압축기(Compressor)-결함유형4-Screw compressor관련 문제들

컴프레샤 중에서 가장 시끄럽고 진동 때문에 구조적인 문제가 있는 종류는 왕복동(Reciprocating)일 것이나 구조는 작지만 방음시설(Enclosure)없이 가동하기에는 너무 고주파이며 큰 소음을 내는, 진동문제가 잦은 종류는 단연 스크류(Screw)일 것이다.  스크류식 압축기는 겉보기에는 엔클로져로 덮혀 있어서 파이프가 연결된 사각박스이지만 많은 기어와 베어링, 파이프으로 구성된 복잡한 그리고 진동이 많은 압축기의 형식이다. 여기서 발생할 수 있는 진동의 원인은 어떠한 것이 있을까?

Compressor결함진단- 로터리 스크류 컴프레샤

로터리 스크류 압축기(Rotary screw compressor)의 진동문제라고 하면 아마도 가장 복잡한 기계진동이라고 해도 과언이 아닐 것이다. 기본적으로 2단 이상으로 구성되어 있고 큰기어(Bull gear)는 모터에 연결되어 구동축이 되고 2개의 작은 기어(Pinion gear)기어와 맞물려서 돌아가고 각 피니언기어는 압축기의 짝이 될 ‘암lobe(스크류날개)’가 부착되어 있는 구조이다. 피니언기어의 반대측에는 각 lobe의 맞물림을 맞추도록 타이밍기어가 설치되어 ‘수lobe’를 움직인다. 이러한 수lobe와 암lobe로 구성된 짝은 같은 주파수로 회전할 필요는 없으므로 2단으로 구성되어 저압, 고압을 컨트롤 한다.

로터리 스크류 압축기에 설치된 모든 기어는 GMF(Gear mesh frequency)가 생성되므로 이 때 발생하는 4가지 종류의 GMF를 살펴보면 다음과 같다.

1.     불기어와 저압 수 피니언기어의 GMF

2.     불기어와 고압 수 피니언기어의 GMF

3.     수 저압타이밍기어와 암 저압타이밍기어의 GMF

4.     수 고압타이밍기어와 암 고압타이밍기어의 GMF

컴프레샤의 설계에 따라 다르지만 모든 기어맞물림주파수(GMF)는 각기 다를 수 있고 그들 모두가 진동문제를 가질 수 있다. 따라서 분석자는 컴프레샤의 제원(기어이수, 각 축의 회전수 등)을 알고 서로 진동이 중첩되지 않는지를 확인한다.

압력맥동은 ‘lobe’의 맞물림접촉에 의해서 발생하는데 이러한 펄스는 각 축의 회전수에 lobe의 개수를 곱한 값과 같다. 이를 펄스주파수(pulse frequency)라고 부르는데 컴프레샤의 각 단에서 생성되고 다시 컴프레샤의 설계마다 다르지만 저압펄스주파수와 고압펄스주파수로 서로 달라서 구분될 수 있다. 이러한 펄스 주파수는 컴프레샤가 공기를 압축하기 때문에 발생하는 구조이다. 즉, lobe의 고회전 때문에 펄스주파수는 펄스필터나 서지 챔버 등으로 감소시킬 수는 없다.

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