KR101409578B1 - 증기 구동식 압축 장치 - Google Patents

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Abstract

안정된 기동이 가능한 증기 구동식 압축 장치(1)는, 증기의 팽창력을 회전력으로 변환시키는 증기 팽창기(2)와, 증기 팽창기(2)에 의해 구동되어 대상 기체를 압축하는 압축기(4, 5)와, 증기 팽창기(2)에 증기를 공급하는 공급 유로(6)와, 증기 팽창기(2)로부터 증기가 배출되는 배출 유로(7)와, 공급 유로(6) 또는 배출 유로(7)에 설치된 증기 제어 밸브(8)와, 압축기(4, 5)로부터 압축된 대상 기체가 토출되고, 역지 밸브(14)를 구비하는 토출 유로(12)와, 역지 밸브(14)의 상류측에서 토출 유로(12)로부터 분기하여, 방풍 밸브(17)를 개재해서 외부로 개방된 방풍 유로(16)와, 압축기(4, 5)를 시동할 때에는 방풍 밸브(17)를 개방하는 시동 제어 장치(20)를 갖는다.

Description

증기 구동식 압축 장치 {STEAM DRIVEN COMPRESSOR}
본 발명은 증기 구동식 압축 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 증기로 스크류 증기 팽창기[(증기 모터) 또는 (스팀 엔드)]를 구동시킴으로써, 증기의 압력 에너지를 회전력으로 변환시키고, 또한 그 증기 팽창기의 회전력에 의해 스크류 압축기(에어 엔드)를 구동시켜, 공기를 압축하는 증기 구동식 압축 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1의 증기 구동식 압축 장치는, 증기 팽창기에 증기를 공급하는 유로에 증기 제어 밸브를 설치하고, 이 제어 밸브를 스크류 압축기의 토출 유로의 압력을 일정하게 유지하도록 PID 제어함으로써, 증기 팽창기의 회전수를 제어하도록 되어 있다.
이러한 증기 구동식 압축 장치에서는, 정지 상태에서 완전히 폐쇄되어 있는 증기 제어 밸브를 개방함으로써, 증기 팽창기에 구동 토크를 발생시켜 스크류 압축기를 기동한다. 종래의 증기 구동식 압축 장치에 있어서, 운전을 개시할 때에는, 증기 제어 밸브를 소정의 초기 개방도(예를 들어, 20％)로 설정하고, 그 후는 PID 제어에 맡겨 서서히 증기 제어 밸브의 개방도를 크게 해서 증기 팽창기 및 압축기를 가속시키는 것이 일반적이다.
그러나, 증기 팽창기 및 압축기의 회전수의 상승률(가속도)은, 증기의 공급 압력, 배출 압력 및 압축기의 토출 유로의 압력 등의 조건에 따라 상이하다. 예를 들어, 증기 팽창기로의 증기의 공급 압력과 배출 압력의 차가 작은 경우에는, 증기 팽창기가 발생시킬 수 있는 구동 토크가 작아지기 때문에, 증기 팽창기 및 압축기의 회전수가 좀처럼 상승하지 않는 기동 정체가 발생한다. 또한, 압축기의 토출 유로의 압력이 높은 경우에도, 압축기를 구동시키기 위해서 필요한 토크가 커지기 때문에, 증기 팽창기 및 스크류 압축기의 회전수가 좀처럼 상승하지 않는다. 반대로, 증기의 공급 압력과 배출 압력의 차압이 과대한 경우나, 토출 유로의 압력이 과도하게 낮은 경우에는, 증기 제어 밸브를 초기 개방도로 개방하는 순간에, 증기 팽창기 및 스크류 압축기가 급가속한다.
일본 특허 출원 공개 제2009-250196호 공보
상기 문제점을 감안하여, 본 발명은 안정된 기동이 가능한 증기 구동식 압축 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 증기 구동식 압축 장치는, 증기의 팽창력을 회전력으로 변환시키는 증기 팽창기와, 상기 증기 팽창기에 의해 구동되어 대상 기체를 압축하는 압축기와, 상기 증기 팽창기에 증기를 공급하는 공급 유로와, 상기 증기 팽창기로부터 증기가 배출되는 배출 유로와, 상기 공급 유로 또는 상기 배출 유로에 설치된 증기 제어 밸브와, 상기 압축기로부터 압축된 상기 대상 기체가 토출되고, 역지 밸브를 구비하는 토출 유로와, 상기 역지 밸브의 상류측에서 상기 토출 유로로부터 분기하여, 방풍 밸브를 개재해서 외부로 개방된 방풍 유로와, 상기 압축기를 시동할 때에는 상기 방풍 밸브를 개방하는 시동 제어 장치를 갖는 것으로 한다.
이 구성에 의하면, 기동 시에는, 방풍 밸브를 개방해서 토출 유로를 반드시 통상의 운전 시에 비해서 낮은 압력으로 함으로써, 압축기에 의한 부하 토크를 작게 하여 원활한 회전수의 상승을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 증기 구동식 압축 장치에 있어서, 상기 시동 제어 장치는 상기 압축기를 시동할 때에는, 상기 증기 제어 밸브의 개방도를 소정의 설정 개방도까지 점증시켜도 좋다.
이 구성에 의하면, 기동 시에 증기 팽창기가 발생하는 구동 토크를 적절한 크기로 할 수 있고, 급가속이나 기동 정체가 없는 원활한 상승을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 증기 구동식 압축 장치에 있어서, 상기 시동 제어 장치는, 상기 압축기를 시동할 때에는, 상기 증기 제어 밸브를, 상기 공급 유로의 압력과 상기 배출 유로의 압력의 차분에 따른 개방도로 설정해도 좋다.
이 구성에 의하면, 증기 팽창기가 발생할 수 있는 구동 토크에 맞춰서 방풍량을 제어하므로, 증기 압력과 무관하게, 증기 팽창기 및 압축기의 회전수의 가속도를 일정한 범위로 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 형태의 증기 구동식 압축 장치의 개략 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에, 본 발명의 제1 실시 형태인 증기 구동식 압축 장치(1)를 나타낸다. 증기 구동식 압축 장치(1)는, 공기를 압축해야 할 대상 기체로 하는 압축 공기 제조 장치이다.
증기 구동식 압축 장치(1)는, 증기의 팽창력을 회전력으로 변환시키는 증기 팽창기(2)와, 기어(3)를 개재해서 증기 팽창기(2)에 의해 구동되고, 공기를 압축하는 제1단 압축기(4) 및 제2단 압축기(5)를 갖는다. 증기 팽창기(2)는 하우징 내에 암수 한 쌍의 스크류 로터를 수용하여 이루어지고, 스크류 로터의 치구 내의 밀폐 공간에서 증기를 팽창시킴으로써 스크류 로터를 회전시키는 스크류 익스팬더이다. 제1단 압축기(4) 및 제2단 압축기(5)는, 하우징 내에 자웅 한 쌍의 스크류 로터를 수용하여 이루어지고, 스크류 로터를 회전 구동시킴으로써, 스크류 로터의 치구 내의 밀폐 공간에서 공기를 압축하는 스크류 압축기이다.
증기 구동식 압축 장치(1)에서는, 공급 유로(6)를 통하여 증기 팽창기(2)에 증기가 공급되고, 증기 팽창기(2)에서 팽창된 증기는 배출 유로(7)로 배출된다. 공급 유로(6)에는, 증기의 유량을 조절하기 위한 증기 제어 밸브(8)와, 공급 유로(6)에 공급되는 증기의 공급 압력을 검출하는 공급 압력 검출기(9)가 설치되어 있다. 배출 유로(7)에는, 증기 팽창기(2)로부터 배출된 증기의 압력을 검출하는 배출 압력 검출기(10)가 설치되어 있다.
또한, 증기 구동식 압축 장치(1)에 있어서, 제1단 압축기(4)와 제2단 압축기(5)는 인터 쿨러(11)를 개재해서 직렬로 접속되어 있다. 즉, 제1단 압축기(4)가 압축해서 토출한 공기는, 인터 쿨러(11)에서 냉각된 후, 제2단 압축기(5)에 의해 더 압축된다. 제2단 압축기(5)가 토출한 압축 공기는, 도시하지 않은 리저버로 통하는 토출 유로(12)로 배출된다. 토출 유로(12)에는, 상류측부터 순서대로 애프터 쿨러(13)와, 역지 밸브(14)와, 제어 압력 검출기(15)가 설치되어 있다.
또한, 증기 구동식 압축 장치(1)는 애프터 쿨러(13)와 역지 밸브(14) 사이에 토출 유로(12)로부터 분기한 방풍 유로(16)를 갖는다. 방풍 유로(16)는 방풍 밸브(17)를 구비하고, 대기 개방된 말단에 사일렌서(18)가 설치되어 있다.
또한, 증기 구동식 압축 장치(1)는, 제어 압력 검출기(15)의 검출값이 입력되고, 제어 압력 검출기(15)의 검출값 즉, 리저버에 공급하는 압축 공기의 압력을 설정값으로 유지하도록, 공지의 PID 제어에 의해 증기 제어 밸브(8)의 개방도를 조절하는 PID 컨트롤러(19)와, 공급 압력 검출기(9)의 검출값 및 배출 압력 검출기(10)의 검출값이 입력되며, 방풍 밸브(16)를 개폐할 수 있고, 또한 PID 컨트롤러(19)의 출력값을 변경할 수 있는 시동 제어 장치(20)를 갖는다.
또한, 시동 제어 장치(20)에는, 증기 구동식 압축 장치(1)를 시동 즉, 증기 팽창기(2), 제1단 압축기(4) 및 제2단 압축기(5)를 시동시키기 위해서, 오퍼레이터가 도시하지 않은 스위치를 조작해서 출력, 혹은 도시하지 않은 외부 제어 장치가 출력한 기동 신호가 입력되도록 되어 있다.
시동 제어 장치(20)는, 기동 신호가 입력되면, 방풍 밸브(17)를 개방함과 함께, PID 컨트롤러(19)의 그 순간의 출력값(초기값)을, 공급 압력 검출기(9)의 검출값과 배출 압력 검출기(10)의 검출값의 차에 따른 값으로 설정한다. 상세하게는, 증기 구동식 압축 장치(1)의 시동 시의 증기 제어 밸브(8)의 개방도는, 증기 팽창기(2)의 구동 토크가 일정한 크기가 되도록, 공급 유로(6)와 배출 유로(7)의 차압이 클수록 작고, 공급 유로(6)와 배출 유로(7)의 차압이 작을수록 커지도록 설정된다.
그 후, PID 컨트롤러(19)는 제어 압력 검출기(15)의 검출값과 소정의 목표값의 차분에 따라, PID 제어에 의해 출력값[증기 제어 밸브(8)의 개방도]을 증감시킨다. 시동 제어 장치(20)는 증기 팽창기(2), 제1단 압축기(4) 및 제2단 압축기(5)의 회전수가 어느 정도 상승된다고 예상되는 소정 시간이 경과했을 때, 방풍 밸브(17)를 폐쇄한다.
이와 같이, 증기 구동식 압축 장치(1)에서는, 시동 시에 방풍 밸브(17)를 개방함으로써, 토출 유로(12)의 역지 밸브(14)의 상류측의 압력을 거의 대기압으로 설정하고, 증기 제어 밸브(8)의 개방도의 초기값을, 증기 팽창기(2)의 구동 토크가 일정해지도록 정한다. 이에 의해, 증기 팽창기(2), 제1단 압축기(4) 및 제2단 압축기(5)의 회전수가 매회 일정한, 바람직한 가속도로 상승한다.
증기 구동식 압축 장치(1)에 있어서, 공급 유로(6) 및 배출 유로(7)의 압력이 크게 변동하지 않는 경우에는, 공급 유로(6)와 배출 유로(7)의 차압을 고려하지 않고, 증기 제어 밸브(8)의 개방도의 초기값을 일정한 값으로 정하거나, 그 개방도를 소정의 설정 개방도까지 서서히 증가(점증)시켜도 좋다.
또한, 증기 구동식 압축 장치(1)의 시동 후, 방풍 밸브(17)를 서서히 폐쇄하도록 하면, 방풍 밸브(17)의 폐쇄에 의해 부하가 급상승해서 운전 상태가 불안정해지는 경우가 없다.
또한, 제1단 압축기(4) 및 제2단 압축기(5)의 부하 특성이나 PID 컨트롤러(19)의 설정 등의 조건에 따라서는, 시동 제어 장치(20)에 의해 증기 구동식 압축 장치(1)를 시동 시킬 때의 증기 제어 밸브(8)의 개방도를 변경하지 않아도, PID 제어에 맡겨 증기 제어 밸브(8)를 개방시킴으로써, 기동 정체를 일으키지 않고 원활한 시동을 할 수 있는 경우도 있다.
또한, 증기 구동식 압축 장치(1)에 있어서, PID 컨트롤러(19)와 시동 제어 장치(20)는 1대의 컴퓨터 등, 동일한 제어 장치에 의해 실현되어도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서, 증기 제어 밸브(8)는, 공급 유로(6)에 설치되어 있지만, 증기 팽창기(2)를 구동하는 증기의 유량을 조정할 수 있으면 좋으므로, 배출 유로(7)에 설치하는 것도 가능하다.
1: 증기 구동식 압축 장치
2: 증기 팽창기
4: 제1단 압축기
5: 제2단 압축기
6: 공급 유로
7: 배출 유로
8: 증기 제어 밸브
9: 공급 압력 검출기
10: 배출 압력 검출기
12: 토출 유로
14: 역지 밸브
15: 제어 압력 검출기
16: 방풍 유로
17: 방풍 밸브
19: PID 컨트롤러
20: 시동 제어 장치

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 증기의 팽창력을 회전력으로 변환시키는 증기 팽창기와,
    상기 증기 팽창기에 의해 구동되어 대상 기체를 압축하는 압축기와,
    상기 증기 팽창기에 증기를 공급하는 공급 유로와,
    상기 증기 팽창기로부터 증기가 배출되는 배출 유로와,
    상기 공급 유로 또는 상기 배출 유로에 설치된 증기 제어 밸브와,
    상기 압축기로부터 압축된 상기 대상 기체가 토출되고, 역지 밸브를 구비하는 토출 유로와,
    상기 역지 밸브의 상류측에서 상기 토출 유로로부터 분기하여, 방풍 밸브를 개재해서 외부로 개방된 방풍 유로와,
    상기 압축기를 시동할 때에는 상기 방풍 밸브를 개방하는 시동 제어 장치를 갖고,
    상기 시동 제어 장치는 상기 압축기를 시동할 때에는, 상기 증기 제어 밸브의 개방도를 소정의 설정 개방도까지 점증시키는 것을 특징으로 하는, 증기 구동식 압축 장치.
  3. 증기의 팽창력을 회전력으로 변환시키는 증기 팽창기와,
    상기 증기 팽창기에 의해 구동되어 대상 기체를 압축하는 압축기와,
    상기 증기 팽창기에 증기를 공급하는 공급 유로와,
    상기 증기 팽창기로부터 증기가 배출되는 배출 유로와,
    상기 공급 유로 또는 상기 배출 유로에 설치된 증기 제어 밸브와,
    상기 압축기로부터 압축된 상기 대상 기체가 토출되고, 역지 밸브를 구비하는 토출 유로와,
    상기 역지 밸브의 상류측에서 상기 토출 유로로부터 분기하여, 방풍 밸브를 개재해서 외부로 개방된 방풍 유로와,
    상기 압축기를 시동할 때에는 상기 방풍 밸브를 개방하는 시동 제어 장치를 갖고,
    상기 시동 제어 장치는 상기 압축기를 시동할 때에는, 상기 증기 제어 밸브를, 상기 공급 유로의 압력과 상기 배출 유로의 압력의 차분에 따른 개방도로 설정하는 것을 특징으로 하는, 증기 구동식 압축 장치.
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