컴프레샤(압축기)의 공기누출(누설)과 초음파

컴프레샤(압축기)의 공기누출(누설)과 초음파

 

SYNERGYS TECK사의 Leak shooter는 압축기실에서 발생하는 누설감지에 탁월한 기능이 보고되고 있다. 컴프레샤의 공기누설은 공장에서 발생하는 낭비요소 중에서 가장 무시할 수 없는 부분이라고 할 수 있다. 보이지도 않고 냄새도 없고 잘 들리지도 않는 이 누설소음은 소위 "hissing" 음이라고 불린다.  결국 보이지 않는 것은 관심도 멀게 되어 자칫 예지보전활동영역에서 제외될 수 있는 가능성을 방지하기 위해서는 적절한 기술적인 보강이 이루어져야 한다. Leak shooter technology 는 소음이 심한 현장에서도 심플하게 누설감지를 함으로써, 컴프레샤실에서 흘러나오는 비용을 절감시킬 수 있다. (2^nd profit center).  또한, 진보된 디지털 필터링 테크닉으로 인간이 들을 수 없는 고주파 음향대역인 초음파를 가청주파수 대역으로 변환하여 헤드폰으로 그 음을 들을 수 있다.

 

공기누설(air leaks)은 ‘가청주파수대역’과 ‘초음파대역’을 모두 발생

가청주파수대역은 보통 산업현장의 소음인 130 decibels 정도에서는 들을 수도 없을 뿐만 아니라 다른 요소에 반사되거나 간접적인 특성을 갖기 때문에 오히려 무의미하다.

하지만 초음파는 다르다. 누설의 초음파 감지는 직접적이고 Leak shooter는 현장의 많은 소음으로부터 디지털 필터링을 거치기 때문에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

정규 PM(기간정비)을 통해 컴프레샤를 보수할 때 확인해 보면, 압축공기가 깨끗하지만은 않다는 것을 확인해 볼 수 있을 것이다. 즉, 파이프 스케일, 산화철, 다른 오염물질들이 발견되기도 하는데, 이러한 물질들이 반복적으로 설비시스템에 가해지게 되면 누설량이 커지거나 새로운 누설이 계속 발생하게 된다.  심지어는 압력이 떨어지면 작업이 불가능하다며 오히려 컴프레샤 압력을 높이다가 위험을 초래할 수도 있다. 따라서 누설위치와 양을 정확히 확인하여 근본적인 원인을 제거하는 것이 최선의 방법이다.

일반적으로 컴프레샤의 메인트넌스는 일년에 3~4번정도 정기적으로 완전히 점검하여 누설을 검사하는 것이 정상이다.

전세계적으로 이 컴프레샤들은 큰 대형모터에 의해서 기동하게 된다. 누설이 적다면 이 모터의 크기와 수량도 감소하게 될 것이고, 결국 에너지 절감에 직접적으로 관련이 있다. 전기적 소모량과 모터의 수명 등을 계산해 본다면 10 and 15%정도의 에너지 절감이 보고되고 있다.

 

결론적으로 초음파는 인간이 들을 수 없는 주파수대역(상위 20 kHz)에 존재한다. 시중에서 시판되고 있는 저렴한 초음파 측정기라고 불리는 것들은 기능측면에서 Leak shooter와는 완전히 다른 소음증폭기(noise amplifiers)라고 할 수 있다. 즉, 초음파를 감지할 수 있는 간단한 전기회로를 구성한 것이다. 그러나. 이것은 고도의 전문경험이 필요하며 ‘특정주파수대역’만을 감지하도록 구성하려면 추가비용이 발생하게 된다.

Leak shooter에는 세계적인 초음파 진단기의 축적된 초음파 탐지기술력이 내장되어 있다.

그러면, 산업환경의 고주파 노이즈와 컴프레샤의 누설음을 구별하는 가장 적합한 주파수는 무엇인가?  왜 40kHz 인가? 

누설공기는 넓은 광역 주파수대역을 발생시킨다. 일반적으로 누설음은 높은 주파수대역에서 더 높은 에너지를 발생시키게 된다. 그러나, 주파수 대역을 더 높게 할수록, 초음파와 관련 깊은 공기 전도성(conductive air)은 감소하게 된다. 만약 공기의 전도성(감쇠); conductivity (attenuation)과 함께 주파수 에너지(frequency energy)를 그래프에 같이 그려본다면 40 kHz 근처에서 두 선분이 만나는 것을 확인 할 수 있을 것이다. 그리고 Leak shooter는 이 주파수를 선택하고, 다른 성분을 필터링하는 작업, 즉, 다른 잡음으로부터의 방해를 최소화함과 동시에 원거리에서 발생하는 초음파의 감지를 최대화할 수 있는 잇점을 가지고 있다. 바로 이런 조합원리가 Leak shooter를 가장 효율적이고 가장 유명한 초음파 진단기로 만들고 있다.

 

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키워드	AE, 음향방출, 초음파감지기, 초음파 카메라, 초음파 설비진단기, 가스누출 초음파, 초음파의 원리, 공기누설, 공기누출, Leakage

 

초음파의 이론과 응용

초음파의 이론과 응용

초음파는 높은 에너지를 가지고 있으며 진동시 발생되는 공동현상(Cavitation) 그리고 지향성(directivity)의 특유한 성질을 이용하여 응집작용, 분산작용, 화학작용, 생물학작용 및 각종 탐지에 응용되고 있으며, 의학적 목적(산부인과 외), 군사용 목적으로 그 활용도는 넓고 다양하다.

초음파의 원리핵심: ‘고에너지’, ‘지향성’

응집작용

기체나 액체에 초음파를 통해주면 매질은 진동하게 된다. 이때 매질 속에 고체의 미립자가 있는 경우 이 미립자는 유체매질과 같은 속도로 진동하지 못하고 미립자끼리 뭉쳐지게 된다. 이와 같은 현상은 가스의 정화장치나 액체 속의 고체 미립자를 제거하는데 사용된다.

분산작용

매질에 초음파를 연속적으로 통해 주면 매질의 진동으로 매질을 이루는 물질에 공동현상이 생겨나 보다 작은 입자나 분자로 나누어지는 현상을 이용한 것으로, 도료의 미립자화, 광유와  물과의 혼합, 가습기 등 여러 곳에 응용되고 있다.

파괴작용

초음파의 진동 에너지를 이용한 것으로 초음파드릴을 사용하여 유리, 도자기, 보석, 공구용 강철 등에 구멍을 뚫거나 가공하는데 사용된다.

화학작용

액체에 강력한 초음파를 발생시키면 공동현상으로 물질이 분해되어 여러 가지 화학반응이 일어난다. 물에 강력한 초음파를 발생시키면 물이 분해되어 H+와 OH‾ 등으로 전리되고 이들이 다시 화합하여 질산(NHO₃)이나 과산화수소(H₂O₂) 등이 산출되기도 한다. 이와 같은 화학작용은 용액의 농도나 전도를 변화시켜 여러 가지 화학반응에 이용된다.

생물학적작용

강력한 초음파를 생물에 작용시키면 생리에 변화를 가져온다. 동물이나 곤충에 작용하면 평형감각을 잃거나, 심하면 생명을 잃는 수도 있다.

비파괴검사

초음파의 지향성을 이용한 것으로 초음파를 검사하는 물체에 투과시켜 투과된 펄스나 반사된 펄스를 조사하는 것이며, 초음파 Holography를 이용한다.

기타

해저탐사, 물체의 두께 및 거리측정, 어군탐사, 의학용, 군사용 사용.

기계, 설비진단

초음파의 지향성을 이용한 것으로, 기계나 설비에서 발생하는 마찰음, 공기 및 유체의 누설음, 누출음, 파열음, 전기코로나 음을 채집하여 가청주파수로 변환하면 그 특성을 관찰하여 파손 및 누설 정도를 파악할 수 있는 기술.

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AVM (Acoustic Vibration Monitoring; 음향진동감시)기술

AVM (Acoustic Vibration Monitoring; 음향진동감시)기술

초음파 또는 음향진동(Acoustic vibration)은 움직이는 기계요소(bearing, coupling, gear mesh, std..)들 사이의 고체와 고체간의 마찰(friction)에 의해서 발생하는 에너지이다. 이 에너지는 아주 높고 불안정한 상태로서 AC전압과 전류로 변형시킬 수 있다. 음향진동감시기술을 잘 활용하기 위해서는 이 에너지를 선형적이고 지속적인 상태로 만들어야 한다.

 

 

고체기인 초음파 및 음향진동(Structure borne Ultrasonic vibration or sound)

음향방출(Acoustic Emission)이라고도 불리우는 초음파 음향방출 진동은 초음파 감지기를 통해 초음파량을 전기신호로 바꾸어 그 크기를 단위로 표기한다. 이때 ’True RMS’전환기술을 적용하고 있다.  RMS는 “Root Mean Squared”를 의미한다. 이 것은 AC전압값을 측정할 때, 각 값의 자승의 합들의 평균값에 루트를 씌운 것으로서 기본적으로 dB로 표현하는데 이 값으로 아래와 같은 기계적인 현상을 전기적인 신호로 변환할 때 측정값을 수치화하기 위해 사용되는 기술로서 널리 활용되고 있다.

l  Air Leakage (가스누출)

l  Stress(응력)

l  Vibration (진동)

l  Shock(충격)

l  Expansion(팽창)

l  Bearing noise and acoustic vibration (베어링 잡음과 음향진동)

전기적인 신호는 위와 같은 기계적인 거동으로부터 생성되는데, 이 과정에서 잡음과 비주기적이고 비정기적인 신호를 True RMS를 통해 일정하고 정확하고 지속적인 측정값을 기할 수 있게 된다. True RMS의 기능을 탑재한 초음파 감지기는 수 초 동안 수 천 개의 데이터를 샘플링하여 디지털 데시벨 값으로서 피크 평균값을 제공하게 된다.

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