스크류냉동기의유지보수

[그림자]

Ⅰ.개요

점 대형화되어가고 있으며,보수 용이성과 설치면적을 적게하기위해 중,대형 반밀폐형 스크류압축기가 많이 개발되어 응용되고 있는 추세이다.

냉동기의 핵심 기기로써 사용되는 스크류압축기는 크게 Twin Screw형과 Single Screw형으로 분류되며 실제 응용분야의 대부분이 Twin Screw형을 채택하고 있다.일부에서는 터어보냉동기의 대체냉매 문제로 그 자리를 대신할 정도로 그 응용범위가 확대되고 있다.

스크류냉동기의 냉매로는 HCFC-22,HFC-134a,NH3가 주로 사용되고 있고, HCFC-22의 대체냉매를 적용하기 위한 준비들이 진행되고 있다.

본고에서는 이러한 스크류냉동기의 유지보수에 필요한 스크류압축기의 기본 소개와 그와 관련한 기술적인 내용을 언급하고자 한다.

Ⅱ.스크류냉동기

1.냉동사이클

스크류냉동기의 주요 부품으로써는 스크류압축기, 증발기, 응축기, 팽창변 및 유분리기, 유냉각기 등을 들수있으며, 그 대표적인 냉동사이클은 [그림1],[그림2]와 같다. 이와같은 스크류냉동사이클에서 특징있는 것은 압축기에서의 고저압 압력차 또는 유펌프에 의한 습동부 및 로터의 intermesh 공간내로 분사되어지는 다량의 윤활유는 압축가스의 냉각효과, 숫로터와 암롯터간의 간극에서의 누설방지 및 로터 밀봉선의 윤활을 형성하며 두 개의 로터와 케이싱에 형성되는 유막에 의한 밀봉으로 압축가스의 내부누설을 최소화시켜 압축효율을 증대시키게 된다는 것이다.

이러한 이유로 스크류냉동기 또는 압축기 자체에는 다량의 분사된 윤활유와 토축 냉매가스와를 분리시키기 위한 유분리기 및 압축열을 흡수하여 가열된 윤활유를 냉각시켜주기 위한 유냉각기가 설치된다.최근에는 공조용과 같이 실제 작동 압축비가 크지 않은 영역에서 별도의 유냉각기가 필요하지 않도록 로터 치형이 설계,가공된 압축기가 개발되어 사이클뿐만아니라 기기가 단순화된 스크류냉동기([그림 3])가 많이 사용되어지고 있다. 또한 -35℃ ~ -70℃ 영역에서 고효율을 나타내는 2단 스크류압축기를 이용한 저온유니트가 저온창고,급속동결 등에 널리 적용되고 있다.

스크류압축기의 로터는 정회전시 숫로터의 구동에 의한 암로터의 종동에 따르며 이러한 작동에 의해 치형간의 밀봉선이 결정되어지고 로터간의 마찰이 없도록 고려되는 것이 일반적이다.따라서 스크류압축기의 정지시 또는 오결선에 따른 비교적 긴 시간동안 역회전을 하게되면 접촉점이 아닌 부분에서의 마모 및 힘의 불균형에 따른 베어링 파손등의 하자 요인이 되므로 주의해야한다. 실제 냉동기에서는 이러한 역회전을 방지하기 위한 역상방지기가 설치되고 토출 냉매배관에 역지밸브를 갖추게 된다.

번호	명 칭	번호	명 칭		번호	명 칭	번호	명 칭
1	스크류콤프&오일세퍼레이터	4	팽창밸브		1	스크류콤프&오일세퍼레이터	5	OIL RECTIFIER
2	증발기	5	체크밸브		2	증발기	6	체크밸브
3	응축기	6	액분사장치		3	응축기	7	팽창밸브
					4	서지 드럼	8	후로트밸브
[그림 1] 건식증발기를 사용하는 스크류냉동기					[그림 2] 만액식증발기를 사용하는 스크류냉동기

[그림 3] 유냉각기가 없는 스크류냉동기

2.주요기기의 구조와 계통

가.스크류압축기

1.반밀폐형 압축기

근간 중,대형 냉동기에 널리 적용되고 있는 형식으로 신뢰성이 큰 밀폐형 2극전동기,일체화된 유분리기, 마찰손실을 최소화하기 위한 구름 베어링을 적용한 단순화된 반밀폐형 구조의 압축기는 칠러,브라인 쿨러,히트펌프, 콘덴싱유닛에 적용된다.

1)구조와 계통

[그림 4],[그림 5]와 같은 1단 반밀폐형 스크류압축기는 다음과 같은 구성을 하고 있다.

①압축기 본체부분은 한쌍의 스크류 로터,베어링 및 용량제어 계통으로 구성.

②밀폐형 전동기 부분은 고장자와 회전자,전원연결을 위한 단자 및 흡입가스 여과기로 구성.

③오일 분리기 부분은 Demister와 오일회수용 챔버로 구성.

[그림4] 1단반밀폐형 스크류압축기 구조

[그림 5] 1단 반밀폐형 스크류압축기 구조

위와 같은 압축기에서의 냉매유동을 보면 다음과 같다.1단 반밀폐형 압축기에서의 흡입가스는 흡입가스 여과기를 통과하여 전동기를 냉각시키고,전동기 부분을 통과한 냉매가스는 압축기구로 들어가 한 쌍의 스크류 로터에 의하여 압축되며 분사된 오일과 압축된 냉매가스는 혼합되어 오일 분리기로 들어가 유속 강화와 Demister에 의하여 오일이 분리된다.분리된 오일은 오일 분리기와 로터 케이싱의 오일 저장실로 모이게 되고 냉매가스는 토출구를 통하여 응축기로 보내지게 된다.

[그림 6]2단 반밀폐형 스크류 압축기 흐름

[그림 7] 스크류 압축기의 오일 유동

2단 반밀폐형 압축기에서의 냉매유동은 [그림 6]과 같다.흡입된 가스는 1단스크류 로터에 의해 압축되며 1단에서 토출된 압축가스는 중간냉각기(Inter Cooler)에서 열교환하여 증발된 냉매가스와 혼합되어 전동기를 냉각시키고 전동기를 통과한 냉매는 2단 스크류 로터에 의해 재 압축되어 유분리기로 들어간다.

오일의 유동은 [그림 7]과 같은 급유 계통을 갖는다. 오일 탱크로 회수된 오일은 오일 여과기를 통하여 용량제어 계통과 베어링으로 공급되며 공급된 오일은 베어리의 윤활 및 냉각을 한 후 스크류 로터의 흡입압력으로 들어가 로터 사이의 틈샐르 밀봉하게 된다. 용량제어 계통으로 공급된 오일은 그 유압이 이용되어진 후에 로터 케이싱의 저압측으로 회수되어 흡입 냉매가스와 동시에 로터의 흡입구로 흡입된다.

2)요량제어 시스템

일반적으로 스크류 압축기에는 15~100%의 용량제어를 위해 피스톤 밸브나 슬라이딩 밸브가 설치되어 있고 용량제어는 로터 케이싱에 위치하여 작동되는 밸브에 의해 흡입측으로 냉매가스를 바이패스시킴으로써 조절된다. 바이패스 영역은 유압으로 작동되는 피스톤에 의해 조절되며 코일스프링에 의하여 피스톤밸브가 용량감소 방향으로 밀려 조절된다. 따라서 로터 케이싱에 는 SLOT이나 띠모양의 빈 공간이 있고, 이러한 바이패스 구멍등을 통해 압축량이 조절되게 된다.

오일분리기에서 공급된 오일은 피스톤밸브의 오른쪽으로 공급되며 피스톤밸브양쪽간의 압력차에 의하여 피스톤밸브가 움직인다.오일계통에 설치된 3개의 전자밸브는 정확한 연속 용량제어에 이용된다. 이 연속용량제어 시스템의 상세는 다음과 같다.

기능	Sol1	Sol2	Sol3
증대	off	off	on
감소	on	off	off
유지	off	off	off
기동	off	on	off

◆초기 기동시

전자밸브2는 열리고, 1,3은 닫힌다. 이때 피스톤밸브는 오른쪽으로 움직이고 용량은 최소가 된다. [그림 8]의 공간에 흡입압력이 작용하고 반대편에는 토출압력과 스프링힘이 피스톤밸브를 오른쪽 방향으로 움직이게 한다. 이때 전자밸브3을 통한 오일 공급은 차단되어 있으므로 오일은 전자밸브2를 통하여 로터 케이싱이 흡입측(저압측)으로 회수된다.전자밸브2와 연결되는 계통에 모세관이 없기 때문에 짧은 시간내에 피스톤밸브는 최소부하조건으로 움직이게 된다.

[그림 8] 초기 기동시

◆용량 증가시

전자밸브3은 열리고,1,2는 닫힌다. 우측공간으로 전자밸브3을 통하여 오일이 공급되며 오일압력에 의하여 피스톤밸브가 왼쪽방향으로 이동하여 용량은 증가된다. 이때 모세관을 통하여 공급되기 때문에 용량은 서서히 증대한다.([그림 9])

[그림 9] 용량 중가시

◆용량 감소시

전자밸브1은 열리고,2, 3은 닫힌다. 우측공간의 오일이 전자밸브1을 통하여 로터케이싱 흡입측(저압측)으로 유입되므로 오일압력이 감소하여 피스톤밸브는 오른쪽방향으로 이동을 하며 용량은 감소한다.이때 모세관을 통하여 오일이 회수되기 때문에 용량은 서서히 감소한다.([그림 10])

[그림 10] 용량 감소시

◆용량 유지시

전자밸브1, 2, 3 모두가 닫힌다 .이때 우측공간에 공급된 오일은 그대로 유지되므로 피스톤밸브는 움직이지 않으며 용량은 일정하게 유지된다.([그림 11])

[그림 11] 용량 유지시

2.개방형 압축기

반밀폐형압축기에서와 같은 구동전동기가 제외된 [그림 12]와 [그림 13]과 같은 구조이며 별도의 전동기와 연결되므로 외부로 축단이 있고,축봉장치가 내장되어 있다.냉매 계통과 윤활유계통은 반밀폐형과 동일하며 축봉장치에는 종류가 많으나 대게 Mechanical Seal을 사용하고 있다.

[그림 12]1단 개방형 스크류 압축기 구조

[그림 13] 2단 개방형 스크류 압축기 구조

나.증발기

냉동기용 증발기로써 주로 Shell & Tube식 증발기가 많이 쓰이고 최근에 들어 판형열교환기도 채용하고 있다.Sell & Tube식에는 만액식과 건식 등이 있으며 열교환기 형식에 따라 냉매 조절기구를 달리하고 있다.

건식 증발기는 전열관내부로 냉매가 순환하며 Shell과 전열관 외면으로 냉수 또는 Brine이 순환하는 일반적인 형태이다.

이에 반하여 만액식 증발기에서는 냉수 또는 Brine이 전열관내부로,Shell과 전열관 외부에는 냉매가 유동되며 많은 양의 액냉매를 항상 증발기내에 보유하고 있으므로 부하변동이 심한 장소와 많은 부하가 필요로 하는 장소에 적합하다. 만액식증발기는 대개 열교환기,기액분리기, 오일 회수기, 자동 팽창밸브등으로 구성된다. 각 기기의 특징을 보면 다음과 같다.

1.열교환기

냉수 혹은 브라인을 설정온도까지 냉각하는 경우 혹은 폐열원으로부터 흡열하는 경우 대개 쉘엔드튜브 열교환기를 많이 사용하고있다.부수적으로 플로우트형 파이롯트밸브(SV)와 연결되는 부분은 거품이 생기지 않고, 액상태로 유지되어 증발기의 순수 액면을 잘 감지할 수 있는 위치여야하며, 오일 회수기와 연결되는 곳은 오일이 가장 많이 잔존하는 위치이고 기액분리기는 분리되는 오일이 모이도록 2중 구조로 되어 있다.

2.기액분리기

열교환기에서 냉매가 과격하게 비등하는 경우 냉매가스와 함께 냉매액이 압축기로 흡입되어서 발생할 수 있는 문제를 사전에 예방하는 기구로 액냉매와 오일을 회수하여 증발기의 열교환기와 연결된 오일 회수기로 효율적으로 유동될 수 있는 구조로 되어 있으며 열교환기 상부에 위치한다.

3.오일회수기

대개 압축기 출구에 설치되어 있는 유분리기에의해 오일이 대다수 분리되어 유냉각기를 거쳐 냉각된 오일이 압축기로 재차 공급된다.그러나 분리되지못한 미소량의 오일이 응축기를 지나 증발기로 냉매와 함께 혼입된다.

건식증발기에서는 냉매가스의 속도에 의해 관내에 고여진 오일은 압축기로 유입되기 때문에 자동적으로 회수가 되나 만액식에서는 냉매가스만 기화하여 압축기로 흡입되기 때문에 장시간의 운전경과후 증발기 내부에 오일이 상당수 고이게 되어 운전 불가능 상태(저압강하,능력부족,유압강하,베어링마모 등)까지 될 수가 있으므로 필히 오일을 회수해야한다.

이 장치에서의 오일 회수기는 오부 열원이 아닌 고온의 응축액과 열교환시켜 증발기에서 보내지는 저온의 냉매와 오일의 혼합체에서의 냉매증발로 인한 오일포밍을 유도하여 압축기로 흡입시킴으로서 오일을 회수하는 장치이다.

다.응축기

응축기로쓰이고 있는 일반형태로는 Shell & Tube 타입의 수냉식 열교환기와 Fin-coil 타입의 공냉식 열교환기 및 Evaporative응축기 등이있다.

라.팽창밸브

일반적으로 조온식 팽창밸브가 쓰이고 있으나 만액식의 경우 플로우트 팽창밸브는 액면상에 뜨는 플로우트가 액면의 상,하 변동에 따라 밸브시트를 개폐하여 액면을 제어하는 일종의 자동팽창밸브이다.

따라서 만액식 증발기의 액면제어 즉 액을 일정하게 보내주는 자동기기로 많이 사용된다.이러한 형식의 밸브는 증발기 액면의 변동에 따라 밸브가 개폐되는 구조로 되어 있으며 응답속도가 비교적 빠르다.

파이롯트형 플로우트 팽창밸브는 크게 2가지의 부속기기로 구성되어 동작되는데 부속기기는 파이롯트 전자밸브, 플로우트형 파이롯트 밸브로 구성된다.

1.플로우트형 파이롯트밸브(Floating Type Pilot Valve: SV)

만액식(자연순환식)증발기의 Shell의 중심선에 설치되는 SV는 증발기내의 액면을 유지하는 역할을 하며 일명 Liquid Level Requlator로 칭하기도 한다. 증발기에 부하가 작용하고 있을 경우는 Sell내부는 거품화되기 때문에 일정한 액면을 유지하기 어렵다. 이것을 SV와 증발기 사이에 별도의 배관을 설치하여 거품에 따른 냉매액면에 의해 SV작동상에 영향을 받지않도록 해야한다.

2.파이롯트식 전자밸브(Pilot Type Solenoid Valve : PMFL)

파이롯트와 밸브로 구성되며 파이롯트에 부착된 Holding Coil에 의해 밸브의 개폐가 이루어진다.플로우트가 내장된 SV는 내부액면이 내려가면 플로우트와 연동되는 오리피스가 열리게되고 이때 Servo Piston을 가로지르는 압력 Ps가 감소하여 밸브가 열리게 되고 이때 응축기로부터 액냉매가 만액식 증발기로 보내지게 된다.

마.기타 기기

1.오일히터

오일히터는 압축기 오일챔버내에 설치되며 압축기 정지중 냉매가 윤활유에 용해되는 것을 방지하기 위하여 윤활유온도를 30 ~40℃로 일정하게 유지하도록 한다.

2. 고저압 압력 스위치

고저압 압력 스위치는 흡입압력 또는 토출압력이 비정상적으로 운전될 경우 압축기를 정지시키는 보호장치이다. 흡입압력이 설정치보다 낮거나 토출압력이 설정치보다 높을 경우 압력스위치동작에 의해 압축기를 정지시킨다.

3.안전밸브

안전밸브는 고저압 압력스위치의 불완전한 작동으로인해 비정상적으로 토출압력이 높아질 때 냉매를 방출해서 압축기를 보호한다. 화재나 다른조건으로 인해 압축기의 온도가 비정상적으로 가열 될 때도 냉매를 방출한다. 토출압이 설정압력에 도달하면 안전밸브는 열리기 시작하고 설정압력보다 약 0.5㎏/㎠높은 압력에서 완전히 열린다. 토출압력이 설정압력 이하로 떨어지면 안전밸브는 닫힌다.

Ⅲ.스크류 냉동기의 유지 관리

1.냉동기의 운전

냉동기를 운전할 때에는 장치 각부의 구조,배관계통, 전기결선 취급방법은 잘 이해하여야 하며 운전 조건과 부대 설비에 대해서도 확실히 파악해 두어야 한다.

2.운전관 점검

냉동기의 안정된 운전을 위하여 주의하여야 할 사항중,장치 각부의 상태와 현상,그리고 그 원인은 다음과 같다.

냉동기의 성능이제대로 발휘하도록 각 기기의 운전상태가 균형되게 운전 조정이 필요하며 냉동기 운전중 일어나는 현상은 여러 가지원인이 중복되어 일어나는 경우가 많다. 운전조정이나 고장진단에는 이러한 현상을 잘 규명하여 적절한 조치를 취하는 것이 중요하다.

1.흡입가스 압력(증발온도)

흡입가스압력은 배관 등의 저항과 스트레이너 등의 저항으로 증발압력보다 조금 낮으며,증발기의 상태,팽창변의 조절상태 등에 의해 변화한다.

흡입가스압력의 강하는 압축비의 증대로 체적효율이 저하하여 냉동능력을 감소시키며 이 영향은 토출가스압력 상승의 경우보다 크다. 이것은 흡입증기의 비체적이 작아짐으로써 이로 인해 냉매순환량이 적어지기 때문이다.

증발기는 냉동장치의 종류에 따라 그 구조,피냉각물 온도 등의 조건이 다르며,증발압력은 피냉각물의 냉각온도에 의해 결정된다.냉매의 증발온도와 냉각온도와의 온도차는,증발기의 용량과 관계가 있다. 이 온도차를 적게하면 증발압력을 높게 운전할 수 있고 가능한 한 증발온도(압력)는 높게 유지하는 것이 필요하다.

흡입가스압력을 미리 정해진 설계조건보다 저하시키는 원인은 다음과 같다.

①피냉각물의 온도가 내려갔을 때(부하의 감소)

②팽창변 조절이 작게 되었을 때(냉매유량의 감소)

③냉매의 부족(냉매유량의 감소)

2.토출가스압력(온도)

압축기의 토출가스압력은 배관 등의 저항에 의해 응축압력보다 조금 높으며,응축기의 냉각수량(냉각풍량),수온(공기온도)에 의해 변화한다. 즉, 냉각수량의 증가,수온의 저하에 의해 토출가스압력은 저하되며,역의 경우는 상승한다.

토출가스의 온도상승은 압축기구 등을 과열시켜 체적효율을 감소시킬뿐만아니라 ,윤활유를 분해 열화시켜 베어링 및 실(Seal)재를 손상시킨다.

특히, 암모니아는 프레온계 냉매에 비해 비열비(Cp/Cv)가 크기 때문에 동일 흡입가스온도,증발온도,응축온도에서 운전하여도 토출가스온도는 수십도 정도 높게 된다. 일반적으로 압축기와 유분리기사이의 배관상의 온도를 표면온도계 등으로 측정하였을 때 토출가스 측정온도는 응축온도보다 최소한 20℃ 높아야 하며 유냉각기를 부착한 장치에서는 120℃보다 높아서는 않되며 액분사장치를 갖고있는 장치에서는 90℃보다 높아서는 않된다. 실제 토출가스온도는 표면온도계에 의한 측정치보다 약 10℃정도 높다는 것을 알아둘 필요가 있다.

3.유분리기상태

유분리기는 운전 중에 유를 분리해서 압축기의 오일챔버로 반유하는 구조로 되어있기 때문에 유면에 주의하여 반유의 상태를 점검하여야 한다.

유분리기는 운전중에는 온도가 높게 유지되어야 한다. 만약, 유분리기에서 토출가스가 냉각되어,여기서 응축하게 되면 플로우트밸브가 팽창변의 역할을 하여, 교축된액냉매에의해 반유관이 냉각되어 결로되게 된다.

이렇게 되면 오일챔버내의 윤활유가 포-밍을 일으켜 급격히 감소하게 되며 또 유가 희석되어 윤활작용을 저해한다. 이런 현상은 기계실의 온도가 내려가는 동절기에 일어나기 쉽다.

4.유냉각기 냉각수 온도 및 유량조정

유냉각기로부터 압축기로 흐르는 윤활유의 온도를 표면온도계로 측정하여 NH₃인 경우 그 온도가 40~60℃, R-22인 경우 40~60℃, R134a인 경우 40 ~80℃ 범위내로 유지되도록 냉각수량을 조정한다. 가장 적절한 윤활유 온도는 응축온도보다 약 5℃ 높은 온도라 할 수 있다.

5.응축기의 상태

적당한 응축압력(토출가스압력)을 확보하기 위해 냉각수량,수온을 점검하여 냉각관의 청결을 유지하는 것이 중요하다. 냉각관의 냉매측 표면은 윤활유가 부착되면 전열작용을 방해하므로 유분리기의 점검도 필요하다.

응축압력이 적당히 낮은 것은 그만큼 냉동효과가 크게 되지만, 극단적으로 낮으면 팽창변에서 충분한 유량을 확보하지 못해 결과적으로 냉동능력이 저하한다. 공냉식 응축기를 동절기에 운전하는 경우에는 팬의 회전수를 조절하든지 응축압력조절변 등을 설치하여 응축압력을 어느정도 높게 유지할 필요가 있다.

6.액압축

스크류압축기는 그 압축원리상 어느정도의 액압축을 허용하지만 다량의 냉매액이 압축기구로 흡입되면 액체는 비압축성 유체이므로 큰 압력이 발생하여 급격한 충격음과 진동을 동반하며,심하면 베어링파손이나 압축기의 스크류로터축이 파단되기도 한다. 이러한 현상은 다음과 같은 조건일 경우에 일어나기 쉽다.

①흡입관의 도중에 트랩 등 유나 냉매액이 모이기 쉬운 곳이 있으면 여기에 서서히 이들이 쌓여 일시에 압축기로 흡입된다.

②운전정지시, 액밸브를 완전히 잠그지 않으면 저온부의 증발기에 다량의 액냉매가 쌓여,다음시동시 일시에 압축기로 흡입된다. 이러한 상황이 발생할 우려가 있는 경우에는 시동시에 흡입밸브를 잠근 상태에서 시동하여 서서히 개도를 증가시켜 급격한 흡입을 피한다. 또 자동운전에서는 팽창변 앞에 전자변을 설치,정지전에 미리 전자변을 폐쇄하여,저압부의 냉매를 회수한다.

③급격한 부하변동에 팽창변이 대응하지 못할 때

④팽창변등 냉매제어변의 개도를 급히 크게한 경우,증발기에서 냉매액이 완전히 증발하지못하고 액상태로 압축기에 흡입된다.

7.금속편,먼지 등이물질의 혼입

냉매계통에 이물질이 혼입되면, 이들이 냉매와 함께 장치내를 순환하며,장치에 다음과 같은 악영향을 미친다.

①팽창변 등 좁은 냉매통로에 쌓여 안정된운전을 할 수 없다.

②베어링,용량제어장치,전자변 등에 이물질이 부착하여 마모의 증가,발열 등의 장애를 초래한다.

③개방형 압축기에서는 축봉장치에 오염된 윤활유가 공급됨으로써 Seal면은 손상되여 냉매가스의 누설을 일으킨다.

④밀폐압축기를 사용하는 프레온 냉동장치에서는 ,냉매 중에 이물질이 혼입되어 전지 절연성능을 나쁘게 하고 전동기를 소손(燒損)시키는 경우가 있다.

8.수분의 영향

냉매계통에수분이 들어오면, 암모니아 냉동장치에서보다 프레온 냉동장치에서 특히 그 영향이 크다.암모니아는 수분의 용해도가 크지만,프레온은 용해도가 작아 용해량이 한도를 초과하면 수분은 냉매와 분리되어 존재하며,다음과 같은 장애를 일으킨다.

①팽창변에서 수분이 동결되어 운전불능상태를 초래한다.

②윤활유의 일부를 유화(油化)시켜,윤활성을 저해한다.

③냉매계통중에 염산,불화수소산을 생성시켜 이들 산(酸)이 금속부,특히 압축기의 베어링,축봉장치 등의 주요부를 손상시킨다.

④냉매중에 혼입하여,밀폐형 압축기의 전동기 소손사고를 일으킨다.

이와같은 수분에의한 악영향을 방지하기위해 냉동장치중에 수분이 침입하지 않도록하는 것이 중요하며,수분의 침입경로와 방지대책은 [표 1]과 같다.[표 2]는 스크류냉동기의 일반적인 이상 운전시의 진단과 대책을 나타낸다.

[표 1] 수분침입 경로와 대책
수분의 침입경로	방 지 대 책
기밀시험 매체로 공기를사용한 경우 공기와 함께 수분이 계통내로 침입.	충분히 건조한 불활성가스(질소 등)를 사용.공기를 사용할 때는 충분한 용량의 드라이어를 통한 공기를 사용하며,진공건조를 충분히 시킨다. 특히, 공기는 주위 온도가 5℃이상일 때만 사용.
냉매계통의 개방(수리 등) 흡입가스압력이 진공인 경우 공기와 합께 침입(누설개소를 통해)	개방한 계통을 복구할 때 공기 퍼지를 충분히 실시(진공펌프사용) 누설개소를 수리하여,가능한 한 진공운전을 피한다.
전열부의 확관부 누설 및동파에 의한 냉수 냉각수 침입	주기적인 점검과 동절기 동파가 일어나지 않도록 드레인 관리

[표 2] 이상운전시의 진단과 대책
현 상	원 인	대 책
1.압축기 전동기의 전동기 보호용 계전기의 작동	전압의 이상 상승이나 이상강하 또는 전압의 불균형	냉동기로의 배선상황을 조사하여 조치한다.(규정 전압 ±10%이내
	전자접촉기 불량에 의한 단상운전.전동기의 불량	전자접촉기를 고치거나 교체한다. 반밀폐형의 경우 전동기가 소손된 경우에는 전동기 교체 및 냉동사이클을 청소하며 ,개방형의 경우 교체한다.
	압축기의 단속운전	자동제어 기기와 배선을 점검한다.
2.저압측 압력이 높다.	고압측압력이 높음	본표 5항 참조
	팽창변의 지나친 열림	흡입가스 과열도가 5~10deg로 되도록 팽창변의 개도를 조정한다.
	냉수의 온도가 높거나 수량이 많음	냉수량을 줄여 운전한다. 필요하면 열부하의 상황을 검토하여 조치한다.
3.저압측 압력이 낮다.	냉매액 출구밸브의 불충분한 열림	밸브를 연다.
	냉매관 막힘	액배관용 필터와 배관을 조사하여 장애물을 제거
	팽창변 막힘	팽창변을 온수로 가열하여 냉매가 통과하면 수분에 의한 막힘이므로 드라이어를 부착하여 수분을 제거한다.
	냉매량 부족함	가스누설을 점검하여 조치한 후 보충
	냉동사이클내의 윤활유가 많음	윤활유를 추출.
	냉수(브라인)의 유량이 적거나 온도가 낮다.	유량을 증가시키거나 온도를 조사
	냉각기에 스케일 부착 또는 적상됨	수냉각기를 청소 및 공냉식 열교환기 제상
	팽창변과열도가 적음	흡입가스의 과열도가 5~10deg로 되도록 팽창변의 개도를 조정
	고압측 압력이 낮다.	본표 (6)항 참조
4.압축기가 과열된다.	압축기 윤활유 분사의 불량	유압이 낮을 때는 본표(7)항을 참조
	베어링 및 축수부 과열	취급설명서에 준한 압축기내 베어링 분해 교체
	고압압력이 높음	본표(5)항 참조
	흡입가스온도가 높음	저압측 압력,팽창변개도를 조사하여 조치
	전동기의 과열	본표(1)항을 참조
5.고압측 압력이 높다	응축기내의 공기 또는 불응축가스 혼입	공기 또는 불응추가스를 방출
	응축기용 냉각수의 온도를 높이거나 수량이 적다. 통풍불량	냉각수량의 증가 및 냉각탑의 능력을 조사하여 조치. 공기통풍 여유를 확보.
	응축기의 냉각관(냉각핀)에 스케일이 부착되어 있다.	스케일을 제거
	냉매량 과다	냉매 추출
	응축기 냉매가스 흡입밸브의열림불량	밸브를 연다.
6.고압측 압력이 낮다.	응축기의 냉각수량이 많거나 수온이 낮다.	수량을 늘린다. 수온을 제어
	냉매량 부족	가스누설을 조사하여 조치
7.윤활유상태의 부적합	냉매가 액상태로 유면계 내측에 혼입됨	1.전원이 투입되지 않은 경우에는 전원 투입 2.팽창변 개도를 조정.본표(2)항 참조 3.시동시에 유면 냉측에서 오일포밍이 일어나면 압축기 정지시 오일히타가 동작하지 않으면 오일히타가 단선이이므로 오일히타 교체 또는 전자접촉기 접촉점검
	윤활유의 부족	윤활유를 보충
	오일스트레이나의 막힘으로 압력강하가 큼	오일스트레이나를 청소
8.유분리기의 유면이 낮다.	오일히타의 고장	오일히타교체
	냉매액과 혼입되어 분사됨	팽창밸브를 재조정
	NH3용 압축기의 필터가 막힘	필터청소 및 교환
9.각부위에서 이상음 발생	설치 및 조립불량	방진고무등의 설치를 확인하고 각부 볼트등의 풀림을 조사하여 조치
	전자변에서의 전자음 발생	전자변 교체
	압축기 베어링에서의 이상음 발생	장시간 운전이 아닌 경우 유분사에 문제가 있으므로 유계통 조사 및 심한 경우 베어링 교체
10.용량제어기구가 작동을 하지 않는다.	온도조절기의 고장	교체
	전자변 단선	교체
	유압이 낮다	보표(7)항 참조
	모세관 막힘	모세관청소
11.안전변 작동	고저압 압력 개폐기가 동작하지 않는다.	고저압 압력개폐기 교체
	안전변의 작동압력이 낮다.	안전변 교체
12.압축기가 운전되지 않는다.	배선간의 단선 및 배선의 어스	회로도를 참조하여 단락된 부위 보완 및 누전부위 수정
	압축기용 전동기의 고장	전동기의 절연저항,배선간 저항을 조사. 반밀폐형의 경우 전동기가 소손된 경우는 반드시 냉동사이클을 청소한다.

3.스크류냉동기의 보수 점검

가. 냉동기를 위한 표준 점검

1.일일점검

다음과 같은 항목을 점검하고 결과를 점검기록표등에 기록한다

* 스크류 압축기 이상소음 및 진동,응축기 압력,각 부위별 온도,전압,운전전류,유면상태 윤활유의 점검은 오일챔버내의 윤활유가 정상적인 색깔인지,어떤원인이든지 윤활유의 성질상 심각하게 오염되었다고 판단되면 윤활유샘플을 채취하여 병에 담아 조사를 하여야 한다. 이때 주의하여야 할 사항은 샘플을 채취한 뒤 윤활유속의 냉매를 완전히 증발시키기위해 몇시간정도 뚜껑을 열어놓은 상태로 방치하여야 한다. 그렇게 하지않을 경우 병이 폭발할 위험이 있다.

윤활유를 분석하기 전에 밀봉된 병을 일주일정도 가만히 세워두어야 하며 간단한 분석은 윤활유의 색깔, 냄새,점도로서 확인할 수 있고, 사용치않은 윤활유와 비교,검토해야 한다. 아울러 전산가도 확인해야 한다.

▷색깔 : 사용할수록 검게되나 너무 검거나 암갈색으로 퇴색되어서는 않된다.

▷냄새 : 광물성 윤활유인 경우 특히 온도가 올라가면 산성으로 변하여 성분이 파괴될 수 있다. 따라서 산성의 냄새가 나는지 신선한 윤활유와 비교하여야 한다.

▷전산가 : 전산가는 윤활유1그램안에 산을 중화시키는데 필요한 KOH의 양을 표시한 것으로 윤활유가 적절하게 윤활되고 신뢰성이 있는 운전이 되기 위해서는 산성치가 0.06㎎ KOH/g 미만이어야 한다. 대규모 냉동장치를 사용하는 곳에서는 색깔 지시시험에 의해 프레온장치내의 산성도를 알 수 있는 설비가 있으나,그렇지않다면 가까운 화학연구소에 의뢰하면 더욱 정확한 값을 얻을 수 있다.

2. 월간 점검

다음의 안전 및 보호장치를 점검하고 필요시 교체하고 냉매누설을 확인한다.

▷오일필터,안전밸브,압력스위치(고,저압),온도스위치용센서, 토출온도제어용 써모스탯,단수릴레이,주요 지시계 및 기록계,휴즈 등

3.반기 점검

다음의 계기들을 점검하며 NH3를 사용하는 압축기에서는 운전후 5,000시간 경과후 유분리기의 필터를 교환해 주어야 한다.

나.표준 분해 점검 내용 및 주기

[표 3] ,[표4]는 표준 분해 점검 내용 및 주기의 대표적인 예로써 이는 제조처마다 다르므로 확인 ,적용토록 한다.

[표 3]
구분	시간 또는 주기		실시 항 목	비고
	시간	주기
일상점검		매일	운전상황(압력,온도,전압,전류)기록
정기점검		시운전후 1개월,3개월	윤활유의 점검 및 오염상태에따라 교환	전산가가 0.06㎎ KOH/g이상이거나 오탁도10ppm이상이면 교환
	3,000시간	6개월	압력계점검
	6,000시간	1년	안전장치,보호장치의 작동시험
	12,000시간	3년	언로드 피스톤 링 점검
	28,000시간	6년	압축기 분해점검 및 부품점검
비고	어느쪽이나 짧은쪽을 기준		용도,사용조건에 대응하여 개별적인 작업항목을 추가할 필요가 있다.

주)베어링의 수명은 윤활유의 오탁도(10ppm기준)에 의해 상기치의 1~1/3배의 범위로 단축되는 경우가 있으므로 1항과 같은 윤활유 점검기준에 준하여 관리하는 것이 좋다.

[표 4]
		점검 교환 시간 또는 주기(최소치)						비고
				3,000시간	6,000시간	12,000시간	28,000시간
		1개월	3개월	6개월	1년	3년	6년
		안전장치,보호장치 작동시험
1	압력계			◎
2	고압스위치,보호장치				◎
3	오일히타				◎
4	안전변				◎
윤활유 점검교환 등								전산가 및오탁도 기준
5	냉동기유	◎	◎
6	흡입스트레이나,오일스트레이나		◎	◎
		압축기 분해
7	테프론링 1식					●
8	베어링						●
9	로크너트(너트풀림방지)						●
10	로타						◎

주)1. ◎ : 점검하여 이상이 있으면 교환 ●: 부품교환

2. 본표는 운전상황이 양호하고 운전기록등이 완비되어 있을 경우에만 적용한다.

3.보다 상세한 사항은 압축기 매뉴얼을 참조하여야 한다.

다. 부품 교체

스크류압축기의 분해점검시 베어링등의 부품은 필히 교체하는 것이 좋으며 대부분 스크류숫로터와 암로터의 교체는 권장하지 않지만 냉동용량의 유지와 소음,진동의 억제를 포함한 스크류 압축기의 전반적인 성능을 유지하기위하여 스크류 로터의 교체를 실시할 수 있다. 그 허용기준은 제조처에 따라 다르며 반드시 확인한 후 실시하는 것이 바람직하다.

라. 분해 점검시 준비 사항

냉동기에서 스크류압축기를 분리시킬 때 압축기 개방후 24시간이상 대기중에 방치하지 않도록 유의하여야 하며 24시간이상 방치할 경우에는 부식 및 이물질의침입을 방지하기 위하여 압축기의 입출구를 닫고 부품들은 냉동 오일속에 담가두어 녹을 방지토록 하며, 1주이상 방치할 경우에는 압축기 내붕에수분을 제거하기 위한 진공작업을 실시한 후 냉매를 충진하여 보관할 필요가 있다. 분해점검을 시작하기 전에 안전을 위하여 다음과 같은 준비작업을 한다.

1.펌프다운 또는 냉매 방출

스크류압축기의 보수나 부품교체를 위하여 유니트에서 압축기를 분리하기 전에 펌프다운을 실시하여 응축기나 수액기로 냉매를 보내고 펌프다운이 불가능할 때 대기중에 냉매를 방출시킨다.압축된 냉매가 남아있는 냉동사이클은 바로열지말고 냉동 사이클의 압력이 대기압과 같은가를 확인하고 개방시킨다.

다음의 세가지 방법이 추천된다.

스크류압축기가 작동할 수 있을 때 다음 과정에서 제시된 것처럼 펌프다운을 실시하여 응축기나 수액기로 냉매를 보낸다.

①스크류압축기가 정상온도가 될 때까지 시스템을 운전하거나 적어도 10분이상은 운전한다.

②응축기나 수액기의 액냉매 토출밸브를 잠근다.

③흡입압력이 0.5㎏/㎠G(게이지압력)에 도달될때까지 계속해서 시스템을 운전한다.

④응축기나 수액기의 가스 흡입밸브를 잠그고 압축기를 정지시킨다.

⑤몇분 후에 흡입압력이 0.5㎏/㎠G(게이지압력)이상으로 증가한다면 응축기나 수액기의 가스흡입밸브를 열고 압축기를 다시 운전한다.

⑥흡입압력이 게이지압력으로 0.5㎏/㎠G가 유지될 때까지 이 과정을 반복한다.

2.냉매회수기 사용시

스크류압축기가 작동하지 않거나 냉동사이클이 냉매를 저장할 충분한 공간을 갖추지 않았을 경우에 다음 과정에 제시된 것처럼 냉매회수기를 사용하여 압축기 내부의 냉매를 제거한다.

①냉동사이클의 모든 밸브를 잠근다.

②스크류 압축기토출측에 냉매회수기를 연결한다.

③스크류 압축기 흡입, 토출측의 압력이 0㎏/㎠G에 도달 할 때까지 냉매회수기를 운전한다.

④냉매회수기의가스 흡입 밸브를 잠그고 운전을 멈춘다

◈ 주의사항

냉동사이클 내부가 진공상태일 때는 절대로 내부가 대기중에 노출되지 않도록 하여야 한다. 만일 분해점검 등의 작업을 위해 사이클의 개방이 불가피하다면 액냉매 토출밸브를 서서히 열어 냉매가스가 유입되면 흡입압력은 대기압이상으로 서서히 증가할 것이다. 이작업은 냉동사이클을 개방할 때 수분,먼지 등과 같은 이물질들이 냉동사이클로 침입되는 것을 막기 위함이다.

3.냉매 대기 방출시

스크류압축기가 작동되지 않거나 냉매회수기를 사용할 수 없을 때 다음과 같이 압축기 내부의 냉매를 대기중으로 방출시킨다.

①냉동사이클의 모든 밸브를 잠그고 압축기 저압측의 게이지밸브에 배관된 저압 게이지용배관을 분리시킨다.

②준비한 동파이프나 고무호스를 연결하여 배관의 반대쪽이 외부(실외)로 나가도록한다.

③게이지밸브를 열어 압축기내의 냉매를 배출시킨다.

④압력게이지로 압축기내의 압력이 0㎏/㎠G에 도달하였는지 확인한다.

◈주의사항

많은 량의 냉매를 밀폐공간으로 절대 방출시키지 않도록 한다. R-22인 경우 공기보다 무겁기 때문에 밀폐된 공간이나 지하실에서는 성층화되어 질식될 수 있으며,400℃이상의 온도 및 화염에 접촉하면 열분해를 일으켜 맹독성가스인 포스겐(COCL2)가스와 불화수소(HF)를 생성시키기 때문에 냉매가스가 방출된 밀폐공간에서는 화기사용을 절대 금지해야 한다. 만일 화기사용이 필요하면 별도 환기 시설을 이용하여 밀폐공간의 냉매가스를 외부로 배출시킨후 사용토록 한다.

2.분해 조립

분해작업은 각 압축기의 분해 순서에 따라 깨끗한 장소에서 실시하고 기준을 벗어난 부품들을 신품으로 교체한 후 재 조립하여 보수토록 한다. 특히 로터의 조립시 토출측틈새를 확인하여 틈새 조절용 와셔나 가스켓을 사용하여 권장 틈새 범위내에 있도록 한다.

마. 보수 정비 기준

스크류압축기 및 주요 기기가 본래의 성능이 유지되도록 기본적인 보수 정비 기준서 등을 참조하여 수시로 보수 정비를 하영야 한다.

Ⅳ.결 언

공조 및 산업현장에서 운전되고 있는 각종 스크류냉동기의 유지 관리는 효율적인 운전과 기계 수명연장에 크게 영향을 주므로 무엇보다도 수시 점검과 정해진 방법과 기간에 교체하여야 할 주요 부품을 교체하는 것이 바람직하다. 스크류냉동기는 특징상 다량의 윤활유 분사과정이 있으므로 특히 윤활유관리에 주의를 기울여야 베어링과 압축기구의 수명이 연장될 수 있다. 본고에서는 유지관리에 관한 일반냉동기에 관한 기본적인 내용을 포함한 스크류냉동기에서 특별히 관리되어야 할 사항을 일부 언급했지만 스크류냉동기의 유지관리 실무에 조금이나마 도움이 되었으면 한다.

[어리버리짱]

유용한정보 감사합니다.