콤프레샤란? / 공기압축기란?
콤프레샤는 공기압축기(Air Compressor)로, 공기를 압축하여 높은 공압으로 저장한 후 다양한 공압 기계에 공급하는 장치입니다. 주로 공작 기계에 사용되며, 압축기 본체와 압축 공기를 저장하는 저장탱크로 구성되어 있습니다.
콤프레샤의 대표적인 압축 방식으로는 피스톤 방식, 스크류 방식, 터보 방식이 있습니다. 대용량이 필요할 경우에는 무급유 방식의 터보 타입이 적합하지만, 일반적인 사용에는 스크류 타입이 널리 쓰입니다. 스크류 방식은 오일을 사용하는 오일 급유 방식(오일 타입)과 오일 없이 작동하는 무급유 방식(오일프리)으로 나뉩니다.
피스톤 콤프레샤
피스톤 방식의 압축 원리는 실린더 내에서 피스톤이 왕복하며 공기를 압축하는 작용을 기반으로 합니다. 이 방식은 일반적으로 최대 120 ㎥/min까지의 공기량을 생산할 수 있으며, 그 이상은 기계적 효율과 진동 문제가 발생할 수 있습니다. 운전 특성상 높은 압력 변화에도 유량의 변동이 적어 안정적인 출력을 제공하지만, 유량 한계가 있어 공기 사용량이 많은 공정에는 적합하지 않을 수 있습니다. 용량 제어는 현장 공기량 수요에 따라 100%, 75%, 50%, 25%, 0%로 5단계 부하 조절이 가능하며, 언로더 피스톤 밸브(조작 흡입 밸브)를 개방 상태로 유지하여 운전합니다. 또한, 서징(Surging) 현상이 발생하지 않으며, 전 부하 및 부분 부하에서 모두 높은 효율을 유지하는 장점이 있습니다.
스크류 콤프레샤
스크류 방식의 압축 원리는 밀폐된 케이싱 내에서 암, 수 로터가 맞물려 회전하면서 점진적인 체적 감소를 통해 압축되는 회전식 용적형 방식입니다. 이 방식은 60 ㎥/min 이하의 공기량을 처리할 때 터보식보다 전력 비용이 더 저렴합니다. 운전 특성상 압력은 왕복동 압축기보다 낮지만, 공기 유량은 크고 효율적으로 동작합니다. 용량 제어는 100%에서 0%까지 조정하거나 Modulation 방법을 통해 0~100%까지 무단계적으로 흡입 공기량을 조절할 수 있습니다. 제어 방법은 흡입밸브가 없어, 언로더 역할을 하는 쓰로틀밸브를 사용해 흡입구의 압력을 일정하게 유지하도록 비례적으로 교축하여 제어합니다. 그러나 정압 제어는 불가능합니다. 서징(Surging) 현상은 없으며, 전 부하와 부분 부하 모두에서 높은 효율을 유지합니다. 또한, 인버터가 장착된 압축기도 존재하여 효율적인 운전이 가능합니다.
터보 콤프레샤
원심식 압축기의 압축 원리는 임펠러를 고속 회전시켜 공기의 속도를 높인 후, 디퓨저를 통해 그 속도 에너지를 압력 에너지로 전환하는 방식입니다. 이 방식은 50㎥/min 이상의 공기량을 한계 없이 제작할 수 있습니다. 운전 특성상 유량을 압력 변동 없이 조절할 수 있으며, 다른 종류의 압축기보다 전력당 더 많은 유량을 생산할 수 있습니다. 용량 제어는 Surging 영역이 존재하므로, 100~70% 구간에서 부하 운전이 가능하며, 50% 이하의 요구 시 여분의 공기를 방출하여 안정적인 운전이 가능합니다. 제어 방법은 인렛 가이드베인을 이용하여 연속적으로 흡입 용량을 조절하며, 이를 통해 정압 제어가 가능합니다. 서징(Surging) 현상은 70% 부하 운전점이 하한선이므로 그 이하로 운전할 경우 대책이 필요합니다. 전 부하와 부분 부하에서 모두 아주 높은 효율을 유지하는 특징을 가지고 있습니다.
오일 급유 방식 / 오일 무급유 방식
오일 급유 방식의 콤프레샤는 오일을 필수적으로 급유해야 하므로 오일 관리가 매우 중요합니다. 이를 위해 오일 주입 관리와 압축 공기의 오일 오염 및 수분을 방지하기 위한 추가 장치인 워터 세퍼레이터와 유수분 제거 필터가 필요합니다. 이 장치들은 지속적인 유지보수를 통해 오일 오염과 수분을 방지해야 합니다. 오일 급유 방식은 오일을 사용하기 때문에 실린더 손상이 적고, 높은 마력을 제공하지만 크고 무겁기 때문에 이동식보다는 고정식으로 주로 사용됩니다. 또한 높은 마력으로 인해 소모되는 전력이 상당히 큽니다.
반면, 오일 무급유 방식의 콤프레샤는 오일 관리가 필요 없다는 장점이 있습니다. 그러나 오일 방식과 마찬가지로 수분 관리가 필수적입니다. 오일을 사용하지 않기 때문에 마력이 상대적으로 낮지만, 휴대성이 높고 가벼워 이동식으로 많이 사용됩니다.
콤프레셔의 구조
▶ 펌프와 모터는 전기가 공급되면 모터가 작동하면서 실린더의 피스톤 운동을 통해 흡입된 공기를 압축하여 압력을 발생시키기 시작합니다. 이 과정을 일반적으로 콤프레샤 헤드라고 부르기도 합니다.
▶ 소음기/흡입기는 주변의 공기를 흡입하는 역할을 하며, 이 과정에서 발생하는 소음을 줄여주는 역할을 동시에 합니다. 내부에는 필터가 있어 외부의 불순물을 제거하며, 이러한 이유로 흡입 필터라고도 불립니다.
▶ 압력 게이지는 압축된 공기의 압력을 나타내는 장치로, 일반적으로 psi(프사이)와 Bar(바) 단위로 표시됩니다. 에어탱크에 달린 게이지는 에어탱크에 저장된 압축 공기의 압력을 바로 표시해줍니다.
▶ 레귤레이터는 압축된 공기의 압력을 조절하는 장치로, 필요한 곳에 알맞은 압력의 공기를 공급할 수 있도록 돕습니다. 일부 레귤레이터에는 수분 필터와 압력 게이지가 결합되어 있어 유지보수를 용이하게 합니다.
▶ 에어 탱크는 콤프레셔를 통해 생성된 압축 공기가 저장되는 공간으로, 압축 공기를 보관하고 사용할 때 필요에 따라 공급할 수 있게 합니다.
