송풍기 서징과 풍량 조절

서징의 정의

송풍기 서징은 압력과 풍량이 주기적으로 요동하는 맥동현상이다.

정압곡선이 좌하향으로 꺾인 불안정 구간에서 운전하면 서징이 생긴다.

쉽게 말해 송풍기가 한숨을 쉬듯 풍량과 압력이 번갈아 오르내린다.

송풍기 입출구 압력계 바늘이 흔들리고 송출 유량도 함께 변한다.

특성곡선의 세 영역

송풍기 특성곡선은 횡축에 풍량, 종축에 정압·전압·효율·축동력을 둔다.

안정 운전 영역은 풍량이 늘 때 압력이 완만하게 떨어지는 구간이다.

서징 영역은 정압곡선이 좌하향으로 꺾여 풍량이 줄수록 압력이 오르는 구간이다.

오버로드 영역은 풍량이 한계 이상이 되어 축동력이 급증하는 구간이다.

서징의 원리

서징은 풍량이 줄어 시스템 저항을 이기지 못하는 데서 시작한다.

토출 압력이 떨어지지 못하면 역류가 생기고, 역류 후 압력이 회복되면 유동이 재개된다.

이 과정이 반복되며 진동과 소음이 발생한다.

정리하면 서징은 시스템 전체의 압력과 유량이 주기적으로 요동하는 현상이다.

풍량 조절과 상사법칙

풍량을 줄이는 대표 방법은 댐퍼 조절과 회전수 제어다.

댐퍼는 시스템 저항을 높여 풍량을 줄이므로 동력 감소가 작다.

회전수 제어는 특성곡선 자체를 옮기므로 동력이 크게 줄어든다.

회전수 제어에서 풍량은 회전수에 비례하고, 축동력은 회전수의 세제곱에 비례한다.

그래서 회전수를 낮추면 댐퍼 조절보다 에너지 절감 효과가 크다.

계산 예제

가상의 예로 정압 500Pa, 풍량 60㎥/s의 원심 송풍기를 본다.

인버터로 풍량을 40㎥/s까지 줄이면 풍량비는 40을 60으로 나눈 0.667이다.

축동력은 회전수의 세제곱에 비례하므로 0.667의 세제곱, 약 0.296이 된다.

결과는 정격 동력의 약 30% 수준이다. 댐퍼로 같은 풍량을 얻을 때의 70~80%와 비교하면 절감 효과가 크다.

헷갈리는 점과 정리

앞 문제의 답은 0.667이다. 풍량이 회전수에 비례하기 때문이다.

이제 헷갈리기 쉬운 현상을 한 표로 정리한다.

서징은 전체 압력·유량의 주기적 맥동이다.

캐비테이션은 압력이 증기압 이하로 떨어져 기포가 생기고 소음과 침식을 낸다.

회전실속은 임펠러 일부 유로에서 실속 셀이 도는 국부 현상이다.

풍량조절은 댐퍼가 저항을 바꾸고, 회전수 제어가 특성곡선을 옮긴다.

대책은 원인과 짝지어 쓴다. 저유량이면 최소 풍량 확보와 재순환이다.