 기계는 단일 단계에서 최대 13bar(1,300kPa; 190psi)의 압력을 달성하는 데 필요한 체적 효율을 가지고 있습니다.로터리 베인 컴프레서는 전기 모터 구동에 적합하며 동급 피스톤 컴프레서보다 작동 시 소음이 상당히 적습니다.

로터리 베인 컴프레서는 약 [12]90%의 기계적 효율을 가질 수 있습니다.

롤링 피스톤

롤링 피스톤 컴프레서

롤링 피스톤 스타일 컴프레서의 롤링 피스톤은 베인과 [13]로터 사이의 칸막이의 일부 역할을 합니다.롤링 피스톤은 가스를 정지된 베인에 강제합니다.

이러한 압축기 중 2개를 동일한 축에 장착하여 용량을 늘리고 진동 및 [14]소음을 줄일 수 있습니다.스프링이 없는 디자인을 스윙 [15]압축기라고 합니다.

냉동 및 에어컨에서 이러한 유형의 압축기를 회전식 압축기라고도 하며, 회전식 스크류 압축기를 스크류 압축기라고도 합니다.

피스톤과 컴프레서 케이스 사이의 틈새로 인한 손실이 적기 때문에 왕복식 압축기보다 효율이 높고, 주어진 용량에 대해 40%~50% 더 작고 가벼우며(제품에 사용할 경우 재료 및 배송 비용에 영향을 미칠 수 있음), 진동이 적고, 구성 요소가 적으며, r보다 신뢰성이 높습니다.에코프로세서 압축기그러나 이 구조는 5톤 이상의 냉동톤 용량을 허용하지 않으며 다른 압축기 유형에 비해 신뢰성이 떨어지며 간극 [5]부피로 인한 손실 때문에 다른 압축기 유형에 비해 효율성이 떨어집니다.

스크롤 압축기

스크롤 펌프의 메커니즘

스크롤 펌프 및 스크롤 진공 펌프라고도 하는 스크롤 압축기는 두 개의 인터리브 나선형 베인을 사용하여 액체가스 의 유체를 펌프 또는 압축합니다.베인 지오메트리는 인볼루트, 아르키메데스 나선 [16][17][18]또는 하이브리드 곡선일 수 있습니다.저체적 범위의 다른 유형의 압축기보다 부드럽고 조용하며 안정적으로 작동합니다.

종종 스크롤 중 하나는 고정되어 있고, 다른 하나는 회전하지 않고 편심 궤도를 돌고 있으며, 그 결과 스크롤 사이에 유체의 포켓을 포착하고 펌핑하거나 압축할 수 있습니다.

고정 스크롤과 궤도 스크롤 사이의 최소 간극 볼륨으로 인해 이러한 압축기는 매우 높은 체적 효율을 발휘합니다.

이러한 압축기는 왕복식 압축기보다 가볍고, 작고, 가동 부품이 적으며, 신뢰성도 높기 때문에 에어컨 및 냉동에 널리 사용됩니다.단, 가격이 더 비싸기 때문에 펠티어 쿨러 또는 회전식 및 왕복식 압축기는 비용이 가장 중요하거나 냉동 또는 에어컨 시스템을 설계할 때 고려해야 할 가장 중요한 요소 중 하나인 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

이 압축기는 1990년대 초 폭스바겐 G60 및 G40 엔진의 슈퍼차저로 사용되었습니다.

왕복 및 롤링 피스톤 압축기에 비해 스크롤 압축기는 구성 요소가 적고 구조가 단순하며, 간극 부피나 밸브가 없기 때문에 효율적이며, 서핑이 적고 진동이 크지 않다는 장점이 있습니다.그러나 스크류 및 원심 압축기와 비교했을 때 스크롤 압축기는 효율성이 낮고 용량이 [5]작습니다.

다이어프램 컴프레서

다이어프램 압축기( 압축기라고도 함)는 기존 왕복 압축기의 변형입니다.가스의 압축은 흡기 요소 대신 유연한 막의 움직임에 의해 발생합니다.막의 앞뒤 움직임은 로드와 크랭크축 메커니즘에 의해 구동됩니다.멤브레인 및 컴프레서 박스만 [1]압축 중인 가스와 접촉합니다.

굴곡 정도와 다이어프램을 구성하는 재료는 장비의 유지 보수 수명에 영향을 미칩니다.일반적으로 단단한 금속 다이어프램은 몇 입방센티미터의 부피만 대체할 수 있습니다. 왜냐하면 금속은 균열 없이 큰 정도의 굴곡을 견딜 수 없기 때문입니다. 그러나 금속 다이어프램의 강성으로 인해 고압으로 펌핑할 수 있습니다.고무 또는 실리콘 다이어프램은 매우 높은 굴곡의 깊은 펌핑 스트로크를 견딜 수 있지만 강도가 낮기 때문에 저압 사용으로 제한되므로 플라스틱이 깨질 경우 교체해야 합니다.

다이어프램 압축기는 수소 및 압축천연가스(CNG) 및 기타 여러 용도로 사용됩니다.

3단 다이어프램 압축기

오른쪽 사진은 애리조나 주 피닉스 시내에 건설된 압축수소압축천연가스(CNG) 주유소에서 사용하기 위해 수소가스를 6000psi(41MPa)로 압축하는 데 사용되는 3단 격막 압축기.천연가스를 압축하기 위해 왕복 압축기가 사용되었습니다.왕복식 천연가스 압축기는 Sertco[19]의해 개발되었다.

원형 대체 연료 공급소는 도시 지역에 그러한 연료 공급소를 건설할 수 있다는 것을 증명하기 위해 피닉스의 모든 주요 안전, 환경 및 건축 법규에 따라 건설되었다.

역학

기포 컴프레서

트롬프라고도 합니다.난류를 통해 생성된 공기와 물의 혼합물을 물로부터 공기가 분리되는 지하실에 떨어뜨릴 수 있다.떨어지는 물의 무게가 챔버 상단의 공기를 압축합니다.챔버의 수중 출구는 흡입구보다 낮은 높이로 물이 표면으로 흐를 수 있도록 합니다.챔버 루프에 있는 출구는 압축 공기를 표면에 공급합니다.1910년 몬트리올 온타리오 코발트 부근의 래그드 슈트(Ragged Shutes)에 건설된 이 원리에 따른 시설은 [20]인근 광산에 5,000마력을 공급했다.

원심 압축기

1단 원심 압축기
1단 원심 압축기, 1900년대 초, 프랑크푸르트 암 메인 G. 실레 주식회사

원심 압축기는 회전 디스크 또는 임펠러를 사용하여 기체를 임펠러의 림으로 밀어 넣어 가스의 속도를 높입니다.디퓨저(분산 덕트)부는 속도 에너지를 압력 에너지로 변환한다.주로 정유 공장, 화학석유 화학 공장, 천연 가스 처리 [1][21][22]공장 의 산업에서 지속적인 고정 서비스에 사용됩니다.적용 범위는 100마력(75kW)에서 수천마력까지입니다.다중 스테이징을 사용하면 1,000psi(6.9MPa) 이상의 높은 출력 압력을 얻을 수 있습니다.

이 유형의 압축기는 스크류 압축기와 함께 대형 냉동 및 에어컨 시스템에 광범위하게 사용됩니다.자기 베어링(자기 부상) 및 공기 베어링 원심 압축기가 있습니다.

많은 대규모 제설 작업(스키 리조트 등)에서는 이러한 유형의 압축기를 사용합니다.또한 내연기관에서 슈퍼차저터보차저로 사용됩니다.원심 압축기는 소형 가스 터빈 엔진 또는 중형 가스 터빈의 최종 압축 단계로 사용됩니다.

원심형 압축기는 사용 가능한 압축기 중 가장 크고 부분 부하에서 더 높은 효율성을 제공하며, 공기 또는 자기 베어링을 사용하면 오일이 발생하지 않을 수 있습니다. 따라서 증발기 및 응축기의 열 전달 계수가 증가하며, 왕복형 압축기에 비해 무게가 최대 90% 적게 나가고 공간을 50% 적게 차지하며 안정적이며 비용도 절감됩니다.마모되는 컴포넌트가 적고 진동도 최소화합니다.그러나 초기 비용은 더 비싸고, 고정밀 CNC 가공이 필요하며, 임펠러는 고속으로 회전해야 하므로 소형 압축기가 실용적이지 않으며, 서핑이 발생할 가능성이 [5]높아집니다.서지는 가스 흐름 역전입니다. 즉, 가스가 배출구에서 흡입 쪽으로 이동하며, 이는 특히 컴프레서 베어링과 구동축에 심각한 손상을 일으킬 수 있습니다.이는 컴프레서의 출력 압력보다 높은 배출 측 압력으로 인해 발생합니다.이로 인해 컴프레서와 배출 라인에 연결된 모든 것 사이에서 가스가 앞뒤로 흐르면서 [5]진동이 발생할 수 있습니다.

대각 또는 혼류 압축기

대각 압축기 또는 혼합 흐름 압축기는 원심 압축기와 유사하지만 로터의 출구에 방사형 및 축 방향 속도 구성 요소가 있습니다.확산기는 대각선의 흐름을 반경 방향이 [23]아닌 축 방향으로 돌리기 위해 자주 사용됩니다.기존 원심 압축기(동단 압력비)에 비해 혼합 흐름 압축기 속도 값이 1.5배 [24]더 큽니다.

축압기

축 압축기의 애니메이션입니다.

축방향 압축기는 팬 모양의 에어포일을 배열하여 유체를 점진적으로 압축하는 동적 회전 압축기입니다.높은 유량이나 콤팩트한 설계가 필요한 경우에 사용합니다.

에어포일의 배열은 보통 한 쌍으로 배열됩니다. 하나는 회전하고 다른 하나는 정지합니다.블레이드 또는 로터라고도 알려진 회전익은 유체를 가속시킵니다.정지된 에어포일은 스타터 또는 베인으로도 알려져 있으며, 오일의 흐름 방향을 감속 및 리디렉션하여 다음 [1]단계의 로터 블레이드에 대비합니다.축방향 압축기는 거의 항상 다단으로 구성되며, 최적의 축방향 마하 수를 유지하기 위해 압축기를 따라 가스 통로의 단면적이 감소합니다.약 5단계 또는 4:1 설계 압력비를 초과하면 가변 각도의 고정식 베인(가변 흡기 가이드 베인 및 가변 스태터라고 함), 컴프레서를 따라 일부 공기가 중간에서 빠져나갈 수 있는 기능(단계 간 블리딩이라고 함)과 같은 기능이 장착되지 않으면 컴프레서가 작동하지 않습니다.e 회전 어셈블리(예를 들어 트윈 스풀)

Axial 압축기는 설계 조건에서 약 90%의 폴리트로픽(polytropic)으로 높은 효율성을 가질 수 있습니다.단, 비교적 고가이기 때문에 많은 부품과 엄격한 공차, 고품질 소재를 필요로 합니다.축방향 압축기는 중형에서 대형 가스터빈 엔진, 천연 가스 펌프장 및 일부 화학 공장에서 사용됩니다.

밀폐, 개방 또는 반밀폐

일반 소비자용 냉장고 또는 냉동실에 있는 소형 밀폐형 컴프레서는 일반적으로 시스템 내부의 작동 가스를 밀폐하는 원형 강철 외피가 영구적으로 용접되어 있습니다(이 경우 R600냉매).모터 샤프트 씰 주변과 같이 가스가 누출되는 경로가 없습니다.이 모델에서 플라스틱 상단부는 모터 열을 사용하여 물을 증발시키는 자동 성에 제거 시스템의 일부입니다.

냉동 시스템에 사용되는 압축기는 서비스 없이 수년간 작동하려면 냉매 손실을 방지하기 위해 누출이 거의 없어야 합니다.따라서 밀폐 시스템을 형성하기 위해 매우 효과적인 씰을 사용하거나 모든 씰과 개구부를 제거해야 합니다.이러한 압축기는 압축기가 어떻게 밀폐되어 있는지, 압축되어 있는 가스 또는 증기와 관련하여 모터 구동 장치의 위치가 어떻게 되어 있는지를 설명하기 위해 밀폐형, 개방형 또는 반밀폐형이라고 종종 설명됩니다.냉동 서비스 이외의 일부 압축기는 일반적으로 유독한 가스, 오염 물질 또는 고가의 가스를 취급할 때 어느 정도 밀폐되어 있을 수 있으며, 대부분의 비냉동 용도는 석유 화학 산업에 있습니다.

밀폐형 및 대부분의 반밀폐형 압축기에서 압축기와 압축기를 구동하는 모터가 통합되어 시스템의 가압 가스 엔벨로프 내에서 작동합니다.모터는 압축되는 냉매 가스 안에서 작동하여 냉각되도록 설계되었습니다.개방형 컴프레서에는 컴프레서 본체를 통과하는 샤프트를 구동하는 외부 모터가 있으며 샤프트 주변의 로터리 씰에 의존하여 내부 압력을 유지합니다.

밀폐와 반밀폐의 차이점은 밀폐가 수리를 위해 개방할 수 없는 일체형 용접 강철 케이스를 사용한다는 것입니다. 밀폐가 실패할 경우 새 유닛으로 교체하기만 하면 됩니다.반밀폐는 개스킷 커버가 있는 대형 주물 금속 쉘을 사용하며, 나사는 모터 및 압축기 구성 요소를 교체하기 위해 열 수 있습니다.밀폐 및 반밀폐의 주요 장점은 가스가 시스템 밖으로 누출되는 경로가 없다는 것입니다.개방형 압축기의 주요 장점은 어떤 동력원으로도 구동할 수 있으며, 용도에 가장 적합한 모터를 선택할 수 있으며, 내연기관이나 증기 터빈과 같은 비전기 동력원을 선택할 수 있으며, 둘째, 개방형 압축기의 모터가 개방되지 않고 서비스될 수 있다는 것입니다.e 냉매 시스템.

자동차 에어컨과 같은 개방 가압 시스템은 작동 가스의 누출에 더 취약할 수 있습니다.개방 시스템은 시스템의 윤활유를 사용하여 펌프 구성 요소 및 씰에 튀깁니다.충분히 자주 작동하지 않으면 씰의 윤활유가 서서히 증발하고 시스템이 더 이상 작동하지 않아 재충전해야 할 때까지 씰이 누출되기 시작합니다.이에 비해 밀폐형 또는 반밀폐형 시스템은 몇 년 동안 사용되지 않은 상태로 유지 보수나 시스템 압력 손실 없이 언제든지 다시 시작할 수 있습니다.잘 윤활된 씰이라도 시간이 지남에 따라 소량의 가스가 누출될 수 있습니다. 특히 냉동 가스가 윤활유에 용해될 경우, 씰이 잘 제조되고 유지된다면 이 손실은 매우 낮습니다.

밀폐형 컴프레서의 단점은 모터 드라이브를 수리하거나 유지 관리할 수 없으며 모터가 고장 나면 컴프레서 전체를 교체해야 한다는 것입니다.또 다른 단점은 연소된 권선이 전체 시스템을 오염시켜 시스템을 완전히 펌핑하고 가스를 교체해야 한다는 것입니다(이는 모터가 냉매에서 작동하는 세미 밀폐 압축기에서도 발생할 수 있습니다).일반적으로 밀폐형 압축기는 장치의 가치에 비해 수리 비용과 인건비가 높은 저비용 공장에서 조립된 소비재에 사용되며, 새 장치나 압축기를 구입하는 것이 더 경제적입니다.반밀폐형 압축기는 새 압축기 가격에 비해 압축기 수리 및/또는 재정비가 저렴한 중형에서 대형 냉동 및 공기조절 시스템에 사용됩니다.밀폐형 압축기는 반밀폐형 또는 개방형 압축기보다 제작이 간단하고 저렴합니다.

가스 압축 열역학

등엔트로픽 압축기

압축기는 내부적으로 가역적이고 단열적인 것으로 이상화할 수 있으므로 엔트로피의 변화[25]0임을 의미하는 등엔트로픽 정상상태 디바이스이다.압축 사이클을 등엔트로픽으로 정의함으로써 프로세스에 이상적인 효율을 얻을 수 있으며, 이상적인 압축기 성능을 기계의 실제 성능과 비교할 수 있다.ASME PTC 10 코드에서 사용되는 등방성 압축은 가역적인 단열 압축[26] 프로세스를 의미합니다.

컴프레서의 등엔트로픽 효율:

1 초기 상태의 엔탈피입니다.
2 (\ 실제 프로세스의 최종 상태에서의 엔탈피입니다.
등엔트로픽 프로세스의 최종 상태에서의 엔탈피입니다.

압축기에 필요한 작업 최소화

가역 압축기와 비가역 압축기 비교

각 장치의 에너지 균형 차이 형식 비교
열,일,운동 , 에너지로 .
실제 컴프레서:

리버서블 컴프레서:


각 압축기 유형의 오른쪽은 다음과 같습니다.

재검출:



알려진 방정식 r \}= 마지막 방정식으로 대입하고 두 항을 T로 나눈다.


d a t { ds \ } { } { _ { } 및 T는 [절대 온도]( 0 \ \ 0 로, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

또는

따라서 펌프 및 압축기와 같은 작업량이 많은 장치(작업량이 음수)는 [25]가역 작동 시 작업량이 줄어듭니다.

압축 프로세스 중 냉각 효과

P-v (특정 볼륨과압력) 그림에서 동일한 압력 한계 사이의 등온, 다온 및 등온 프로세스를 비교합니다.

등엔트로픽 프로세스: 냉각을 수반하지 않습니다.
폴리트로픽 프로세스: 약간의 냉각이 필요함
등온 프로세스: 최대 냉각을 수반합니다.

컴프레서가 에서 가스를 압축하는 데 필요한 작업은 다음과 같습니다.
전제 조건:

P_ P_
모든 프로세스는 내부적으로 되돌릴 수 있습니다.
가스는 일정한 비열을 가진 이상적인 가스처럼 작동합니다.

( v s n { Pv ^ {k }{ K C {} / _ { } ) :

폴리트로픽( v n t { Pv} polytropic ) :

등온도( { T { ta } ):

에서 P_로 이상기체를 압축하는 3가지 내부 가역 프로세스를 비교한 결과, ( v s t{ Pv } tatrix은 가장 많은 작업이 필요하며, 열압축()인 것으로 나타났다. n t (\ T v n t(\displays)는 최소한의 작업량을 필요로 합니다.폴리트로픽 프로세스( n { Pv} polytropic 프로세스)의 경우 압축 프로세스 중 열 제거가 증가하여 지수 n이 감소함에 따라 작업이 감소한다.압축 중에 가스를 냉각하는 일반적인 방법 중 하나는 컴프레서 [25]케이스 주위에 냉각 재킷을 사용하는 것입니다.

이상적인 열역학 사이클의 압축기

이상적랭킨 사이클 1->2 펌프 내 등방압축
이상적인 카르노 사이클 4 -> 1 등엔트로픽 압축
Otto Cycle 1->2 등엔트로픽 압축
이상적인 디젤 사이클 1 -> 2 등엔트로픽 압축
이상적인 브레이튼 사이클 1->2 압축기 내 등엔트로픽 압축
이상증기-압축냉동사이클1->2 압축기의 등방압축
참고: 등엔트로픽 가정은 이상적인 사이클에서만 적용할 수 있습니다.실제 주기는 비효율적인 압축기와 터빈으로 인해 본질적으로 손실을 입습니다.실제 시스템은 진정한 등엔트로픽이 아니라 계산을 위해 등엔트로픽으로 이상화된다.

온도

기체의 압축은 기체의 온도를 높인다.

기체의 폴리트로픽 변환의 경우:

닫힌 실린더에 가스를 다방향 압축(또는 팽창)하기 위한 작업입니다.

그렇게

여기서 p는 압력, V는 부피, n은 다른 압축 프로세스에 대해 다른 값을 취하며(아래 참조), 1 & 2는 초기 및 최종 상태를 나타냅니다.

  • 단열 - 이 모델에서는 압축 중에 가스로 또는 가스에서 에너지(열)가 전달되지 않고 공급되는 모든 작업이 가스의 내부 에너지에 추가되어 온도와 압력이 증가한다고 가정합니다.이론적인 온도 상승은 다음과 같습니다.[27]

Rankine1 또는 Kelvins단위2 T2 T, p1 p는 절대 이고 δ style \ =}의 특정 열 비율(공기의 경우 약 1.4).공기 및 온도비의 상승은 압축이 단순한 압력 대 체적비를 따르지 않는다는 것을 의미합니다.이 방법은 효율은 떨어지지만 신속합니다.단열 압축 또는 팽창은 압축기의 단열성이 우수하거나, 가스량이 많거나, 짧은 시간(즉, 높은 출력 수준)이 있을 때 실제 생활을 보다 가깝게 모델링합니다.실제로 압축 가스에서는 항상 일정량의 열이 흐릅니다.따라서 완벽한 단열 압축기를 만들려면 기계의 모든 부품을 완벽하게 단열해야 합니다.예를 들어, 자전거 타이어 펌프의 금속 튜브도 공기를 압축하여 타이어를 채우면 뜨거워집니다.위에서 설명한 온도와 압축비와의 관계는 단열공정에서 n n 값이(\임을 의미합니다.

  • 등온 - 이 모델은 압축된 가스가 압축 또는 팽창 과정 내내 일정한 온도로 유지된다고 가정합니다.이 사이클에서는 압축의 기계적 작용에 의해 추가된 것과 동일한 속도로 내부 에너지가 시스템에서 열로 제거됩니다.등온 압축 또는 팽창은 압축기의 열 교환 표면, 작은 가스량 또는 긴 시간 척도(예: 작은 전력 수준)가 있을 때 실제 삶을 더 가깝게 모델링합니다.압축 단계 간에 단간 냉각을 활용하는 압축기는 완벽한 등온 압축에 가장 근접합니다.그러나 실용적인 장치로는 완벽한 등온 압축이 불가능합니다.예를 들어, 대응하는 인터쿨러가 있는 압축 단계가 무한히 많지 않으면 완벽한 등온 압축을 달성할 수 없습니다.

등온 프로세스의 경우 n은 1이므로 등온 프로세스의 작업 값은 다음과 같습니다.

평가 시 등온 작업은 단열 작업보다 낮은 것으로 나타났다.

  • 폴리트로픽 - 이 모델은 가스의 온도 상승과 압축기 구성 요소에 대한 에너지(열) 손실을 모두 고려합니다.이는 열이 시스템에 유입 또는 유출될 수 있으며 입력축이 압력 증가(보통 유용한 작업)와 단열 이상의 온도 증가(보통 사이클 효율로 인한 손실)로 나타날 수 있다고 가정합니다.압축 효율은 이론적인 100%(단열)와 실제(폴리트로픽)에서의 온도 상승 비율입니다.폴리트로픽 압축은 0(정압 프로세스)과 무한대(정압 프로세스) 사이의 n{\ n 사용합니다.약 단열 프로세스로 압축된 가스를 냉각하는 일반적인 경우 n n ~{\(\입니다.

단계적 압축

원심 압축기의 경우, 현재 상용 설계는 한 단계(일반 가스)에서 3.5:1 이상의 압축비를 초과하지 않습니다.압축은 온도를 올리기 때문에 압축가스는 단열성이 낮고 등온성이 높은 단계 간에 냉각됩니다.단간 냉각기(인터쿨러)는 일반적으로 기액 분리기에서 일부 부분 응축이 제거됩니다.

소형 왕복 압축기의 경우 압축기 플라이휠은 2단 이상의 압축기의 인터쿨러를 통해 외부 공기를 유도하는 냉각 팬을 구동할 수 있습니다.

회전식 스크류 압축기는 압축으로 인한 온도 상승을 줄이기 위해 냉각 윤활유를 사용할 수 있기 때문에 대부분의 경우 압축비가 9:1을 초과합니다.예를 들어 일반적인 다이빙 압축기의 경우 공기는 3단계로 압축됩니다.각 스테이지의 압축비가 7:1인 경우 컴프레서는 343배의 대기압(7 × 7 × 7 = 343기압)을 출력할 수 있습니다.(343 atm 또는 34.8 MPa 또는 5.04 ksi)

구동 모터

컴프레서에 전원을 공급하는 모터에는 다음과 같은 여러 가지 옵션이 있습니다.

  • 가스 터빈은 제트 엔진의 일부인 축방향 및 원심 흐름 압축기에 전원을 공급합니다.
  • 증기 터빈 또는 수력 터빈은 대형 압축기의 경우 가능합니다.
  • 전기 모터는 정적 압축기에 비해 저렴하고 조용합니다.가정용 전기 공급에 적합한 소형 모터는 단상 교류 전류를 사용합니다.대형 모터는 산업용 전기 3상 교류 공급이 가능한 경우에만 사용할 수 있습니다.
  • 디젤 엔진 또는 가솔린 엔진은 휴대용 컴프레서와 서포트 컴프레서에 적합합니다.
  • 자동차 및 기타 유형의 차량(피스톤 구동 비행기, 보트, 트럭 등)에서는 흡입 공기를 압축하여 디젤 또는 가솔린 엔진의 출력을 증가시켜 사이클당 더 많은 연료를 연소할 수 있습니다.이러한 엔진은 자체 크랭크축 동력( 구성에서는 슈퍼차저)을 사용하여 컴프레서에 동력을 공급하거나 배기 가스를 사용하여 컴프레서에 연결된 터빈(이 구성에서는 터보차저)을 구동할 수 있습니다.

윤활제

전기 모터로 구동되는 압축기는 VFD 또는 파워 인버터를 사용하여 제어할 수 있지만, 많은 밀폐형 및 반밀폐형 압축기는 오일 펌프가 내장되어 있을 수 있기 때문에 일정한 속도 범위 내에서만 작동할 수 있습니다.내장된 오일 펌프는 컴프레서를 구동하는 축과 동일한 축에 연결되어 오일을 컴프레서 및 모터 베어링에 강제로 주입합니다.저속에서는 부족한 양의 오일이 베어링에 도달하여 베어링 고장으로 이어지는 반면, 고속에서는 과도한 양의 오일이 베어링과 컴프레서에서 손실되고 잠재적으로 튀어 배출 라인으로 유입될 수 있습니다.결국 오일은 고갈되고 베어링은 윤활되지 않은 상태로 유지되어 고장을 일으키고 오일은 냉매, 공기 또는 기타 작동 [28]가스를 오염시킬 수 있습니다.

적용들

가스 압축기는 높은 압력 또는 낮은 부피의 가스가 필요한 다양한 용도에 사용됩니다.

  • 생산현장에서 소비자로의 정제천연가스의 파이프라인 수송에서 파이프라인에서 배출되는 가스에 의해 구동되는 모터로 압축기를 구동한다.따라서 외부 전원은 필요하지 않습니다.
  • 해상 화물 운송 및 가스 운송업자에 의한 화물 운영.
  • 석유 정제 공장, 천연 가스 처리 공장, 석유 화학 및 화학 공장 및 이와 유사한 대형 산업 공장에서는 중간 및 최종 생산 가스에 대한 압축이 필요합니다.
  • 냉동에어컨 장비는 컴프레서를 사용하여 냉매 사이클에서 열을 이동합니다(증기 압축 냉동 참조).
  • 가스터빈 시스템은 흡기 연소 공기를 압축합니다.
  • 소량의 정제 또는 제조된 가스는 의료, 용접 및 기타 용도로 고압 실린더를 채우려면 압축이 필요합니다.
  • 다양한 산업, 제조 및 건축 공정에서 공압 공구를 작동시키기 위해 압축 공기가 필요합니다.
  • 페트병 및 용기의 제조 및 블로우 몰딩.
  • 일부 항공기는 고도에서 실내 압력을 유지하기 위해 압축기를 필요로 한다.
  • 터보젯터보팬과 같은 일부 제트 엔진은 연료 연소에 필요한 공기를 압축합니다.제트 엔진의 터빈이 연소 공기 압축기에 전원을 공급합니다.
  • 수중 잠수, 자급식 호흡 장치, 고압 산소 치료 및 기타 생명 유지 장비에서 압축기는 직접 또는 다이빙 [29][30]실린더와 같은 고압 가스 저장 용기를 통해 가압 호흡 가스를 공급합니다.수면 공급 다이빙에서 공기 압축기는 일반적으로 호흡을 위한 저압 공기(10~20bar)를 공급하기 위해 사용됩니다.
  • 잠수함은 나중에 부력을 조절하기 위해 부력실에서 물을 빼내기 위해 공기를 저장하기 위해 압축기를 사용한다.
  • 터보차저슈퍼차저는 실린더 내부의 공기량을 증가시켜 내연기관의 성능을 높여 엔진이 더 많은 연료를 연소시켜 더 많은 출력을 낼 수 있도록 하는 압축기입니다.
  • 철도중도로 수송 차량은 압축 공기를 사용하여 철도 차량 또는 도로 차량 브레이크 및 기타 다양한 시스템(도어, 윈드스크린 와이퍼, 엔진, 변속기 제어 등)을 작동합니다.
  • 주유소와 자동차 정비소는 압축 공기를 사용하여 공압 타이어와 공압 공구를 채웁니다.
  • 소방 피스톤과 열 펌프는 공기 또는 기타 가스를 가열하기 위해 존재하며, 가스를 압축하는 것은 그러한 목적을 위한 수단일 뿐입니다.
  • 회전식 로브 압축기는 분말 또는 고형물의 공압 반송 라인에 공기를 공급하기 위해 자주 사용됩니다.도달 압력은 0.5~2barg [31]사이일 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

  • 축방향 압축기 – 연속 흐름 가스 압축용 기계
  • 기내 가압 – 항공기 내부 공기 압력을 유지하는 프로세스
  • 원심형 팬 – 유체가 방사상으로 바깥쪽으로 이동하도록 강제하는 기계식 팬
  • 압축 공기 – 대기압보다 높은 압력의 공기
  • 압축 공기 건조기 – 압축 공기의 습도를 줄이기 위한 필터 시스템
  • 전기화학 수소 압축기
  • 화재 피스톤 – 화재 진압용 공구
  • 포일 베어링 – 에어 베어링 유형
  • 열풍 엔진 – 공기를 작동 유체로 사용하는 외연 기관
  • 유도식 로터 압축기 – 정배치 회전식 가스 압축기 유형
  • 수소 압축기 – 수소가스의 압력을 증가시키는 장치
  • 선형 컴프레서 – 피스톤이 선형 액추에이터에 의해 구동되는 가스 컴프레서
  • 액체컴프레서 – 회전식 정배치 펌프 유형.
  • 수소화물 압축기 – 수소의 흡수 및 탈착에 기초한 수소 압축기
  • 내터러 압축기 – 수동 작동식 공기 압축기 유형
  • 공압 실린더 – 압축 가스가 있는 기계 장치
  • 공압 튜브 – 압축 공기 또는 진공 운반 시스템
  • 왕복 압축기(피스톤 압축기)
  • 루트 블로워 – 정용량 로브 펌프(로브형 컴프레서)
  • 슬립 계수 – 압축기 또는 터빈의 임펠러 내 유체 슬립 측정
  • 트롬프 – 수력 공기 압축기
  • 증기 압축 냉동 – 냉동 공정
  • 가변속 공기 압축기 – 가변속 구동 기술을 사용하는 공기 압축기

레퍼런스

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