송풍기의 종류 / 특성 / 사양 조절법

[그림자(朴 鉉求)]

 송풍기의 종류

1. 배출압력에의한 분류

    일반적으로 송풍기는 압력에 따라 저압용 팬(Fan)과 고압용 블로어(Blower)로 구분합니다.
     

송 풍 기		압 축 기
FAN	BLOWER	COMPRESSOR
1000mmAq미만  (0.1kg/cm²미만)	1,000∼10,000mmAq미만  (0.1kg/cm²∼1.0kg/cm²미만)	10,000mmAq이상  (1kg/cm²이상)

   ->  Aq : Aqua(희랍어로 물이란 뜻입니다.)

     1 mmAq = 1 kg/m²
     1 mmHq = 13.6 mmAq

 2.  날개(BLADE)의 형상에 따른 분류

      기체의 수송 및 압축작용을 하는 회전날개의 형식에따라 송풍기는 다음과 같이 구분합니다.

      <1> 날개의 형식에 의한 분류

           1. 팬(FAN)

              1) 원심형
                * 후곡형 ---- TURBO FAN

                   날개(BLADE)의 끝부분이 회전방향의 뒤쪽으로 굽은 후곡형으로  (a)와 같이 날개가
                   곡선으로 된 것과, (b)와 같이 직선으로 된 것이 있습니다. 후곡형은 효율이 높고
                   고속에서도 비교적 정숙한 운전을 할 수 있는 것으로 터보형 송풍기(TURBO FAN)에
                   적용 됩니다.

		(a)
		(b)

                * 익형   ---- AIR FOIL, LIMIT LOAD FAN
                   
                  후곡형과 다익형을 개량한 것입니다. (a)는 익형 송풍기로, 박판을 접어서 유선형의
                  날개를 형성했습니다. 따라서, 고속회전이  가능하며 소음이 적습니다. (b)는 날개를
                  S자 모양으로 구부린 것으로 리미트로드팬(LIMIT LOAD FAN)이라 합니다. 다익형은
                  풍량이 증가하면 축동력이 급격히 증가하여 오버로드가 됩니다. 따라서, 이를 보완한
                  것이 익형, 또는 리미트로드형입니다.               

		(a)
		(b)

                * 방사형 ---- PLATE FAN

                  방사형의 날개로서 평판으로 되어 있습니다. 방사형은 자기청소(SELF CLEANING)의
                  특성이 있습니다. 분진의 누적이 심하고이로 인해 송풍기 날개의 손상이 우려되는 공장용
                  송풍기에 적합합니다. 그러나, 효율이나 소음면에서는 다른 송풍기에 비해 좋지 못합니다.

                * 다익형 ---- SIROCCO FAN
                  
                  날개의 끝부분이 회전방향으로 굽은 전곡형으로 동일 용량에 대해서 다른 형식에 비해
                   회전수가 상당히 적습니다. 동일 용량에 대해서 송풍기 크기가 적고, 특히 팬코일유닛
                   (FCU)에 적합하며, 저속덕트용 송풍기로 다익형송풍기(SIROCCO FAN)라 합니다.

                * 관류형 ---- TUBULAR FAN

                   관류송풍기(TUBULAR FAN)로 회전날개는 후곡형이며, 원심력으로 바져나간 기류는
                   그림에서와 같이 축방향으로 안내되어 나갑니다. 관류송풍기는 정압이 비교적 낮고,
                   송풍량도 적은 환기팬으로 옥상에 많이 설치됩니다. 이를 응용한 DUCT IN LINE FAN도 있습니다.

	(b) Roof fan
(a) cen, Roof	(c) Duct in line fan

              2) 사류형

              3) 축류형 - AXIAL FAN
                * 프로펠러형
                * 튜브형
                * 베인형

                 (a)와 같이 프로펠러형의 브레이드가 기체를 축방향으로 송풍합니다. 축류송풍기는
                 낮은 풍압에 많은 풍량을 송풍하는데 적합합니다. 덕트시스템이 없고, 공기 기류에
                 대한 저항이 적은 경우인 환기팬, 소형냉각탑에는 그림 (b)와 같은 프로팰러팬
                 (propeller fan)이 사용됩니다. (c)는 튜브 축류팬(tube axial fan)으로 관모양의 하
                 우징(housing)내에 송풍기가 들어 있습니다. 이 형식의 송풍기는 덕트 도중에 설치
                 하여 송풍압력을 높이거나 국소 통기 또는 대형 냉각탑에 사용됩니다.

                 (d)는 축류팬의 전후에 가이드 베인(guide vane)을 설치한 것으로, 기류를 정류하는
                 역할도 갖습니다. 따라서, 국소통풍이나 터널의 환기에 사용됩니다.

(a)	(b)
(c)	(d)

             4) 횡류형

        2. 블로어(BLOWER)

            1) 원심형

            2) 사류형

            3) 축류형

송풍기의 특성

  송풍기의 곡선은 특성을 나타내는 것이며 개개의 기종에 따라 다르게 나타납니다. 
  또 동일 종류 중에서도 날개(impeller)의 크기, 압력비 등에 의해서 그 특성이 다르게
  나타납니다.

  1) 특성곡선의 구성

    각종 송풍기는 고유의 특성이 있습니다. 이러한 특성을 하나의 선도로 나타낸 것을
    송풍기의 특성곡선이라 합니다. 즉, 어떠한 송풍기의 특성을 나타내기 위하여 일정
    한  회전수에서 횡축을 풍량 Q(㎥ /min), 종축을 압력(정압 Ps, 전압Pr)(mmAq),
    효율(%), 소요동력 L(kw)로 놓고 풍량에따라 이들의 변화 과정을 나타낸 것을 말하며,
    그림은 한 예입니다.

    그림에 의하면, 일정속도를 회전하는 송풍기의 풍량조절 댐퍼(DAMPER) 를 열어서
    송풍량을 증가시키면 축동력(실선)은 점차 급상승하고,  전압(1점쇄선)과 정압(2점
    쇄선)은 산형을 이루면서 강하합니다. 여기서 전압과 정압의 차가 동압입니다. 한편
    효율은 전압을  기준으로 하는 전압 효율과(점선)과 정압을 기준으로 하는 정압효율
    (은선)이 있는데 포물선 형식으로 어느 한계까지 증가후 감소합니다.

    따라서, 풍량이 어느 한계 이상이 되면 축동력이 급증하고 압력과 효율은낮아지는 오버
    로드 현상이 있는 영역과, 정압곡선에서 재하향 곡선부분은 송풍기 동작이 불안정한
    서어징(surging) 현상이 있는 곳으로서 이 두 영역에서의 운전은 좋지 않습니다.

  -> 서어징(surging)의 대책

     1. 시방 풍력이 많고, 실사용 풍량이 적을 때 바이패스또는 방풍합니다.
     2. 흡입댐퍼, 토출댐퍼, R.P.M으로 조정합니다.
     3. 축류식 송풍기는 동,정익의 각도를 조정합니다.

          

  2) 각종 송풍기의 특성곡선과 특성비교

     후곡형 송풍기, 방사형 송풍기, 다익형 송풍기에 대한 특성곡선입니다. 이 곡선은
     최고효율점에 대한 풍량, 압력, 및 축동력을 백분율로 표시하여 비교하였습니다.

     

  3) 직렬운동

      압력을 승압할 목적으로 동일  특성의 송풍기 2대를 직렬로 연결하여 운전하는  경우
      그림에서 곡선 a, b, c, d는 1대 운전시의 특성을 나타내고, 2대 직렬운전후의 특성은
      어떤 풍량점에서의 압력을 2배로 하여 얻어집니다.

      예를 들면 a₁점은 a점 압력의 2배가 되고 마찬가지로 b₁,c₁,d₁은 a.b,c 의 각각의
      압력의 2배가 됩니다.

                     

      특성곡선은 이와 같이 2배로 얻어지지만 단독운전의 송풍기에 1대 추가하여 직렬
      로  운전해도 실제의 압력은 2배로 되지 않습니다. 그것은 관로저항이 2배로 되어
      변하지 않기 때문입니다. 저항곡선 R₁에서보면 1대 운전시의 압력은 작동점(E)에
      상당하는 압력이고  2대 운전시의 경우는 (G)에 상당하는 압력으로 되기 때문입니다.

      또, 2대 운전하고 있는 장치의 1대를 정지한 경우의 작동점은 저항곡선 R₂상의 G₁
      점에서 F₁점으로 이동하고, 압력은 절반 이상이 됩니다.

      압력이 높은 송풍기를 직렬로 연결한 경우, 1대째의 승압에 비해 2대째의 송풍기가
      기계적 문제로 일어날 수 있으므로 주의해야합니다.

 4)  병렬운전

      동일특성의 송풍기를 2대 이상 병렬로 연결하여 운전하는 경우는 직렬의 경우와 동일하게
      a₁,b₁,c₁,d₁를 얻을 수 있습니다.

      이 경우도 특성곡선은 풍량을 2배하여 얻어지지만, 실제 두대 운전후의 작동점은 G₁이기
      때문에 2배의 풍량으로는 되지 않습니다. 또한 병렬운동을 행하고 있는 송풍기중 1대를 정
      지하여 단독운전을 해도 작동점은 E₁에서 F₁로 되고 풍량은 절반 이상이 됩니다.

      특성이 크게 다른 송풍기를 병렬운전하는 것은 운전이 불가능한 경우도 있으므로 피하는
      편이 좋습니다.

                         

 5) 장치의 공기저항

     닥트 또는 장치에 공기를 보내는 경우 공기저항을 받습니다. 이 저항은 동적인 것과
     정적인 것의 두가지가 있어서 풍속의 2승에 비례하여 변화하는 것을 동적저항
     (그림 5-1의 Ro) 이라 하고, 풍속에 관계 없이 일정한 것을 정적저항(그림 5-1의 Rs)
     이라 합니다.

     저항은 그림5-1의 Ro만이나  Ro의 합계의 Rr 가운데의 어느쪽이 되는데 송풍기에는
     보통 Ro의 경우가 많습니다.

     그러나 압력자동조절식의 에어필터 등을 사용하는 경우는 계획할 때 특히 주의할 필
     요가 있습니다. 장치저항에는 일반적으로 다음과 같은 것이 있습니다.

 

A. 닥트계에 의한 것         마찰저항         곡관저항         분기, 합류저항         면적, 형상의 변화에 의한 저항 등      B. 장애물에 의한 것         담파 저항         에리미네-타의 저항         에어필타의 저항         히타 쿨러의 저항         계기류의 저항 등
	그림 5 - 1

 6) 장치저항곡선과 송풍기의 작동점

     그림 5-2는 풍량을 800m³/min 유동하였을 때 60mmAq의 저항손실을 받을 송풍계통의
     장치저항곡선을 표시한 것입니다. 이 그림에서 지금 풍량을 ½의 400 m³/min로 한 경우는

              

     또, 1,000 m³/min을 유동하였을 때는

           

     로 되며 이와 똑같이 각 풍량에 대한 손실압력을 구한 값을 프롯트하여 곡선으로 이은
     것을 개략장치저항곡선이라 합니다. 이 장치저항곡선과 송풍기의 특선곡선과를 겹쳐
     합한 것이 그림 5-3으로 교점 A를 송풍기의 작동점이라 합니다. 작동점이 실제의 계획
     과  아주 일치하면 문제가  없으나 실제로는 공사시행중에 있어서의 계획 변경, 기타에
     의하여 실제의 손실압력과 계획시의 손실압력이 불균형이 되어 소정의 풍량을 얻지 못
     하는 경우가 가끔 있습니다.

 

그림 5 - 2	그림 5 - 3

송풍기의 사양조절법

저항손실의 언바란스(unbalance)가 있든가, 또는 계획시의 풍량보다 여유가 있을 경우는
종종 있는 경우로 이들의 경우 풍량조절법으로서 조절하며, 일반적으로는 다음과 같은 것
이 있습니다.

  1. 가변피치(pitch)에 의한 조절법

  2. 송풍기의 회전수를 변화시키는 방법

     a. 유도전동기의 2차측 저항을 조절
     b. 정류자 전동기에 의한 조절
     c. 극수변환 전동기에 의한 조절
     d. 가변 푸-리(pulley)에 의한 조절법
     e. V-푸리, 직경비를 변경하는 조절법

  3. 석숀벤콘트롤(suction vane control)에 의한 조절

  4. 흡입구 댐퍼(damper)에 의한 조절

  5. 토출구 댐퍼(damper)에 의한 조절

 다음에 이들 각 조절법에 대하여 기술하겠습니다.

 1)  가변핏치(pitch)에 의한 조절

      가변핏치에 의한 조절은, 임페러 날개의 취부각도를 바꾸는 방법으로서, 원심송풍기에
      서는 그 구조가 복잡해져서 비용이 많이 들므로 실용화 되지 않고 단지 축류 송풍기에
      적용되고 있습니다.

      그림 5-4는 축류송풍기의 가변핏치콘트롤(control)인 경우의 성능을 나타내고 있습니다.
      그림에서 알 수 있는 것과 같이 항상 최고의 효율점에서 사용되며, 용량에 대한 최고 효율
      점의 변동치는 다른 용량제어보다도 항상 큼니다.   

         

         그림5-4 가변식 축류송풍기의 가변피치콘트롤에의한 특성

 2) 송풍기의 회전수를 변화시키는 방법

       * a.b.c의 방법은 전동기의 회전을 변경시키는 것입니다. 특히 b는 임의의 회전을 얻을 수 있어
          이상적입니다.
       * a,c의 방법은 푸리(pulley)의 직경비를 변경시키는 것입니다.    
       * d의 방법은 대량의 것에서는 그 기구상 조작에 어려움이 있습니다.
       * e의 방법은 그때그때 회전을 정지 시키고, 미리 준비한 푸리(pulley)로 교체한 후 v-belt를
          바꿔 끼우는 경우입니다.

  3) Suction Vane Control에 의한 방법

      송풍기의 casing 흡입구에 붙인 가변날개에 의해서 풍량을 조절하는 방법입니다.

      풍량이 큰 범위에서는(80% 전후까지) 송풍기의 회전을 변경시키는 방법 보다도 효율이 좋고
      오히려 더 경제적입니다. 그러나 다익송풍기나 plate fan과 같은 날개를 갖는 송풍기에는 별로
      효과가 없습니다.

       limit load fan, turbo fan에서는 효과를 유감없이 발휘합니다.

      Suction Vane Control은 수동으로도 되나 온도, 습도에 따라서 자동으로 조절 할 수 있습니다.
      Suction Vane Control에 의한 limit load fan의 성능은 그림 5-6에 나타난 것과 같으며, 뒤에
      말할 토출담파(outlet damper)에 의한 조절보다도 경제적임을 알 수 있습니다.

     즉, 토출담파의 조절에 의해서는 A,B,C,D에 따라서 동력이 변화하나 Suction Vane Control의
     조절에 의해서는 A'', B'', C'', D''에 따라 변화합니다. 결국 이 두 개의 곡선으로 둘러싸인 부분만큼
     동력이 절약됩니다.

              

      그림 5-6 다익송풍기의 speed control에 의한 특성

               

         그림 5-6 Limit Load Fan의 Suction Vane Control에 의한 특성

 4) 흡입담파에의한 조절

     토출압은 흡입담파(damper)의 조정에 따라서 감소합니다. 이것은 Suction Vane Control의
     경우와 같은 성능을 나타냅니다. 흡입압의 강화에 의해 가스비중의 감소한 비율만큼 동력도
     작아집니다. 그러므로 일반공조용의 송풍기와 같이 저압인 경우에는 거의 그 영향이 없습니다.

 5) 토출담파에의한 조절

     가장 일반적이며 비용도 적게들고 다익송풍기나 소형송풍기에 가장 적합한 방법입니다. 계획
     풍량에 얼마간의 여유를 계산해 놓고, 실제 사용시에 담파를 조정해서 소정 풍량으로 조절하며
     사용할 수 있습니다.

금성풍력기술자료(펌)