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Ⅲ. 기술개발 결과 및 고찰 |
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1. 결과 및 고찰 |
가. 천연염료 추출 자동화 시스템의 제작 |
(1) 시스템의 구성 |
○ 기술개발 결과로 제작된 천연염색 염료생산 자동화 시스템은 크게 임펠러(impeller), 감속기, 커플링으로 구성된 교반기와 교반탱크에서 임펠러(impeller)에 의해 배합된 염료가 비중에 의해 아래로 침전(농축)된 것을 저장하는 저장탱크, 저장된 염료를 운반할 수 있는 운반탱크 그리고 약초탱크에서 발효된 액체를 교반 전에 이물질을 제거할 수 있는 교반탱크 상부의 3개의 보조탱크로 구성되며, 각 구성원들의 특징은 표 1에서 보는 것과 같다.
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【표 1】천연염색 염료생산 자동화 시스템의 구성요소 및 주요특징 |
구성기기 |
부속기기 |
특 징 |
교반탱크 |
임펠러 |
쪽에서 발효된 액체와 조개가루를 일정한 속도로 회전시켜 주는 프로펠러 같은 기구 |
감속기 |
염료추출 위하여 임펠러를 일정한 속도로 회전시키는 동력장치 |
커플링 |
감속기 축과 임펠러 축을 연결시켜 동력전달을 시켜주는 부품 |
저장탱크 |
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교반탱크에서 임펠러로 의해 배합한 염료가 비중에 의해 아래로 침전(농축)된 것을 저장하는 장치 |
운반랙커 |
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저장탱크에 있는 농축된 염료를 다음 작업에 이동시킴 |
프레임 |
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각종 탱크 및 교반장치를 지지함 | |
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(2) 시스템의 작동 |
○ 천연염색 염료생산 자동화 시스템은 아래의 도면에서 보는 것과 같은 순서로 작동된다. |
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【표 2】천연염색 염료생산 자동화 시스템의 작업 순서 및 내용 |
작업순서 |
작 업 내 용 |
1 |
⑥번 저장탱크에 염료추출용 약초를 물과 함께 수일동안 발효시킨다. |
2 |
발효하여 추출된 1차 염료를 ⑧번 펌프를 가동하여 ⑤번 보조탱크(3개소)로 펌핑하며 1차 필터(거름망)와 2차 필터(스트레이너)를 통한 SLUDGE를 제거한 후 |
3 |
①번 교반탱크로 자연배수 시킨 뒤 ⑦번 감속기를 기동하고 ⑩번 임펠러를 이용하여 추출된 1차 천연염료를 교반시킨다. |
4 |
교반이 완료된 천연염료는 교반탱크에 설치된 DRAIN VALVE(1차 50A, 2차 32A)를 통하여 물을 배출시킨 후 |
5 |
필요한 염료액은 ②번 저장탱크를 통하여 회수한다 | |
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(3) 시스템의 운전관리 |
(가) 무부하 운전 점검 |
시스템 점검을 위하여 무부하시 운전을 수행하는데 일반적으로 시스템으로 구성된 line에서는 기기별로 단동 무부하 운전을 하여 작동상태를 점검한다. |
※ 시운전 전(또는 가동 전) 점검사항 |
○ 설치가 완료 또는 가동 전 다음 사항을 점검하여 미비한점이 있으면 필요한 조취를 취한다. ○ 각종 볼트의 체결상태 : 특히 고무패킹를 지지하는 볼트 ○ 프레임의 앙카볼트 : 교반에 의한 진동으로 풀림현상 발생 ○ 감속기의 발열 및 소음의 발생상태 ○ 임펠러의 원활한 회전상태 ○ 펌프의 작동상태 ○ 거름망의 정위치 상태(약품탱크, 보조탱크) ○ 관련기기(밸브, 게이지, 호스 등)의 간섭관계 |
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(나) 부하 시운전 점검 : 무부하시 불안요소를 조정 및 개선 후 실시 |
※ 시운전 전(또는 가동 전) 점검사항 |
○ 액체의 누수는 없는가(저장탱크와 교반탱크 연결부위) ○ 동력전달장치 에서 소음과 진동(감속기, 커플링, 임펠러) ○ 펌프의 액체 토출량· |
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(다) 시스템의 각 구성요소별 작동 및 기능 점검 |
점검장소 |
점검사항 |
점검방법 |
판 단 기 준 |
구동부 |
진동/소음 |
촉각/청각 |
진동 및 소리가 큼 |
후레인 |
진동 |
촉각검사 |
진동이 큼 |
모 터 |
발열 |
게이지 |
대기온도보다 40℃ 높음 |
임펠러 |
진동/회전 |
시각/촉각 |
회전상태 및 볼트체결 |
패킹부 |
액 누수 |
시각 |
염료의 누수 |
거름망 |
여과기능 |
시각 |
찌꺼기 누적상태 |
레벨게이지 |
레벨눈금 확인 |
시각 |
염료 색에 의한 레벨측정 가부 |
펌 프 |
진동/소음 |
촉각/청각 |
진동 및 소리가 큼 |
탱크류 |
액 누수 |
시각 |
발효된 액체의 누수 |
밸브류 |
개폐 상태 |
시각/촉각 |
개폐가 원활히 작동 | |
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(라) 시스템 고장의 원인 및 대책 |
○ 기계 부문 |
현 상 |
주 요 원 인 |
대 책 |
무부하 상태에서 회전되지 않을 때 |
치차파손 |
제작사에 수리 의뢰 |
모터축의 체인기어 또는 풀리의 키이 이탈 |
키이 삽입 |
무부하 상태에서 회전하나 부하를 걸었을 때 과열 |
이물질 침입 |
이물제거 |
축의 마모 및 불량 |
제작사에 수리 의뢰 |
치차손상 및 마모 |
제작사에 수리 의뢰 |
전압의 불안정 |
전압체크 후 수리 |
냉각통풍로가 막힘 |
분해 후 수리 |
진동이 클 때 |
취부상태 불량 |
볼트 조임 |
치차측 파손 |
제작사에 수리 의뢰 |
급속한 속도 저하 |
전압강화 |
전원용량 체크 후 수리 |
과부하일 때 |
규정의 부하까지 하강 |
GREASE 누유 |
취부 볼트의 풀림 |
볼트 조임 |
오일실 불량 |
교체 |
구리스 케이스불량 |
제작사에 수리 의뢰 |
구리스 용량과다 |
적당량 공급 | |
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○ 교반탱크와 저장탱크 연결부위 누수 |
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현 상 |
원 인 |
대 책 |
염료액 누유 |
체결볼트 파손 |
볼트교체 및 재조임 |
고무패킹 손상 |
교 체 |
패킹부 이물질 |
제 거 | |
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○ 염료액의 이송불량 |
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현 상 |
원 인 |
대 책 |
약초탱크에서 보조탱크 사이 |
약초탱크 내 거름망 |
해체 후 청소 |
막 힘 |
해체 후 청소 |
펌프고장 |
제작사 수리의뢰 |
밸브류 고장 |
개폐 여부 확인 및 교체 |
보조탱크에서 교반탱크 사이 |
보조탱크 거름망 |
해체 후 청소 |
막 힘 |
해체 후 청소 |
배관라인 스트레나 |
해체 후 청소 |
밸브류 고장 |
개폐 여부 확인 및 교체 | |
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○ 교반상태 불량 |
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현 상 |
원 인 |
대 책 |
임펠러 작동 불량 |
커풀링 볼트 풀림 |
볼트 재조임 |
임펠러 축에서 이탈 |
임펠러 해체 후 재조립 |
임펠러 축 변형 |
제작사 수리 의뢰 | |
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나. 자동화 시스템을 이용한 염료의 생산 |
○ 본 자동화 시스템은 기존의 수작업에 의한 염료 생산 공정에 비하여 효율이나 작업의 균일성 등이 매우 개선되는 결과를 획득하였다.
○ 원료 저장 후 이송용 펌프를 이용하여 상부 3개의 보조 탱크로 이송시킨 후 중력에 의하여 아래에 위치는 교반탱크로 낙하 이동하게 된다. 이때 상부의 보조탱크에는 거름망(여과장치)이 부착되어 불순물의 유입을 최소화 할 수 있다.
○ 염료안착을 위하여 임펠러(impeller)를 이용하여 반응시킨 후 침전과정을 통하여 하단의 염료저장탱크에 재료를 수거하게 되고 또한 이송용 롤러가 부착되어 쉽게 저장용기로 이송할 수 있다.
○ 최종적으로 생산된 염료는 자동화 시스템 바로 옆에 위치하는 저온저장창고로 이송하여 이송거리를 최소화 하였고, 또한 저온을 통하여 염료의 산화를 억제, 품질 유지를 위한 최적의 조건을 확보하였다. |
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그림 8. 천연염색 염료생산 자동화 시스템의 흐름도 |
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다. 자동화 시스템을 이용한 염료 생산 및 저장 |
○ 자동화 시스템을 이용하여 염료를 생산한 결과 2시간에 약 20kg 정도의 염료를 생산할 수 있었고, 생산에 소요되는 노동력 또한 대단히 절감되었다. 생산된 염료는 그림 9에서 보는 것과 같다. |
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그림 9. 자동화 시스템을 통하여 생산된 염료 |
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○ 본 천연염색 염료생산 자동화 시스템은 원료의 생산, 염료의 추출 그리고 염료의 저장 등 모든 공정의 동선을 최소화함으로서 인력 및 이송을 위한 동력 손실을 최소화하여 그 효율을 극대화하였다. 자동화 시스템의 전경은 아래의 그림 10에서 보는 것과 같다. |
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그림 10. 천연염색 염료생산 자동화 시스템 전경 |
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라. 생산된 원료를 이용한 옷감 염색 |
○ 천연염색 염료생산 자동화 시스템을 이용하여 생산된 염료를 이용하여 옷감을 염색한 결과, 기존 수작업 방식을 통하여 생산된 염료를 이용한 염색에 비하여 큰 차이점이 나타나지 않았으며, 일부 염색 정도가 개선되는 효과를 찾아볼 수 있었다. 염색결과는 아래의 그림 11에서 보는 것과 같다. |
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그림 11. 제작된 제품 |
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마. 자동화 시스템의 생산 효율성 |
○ 기존 수작업 방식은 2시간에 최대 5kg의 염료를 생산할 수 있었으나 본 자동화 시스템의 경우 현재 시스템 구성으로는 20kg을 생산할 수 있어 기존 수작업의 방식에 비하여 4배 이상 개선되는 효과를 나타내었으며, 염료 안착을 위한 탱크의 부피를 확대할 경우 시간당 생산효율을 더욱 증가할 것으로 기대된다. |
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【표 3】천연염색 염료 생산의 작업 방식에 따른 생산 효율 비교 |
시 간 |
수 작 업 |
자 동 화 시 스 템 |
2시간 |
5Kg |
20Kg | |
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