공기 압축기 측정 이해: 작동, 전력 및 흐름

가스 혼합물의 부피 변화와 관련된 기계적 작업은 엔지니어링 열역학에서 가장 중요한 공정 중 하나입니다. 

압축기 유량은 일반적으로 질량 유량계를 사용하여 측정됩니다. 직관적으로는 질량보다 부피 측면에서 가스의 유속을 이해하는 것이 더 쉽습니다. 이에 대한 인식된 단점은 흡입구 조건이 변경되면 부피가 변경되기 때문에 가스의 흡입구 조건을 지정해야 한다는 것입니다. 그러나 압축기의 경우 배출구 질량 유량은 흡입구 조건에도 따라 달라지므로 유량이 달성된 흡입구 조건을 항상 지정해야 합니다.

시스템의 체적 유속은 시간 단위당 유체 유동의 양을 측정하는 것입니다. 이 값은 유동의 횡단면 면적 및 평균 유동 속도의 곱으로 계산될 수 있습니다. 체적 유속에 대한 SI 단위는 m3/s입니다

그러나 컴프레셔를 구입할 때 일반적으로 리터/초(l/s)로 표시된 컴프레셔의 용량을 확인할 수 있습니다. 이는 컴프레셔의 FAD 또는 실 토출 유량입니다.

실 토출 유량이란 무엇인가요? 자유 공기는 압축기의 흡입구 조건, 즉 주변 온도 및 압력에서의 공기를 의미합니다. 배송은 압축기 배출구에서 나오는 공기만 고려된다는 것을 의미합니다. 흡입구와 배출구 사이에서 압축기에서 공기가 누출될 수 있으므로 흡입구에서 유입되는 공기와 다릅니다. 압축기의 유량은 일반적으로 배출구의 질량 유량계로 측정됩니다. 즉, 전달된 공기만 측정됩니다. 그런 다음 측정된 공기량은 흡입 조건을 기준으로 환산됩니다.

FAD는 다양한 압축기 간의 비교 또는 압축기 용량과 공구 소비량을 일치시키는 데 사용됩니다. 별도로 명시되지 않은 한, 압축기 또는 공구의 FAD(사양 시트에서 확인할 수 있음)는 기준 흡입구 조건(20°C, 1 bar 및 0% RH)을 유지하면서 측정되었습니다. 압축기 엘리먼트의 이동 부피에 맞는 공기 질량은 공기 밀도에 따라 달라지므로 압축기의 배출구 측에서 효과적으로 얻은 유량이 달라집니다. 밀도는 공기의 온도와 압력에 따라 달라집니다. 이것이 측정된 배출구 질량 유량을 유입구 공기 밀도로 나누는 이유입니다. 이렇게 하면 밀도 효과가 상쇄됩니다.

그러나 온도와 압력으로 인한 부작용이 있습니다. 무엇보다도 부품 간의 간격 크기는 온도에 따라 변화하여 누출이 더 많거나 적게 발생합니다. 흡입구의 압력 변화는 또한 과압 또는 부족압을 유발하여 결과적인 배출구 유량을 변경시킵니다. 이러한 이유로 일반적으로 ISO1217:2009 표준에 정의된 기준 조건이지만 반드시 그렇지는 않은 동일한 조건에서 압축기를 비교하는 것이 중요합니다. 다른 부문 또는 지역에서는 다른 기준 조건을 사용할 수 있습니다.

또 다른 자주 사용되는 유속은 정상 유속(Nl/s)이며, 여기서 기준은 0°C, 1 atm 및 0% RH입니다.

두 체적 유량 사이의 관계는 q_FAD = q_N × T_FAD / T_N × P_{N / P FAD입니다.}

(위의 간략한 공식은 습도를 고려하지 않는다는 점에 유의하십시오).

• qFAD는 공기가 압축기에서 나오는 압력과 온도를 고려하여 실제 작동 조건을 반영합니다.
• qN은 표준화된 기준을 제공하므로 다양한 시스템에서 압축기 성능을 쉽게 비교할 수 있습니다.

엔지니어와 산업 구매자는 벤치마킹을 위해 qN에 의존하는 반면, qFAD는 실제 시스템 설계 및 운영에 매우 중요합니다.

체적 유량인 것처럼 보이지만, FAD는 체적 측면에서 표현된 질량 유량으로 생각할 수 있습니다. 이는 고정된 조건에서 공기 흐름의 밀도가 일정하기 때문에 질량 흐름이 일정하고 알려져 있기 때문입니다.

다음 예시는 실 토출 유량(FAD)을 보여줍니다.

• 10 bar(e)에서 작동하는 컴프레셔의 FAD 39l/s는 무엇을 의미합니까?
• 10 bar(e)의 압력에서 39l 탱크를 채우는 데 얼마나 걸립니까?

FAD를 질량 유량으로 볼 수 있습니다. 10 bar(e) 또는 11 bar(a)에서 39l의 공기의 총 질량은 주변 조건에서 39l의 공기의 질량의 11배입니다. 후자를 질량 단위라고 부를 수 있습니다. 탱크가 시작 시 이미 주변 공기로 채워져 있다고 가정하면, 탱크 내부에 이미 하나의 « 질량 단위 »가 있으며 10개만 더 필요합니다. 컴프레셔가 초당 1 질량 단위를 전달한다는 것을 알기 때문에 이 질량을 탱크로 전달하는 데 10초가 필요합니다.

bar(a)와 bar(e)의 차이점은 여기에 설명되어 있습니다.

SER은 특정 압력에서 1리터의 FAD를 전달하는 데 필요한 에너지량으로 표현되는 효율성의 척도입니다. 이는 Joules/liter(J/l) 단위의 값을 제공합니다. 예를 들어, 100L/s를 전달하기 위해 35kW를 소비하는 기계의 SER은 350J/l입니다.

kW나 마력이 아닌 유량과 압력으로 압축 공기 시스템을 지정하는 것이 고객의 요구에 맞는 성능을 제공하는 가장 좋은 방법입니다. 압축기 사이징 은 kW 등급을 기준으로 하는 것보다 비즈니스 요구 사항에 더 정확하게 부합해야 합니다.

이 문서에서는 기계적 작동, 전력 및 유량과 관련된 많은 기술 용어를 다룹니다. 이 정보를 이해하는 것은 응용 분야에 적합한 장비에 투자하는 데 중요합니다. 너무 크거나 너무 작은 장비를 구입할 경우 효율성이 떨어질 위험이 있습니다.

중요 고려 사항은 주어진 시간 내에 주어진 작업을 완료하기 위해 물체를 이동하는 데 필요한 힘입니다. 위에서 언급한 바와 같이 이것은 유량과 압력으로 표현됩니다. 리터/초(l/s) 외에도 유량은 분당 입방피트(cfm) 또는 시간당 입방미터(m3/h)로 표시됩니다. 이러한 측정은 모두 속도와 관련이 있습니다.

압력은 위에 언급된 바 또는 제곱 인치당 파운드(psi)로 표시됩니다. 무거운 물체를 움직여야 한다면 더 많은 압력이 필요합니다. 또한 하루 종일 공기 공급이 필요한지 여부와 애플리케이션에 대한 요구 사항이 다른지 여부를 결정해야 합니다. 이 컨텍스트는 크기를 결정하고 고정 속도 및 가변 속도 구동(VSD) 기계 중에서 선택할 때 유용합니다. 에어 컴프레셔 선택 가이드를 참조하십시오.