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[기계공학실험2] Pelton Turbine

1. 실험명⇒ Pelton 수차의 성능 실험2. 실험목적⇒ 본 실험은 특유 회전속도 및 일정 수두 하에서 유량변화에 따른 Pelton 수차의 이론 출력, 실제출력 및 그에 따른 효율을 산출하고, 그 구조를 이해하는데 목적이 있다.3. 이론적 배경1) 수차의 종류⇒ 수차에는 여러 형식이 있으나 수차에 작용하는 물의 에너지 종류에 따라 중력수차, 충 격 수차, 반동 수차로 나눌 수 있다.? 중력 수차⇒ 위치에너지를 수차가 주로 이용하는 것으로써 물레방아가 여기에 속한다.이러한 형태는 예전에 많이 사용되어 오고 있으나 효율이 낮고 회전속도가 빠르지 못해 발전기의 운전에 적당치 못하여 현대적인 규모의 수차로는 사용하지 않는다.? 충격 수차⇒ 이 수차는 전수두의 대부분을 차지하는 경우로써 대부분의 에너지가 물의 속도 에너 지에 의하여 발생된다. 펠톤 수차가 대표적인 충격수차에 속한다. 펠톤수차는 200～ 2000m의 고낙차에서 수량이 비교적 적은 곳에 사용된다.노즐 부분에서 물이 갖는 에너지를 전부 운동에너지, 즉 물을 분출시켜 회전차에 회 전력을 발생시킨다. 노즐에는 니들밸브가 설치되 있어 노즐로 분출되는 수량을 조절 할 수 있다. 이와 같은 노즐이 회전차의 주위에 여러 개 부착되어 있어 수차의 부하 에 대하여 노즐 수를 조절함으로써 수량을 새로운 부하여 응하여 변화할 수 있다.? 반동 수차⇒ 물이 수차의 회전차속을 유동하는 사이에 압력과 속도가 감소하면서 이때 반동에 의 하여 회전차를 구동시킨다. 프란시스 수차와 프로펠러 수차가 여기에 속한다.프란시스 수차는 중낙차에 사용된다. 물은 안내 깃에 유도되어 회전차를 통과하는 사이에 물이 가지고 있는 에너지는 감소되고 회전차를 회전시킨다.회전차에서 나온 물은 흡출관에 의해 방수로까지 유도되고 유효낙차는 높아진다. 이 흡출관은 프로펠러 수차에도 설치되어 있다. 수차의 부하가 변화 되면 그에 따라 안 내깃의 각도도 변화되고 유량은 새로운 부하에 따라 변화된다.프로펠러 수차는 저낙차에서 비교적 유량이 많은 장소에 사용된다. 물은 와류실을 통화여 안내깃으로 유도되어 회전차의 축방향으로 방출된다. 그 사이에 물이 가지고 있는 에너지로 회전차를 회전시킨다. 프로펠러 수차도 낙차와 부하변화에 유리한 가 동익을 많이 사용한다. 가동깃 프로펠러 수차를 카플란 수차라 한다.수차의 부하가 변화되면 먼저 안내깃의 각도 및 회전차각도가 변화하여 항상 최고의 효율로써 운전된다.2) Pelton 수차⇒ 펠톤 수차는 200～2000m의 고낙차에서 수량이 비교적 적은 곳에 사용되는 충동수 (impulse turbine)이다. 아래 그림은 일반적인 펠톤 수차의 구조를 나타낸 것이다.수압관에서 나온 고압의 물은 노즐에서 가속되어 대기압의 고속제트 형태로 분출된다.이 분출류는 회전차(runner)의 바깥부분에 설치되어 있는 15 ~ 25개의 버킷(bucket) 으로 분출시켜 충격에너지로 전달한 후 하부의 방수로로 낙하되어 흘러간다. 버킷까지 의 높이에 해당하는 에너지는 이용되지 않는다. 이 높이를 적게하면 유효낙차는 증가 하지만 이 높이를 너무 적게 하면 유량이 많은 경우 회전차가 물에 잠겨 효율이 저하 되는 문제점이 있다.버킷은 주강 또는 특수강으로 만들어지며 그림에서와 같이 바가지 모양으로 된 용기인 데 분출되는 물은 중앙의 물 끓기에서 양분되어 버킷 내면을 흘러 그 주변에서 유출한 다.노즐에서 나오는 분출류의 속도는 보통 60～180m/s 정도의 고속이기 때문에 버킷 내 면에서 마찰손실이 생긴다. 따라서 이것을 줄이기 위하여 버킷의 내면을 매끈하게 연 마하고 또한 형상도 정밀하게 가공하여야 한다.수압관의 선단에서는 70～90°로 좁아진 노즐이 설치되어 있고, 노즐의 중심선에 따라 서 니들밸브(needle valve)가 설치되어 있다.발전용 수차는 일정한 속도로 회전해야 하므로 수차에 걸리는 부하에 따라 버킷에 공 급 하는 유량을 조절에 설치된 니들밸브에 의해 행하여진다.펠톤 수차에서는 노즐을 줄여 유량을 감소시켜도 버킷에서의 속도 삼각형에는 변화가 거의 없으며 효율의 변화도 적다. 따라서 펠톤 수차는 설계점에서 다른 수차에 비하 여 효율이 다소 낮으나 넓은 범위에서 높은 효율을 나타낸다.특히 노즐의 수가 많은 펠톤 수차에서는 사용하는 노즐의 수를 줄여서 최대 출력의 10%까지도 효율의 저하가 적으며, 이는 다른 수차에서 볼 수 없는 것이 특징이다.3) Needle Valve⇒ 발전용 수차에서는 일정한 속도로 회전해야 하는데, 수차에 걸리는 부하에 따라 버킷 에 공급하는 유량을 조절하는 역할을 니들밸브가 한다.니들밸브는 서보모터(servo-motor)의 유압기구에 의해 구동되고, 부하에 따라서 유량 조절이 가능하다. 이와 같은 노즐이 여러 개가 설치되어 있고 수차의 요구되는 부하에 따라서 사용 노즐의 수를 가감할 수 있다.부하가 급격히 감소할 때 니들밸브를 급격히 닫으면 수압관내에 수격현상을 발생시킬 수 있다. 이것을 방지하기 위하여 노즐과 버킷사이에 디플렉터를 설치하여 일시 여분 의 물이 버킷에 분출되지 않도록 제트(jet)의 방향을 옆으로 빗나가게 하여 그 사이에 니들밸브를 서서히 닫음으로써 수격작용에 의한 압력상승을 방지한다. 그리고 니들밸 브가 새로운 위치에 왔을 때 디플렉터는 본래의 위치로 되돌아가도록 되어있다.4) 수차의 이론출력시 유도⇒ 이론상의 출력 Lth는 다음과 같다.물의 비중량은 1000kgf/m3 이므로,실제의 경우 유체마찰이나 충돌 등에 의한 수력손실, 축베어링 등의 마찰에 의한 기계 손실, 누설에 의한 누설손실 때문에 수차의 실제 출력, 즉 정미 출력 또는 제동 출력 은 이론 출력보다 적으며 수차의 전효율을 η라 하면 다음과 같이 된다.5) 3각 Weir (V-Notch Weir)의 이론유량식 유도⇒ 3각 weir notch plate의 평균 유체의 속도는에 비례한다.그리고 유체의 면적은 H2×tan(θ/2) 이다.따라서, 이론유량은 다음과 같다.여기서 상수 C는 실험을 통하여 결정된다.6) 실험이론① 수차의 이론출력② 수차의 실제출력③ 3각 Weir에서의 유량측정 (실험식)4. 실험장치 설명※ 실험장치의 구성은 다음과 같이 구성되어 진다.① 유체공급부⇒ Volute Pump와 흡입관 및 토출관으로 구성되어, 팰턴수차에 물을 공급하여 Spring Balance Torque Meter를 설치하여 펌프의 축동력을 계산할 수 있도록 구성 되어 있다.② 작동부⇒ 팰턴수차와 Generator부로 대별되며, 팰턴 수차는 작동 원리의 이해를 돕고자 회전 차의 회전상태를 볼 수 있도록 옆판을 투명 Acryl로 제작 하였으며, Generator부는 팰턴 수차의 회전력을 V-Velt로 전달 받아 발전 하도록 되어 있다.③ 저수부⇒ 유체공급 및 작동부가 계속 순환 되도록 한 Water Tank이며, 녹 방지를 위해 스테 인레스 스틸로 제작 되었다.④ 제어부⇒ 각 장치의 구동 및 측정치를 읽을 수 있는 장치로 구성 하였다.[ 실험장치 전체모습 ] [ 컨트롤 부 ][ Spring Balance Torque Meter ] [ Pelton Turbine ][ 유량계 ] [Spring Balance Torque Meter] [ 펌프 ][ 압력계 ] [ 터빈 RPM센서 ]5. 실험방법① Water Tank에 물을 2/3가량 채운다.② By Pass Valve와 유량조절 Valve를 열어 놓는다.③ Control Box의 Pump S/W를 “ON” 시킨다. (펌프가 구동된다.)④ By Pass Valve와 유량조절 Valve를 조절하여 실험하고자 하는 유량과 압력을 맞춘다.⑤ 유량과 수두압 등 필요한 수치를 기록한다.⑥ 수차의 Torque를 측정하기 위해 Dynamometer(Spring Balance)를 당겨 실험하고자 하는 회전수에 맞춘다.⑦ 양쪽 Spring Balance를 읽고, 그 합을 기록한다.6. 실험결과 DataQHNWLthLeηe유량양정회전수하중이론동력실제출력효율(m3/min)(m)(rpm)(kgf)(kw)(kw)(%)0.07820010.0915032682.46E-0226.92871810.08102001.80.1307189544.44E-0233.93018480.09132003.10.1911764717.64E-0239.95577320.1162004.30.2614379081.06E-0140.52772077. 분석 및 고찰⇒ 이번 실험에서는 Pelton 수차 실험 장비를 통하여 수차의 성능을 실험하고 그 결과를 이용하여 분석해 보았습니다.유량을 0.07~0.1로 나누어 조절 하였으며, 각 유량에서 팰턴터빈의 회전속도가 200rpm이 되도록 Dynamometer를 당긴 후 스프링저울이 지시하는 값을 측정 하였습 니다.

공학/기술| 2011.01.21| 9페이지| 1,500원| 조회(347)

기계공학실험

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[공기조화 및 냉동] 팽창장치

공기조화 및 냉동 팽창장치 발 표 : 김남훈 2010.10.08 기계자동차공학과 공과대학 경원대학교Contents 1. 개 요 2. 원 리 3. 역 할 4. 종류 및 특징 5. 참고문헌 6. Thank you1. 개 요 증기압축 냉동시스템의 4 대 주요설비 중 하나 냉매의 압력강하 , 증발기 내부 냉매량 조절2. 원 리 유체가 유로가 좁은 곳을 통과하면 , 외부와 열량이나 일량의 교환 없이 압력이 감소하는 교축현상 이용3. 역 할 응축기에서 받은 고온 , 고압의 냉매를 증발기에 공급 액체의 증발에 의한 열 흡수 가 용이하도록 압력과 온도 강하 냉동부하의 변동에 대응 . 적절한 냉매유량을 조절 , 공급 증발기가 항상 최대의 효과를 발휘하도록 조절4. 종류 및 특징 팽창밸브 수동식 팽창밸브 자동식 팽창밸브 모세관 온도식 팽창밸브 정압식 팽창밸브 전자식 팽창밸브 플로트식 팽창밸브4. 종류 및 특징 수동식 팽창밸브 냉동부하에 따라 증발기에 냉매가 과다하거나 부족하게 공급 압축기 기동시나 중단시 밸브개폐 수동조작 부하가 일정한 대형 냉동 시스템에 사용4. 종류 및 특징 온도식 자동팽창밸브 거의 모든 냉동시스템에 널리 사용 적용압력 형태에 따라 내부균압형과 외부균압형으로 분류 비교적 높은 효율과 편리성4. 종류 및 특징 정압식 자동팽창밸브 증발기내부 압력을 일정하게 유지시켜 증발온도를 일정하게 유지하는 방식 . 증발기내부 압력으로 밸브가 작동 타 밸브에 비하여 시스템 효율이 낮음 30kW 급 이하 소형 냉동시스템에 적용4. 종류 및 특징 전자식 팽창밸브 증발기 입구 냉각관 벽과 증발기 출구 냉각관 벽에 온도센서를 설치 . 양쪽 센서의 온도차이 검출 검출된 온도차를 이용 증발기 출구 냉매가스의 과열도를 측정하여 밸브를 개폐 냉매액을 정확히 공급할 수 있어 최근 조급이 확대4. 종류 및 특징 플로트식 팽창밸브 액면의 위치에 따라 플로트가 상하로 움직이는것을 이용하여 밸브 개폐 고압부인 수액기 액면에 플로트를 설치한 것을 고압측 플로트 팽창밸브 , 저압부인 증발기 내 액면에 설치한 것을 저압측 플로트 팽창밸브라 한다 .4. 종류 및 특징 모세관 구동부위가 없어 간단하고 값이 저렴하다 압축기 정지시 , 시스템 내부 압력이 동일해져 다음시동이 용이하다 이물질이 유입되어 모세관이 막히면 고장 최적의 운전조건에 맞춰져 설계되어 부하변동이나 응축온도가 변화하면 효율 저하를 의미5. 참고문헌 www.google.co.kr www.naver.com www.daum.net www.nate.com 표준 냉동 열공학 실험 실무Thank you{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2011.01.21| 14페이지| 1,500원| 조회(294)

냉동

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[가솔린기관공학] 자동차 신기술

가솔린 기관 공학 발 표 : 김남훈 2010. 09. 28 C-3 조 이정준 교수님 기계 자동차 공학과 공과대학 경원대학 교01. 선정동기 03. 주요 기술 소개 04. 최근 기술 동향 02. 역 사 05. 향후 발전 방향 06. Thanks to Contents선 정 동 기역 사 2003 년 RollsRoyce Phantom 생산 1972 년 5 시 리 즈 생산 최초의 소형차 Dixi 생산 BMW 최초의 모터사이클 R32 생산 항공기엔진 회사에서 유래기 술 소 개 Valve Tronic Double Vanos기 술 소 개 [ Valve Tronic] 흡기 밸브 개폐량을 가변 시켜주는 기구 Maximum 9.7mm ~ Minimum 0.25mm 최대 개폐량 ~ 최소 개폐량의 변화 시간 : 0.3 초기 술 소 개 [ Valve Tronic]기 술 소 개 [ Valve Tronic]기 술 소 개 [ Valve Tronic] BMW 거의 모든 가솔린엔진에 적용 약 10% 의 연비 개선효과 32bit ECU 제어 기구와 모터로 인한 엔진높이 상승 허용한계 회전수 약 6,500rpm 터보엔진과 M 엔진은 미적용 고장 발생시 최대 개폐운동기 술 소 개 [ Double Vanos ] 엔진 회전속도에 따라 흡기 , 배기 밸브를 진각 또는 지각시켜 밸브오버랩 제어 회전 범위 전체에 걸쳐 엔진출력 최적화 배출가스 저감 1992 년 E39 엔진에 Vanos 최초 적용 국내자동차의 Dual VVT 와 비슷기 술 소 개 [ Double Vanos ]최 근 기 술 동 향 경량화와 연비향상 , 배출가스 저감을 위해 엔진 배기량 축소 부족한 출력은 과급기를 통해 보강 고 효율의 직접분사연료방식 GDI 채용최 근 기 술 동 향향 후 발 전 방 향 BMW 의 Efficient Dinamics 기술 - 6 기통 트윈터보 가솔린엔진 - Auto Engine Start / Stop - 브레이크 에너지 재생 7 시리즈 Active Hybrid 컨셉트카 - 고효율의 V8 트윈터보 가솔린엔진 - 최대출력 15 kW, 최대토크 210 Nm 의 전기모터 - 8 단 자동변속기 - 120V 파워 리튬 이온 배터리향 후 발 전 방 향향 후 발 전 방 향참 고 문 헌 www.google.co.kr www.naver.com www.daum.net www.nate.com www.bmw.co.kr경청해주셔서감사합니다 . 조원 : 김성진 , 김남훈 , 윤재환 , 홍정표 , 정종우 2010. 09. 28 기계 자동차 공학과 공과대학{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2011.01.21| 18페이지| 1,000원| 조회(315)

자동차

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[기계공학실험2] Fan성능시험

1. 실험명⇒ Fan의 성능 시험2. 실험목적⇒ Fan의 원리를 이해하고, 성능곡선을 측정을 통해 작성해 Fan의 특성을 확인함.3. 이론적 배경? 배경 이론⇒ 원심송풍기는 전동기로 가동되어 회전하는 운동에너지와 원심력으로 입력을 상승시켜 공기를 유동한다. 이 때 송풍기에 흡입되는 에너지의 양은 공기유압 과 압력의 함수로 나타낼 수 있고 유량, 압력, 축동력 그리고 효율의 관계로써 송풍기의 특성을 알 수 있다.? 송풍기의 특성 곡선⇒ 송풍기의 곡선은 특성을 나타내는 것이며 기종에 따라 다르게 나타난다. 동일 종류 중에서도 impeller의 크기, 압력비 등에 의해서 그 특성이 다르게 나타나 게 된다.1) 특성곡선의 구성⇒ 각종 송풍기는 고유의 특성이 있는데 이러한 특성을 하나의 선도로 나타낸 것 을 송풍기의 특성곡선이라고 한다. 즉, 어떠한 송풍기의 특성을 나타내기 위하 여 일정한 회전수에서 횡축을 풍량 Q(㎥ /min) 종축을 압력(정압 Ps, 전압 Pr)(mmAq), 효율(%), 소요동력 L(kw)로 놓고 풍량에 따라 이들의 변화 과정 을 나타낸 것을 말한다. 그림에 의하면, 일정속도를 회전하는 송풍기의 풍량조 절 댐퍼(DAMPER) 를 열어서 송풍량을 증가시키면 축동력(실선)은 점차 급상 승하고, 전압(1점쇄선)과 정압(2점쇄선)은 산형을 이루면서 강하하게 되는데 여기서 전압과 정압의 차가 동압이 된다. 한편 효율은 전압을 기준으로 하는 전압 효율과(점선) 정압을 기준으로 하는 정압효율(은선)이 있는데 포물선 형 식으로 어느 한계까지 증가 후 감소하게 된다. 따라서 풍량이 어느 한계 이상 이 되면 축동력이 급증하고 압력과 효율은 낮아지는 오버로드 현상이 있는 영 역과, 정압곡선에서 재하향 곡선부분은 송풍기 동작이 불안정한 서징(surging) 현상이 있는 곳으로서 이 두 영역에서의 운전은 좋지 못하다.서징 특성곡선은 그림과 같이 압력곡선에 산이 있어서 이 정점의 좌측에서 우 측의 압력상승 쪽으로 운전하게 되면 부하변동에 따라 풍량이 감소하면서 압 력도 감소하고, 압력의 감소로 또다시 풍량이 감소하는 불안정한 운전 상태로 되어 그림에 표시한 서징영역 사이를 반복하여 이동한다. 이와 같은 현상을 서징(surging)이라 하며, 송풍기는 서징 범위 내에서 운전을 해서는 안 된다.※ 서징 방지 대책1. 시방 풍력이 많고, 실사용 풍량이 적을 때 바이패스 또는 방풍한다.2. 흡입 댐퍼, 토출 댐퍼, RPM 으로 조정한다.3. 축류식 송풍기는 동,정익의 각도를 조정한다.2) 송풍기의 정의 (KSB6311 송풍기 시험 및 검사방법에 따른)a. 송풍기 송풍기란 동력 구동 회전 임펠러를 구동시켜 공기를 이송하는 장치로 서 팬을 포함한다. 송풍기는 최소한 한 개의 흡입구와 한 개의 송출구를 가져 야 한다. 이들 흡입구와 송출구는 덕트 작업 때 연결에 필요한 요소를 가질 수도 있고 갖지 않을 수도 있다.b. 송풍기 송출면적 송풍기 송출 면적은 송출구 단면에서 측정한 총 내부 단면적 으로 정의 한다. 옥상 환풍기에 대한 송출 면적은 원심형의 경우 총 임펠러 출구 면적으로, 축류형의 경우 임펠러 위치에서 측정한 총 케이싱 단면적으로 정의한다.c. 송풍기 흡입 면적은 흡입측 연결 부위의 단면에서 측정한 총 내부 단면적으로 정의한다. 연결구가 없는 축소형 흡입구에 대한 흡입 면적은 종형이나 원주형 흡입로와 최초로 만나는 유동방향과 수직한 평면 내부 단면적으로 정의한다.① 표준흡입상태⇒ 송풍기는 특히 명기하지 않으면 온도 20C˚, 절대압력 760mm, 관계습도 75 %의 습공기를 흡입하는 것으로 본다. 이 흡입상태를 표준흡입상태라 한다.( 흡입상태에서 공기의 밀도는 1.225이다. )② 송풍기의 전압⇒ 송풍기의 전압은 송풍기에 의해 주어진 전압의 증가량이며 송풍기의 토출구 와 흡입구에 있어서의 전압의 차로 표시한다. 사용상태에서 토출관만을 가지 며 흡입구가 대기에 열려 있는 경우의 송풍기의 전압은 토출구에서의 정압과 동압의 합이 된다.여기서,: 정압(동압)ρ : 공기의 밀도: 덕트내의 속도 ()③ 송풍기의 유량⇒ 송풍기의 유량은 특히 지정이 없는 한 송풍기의 흡입구에서의 유량으로 하고으로 표시한다. 이는 토출구에서의 풍량(체적)이 압력, 온도에 따라 변화가 심해 기준으로 되지않기 때문이다.단, 압력비(토출구의 절대 압력 / 흡입구의 절대 압력)가 1.03 이하 일 경우 에는 토출량을 흡입량으로 보아도 지장이 없다. 이 실험에서 사용된 송풍기 의 압력비는 1.03이하로 생각하자. 유량은 오리피스(orifice)를 사용하여 다 음과 같이 계산한다.Q =D0 = 덕트지름(106mm)Cd = 유량계수 (0.608)Di = Orifice의 지름(40mm)A0 = Orifice의 면적∇P = Orifice의 압력차④ 송풍기의 축동력 P(KW)⇒ 송풍기의 축동력은 송풍기 측단의 압력으로 한다. 전동장치를 사용하여 송 풍기를 구동하는 경우 전동장치의 효율을 측정하기 곤란할 때는 이것을 송풍 기의 구동력의 일부로 쓴다.⑤ 송풍기의 규정 회전수 N(rpm)⇒ 송풍기의 규정 회전수라 함은 전동기를 규정의 전원상태에서 운전하였을 때 의 송풍기의 회전수를 말한다. 이 회전수는 송풍기의 풍량에 따라 다소 변화 하는 송풍기의 회전수를 택하는 것이 좋다.⑥ 송풍기의 공기 동력 P(KW)⇒ 전압공기동력은 압력비가 1.03 이하일 경우 공기의 압축성 효과를 무시하고 다음 식으로 산출한다.⑦ 송풍기의 효율 η(%)⇒ 송풍기의 전압효율은 다음 식으로 계산한다.4. 실험장치 설명[ 실험장치의 전체 모습 ]1. Fan : 본 실험에서 테스트하고자하는 실험대상2. 컨트롤박스 : 송풍기의 회전수를 지정할 수 있는 컨트롤러가 설치되어 있 고, 각 회전수 마다의 전압 등 을 디스플레이 해 줌으로써 실험측정을 수월하게 해 준다.3. 노즐 : 유체가 흐르는 관로 속에 설치된 일 종의 조리개 기구로 유량의 조절 ? 측정 등에 사용되며, 가공하기 쉬워 보통 원형으로 만든다. 본 실험에서 는 유량의 측정을 목적으로 사용 되 었으며, 원리는 지름 D인 유관 도중 에 관의 지름 d(D＞d)의 노즐을 삽 입하면, 그 직후에서 베르누이의 정 리에 따라 유속이 변화하여 압력이 떨어진다. 노즐의 바로 앞과 직후에 서의 유체의 압력차를 검출함으로써 유량을 구할수 있다.4. 댐퍼 : 실험 중에 또 다른 환경조건을 제공하는 장치로 본 실험 에서는 댐퍼의 위치를 열 번으로 나누어서 닫아가면서 실험을 진행 측정하도록 한다.5. 정압 측정 : 두 개의 게이지중 하나는 완전히 개방하여 대기압을 측정하도록 하 고 나머지 하나는 그림에서는 A의 위치에 연결되어 있으나 실험에 사용된 송풍기를 압력비 1.03이하의 것으로 가정하였으므로 흡입구 와 토출구의 압력 차이를 무시할 수 있으므로 본 실험에서는 토출 구 부분인 V의 위치에 설치. 두 게이지의 차압을 측정 송풍기의 정 압을 계산하는 데이터로 사용하고 이를 토대로 송풍기의 동압을 계 산하는데 이용한다.6. 노즐 차압 : 앞에서 설명한데로 노즐을 통과하기 전후의 압력에 차이가 생기므 로 그 차이를 측정하고자 노즐 전후에 각각 게이지를 연결 압력차 를 측정한다.5. 실험방법(1) Test Fan 과 Fan Tester를 연결한다.(자바라 관을 이용하여 연결하며, 공기가 새지 않게 밴드로 고정한다.)(2) R.P.M Sensor를 연결한다.(3) Test Fan의 전원 연결한다.(4) Damper를 최대한 Open 시킨다.(5) Control Console 의 Main Power Switch를 “ON" 시킨다.(6) 풍량에 맞는 Nozzle을 Open시키고 나머지 Nozzle은 마개를 이용하여 막는다.(7) Test Fan을 “ON"시킨다.(8) Sub Blower 의 Start Switch를 누른다. (Lamp가 점등된다.)(9) Static Pressure의 Indicator의 수치가 “0.0”이 될 때까지 Sub Blower를 Speed Control Volume을 이용하여 Blower를 Run 시킨다.(10) Diff. Pressure 의 Indicator의 차압을 기재한다. (이때 차압은 Test Fan 의 순수 풍량을 의미한다.)(11) Test Fan 의 압력조절을 현재 상태에서 Damper를 서서히 “OFF" 시키면 Static Pressure Indicator의 수치가 변함을 기재하면 된다.(12) Test Fan 의 R.P.M은 Storbe Scope를 이용하여 Checking 한다.(13) 상기와 같은 순서에 의해서 Test Fan 의 풍량을 조절하고 정압으로 조절하 며 반복실험을 행할 수 있다.(14) Data Sheet를 작성한다.(15) 실험을 종료하고자 할 때① Sub Blower의 Speed조절 Volume을 서서히 줄여 Blower를 정지시킨다.② Sub Blower의 OFF Switch를 누른다.③ Test Fan을 OFF 시킨다.④ Control Console 의 Main Power Switch를 OFF 시킨다.- 주의사항 -(1) Main Power는 필히 380V, 3Ф ,220V, 1Ф 에 연결할 것(2) Blower의 Speed Control Volume은 서서히 조작할 것.(3) 비상 정지 Switch 는 비상시 외에는 사용하지 말 것(4) Chamber 내의 Nozzle 은 함부로 분리하면 Nozzle 내면에 상처가 생길 수 있 으니 조심하여 사용할 것(5) Acry1 부분에는 불이 가까이 있지 않도록 겨울철에 조심할 것.(6) 이전시 Acry1 부분의 Flange와 철 부분의 Flange를 연결 시 Acry1이 깨지지 않도록 무리한 힘을 주어서 체결하는 것은 좋지 않다.

공학/기술| 2011.01.21| 14페이지| 1,500원| 조회(732)

기계공학실험, 판, fan, 판성능시험, Fan성능시험

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[기계공학실험2] 펌프 성능시험

1. 실험명⇒ Pump의 성능 시험2. 실험목적⇒ Pump의 원리를 이해하고 성능곡선을 측정을 통해 작성하여 Pump의 특성을 확인한다. Pump는 본질적으로 압축기와 같으며, 유체에 에너지를 전달하는데 사용된다.이번 실험은 Pump 중에서 가장 많이 사용되고 있는 원심 펌프의 유량에 대한 양정, 동력, 효율과의 관계를 비교하여 그 특성을 이해하고 펌프의 운전 성능을 검토하는데 목적이 있다.3. 이론적 배경⇒ 회전하는 임펠러(impeller)의 바깥쪽에 스파이럴형의 통로가 있는 펌프로서, 공 업분야에 가장 많이 사용되고 있다. 중심부에 들어간 물이 회전하는 임펠러를 지나 압력이 높아져서 바깥둘레로 유출하고 스파이럴형의 통로를 지나 펌프 출 구에 도달한다.임펠러를 나온 물이 안내깃 사이를 지나 케이싱으로 나가는 터빈펌프와 안내깃 을 가지지 않는 벌류트펌프 2종류가 있는데 전자는 고양정에 적합하다.특히, 양정이 클 때에는 제 1단의 안내깃을 나온 물을 2단의 입구로 이끄는 다 단식을 사용한다. 배수용, 상하수도용, 광산용, 화화공업용등 산업체에서 사용되 고 있는 펌프중 가장 많이 사용되고 있다. 원심펌프의 깃을 개량하여 마모나 부식에 대하여 특히 강하게 만든것은 이수오수 펄프혼맥 자갈 석탄 등에 적합 하다. 물고기등을 물과 함께 운반 할 때도 사용된다.펌프의 양정 H는 단위 무게의 유체가 펌프를 지나는 동안 얻는 에너지로 정의 된다. 따라서 비중량이 Y인 유체가 유량 Q의 유로 펌프를 지나는 동안에 얻는 에너지 Lw은Lw`= {YQH} over {60*75} `(hp)##단``H``:`전`양정`(m)#``````````#``````````Q:`유량(m ^{2} /min)##``````````Y:비중량(kg/m ^{{} ^{2}} ) 과 같이 된다.펌프의 효율eta 는 원동기로 펌프를 운동하는 데 필요한 축 동력에 대한 수동력 의 비로 정의 된다. 즉 ,eta = {Lw} over {Ls} ```(%) 여기서 Ls는 원동기의 축 동력을 표시한다.한편, 펌프의 입구와20~1.25베벨 치차 전동1.15~1.25(표 1) 원동기로서 전동기를 사용할 경우 k의 값원심 펌프는 한 개 또는 여러 개의 임펠러를 밀폐된 케이싱 내에서 회전 시킴 으로써 발생하는 원심력을 이용하여 액체의 펌프 작용, 즉 액체의 수송 작용을 하거나 압력을 발생시키는 펌프를 말한다. 이 펌프에서 중심부의 물이 밖으로 나오면 중심부는 압력이 저하되어 진공에 가까워지고 흡수관의 물이 대기의 압 력에 의해 임펠러 중심을 향해 흐르게 된다.이렇게 하여 물은 연속적으로 펌프 작용을 받아 흡상, 압상 되는 것이다. 보통 원심펌프의 흡입구가 임펠러의 중심에 있는 것이 바로 이 때문이다. 원심 펌프 는 고속 회전이 가능하고, 소형 경량이며 구조가 간단하며 취급이 용이, 효율이 높고 맥동이 적은 특징을 가지고 있다.[ 원심 펌프 계통도 및 구성 요소 ]원심 펌프는 펌프 본체(와실, 안내깃, 와류실로 구성), 임펠러, 주축, 축이음, 베 어링 본체, 베어링 그리고 패킹 상자로 구성되어 있다. 위의 그림에서 보는 것 과 같이 와류실은 임펠러의 바깥 둘레에 배치되어 있는 환상 부분으로 그 내부 에 안내깃이 들어가게 된다. 안내깃은 임펠러에서 송출되는 물을 와류실로 유 도하여 속도 에너지의 손실을 적게 하면서 압력에너지로 바꾸는 역할을 한다. 와류실은 와실에서 나와 안내깃을 통과한 물을 모아 송출관으로 보내는 동체이 다. 임펠러는 그림 1에서 보는 것과 같이 여러 개의 만곡된 깃이 달려있는 바 퀴이다.이 깃의 숫자는 대개 4~8 매로 원판 사이에 끼어 있다. 재료는 주조하기 쉽고 기계 가공이 편리하고, 주물의 표면이 매끄럽게 되며 녹이 슬지 않는 청동을 사용하지만 여러 용도에 따라 여러 재료들을 사용한다. 주축은 임펠러가 고정 되어 있고 전동기의 동력을 전달해주는 역할을 한다.- 원심 펌프의 분류1) 안내깃의 유무에 따른 분류(a)볼류트 펌프(b)터빈 펌프(a) 볼류트 펌프(Volute Pump)⇒ 임펠러 바깥둘레에 안내깃이 없고 바깥둘레에 바로 접하여 와류실이 있는 펌프, 일반 방향에 따른 분류⇒ 펌프의 축이 수평일 때는 횡축 펌프(Horizontal Pump), 수직일 때는 입축 펌프(Vertical Pump)라고 한다. 보통 펌프는 대부분 횡축 펌프이지만 깊은 우물용 펌프나 오수용 펌프는 입축이 적당하다. 입축의 장점은 설치 장소의 면적이 좁을 때나, 양정이 높아서 캐비테이션이 일어날 우려가 있을 때 사 용하면 좋다.- 펌프의 비속도가 갖는 성격 및 의의⇒ 한 회전차를 형상과 운전상태를 상사하게 유지하면서 그 크기를 바꾸어 단위 송출량에서 단위 양정을 내게 할 때 그 회전차에 주어져야 할 회전수를 기준 이 되는 회전차의 비속도(specific speed) 또는 비교 회전도라고 한다.여기서 은 펌프의 회전수(rpm), 는 토출량(m3/min), 는 전양정(m)이다.윗 식에서 H, Q는 일반적으로 특성 곡선상에서 최고 효울점에 대한 값들을 각각 나타내게 되어 있다. 또한 양흡입일 경우에는 위 식에서 대신 , 단수가 인 다단펌프의 경우에는 대신 를 대입하여 사용한다. 비교 회 전도 는 무차원 수가 아니므로 , , 의 단위를 잡는 방법에 따라 값이 달라 진 다. 또한 는 회전차의 형식 및 효율을 결정하는데 중요한 요소이다. 다음 표는 에 따른 회전차의 형식과 효율을 보여주고 있다.회전차의 형식의 범위80?120125?250250?240700?1000700?1000800?12001200?2200가 잘사용되는 값1*************011001500흐름에 의한 분류반경류형반경류형혼류형혼류형사류형사류형축류형전양정[m]30201210853양수량[ ]8이하10이하10?10010?3008?2008?4008이상펌프의 명칭고 양 정 원심펌프고 양 정 원심펌프중 양 정 원심펌프저 양 정 원심펌프사류펌프축류펌프축류펌프터빈터빈 볼류트볼류트양흡입 볼류트- 비속도에 따라 펌프의 모양이 대략 정해진다는 것은 펌프의 특성도 개략적으로 정해진다는 것을 의미한다. 펌프의 특성은 특성 곡선으로 나타내게 되는데, 여 기에는 횡축에 토출량, 종축에 전양정, 축동력, 하는 물 론 진동, 소음을 수반하며 때로는 양수 불능 상태가 될 수도 있다. 또한 케비 테이션 상태에서 계속 운전하게 되면 기포가 터질 때 충격에 의해 케이싱과 회전 차의 손상 및 진동에 의하여 베어링이 파손될 수도 있으므로 포화 증기 압 이하에서 운전해서는 안 되며 이를 위해서는 펌프의 흡입 조건에 따라 정 해지는 유효흡입수두와 회전 차 입구에서 발생되는 손실을 나타내는 필요흡 입수두에 대하여 이해하는 것이 좋다.1) 유효흡입수두(NPSHav)⇒ 펌프 그 자체와는 무관하게 흡입측 배관 또는 시스템에 따라서 정하여지는 값으로 기장 설계 시 설계자에 의하여 계산 가능하며 계산 값을 고려하여 펌프를 선정하지 않으면 안 된다. 대기압이 흡수 면에 작용하는 일반적인 경우에 대하여 NPSHav 값을 구해 보면여기서 : 수면에 작용하는 압력, 즉 대기압 (약 10.33m): 흡수면에서 펌프 기준면까지의 높이 (m) 가압 시 +: 유체 온도에 해당하는 포화 증기압 (상온 시 약 0.24m): 흡입측 배관의 총 손실 수두(m)따라서 기장 설계 시 펌프의 설치 높이만 결정되면 상기 공식에 따라 NPSHav 값을 구할 수 있으며 펌프 선정 시 참조해야 한다.2) 필요흡입수두(NPSHre)⇒ 회전 차 입구 부근까지 유입되어지는 액체는 회전 차에서 가압되기 전에 일 시적으로 발생하는 압력강하에 해당하는 수두를 필요흡입수두(NPSHre)라 하며 이는 펌프의 고유 손실로써 동일 사양으로 펌프를 설계하였다 하더라 도 제품마다 차이가 있으므로 펌프 선정 시 NPSHav값과 비교하여 케비테 이션 현상이 발생치 않도록 전 운전 범위를 고려하여 검토하여야 한다.3) 케비테이션 발생원인⇒ 케비테이션이 발생하지 않을 기본 조건은 이나 일반적 으로 여유를 고려하여 의 조건을 만족하도록 한다. 볼류트 펌프에서 NPSHav 과 NPSHre의 일반적인 관계는 아래 그림에서 알 수 있다. 따라서 흡입 관로상의 관로 저항이 증가하게 되면 교차점 이후 에서 운전하게 되어 케비테이션이 발생하더라도 흡입관로 상의의 소음을 방지할 필요가 있다.2) 바이 패스⇒ 상기한 방풍이 비경제 혹은 해로울 경우에 가스를 송풍기의 흡입 측에 되돌 려 순환하는 방법이다. 이 경우 주의할 점은 압축열로 고온이 된 가스를 그 대로 흡입 측에 되돌리면 흡입가스의 온도가 더욱 상승되어 기계적으로 좋 지 않을뿐더러 소요압력을 얻지 못할 수 있어 냉각 등의 충분한 조치가 뒤 따라야 한다.3) 동익, 정익 조절⇒ 흡입 베인의 조정 동익, 정익의 각도 변화, 흡입 베인의 조정으로 압력곡선 을 변화 시켜 서어징 범위를 변화시킨다.4) 베인 조절에 의한 방법⇒ 원심식에서는 흡입구에 설치된 베인을 교축함으로써 동익, 정익을 조절하여 얻는 효과를 얻는다.5) 조임 밸브을 송풍기에 근접해서 설치하는 방법⇒ 조임 밸브를 송풍기에 근접하여 설치하면 밸브가 저항으로서 작용하여 진동 을 감소시키는 방법으로 작용하고, 서어징 범위와 그 진폭이 작아진다. 또한 흡입 측에 댐퍼를 두면 날개차 입구의 압력저하에 의한 밀도 감소에 의해 효과를 얻을 수 있다.6) 회전수를 변화시키는 방법⇒ 풍량 감소에 수반하여 저항이 원점과 작동점을 지나는 2차 곡선상을 변화하 는 경우에는 원동기의 회전수를 변화시켜서 서어징을 피할 수 있다.- 펌프의 수격작용⇒ 수격 현상이란 유로내의 유체 속도 변화로 인하여 유체의 압력이 상승 또는 강하하는 현상으로 입력이 유체의 포화 증기압 이하로 될 때 기포가 발생하 여 수주 분리 현상이 생긴다. 분리된 유체의 흐름 방향 및 속도 변화로 인하 여 수주가 재결합할 때 대단히 큰 충격파가 발생하며 시스템에 악영향을 주 게 된다. 이 수주 분리 현상을 방지하면 압력 상승파(충격파)도 예방할 수 있 다. 펌프장에서는 펌프의 급정지 또는 급 기동에 의해 토출 측으로 부터 압 력이 급강하 또는 급상승하게 되는데 이런 현상을 방지하는 방법으로는 밸브 류(Check valve, Pressure Safety valve, Automatic Control Valve), Air Chamber, Surge Tank등이 있다.)

공학/기술| 2011.01.21| 18페이지| 1,500원| 조회(792)

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