송풍기의 기초지식

[朴 鉉 求]

송풍기 기초 지식 설비자료[1]

2004/05/09 10:24

http://blog.naver.com/jby1003/2311682

송풍기의 기초지식
 

이 철 형
한국에너지기술연구소
유체기기연구팀/팀장
공학박사

Ⅰ. 머릿말

송풍기는 공기를 사용목적에 적합하게 이송시키는 기계로써 산업발전과 더불어 점차 사용이 증가하고 있다. 송풍기는 일반 제조공정, 발전설비 및 보일러의 공기공급용, 광산 및 터널의 급배기용, 건물의 공기조화용 등으로 사용용도가 매우 광범위하며, 에너지 사용량이 크고 또한 에너지 절감효과가 크게 기대되는 기계이다.
송풍기는 사용목적에 부합되는 설계와 선정 또는 설치, 운영등을 통하여 에너지를 많이 절약할 수 있는 가능성을 갖고 있으며, 점차 이의 중요성이 인식되어 최종 사용자 입장에서 이러한 목적을 충족시키려 노력하고 있다. 또한 최근에는 에너지절약 뿐만 아니라 작업현장에서의 소음공해에 대한 관심이 증대되어 감에 따라, 송풍기에서 발생하는 소음 및 진동을 감소시키기 위한 연구도 요구되고 있으며, 전반적으로 송풍기에 관련된 문제들이 새로운 시각에서 취급되고 있다.
본고에서는 새롭게 부각되는 송풍기의 중요성 및 이에 관련된 제반 사항의 검토에 앞서 송풍기에 관한 이해를 돕기 위해, 송풍기에 관련된 기본적인 고려사항으로써 송풍기의 종류별 특성, 송풍기의 성능 평가에 관련되는 용어에 관한 설명과 원심송풍기의 외형설계방법 및 송풍기에 적용되는 기본법칙들에 관한 전반적인 사항을 검토하였다.

Ⅱ. 송풍기의 종류 및 특성

송풍기는 임펠러의 회전운동으로 공기에 에너지를 가하여 공기량과 압력을 얻는 공기기계로써 흡입구와 토출구의 압력비가 1.1 미만인 것을 휀(fan)이라 하고 압력비가 1.1 이상 2.0 미만인 것을 블로우어(blower)라고 통상적으로 분류하며, 이를 통칭하여 송풍기라 한다.
송풍기는 공기의 이송방향과 임펠러축이 이루는 각도에 따라 원심 및 축류송풍기로 구분하며, 임펠러의 형상 및 구조에 따라 다음과 같이 세분된다. 

 

가. 원심송풍기

원심송풍기는 공기가 임펠러의 반경반향으로 이송되면서 공기량과 압력을 발생시키는 송풍기로써 임펠러깃의 형상과 설치각도에 따라 특성이 변한다. 원심송풍기의 형태 및 특성은 다음과 같다.

1. 다익송풍기

다익송풍기는 [그림1]과 같이 폭이 넓고 깃통로의 길이가 짧으며 회전방향에 대해 앞으로 기울어진 깃을 갖는 임펠러로 구성된 송풍기로, 일명 시로코송풍기라고도 하며, [그림2]는 다익송풍기의 전형적인 특성곡선을 나타낸다. 다익송풍기는 다른 형태의 송풍기에 비해 낮은 속도에서 운전되며, 낮은 압력에서 많은 공기량이 요구될 때 주로 사용된다.
다익송풍기는 [그림2]에서와 같이 30~80%의 넓은 공기량 범위에서 운전되고, 일반적으로 정압이 최대인 점에서 정압효율이 최대가 되며, 최대정압효율은 60~68%정도이다.
다익송풍기는 제작가격이 저렴하고 운전범위가 넓으며, 동일한 공기량과 압력에 대하여 다른 원심송풍기에 비해 임펠러의 직경이 작기 때문에 설치공간을 최소화할 수 있어 건물의 공기조화 및 환기용으로 많이 사용되고 있다. 그러나 다익송풍기는 깃의 형태와 구조적인 취약점으로 인하여 물질이동용으로는 적합하지 않다.

                

                  [그림1] 다익송풍기의 형태                                            [그림2] 다익송풍기의 특성곡선
 

2. 레이디얼송풍기

레이디얼송풍기는 [그림3]과 같이 반경방향의 깃을 갖는 임펠러로 구성된 송풍기이며, [그림4]는 이의 전형적인 특성곡선을 나타낸다.
레이디얼송풍기는 일반적으로 다른 송풍기에 대해 임펠러폭이 좁기 때문에 주어진 용량에 대해 임펠러의 직경이 커진다. 이러한 특징은 제작가격이 비싸지는 주요원인이며, 용량에 비해 임펠러의 직경이 크기 때문에 공기조화용으로 거의 사용되지 않는다. 레이디얼송풍기는 높은 압력에서 적은 양의 공기를 이송시키거나 또는 물질운반에 적합하다. 또한 서지(surge)현상이 없고 공기량 변화에 대해 축동력이 선형적으로 증가하는 것이 장점이다. 이러한 축동력의 변화는 송풍기의 제어에 많은 도움을 준다.

              
                 [그림3] 레이디얼송풍기의 형태                               [그림4] 레이디얼송풍기의 특성곡선

 

3. 뒤쪽굽음깃송풍기

뒤쪽굽음깃송풍기는 [그림5]와 같이 회전방향에 대해 뒤로 기울어진 깃을 갖는 임펠러로 구성된 송풍기이며, [그림6]은 이의 특성곡선을 보여준다.
뒤쪽굽음깃송풍기는 다익송풍기에 비해 운전속도가 약 2배정도 빠르고, 40~85%의 넓은 공기량 범위에서 운전되며, 일반적으로 80% 정도의 정압효율을 갖는다. 뒤쪽굽음깃송풍기는 효율이 높고 과부하 특성이 없으며 구조가 강하기 때문에 보일러의 공기압입 등 여러 용도에서 널리 사용된다.

           
                   [그림5] 뒷쪽굽음깃송풍기의 형태                               [그림6] 뒷쪽굽음깃송풍기의 특성곡선

4. 익형송풍기

익형송풍기는 [그림7]과 같이 뒤쪽굽음깃송풍기처럼 깃이 회전방향에 대해 뒤로 기울어진 구조이나 깃의 단면이 익형(airfoil)으로 된 임펠러로 구성된 송풍기이다. [그림8]은 익형송풍기의 특성곡선을 나타낸다.
익형송풍기는 뒤쪽굽음깃송풍기의 깃을 익형으로 대체한 형태로 정압효율이 86% 정도로 원심송풍기 중 가장 높으며, 운전시 소음이 작기 때문에 청정한 공기이송에 많이 사용된다.

           
                 [그림7] 익형송풍기의 형태                                     [그림6] 익형송풍기의 특성곡선
 

나. 축류송풍기

축류송풍기는 공기를 임펠러의 축방향과 같은 방향으로 이송시키는 송풍기로써 [그림9]와 같은 프로펠러형 임펠러로 구성되며, 임펠러으 깃(blade)은 익형으로 되어 있다.

[그림9] 축류송풍기 임펠러의 형태
 

1. 프로펠러송풍기

프로펠러송풍기는 [그림10]과 같은 튜브가 없는 송풍기로써 축류송풍기 중 가장 구조가 간단하다.
[그림11]은 프로펠러송풍기의 특성곡선을 나타낸다. 프로펠러송풍기는 낮은 압력하에서 많은 공기량을 이송할 때 많이 사용되며, 실내환기용 및 냉각탑등에서의 사용이 좋은 예이다.

                        
[그림10] 프로펠러송풍기의 형태                               [그림11] 프로펠러송풍기의 특성곡선
 

2. 튜브축류송풍기

튜브축류송풍기는 [그림12]와 같이 임펠러가 튜브안에 설치되어 있는 송풍기이며, [그림13]은 이의 특성곡선을 보여준다.

                   
           [그림12] 튜브축류송풍기의 형태                                   [그림13] 튜브축류송풍기의 특성곡선

3. 베인축류송풍기

베인축류송풍기는 [그림14]와 같이 튜브축류송풍기에 베인(안내깃)을 장착한 송풍기로써 베인을 제외하면 튜브축류송풍기와 동일하다. 베인축류송풍기의 베인은 임펠러 후류의 선회유동을 방지하여 줌으로써 튜브축류송풍기보다 효율이 높으며 더 높은 압력을 발생시킨다.
원심송풍기의 특성곡선과 비교해 보면, [그림13]에서는 공기량이 없는 정압상태에서 축동력이 최대가 됨을 알 수 있다. 원심송풍기의 경우에는 이와 반대로 이때의 축동력은 0이 된다.
축류송풍기는 약 55~90%의 공기량범위에서 운전되며, 산업용 축류송풍기의 최대정압효율은 85%정도이다. 축류송풍기는 배관이 간단하고 소형, 경량이라는 것이 장점이지만, 원심송풍기에 비해 소음이 크다는 단점이 있다.

[그림14] 베인축류송풍기의 형태
 

Ⅲ. 송풍기 관련 용어

송풍기는 공기에 에너지를 가하여 강제적으로 유동할 수 있도록 하는 기계이므로 공기의 유동으로 인하여 발생하는 현상을 표시할 수 있는 변수와 송풍기의 외형 및 운전상태를 표시할 수 있는 변수가 필요하다. 이러한 변수들은 반드시 송풍기에만 적용되는 것은 아니며 일반 유체기계에도 준용할 수 있는 변수로써 본 장에서는 이에 대한 개념을 설명하고자 한다.

1. 정압과 동압

송풍기 구동에 의한 이송공기가 갖는 정압은 공기가 흐르고 있는 관이나 장치 등에서 발생하는 유동저항을 극복하는데 필요한 압력으로 관로저항 혹은 관로손실이라고도 한다. 송풍기 성능평가시 주어지는 압력은 대부분의 경우 정압을 나타낸다. 이에 비해 동압은 공기의 이송속도에 의해 발생하는 압력으로 이송되는 공기량과 밀접한 관계가 있다.
만일 운전중인 송풍기의 출구가 댐퍼에 의해 완전히 막혀 있다면, 공기가 이동하지 않기 때문에 동압은 발생하지 않고 이때 나타나는 압력은 모두 정압으로 나타나게 된다. 그러나 댐퍼가 열려 공기가 이동하게 되면 정압과 동압은 동시에 발생하게 된다.
정압과 동압의 합을 전압이라 하며, 정압은 [그림15]의 A에서와 같이 관로벽에 수직으로 뚫은 정압공이나, 또는 공기흐름에 평행하게 놓여진 피토우정압관으로 측정할 수 있다. 또한 전압은 [그림15]의 C에서와 같이 공기흐름에 평행하게 놓여진 전압관을 사용하여 측정할 수 있다. 동압은 [그림 15]의 B에서와 같이 동압과 정압을 동시에 측정할 수 있으며, 또는 전압과 정압을 각각 측정하여 전압에서 정압을 감해줌으로써 측정할 수 있다.
공기의 흐름에 있어서 정압과 동압은 상호 변환될 수 있으며, 이는 송풍기의 설치, 사용 및 설계에 있어서 매우 중요한 요소가 된다. 예를 들어 [그림16]과 같이 공기가 관을 따라 이동하다가 관의 단면적이 증가하게 되면 속도가 감소하게 되고 이에 의해 동압이 감소하게 되며, 이러한 동압의 감소는 정압을 증가시키게 된다.
이러한 현상을 정압회복이라 한다. 그러나 관의 단면적이 변화하게 되면 관내에서 손실이 발생하게 되므로 동압의 감소량이 전부 정압으로 변하지 않으며, 정압회복의 정도는 관의 형태에 크게 좌우되므로 송풍기의 설치사용 및 유로의 배치에 있어서는 이러한 점들을 적절히 고려하는 것이 중요하다.

                        
[그림15] 정압, 동압 및 전압                               [그림16] 정압회복
 

2. 공기량

공기량이란 송풍기가 단위시간 동안에 흡입한 공기량을 말한다. 공기량은 송풍기의 토출구로부터 배출되는 공기량을 나타내는 것이 아니고 반드시 흡입구에서의 온도, 압력, 습도의 상태로 환산한 흡입공기량을 나타낸다.
송풍기가 온도 20℃, 절대압력 760mmHg 또는 10,333mmAq, 상대습도 65%인 공기를 흡입할 경우를 표준흡입상태라 하며, 공기량이 표준흡입상태로 주어지는 경우 실제로 송풍기가 흡입하는 공기의 압력, 온도 및 습도의 상태로 환산하고 공기량을 기준으로 하여 송풍기의 동력이나 임펠러의 크기 등을 계산하여야 한다.

3. 공기의 비중량

공기의 단위체적당 무게를 비중량이라 한다. 공기의 비중량은 온도, 압력, 습도에 따라 민감하게 변하게 되며, 다음식으로 계산된다.
----- (1)
여기서
P : 습한공기의 절대압력(mmHg)
Ø : 상대습도
P_v : 증기압(mmHg)
T : 절대온도(273+℃)
를 나타낸다.
또한 표준상태(온도 20℃, 절대압력 760mmHg, 상대습도 65%)에서는 공기 비중량 을 이용하여 다음과 같이 산정한 다.
------------- (2)
여기서
P_s : 정압
P_a : 대기압
t   : 취급공기의 온도(℃)
: 취급공기의 기준상태에서의 비중량(1.29kg/㎥)
을 나타낸다.
이와 같이 공기의 비중량은 상태에 따라 민감하게 변하기 때문에 송풍기의 용량결정 또는 성능평가시에 반드시 고려하여야 한다.

4. 수두

송풍기의 흡입구와 토출구 사이의 과정에서 임펠러에 의해 단위중량의 공기에 가하여지는 압력을 공기기등의 높이로 나타낸 것을 수두라 하며, 다음과 같이 표시된다.
----------------------- (3)
여기서
H : 수두(m)
P_t : 전압(mmAq)
r : 흡입공기의 비중량(kg/㎥)
이다.
식(3)은 토출절대압력과 흡입절대압력의 비, 즉 압력비가 약 1.03 이하인 경우에 적용한다. 압력비 1.03이란 P₂/P₁=1.03이므로 흡입절대압력 P1을 760mmHg(10,333mmAq)라하면 토출절대압력 P2는 1.03x10,333=10,640이므로 토출절대압력과 흡입절대압력의 차는 310mmAq가 된다. 다시 말하면 토출압력이 310mmAq임을 나타내는 것이다. 이 이상의 압력인 경우에는 다음과 같은 단열수두를 사용하는 것이 좋다.
----(4)
여기서
H_ad : 단열수두(m)
k     : 비열비(공기의 경우에는 1.4)
P₂   : 토출 절대압력(mmAq)
P₁   : 흡입 절대압력(mmAq) 
r₁   : 흡입공기 비중량(kg/㎥)
이다.
예로서 P₁=10,330mmAq이고, P₂=10,630mmAq일 때 수두, H를 식(4)와 식(5)에서 구해 보면 약1%의 차이를 나타내지만, P₁=10,333mmAq이고 P₂=10,830mmAq일 경우에는 약 2%의 차이를 나타낸다. 따라서 압력비가 높을 때는 식(4)를 사용하는 것이 좋다.

5. 이론공기동력

송풍기를 구동하는데 필요한 이론공기동력은 압력비 P₂/ P₁이 1.03미만의 경우에는 다음과 같은 식을 사용하여 구한다.
  -------------------- (5)
여기서
Q : 공기량(㎥/min)
P_t : 전압(mmAq)
을 나타낸다.
또한 압력비가 1.03이상인 경우에는 다음과 같은 식을 사용한다.
  --- (6)

6. 송풍기의 효율

송풍기의 효율은 전압효율과 정압효율로 구분되며, 다음과 같이 축동력에 대한 이론공기동력의 비로 정의된다.
 ---------------------- (7)
여기서
L : 이론공기동력(kW)
B_HP : 축동력(kW)
을 나타낸다.
송풍기의 정압효율 산정시 압력비가 1.03미만일 경우에는 식(7)의 L로써 식(5)를 이용하고 압력비가 1.03이상일 경우에는 식(6)을 이용한다.

7. 비속도

비속도는 송풍기의 공기역학적 상사법칙에서 유도된 수치로써 공기량 1㎥/min 또는 1㎥/sec 및 수두 1m를 얻을 수 있는 임펠러직경 Ds, 회전수 Ns인 송풍기와의 관계를 나타내는 것으로 다음과 같이 표시된다.
 ----------------------- (8)
여기서
Ns : 비속도
N  : 회전수(rpm)
Q : 공기량(㎥/min, ㎥/sec)
H : 수두(m)
이다. 공기량의 단위는 ㎥/min 또는 ㎥/sec 등이 쓰이고 있으나 본 고에서는 ㎥/sec를 사용한다. 또한 임펠러가 양흡입식인 경우에는 공기량을 반으로 나눈 Q/2를 사용한다.
비속도는 송풍기의 특성, 형식, 임펠러 선정, 동일 송풍기 기종 상호간의 재성능을 비교하는데 가장 중요한 수치이다. 비속도와 임펠러의 회전수는 직접적으로 관계가 없으며, 회전수는 적지만 비속도가 큰 임펠러도 있을 수 있다.
일반적으로 대부분의 경우 압력이 낮으면 비속도가 커지며, 압력이 높고 공기량이 적으면 비속도가 작아지게 된다. 비속도가 큰 임펠러는 직경에 비해 출구폭이 넓으며, 비속도가 작은 임펠러는 출구폭이 좁은 모양이 된다. [그림17]은 원심송풍기의 종류에 따른 비속도 및 효율의 변화를 예시한 그림이다.

[그림17] 원심송풍기 종류별 비속도 및 효율
 

Ⅳ. 송풍기의 외형 설계방법

송풍기에 관한 전반적인 설계는 송풍기의 흡입구에서 토출구까지의 모든 과정에 대한 공기역학적인 설계와 이에 따른 기계적 구조설계로 크게 구분할 수 있다. 또한 공기역학적인 설계면에서 고려하더라도 송풍기의 흡입구를 통과하는 흐름, 임펠러 깃을 통과하는 흐름, 토출구에서의 흐름 등 공기역학적으로 매우 복잡한 흐름현상이 발생하기 때문에 미시적인 측면에서 송풍기에 대한 설계를 수행한다는 것은 매우 어려운 일이다.
그러나 엔지니어링 측면에서 보면 이러한 미시적인 흐름현상에 의한 설계보다는 송풍기 전체, 즉 외형적으로 쉽게 이해할 수 있는 토출압력 및 흡입량등에 관한 거시적인 현상이 중요시 되기 때문에 본장에서는 거시적인 측면에서 원심송풍기의 외형설계방법을 검토하고, 산업체에서 많이 사용되는 [그림5]에 예시된 뒤쪽굽음깃송풍기 중 임펠러 출구각 β₂가 45。인 송풍기에 대한 설계를 예로 하였다.

[그림18] 뒷족굽음깃 송풍기의 형태 및 속도삼각형
 

1. 설계요구조건

사용목적에 적합한 송풍기의 성능 및 제원을 산출하기 위해서는 최소한 다음과 같은 사항이 요구된다.
Q   : 흡입공기량(30㎥/min)
P_s  : 정압(300mmAq)
t    : 취급공기의 온도(20℃)
r_N  : 취급공기의 기준상태에서의 비중량 (1.293kg/㎥)
취급공기의 흡이상태에서의 공기의 비중량은 다음 식에서 구한다.

   
     
여기서 Pa는 대기압을 나타내며, 정압 Ps가 부압일 경우에는 실질적으로 대기압에서 이 값을 빼야한다.

2. 설계순서

가. 송풍기의 토출구에서의 속도를 가정하고 동압을 구한다.
송풍기의 종류에 따라 약간의 차이는 있지만 대략 토출구에서의 토출속도는 20~30m/sec로 가정하는 것이 좋으며, 어떤 경우든 30m/sec를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 이 속도는 최종적으로 케이싱의 크기를 결정하거나 역산으로 송풍기성능을 검토할 경우에 필요하다. 토출구에서의 속도 V_d=25m/sec로 가정하면, 동압은

로 구해진다.

나. 전압수두에서 비속도를 구한다.
전압은 정압과 동압의 합이므로 전압은

이며, 전압수두는

이다. 따라서 비속도는

    
로 계산된다.
비속도는 요구되는 공기량과 전압수두가 결정되어도 임펠러의 회전수 N에 따라 변하는 값으로 표시된다. 임펠러의 회전수는 사용자가 임의로 결정할 수도 있으나, 임펠러 구동모터의 회전수를 고려함으로써 보다 쉽게 비속도를 결정할 수 있다. 임펠러의 회전수를 1,750rpm으로 가정하면 비속도는 다음 값으로 결정된다.


다. 임펠러의 직경결정
임펠러의 직경을 결정하기 위해서는 주속도를 구하여야 한다. 주속도를 구하는 방법은 여러 가지가 있지만 여기에서는 다음식을 사용한다.
-------------- (9)
여기서 K_u는 주속계수를 나타낸다.
주속계수는 송풍기의 종류 및 형태, 비속도 등에 따라 다른 값을 가지며, 특히 임펠러의 출구각에 따라 상이한 값을 갖는다. [그림19]는 임펠러의 출구 각이 45。인 뒤쪽굽음깃송풍기의 경우 비속도에 따른 주속계수의 변화를 나타낸 그림이다. [그림19]에 표시된 곡선은 실험결과에 의한 것이며, 실험결과는 분산되어 있어 이것의 상한과 하한을 나타낸 것이다.
[그림9]에서 해당 비속도일 때의 주속계수를 구하면, 주속계수는 1.0~1.05사이에 있음을 알 수 있다. 주속계수의 값을 상한값 1.05로 취하면, 식(9)로부터 임펠러의 주속도는
U₂ = 1.05(2 x 9.8 x 267)^1/2
      = 76.0 (m/sec)
로 계산된다.
주속도를 이용하여 임펠러 직경을 구하면

으로 결정된다.
주속계수는 사용자의 요구압력에 여유가 있는 경우에는 하한값을 취하여도 좋으며, 전동기 출력에 충분한 여유가 있는 경우에는 상한값을 취하여도 좋다. 결국 주속계수의 값을 크게 취하면 주속도가 커지며, 임펠러직경도 커지게 되므로 압력은 요구하는 것보다 높게 되어 그만큼 축동력도 증가하게 된다. 이와 반대로 주속계수를 작게 취하면 그만큼 축동력은 감소되지만 경우에 따라서는 요구압력을 만족하지 못하는 상태가 발생할 수 있다.

[그림19] 뒤쪽굽음깃 송풍기의 주속계수(β₂=45。)
 

라. 축동력과 전동기출력 결정
송풍기가 공기량과 전압을 얻기 위한 이론공기동력은 식(5) 또는 식(6)과 같으며, 실제 송풍기에 요구되는 축동력은 송풍기의 효율이 포함되어야 하므로 식(7)에서
   ------------ (10)
로 된다. 축동력의 여유율은 송풍기의 용량에 따라 약간의 차이가 있으며 송풍기에 적용하는 전형적인 값은 <표1>과 같이 예시된다.
뒤쪽굽음깃 송풍기의 효율은 [그림17]에서 해당 비속도에 따른 효율을 예측하면, 효율이 80% 정도이므로 이를 이용하여 식(10)에서 축동력을 구하면
 
으로 계산된다.

<표1> 여유율

전동기 용량	여유율
20 kW 미만 20~60kW 미만       60kW 이상 소출력 엔진	0.25 0.15 0.1 0.15~0.25

전동기출력을 구하기 위해 <표1>에서 여유율을 0.15로 취하면 전동기 출력은
L₀ = 20.3(1+0.15) = 23.3 (kW)
가 되므로 전동기 출력은 25kW를 선택하면 된다.

Ⅴ. 송풍기의 제반 법칙

설치된 송풍기의 운전조건이나 송풍기의 크기 등이 변하였을 경우, 다른 운전조건 등에서의 성능을 예측하기 위해서 송풍기의 법칙을 적용할 수 있다. 송풍기의 법칙은 원심송풍기 또는 축류송풍기에 공히 사용할 수 있으며, 이는 비교되는 송풍기가 기하학적으로 모양이 유사하거나 같을 경우에 적용되는 상사법칙이다.

1. 회전수가 변하는 경우(법칙1)

사용중인 송풍기가 다른 외형조건의 변화없이 단지 임펠러의 회전수만 변경된다면 다음과 같은 관계가 성립되며, 이 경우 공기량, 정압 및 축동력은 다음과 같이 변한다.
○ 공기량은 회전수에 비례한다.
---------------------- (11)

○ 정압은 회전수의 제곱에 비례한다.
------------------- (12)

○ 축동력은 회전수의 3승에 비례한다.
------------------ (13)
이때 송풍기의 효율은 변하지 않으며, 전체 공기량 범위에 대한 유량비, 즉 운전점의 위치도 변하지 않는다.

2. 송풍기의 크기만 변하는 경우

송풍기의 모든 형상이 기하학적으로 상사되어 크기가 변할 경우에는 흡입공기량과 축동력, 정압등이 변하게 되며, 이 경우에는 임펠러의 원주속도가 일정할 경우와 회전수가 일정할 경우로 구분할 수 있다.

가. 원주속도가 일정할 경우(법칙2)
임펠러의 원주속도가 일정할 경우 공기량, 축동력, 정압 및 회전수는 다음과 같이 변한다.
○ 풍량과 축동력은 임펠러 직경비의 제곱에 비례한다.
------------- (14)

○ 정압은 변하지 않는다.
  ----------------------- (15)

○ 회전수는 임펠러직경에 반비례한다.
 ----------------------- (16)

나. 회전수가 일정할 경우(법칙3)
임펠러의 회전수가 일정할 경우 공기량, 정압 및 축동력은 다음과 같이 변한다.
○ 공기량은 임펠러직경비의 3승에 비례한다.
   -------------------- (17)

○ 정압은 임펠러직경비의 제곱에 비례한다.
   -------------------- (18)

○ 축동력은 임펠러직경비의 5승에 비례한다.
   ------------------ (19)

3. 이송공기의 밀도가 변할 경우

사용중인 송풍기가, 밀도가 다른 공기를 이송할 경우에는 다음과 같이 3가지의 법칙이 있다.

가. 공기량, 송풍기 크기, 회전수가 일정할 경우(법칙4)
공기량, 송풍기 크기, 회전수가 일정하고 단지 이송공기의 밀도변화만 있을 경우 공기량, 정압 및 축동력은 다음과 같이 변한다.
○ 공기량은 변하지 않는다.
------------------------- (20)

○ 정압과 축동력은 밀도에 비례한다.
 ---------------- (21)

나. 정압과 송풍기의 크기는 동일하고 회전수가 변할 경우(법칙5)
정압과 송풍기의 크기는 동일하고 이송공기의 밀도와 회전수가 변할 경우 공기량, 회전수, 축동력 및 정압은 다음과 같이 변한다.
○ 공기량과 회전수 및 축동력은 밀도비의 제곱근에 반비례한다.
  ------- (22)

○ 정압은 일정하게 유지된다.
  ------------------------ (23)  

다. 질량유량과 송풍기의 크기는 동일하고 회전수가 변할 경우(법칙6)
이송공기의 질량유량과 송풍기의 크기는 동일하고 이송공기의 밀도와 회전수가 변할 경우 공기량, 회전수, 정압 및 축동력은 다음과 같이 변한다.
○ 공기량, 회전수 및 정압은 밀도에 반비례한다.
  ------------- (24)

○ 축동력은 밀도의 제곱에 반비례한다.
   ------------------ (25)

Ⅵ. 맺는말

본 고에서는 송풍기에 관련된 기본적인 사항을 검토하였으며, 여기에서 논의된 송풍기의 형태에 따른 특성 및 용도, 송풍기에 관련된 용어, 외형결정방법 및 제반 관련법칙 등에 관한 사항은 송풍기를 취급하는데 도움이 될 것으로 생각된다.
본 고에서 예로 사용된 간단한 외형설계를 통해서는 송풍기 및 임펠러의 상세한 설계제원을 결정하기에는 부족한 점이 있지만, 송풍기를 사용하는 관련 엔지니어의 입장에서는 사용목적에 부합되는 송풍기의 개략적인 특성을 충분히 파악할 수 있을 것으로 판단된다.
송풍기를 선정하기 위해 먼저 개략적인 설계방법을 통해 해당 송풍기의 특성을 분석하여 사용목적에 적합한 송풍기를 선정하고 이에 의해 전동기 용량등을 적절히 선정한다면 불필요한 에너지낭비를 방지하고 송풍기 사용에 따른 산업체의 에너지 절감에 기여가 클 것으로 생각된다.
또한 기 사용중인 송풍기의 운전조건을 변경하던가 또는 새로운 송풍기에 대한 성능을 예측하기 위해 송풍기에 적용되는 각종 법칙을 적절히 적용하면 송풍기 운전 및 개수에 따른 불합리한 사항을 배제하여 송풍기를 효율적으로 운영할 수 있을 것이다.

※ 한국냉동공조기술협회발행 1993년 09월호