FAN 기술교육 자료

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FAN이란 무엇인가?
FAN은 회전축에 부착된 2개의 또는 그 이상의 날개로 기계적으로 기체를 흐르게 합니다.
임펠러를 포함한 이들 장치는 회전하는 기계적 에너지로 변환되어 기체가 흐르도록 전압을 증가 시킵니다.
이 변환은 유체의 운동의 변화로 이루어집니다.
The American Society of Mechanical Engineers’ power test codes는 송풍기를 흡입구와 토출구 사이에
7%이내의 밀도를 증가시키는 기계로 정의하고 있습니다. 이것은 표준공기 기준으로 약 7620 Pa (777 mmWg)의
압력 상승 입니다. 7620 Pa 이상의 압력을 생성하는 공기이송장치를 압축기 또는 고압송풍기”라고 합니다.
난방, 배기, 공조용 송풍기는 (고속, 고압 시스템일지라도) 가끔 2500 ~ 3000 Pa (255 ~ 306 mmWg) 이상을
사용 하기도 합니다.
송풍기에는 3가지의 주요 부품이 있습니다 : 임펠러(wheel 또는 rotor), 임펠러 가동 장치, 그리고 캐이싱.
설치된 송풍기의 성능을 정확하게 예측하기 위해서 설계자는 다음의 사항을 알아야만 합니다.
(a) 송풍기가 어떻게 평가되고 시험되는지
(b) 공기 분배 시스템이 송풍기 성능에 미치는 영향
다른 종류의 송풍기들 또는 다른 제작사가 만든 같은 종류의 송풍기라도 시스템에서 동일하게 상호 작용하지
않습니다.
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1. FAN의 기본 요건
3. FAN & DUCT SYSTEM
1-1. FAN의 종류
3-1. SYSTEM EFFECT
1-2. FAN의 규격 표시
3-2. SYSTEM EFFECT 개선안
1-3. FAN 관련 용어
4. FAN의 유지 보수
1-4. FAN 법칙
4-1. FAN 유지보수
1-5. FAN 성능곡선 (원심식 팬)
4-2. 주요부품 교체 방법
2. FAN의 주요부품
2-1. FAN 각부의 명칭
2-2. FAN 주변 장치 및 액세서리
2-3. FAN의 품질 기준
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1. FAN의 기본 요건
1-1. FAN의 종류
Type
원심식 팬
(Centrifugal Fan)
Backward
(후곡형)
Impeller
Fan Image
사용정압
30~150
mmAq
주요 용도
- 공조기 급기 팬
- 주방, 화장실 배기
- 제연 팬
Forward
(전곡형, 다익형,
SIROCCO)
20~60
mmAq
- 공조기 환기 팬
- 각종 급, 배기
(주차장 등)
- 풍량이 크고 정압이
낮은 경우 사용
Airfoil
(익형)
40~170
mmAq
- 공조기 급기 팬
- 제연 팬
- 고정압 급, 배기 팬
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Special
Design
축류 팬
(Axial Fans)
Type
Impeller
Fan Image
사용정압
주요 용도
Tube Axial
20~90
mmAq
- 소음이 문제가 되지
않고 정압이 낮은 곳
- 기계실, 발전기실 배기
- Built In AHU의
급기 및 환기 팬
Vane Axial
20~110
mmAq
- Tube Axial 보다 정압
이
높고 효율이 높은 곳
Mixed
Flow
20~90
mmAq
- 적은 풍량, 낮은 정압의
급, 배기 팬
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1-2. FAN의 규격표시
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1-3. FAN 관련 용어
▶ Standard Air (SI) 표준 공기
20°C 와 101.325 kPa의 건조 공기. 이 상태에서 건공기는 1.204 kg/m3 의 밀도를 가지고 있다.
이것은 I-P 표준공기와 같지 않다
▶ Water Gauge (WG) 수압 게이지
Fig. 1
Atmospheric Pressure
대기압에서 압력 측정은 mm(inch) 단위의
수주의 높이로 나타낸다. 해수면의 대기압은
수주 10,340 mm (407.1 inch)또는 수주 10 m
(33.97 feet)와 같다. (Fig. 1)
▶ Static Pressure 정압
Fig. 2
Fan Velocity Pressure
프레늄 챔버나 공기 흐름(기류)의 한 점에서 절대 압력과
주위의 대기압의 절대압력 간의 차이. 한 점의 압력이 주위
공기보다 위이면 양압이고 아래면 부압이다.
주위의 모든 방향으로의 압력은 동일하다.
공기의 흐름(기류)에서는 속도에 대해 독립적이고 이용할
수 있는 잠재 에너지의 량이다.
▶ Velocity Pressure /Dynamic Pressure 동압
동압은 0의 속도에서 어떤 속도까지 가속하기 위하여 필요한
압력이고 기류의 운동 에너지에 비례한다.
동압은 기류 방향으로 작용하고 항상 양압이다. (Fig. 2)
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1-3. FAN 관련 용어
▶ Total Pressure 전압
전압은 정압과 동압의 대수의 합이다.
기류에서 이용할 수 있는 전체 에너지의 량이다. (Fig.3)
TP = SP + VP
▶ Fan Total Pressure 송풍기 전압
송풍기 흡입구의 평균전압과 송풍기 토출구의 평균전압 사이의
Fig. 3
SP, VP and TP at a point
대수적 차이. 이것은 송풍기에 의해서 가해지는 전 기계적
에너지의 양이다. 그림 4에서 측정법을 보여준다. (Fig.4)
▶ Fan Static Pressure 송풍기 정압
송풍기 정압은 팬 등급에 사용되는 정의된 양이며, 직접적으로
측정될 수 없다.
구하는 식은, Fan전압-Fan동압(토출구의 공기속도평균에 해당) 이다.
주의할 점은, 토출구에서의 정압과 흡입구에서의 정압차가 아니라는
점이다. 외부 시스템 정압이 아니다.
Fig. 4
Fan Total Pressure
▶ Air Flow (Q) 공기량
주어진 시스템에 있는 팬에 의해 생산된 공기의 세제곱미터/초 (CMS) 이며, 공기 밀도와는 독립적이다.
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1-3. FAN 관련 용어
▶ Air Horsepower (AkW)
100% 효율이라 가정했을 때, 주어진 압력에 대한 주어진 공기량을 옮기는데 필요한 마력이다.
STATICAkW 
QSP
1000
TOTALAkW 
QTP
1000
 where Q = air volume in CMS
TP= total pressure in Pa
▶ Brake Horsepower (BkW)
팬이 필요로 하는 실제 마력이다. 이것은 공기마력보다 크다.
왜냐하면, 어떤 Fan도 실제 100% 효율이 아니기 때문이다.
팬에 들어가는 전력과는 별도로 벨트, 부속품, 기타 다른 전력
소모요구에 의해 흡수되는 전력을 포함할 수 있다.
BkW 
 where t= total fan efficiency
▶ Static Efficiency (S.E.)
정적 공기 마력을 Fan 입력 전력으로 나누어진 수치.
SE 
PowerOutput
Q  SP

PowerInput 1000 BkW
▶ Mechanical Efficiency (M.E.)
기계 효율은 또한 전압효율이라고도 하며, 전력입력에
대한 출력비율이다.
Q
TP

1000 t
ME 
Q  TP
1000  BkW
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1-3. FAN 관련 용어
▶ Blocked Tight Static Pressure (BTSP)
토출구 차단 정압 (Blocked Tight Static Pressure)
Fan토출구가 완전히 막혔을 때의 운전조건 이며
공기가 흐르지 않게 된다. (Fig.5)
▶ Fully Open Air Flow (WOCMS)
완전 개방 공기 이동 Fully Open Air Flow (WOCMS)
'와이드 오픈' 이라고도 한다.
Fig. 5 Blocked Tight Static Pressure
이 운전 조건에서, 팬 전체에 걸친 정압은 '제로'이다. (Fig. 6)
▶ Wide Open Brake Horsepower (WOBkW)
완전 개방 실제 Brake마력(Fan실제 소요 동력)
팬이 완전 오픈 CMS (WOCMS)에서 운전될 때 소모되는
동력(Kw). 종종, 팬 특성은 완전 개방 CMS 조건일 때를
의미하며, 그 팬은 해당 토출구 차단 정압(percent BTSP)과
완전개방동력(WOBkW)에 고정된다.
▶ Application Range 적용 범위
Fig. 6
Fully Open CMS
Fig. 7
Application Range
운전 풍량과 압력의 범위는 제조자에 의해 결정된다.
그 운전 점에서 팬은 계획되로 운전될 것이다.
(그림 7). '와이드 오픈' 조건에서, 전곡형 원심팬의 일반적
적용 범위는 30%~80%이며, 후곡형 팬은 40~80%,
방사형 팬의 경우 35%~80%이다. (Fig. 7)
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1-3. FAN 관련 용어
▶ Tip speed (TS)
주변(부대)속도라고도 하며, 공식은 아래와 같다.
D(Impeller지름), N(RPM), 단위는 m/s (ft/min).
T.S.
DN
60
 where D= diameter of impeller, m
N= speed in RPM
Fig. 8
Tip Speed
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1-4. FAN 법칙
N  D 
Q 2  Q1 x  2 x  2 
 N1   D1 
N 
P2  P1 x 2 
 N1 
2
N 
W2  W1 x 2 
 N1 
3
D 
x 2 
 D1 
3
where
2
D 
x  2 
 D1 
d 
x 2 
 d1 
5
Q = flow rate, CMH
P = pressure (TP, SP or VP), Pa
d = gas density, kg/m3
N = fan speed, rpm
D = impeller diameter, mm
W = impeller power, kW
d 
x 2 
 d1 
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1-4. FAN 법칙
Example
설계조건 - 풍량 : 19,000 CMH
정압 : 500 Pa
회전수 : 600 RPM
축동력 : 6.5 BkW
변경 : 풍량을 21,500CMH로 변경하는 경우
Q 
N 2  N1 x 2 
 Q1 
N 
Q 2  Q1 x  2 
 N1 
 6002150019000
 679rpm
N 
P2  P1 2 
 N1 
2
 500679 600  640Pa
2
N 
W2  W1 2 
 N1 
3
 6.50679 600  9.42BkW
3
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1-4. FAN의 성능곡선 (원심식 팬)
<Forward Fan Curve>
<Backward Fan Curve>
<Air Foil Fan Curve>
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2. FAN의 주요부품
2-1. FAN 각부의 명칭
<원심식 팬>
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2-2. FAN 주변 장치 및 액세서리
2-2-1. BEARING
◎ 베어링의 선정과 응용원리
○ 베어링이 완전한 성능을 발휘하기 위해서는 마모나 이물질의 침투를 방지하고 적당한 윤활이
이루어 져야 하며 청결도는 베어링 서비스 수명에 깊은 영향을 미친다.
○ 그러나 이것이 전부는 아니며, 그 외에 여러 가지 다른 측면도 다음과 같이 고려하여야 한다.
▶ 배열에 필요한 다른 부품들의 적합한 형태
▶ 알맞은 끼워 맞춤과 베어링 내부 틈새 혹은 예압
▶ 지지 장치
▶ 적합한 시일
▶ 윤활유의 양과 형식
▶ 조립과 분해 방법 등.
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2-2. FAN 주변 장치 및 액세서리
2-2-1. BEARING
(1) BEARING 용어
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(2) BEARING 시일드
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(3) BEARING 상태 진단 (SKF 카다록)
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2-2-2. Pulley & Belts
(1) V-Belt의 종류
1) 일반 브이 벨트
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2) 세폭 브이 벨트
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2) 세폭 브이 벨트 (wedge)
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(2) Pulley의 종류
1) 축과 조립 기준
일반 브이풀리
부쉬가 있는 풀리
부쉬가 있는 풀리가 일반 브리풀리에 비해 조립이 용이하며,
축과 베어링에 충격을 적게 준다.
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2) 풀리 형식 결정
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2-2-3. MOTOR
(1) 정격용량표시 방법 : KW(HP) × Pole (or Frame No)
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(2)보호방식 (IP Grade)
전동기 보호형식의 기호는 IP뒤에 두자리의 숫자로 표시하며, 그 숫자의 의미는 다음과 같다. (IEC 34-5)
1) 첫째자리 숫자 ( 인체 및 고형 이물질에 관한 보호형식 )
인체를 회전기내의 회전부분 또는 도전부분에 닿지 않도록 보호하고, 또한 회전기를 고형 이물의 침입에 대한 보호등급으로 5종류이다.
숫자
Degree of protection
0
인체의 접촉, 고형이물의 침입에 대하여 특별히 보호하지 않는구조
1
Φ50mm 이상의 고형체가 침입하지 않도록 한 구조
2
Φ12mm 이상의 고형체가 침입하지 않도록 한 구조
4
Φ1mm 이상의 고형체가 침입할 수 없는 구조 (외부팬에 의한 공기의 주입구나 Drain hole 은 제외)
5
먼지가 들어갈 수 없는 구조 (먼지의 완전차폐는 아니고 정상 운전을 유지할 정도)
2) 둘째자리 숫자 (물에 대한 보호방식)
물의 침입에 대해 보호하는 등급으로 물이 침입하여 운전에 지장을 주지 않는 구조로 제작.
일정 시간 동안 물을 분무하여 물이 내부로 침투하여 운전이 정지 되는지로 판정한다.
숫자
Degree of protection
숫자
0
무보호 형식
5
방향에 관계없이 분사되는 물로 부터 보호 (Zet spary)
1
수직으로 떨어지는 물방울로 부터 보호 구조
6
항해중 파도로 부터 보호 (항해중 물을 뒤집어 써도
일정기간 운전가능 할 것)
2
수직에서 15°이내로 떨어지는 물방울에 대해 보호
7
지정한 수심 및 시간에 물속에 침수하고, 가령 물이
침입하여도 영향을 받지 않는 구조
3
수직선에서 60°이내로 분무되는 물보라 (Spray) 로 부터보호
8
수중에서 정상 운전할 수 있는 구조
4
방향에 관계없이 끼얹는 물로부터 보호
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(3) 절연방식
1) 절연기기의 종류
기기 절연은 그 내열 특성에 따라 Y종, A종 ,E종, F종, H종 및 C종으로 구분된다. 그리고 기기는 위의 각종 절연의
허용 최고온도에 충분히 견디는 절연재료로 구성되는 것이다.
2)기기 절연의 정의
a. F종 절연
F종 절연이란 표1에 표시된 F종의 허용온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을 말한다. 다시 말하면 마이카, 석면,
유리섬유등의 재료를 실리콘, 알키드 수지 등의 버접착재료와 같이 사용된 절연을 말한다.
b. H종 절연
H종 절연이란 표1에 표시한 H종의 허용 최고 온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을 말한다. 보기를 들면,
마이카 ,석면, 유리 섬유 등의 재료를 규소수지 또는 동등의 특성을 가진 재료와 같이 사용한 것을 말한다. 고무모양 및
고치모양의 규소수지 또는 동등의 성질을 가진 재료를 단독으로 사용된 것도 포함된다.
3) 각종절연의 허용 온도
절연의 종류
허용 최고 온도(Deg.)
E
120
B
130
F
155
H
180
C
180 초과
※ 모터 주위온도 40~50℃
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(4) 전기적 결선도
(IEC 기준)
(NEMA 기준)
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2-3. FAN의 품질 기준
(1) AMCA 인증
1) AMCA는 "Air Movement and Control Association International, Inc."의 약자입니다
2) 공인된 정확한 정보를 제시하므로 설계자, 생산자, 구매자, 소비자가
과잉설계 방지 및 정확한 선택 가능
3) AMCA 인증의 종류
Air Performance
Sound and Air Performance
(성능)
(성능 & 소음)
Fan Efficiency Grade
(팬 효율 등급)
※ AMCA 인증의 의미는 카다록과 제품이 일치 한다는 뜻임.
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(2) 고효율 기자재 인증
1) 고효율기자재 인증제도 개요
- 고효율에너지 기자재란 : 기술표준원 등 지정 시험 기관에서 측정한 에너지소비효율 및
품질시험 결과 전 항목을 만족하고 에너지관리공단에서
고효율에너지기자재로 인증 받은 제품
- 인증제도란 : 에너지이용합리화법 제13조에 따라 고효율유도 전동기 등 고효율에너지
기자재의 보급을 활성화 하기 위하여 일정기준 이상 제품에 대하여
인증하여 주는 효율보증 제도로 1996년 12월부터 시행하고 있다.
2) 인증로고 : 전동기(모터)와 송풍기(Fan) 모두 고효율 인증 제품으로 채택 할 수 있다.(공조용)
(Fan)
(Motor)
(고효율제품 셋트)
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(3) 진동등급
ISO1940 Standard – BALANCING : 회전 하는 기기의 Unbalance 범위를 정하는 국제 규격
일반적인 팬의
진동등급 : G6.3이하
※ 바란싱 등급이 높을 수록 진동 및 소음이 적고 베어링 수명이 길어진다.
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(4) Trim Balancing
ISO1940과 AMCA 204기준에 따라
모든 FAN을 조립 후, G2.5 기준으로
Trim Balancing 하여 그 결과 출력물을
Fan에 부착하여 납품
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(5) 베어링의 종류
1) 베어링 수명시간 동안 재급유가 불필요하고 유지보수가 용이한 베어링 사용
2) 접촉 시일 포함형의 이중실드 구조로 됨 : 개방형 기본설계(1), 접촉 시일 포함형(2)
(이중실드 구조)
3) 어댑터 슬리브 구조로 분해 및 조립이 용이하며, 분해 및 조립 시 축에 충격을 주지 않음
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(6) 풀리의 종류
1) Taper Bush Pulley
2) 축과 보스가 테이퍼 형태로 되어 분해 및 조립이 용이하고
분해 및 조립 시 축에 충격을 주지 않는다
3) 바란싱 등급 : G2.5 기준
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3. FAN & DUCT WORK
3-1. SYSTEM EFFECT
◈ 시스템 영향의 정의 : 팬 전후의 최 근접 위치에서 덕트 시트템이
팬의 성능에 영향을 미치는 요인
◈ 덕트시스템이 팬의 성능에 영향을 미치는 가장 일반적인 3가지 원인
(1) 부적절한 흡입구와 토출구 조건들
(2) 불균일한 흡입구 흐름
(3) 흡입구의 소용돌이
◈ 시스템 영향(System Effect)이 중요한 이유
(1) 성능 저하
(2) 과도한 진동의 원인
(3) 과도한 소음의 원인
(4) 필요한 정격 성능에 비해 추가 에너지(HP) 소모 : 이해와 결론에 시간필요
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<System Effect Curve>
system effect에 의한
실제 덕트 시스템
설계 덕트 시스템
(System Effect가 발생하지 않음
)
4
실제 풍량과
System effect
설계 풍량 대비
System Effect 손실
3
1
2
실제 덕트 시스템 팬 곡선
설계 팬 곡선
설계 정압
System Effect에 의한 풍량부족
설계 풍량
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※ 이상적인 덕트의 시공방법
<Centrifugal, SISW >
<Centrifugal, DIDW>
< AXIAL>
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1) 토출측 System Effect 발생요인
▶ 송풍기 토출구에 너무 근접한 엘보
▶ 급격한 덕트의 변화
▶ 자유 배출
▶ 담파 위치
▶ Weatherhoods (옥외 후드)
▶ 토출측 가이드
▶ 벽 또는 칸막이에 너무 근접한 토출구
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※ 토출구에서 유효덕트길이 (SMACNA 참조)
※ 토출구에서 엘보 설치 기준
Positio n C
P ositio n D
Po sition B
Inle t
P osition A
DWDI Fan은 SWSI Fan의 곡선을 적용하여 SEF을 선정한다.
그리고 아래의 표의 각각의 승수를 적용한다.
DWDI FANS의 승수
ELBOW POSITION A, C = ∆P X 1.00
ELBOW POSITION B = ∆P X 1.25
ELBOW POSITION D = ∆P X 0.85
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※ 공조기 급기 팬의 덕트 연결
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토출구 덕트 연결
Not Recommended
Recommended
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2) 흡입 측 System Effect 발생요인
▶ 흡입구에 너무 근접한 엘보
▶ 급격한 덕트의 변화
▶ 흡입구의 소용돌이
▶ 충분히 개도 되지 않은 담파
▶ 담파 위치
▶ 불완전하게 설계된 가이드
▶ 벽 또는 칸막이에 너무 근접한 흡입구
▶ 잘못 된 흡입 박스
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※ 흡입구에서의 손실
이런 형태의 흡입구 상태에서 용량 및 압력 감소를 표로 나타내
는 것은 불가능하다. 덕트의 폭과 깊이에 따라 가능 변수가 많이
발생하며, 이는 성능을 등급화 하는데 어려움을 주게된다.
따라서, 이러한 흡입구 형태는 피해야 한다.
성능 저하는 45%정도 관찰되었으며, 기존 설치에 대해서는 베
인 또는 베인 포함 사각(또는 연귀이음) 엘보우로 변환하여 성능
을 향상 시킬 수 있다.
<그림 6-10>
사각 흡입구 덕트에 의해 유도된 비균등 공기흐름.
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※ 흡입 참바 설계 방법
<현장 적용 사례>
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※ 흡입 조건에 따른 압력 손실
※ 흡입 조건 개선 방법
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※ 케이싱 내부 팬 조건에 따른 System Effect Curves
L Distance
Inlet to Wall
System Effect
Curves
0.75 x DIA of Inlet
V-W
0.5 x DIA of Inlet
U
0.4 x DIA of Inlet
T
0.3 x DIA of Inlet
S
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편심된 흡입구 흐름
Not Recommended
Recommended
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흡입측 연결 시 공기의 소용돌이
Not Recommended
Recommended
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흡입측 연결 시 공기의 소용돌이
Not Recommended
Recommended
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3-2. SYSTEM EFFECT 사례 및 개선사항
<흡입 및 토출측 장애>
<토출측 장애>
<개선안>
<개선안>
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<흡입측 장애>
<개선안>
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<토출측 장애>
<개선안>
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<토출측 장애>
<개선안>
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※ 정압 감소, 엘보 및 덕트 비용 절감
<토출 및 흡입>
<개선안>
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※ 양호한 현장 설치 사례
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※ 양호한 현장 설치 사례
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4. FAN의 유지 보수
4-1. FAN 유지 보수
4-2-1. 운전 시 사전 점검 사항
팬이 초기 가동에 들어가기 전에 제작자의 지시 사항을 반드시 준수 하여야 합니다.
다음의 점검 사항을 확인하고 나면 팬의 가동 준비가 이루어 졌다고 볼 수 있습니다.
◆ 주 전원과 모든 보조 전원을 차단한다.
◆ 기초 구조 및 장착물의 정렬과 덕트 연결에 관한 설계가 현재 보편 타당하게 인정받고 있는
엔지니어링과 팬 제작자의 권고 사항들에 따라 이루어졌는지 확인한다.
◆ 모든 볼트가 안전한지 확인하고 조여 준다.
◆ 밸런스가 잡혀 부드럽게 회전하는지를 임펠러를 돌려 확인한다.
◆ 임펠러가 팬 설계 방향에 따라 정확하게 회전하는지 검사한다.
◆ 벨트 드라이브나 커플링 정렬을 확인하고 권장 벨트 인장력을 확보한다.
◆ 모든 안전 장치가 적절한지 확인한다.
◆ 흡입 및 토출 댐퍼는 60%의 풍량은 유지 하여야 하고 완전히 닫히는 것을 피해야 한다.
◆ 전원 공급 스위치를 켜고 팬을 최대 속도에 이르게 한다.
※ 주의 사항들 : (1) 과도한 진동
(2) 비 정상적인 소음
(3) 적절한 전류와 전압치
(4) 적절한 벨트 정렬
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팬(Fan)은기계설비의에너지절약시스템에서가장중요한부분중하나이다.
1
2
3
4
최적의 시스템
팬과 시스템을
위한 Total
기술 제공
사용처의
조건에 맞는
다양한 제품
효율 높은 FAN
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