현대식 가변 속도 드라이브: 펌프 효율성과 신뢰성 향상

다음은 최근 Water & Wastes Digest 10월호 및 온라인에 게재된 제 글 'Blown Away'에서 발췌한 내용입니다.

현대식 가변 속도 드라이브(VSD)는 20년 이상 포지티브 디스플레이스먼트 장비에 사용되어 왔습니다. VSD 기술은 1960년대 소형 DC 모터용으로 시작되어 대형 유도 모터용으로 발전했습니다. 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 이용한 펄스 폭 변조(PWM) 기술로 더 작고 경제적인 옵션과 폭넓은 활용이 가능해졌습니다. 인버터 듀티(VSD 듀티) 모터 설계가 뒤따랐고, 가변 부하 애플리케이션에 VSD 기술이 널리 보급되었습니다. 포지티브 디스플레이스먼트(PD) 로브 블로워는 이러한 가변 부하 애플리케이션에 자주 사용되며, VSD 기술로 추가 에너지 절감이 가능합니다.

PD 로브 블로워는 1856년 루츠 형제(Roots brothers) 발명 이래 사용되어 왔습니다. 여느 PD 기계와 마찬가지로 공급 유량은 블로워 운전 속도에 대략 비례합니다. 대다수 로터리 로브 블로워는 벨트 구동식이며, 블로워 운전 속도는 모터 풀리와 블로워 엘리먼트 풀리 크기 비율로 설정됩니다. 그 결과 수십 년간 애플리케이션 니즈에 맞춰 벨트 구동 유닛의 적절한 풀리 비율로 블로워를 사이징해 왔습니다.

가동 중인 기계의 출력 유량을 조절하는 유일한 방법은 릴리프 밸브로 토출 공기 일부를 배출하거나, 같은 헤더 파이프에 있는 기계를 시작/정지하는 것이었습니다. 이 방식들은 폐수 처리 폭기, 호기성 발효, 냉각 및 연소 공기 등 가변 유량 출력이 필요한 애플리케이션에 가변 유량을 공급했지만, 에너지 효율 절감 효과는 제한적이었습니다.

VSD 효율성

1990년대 새로운 VSD 기술과 3상 유도 모터용 인버터 듀티 설계가 등장하면서 가변 속도 패키지를 경제적으로 제공할 수 있게 되었습니다. 릴리프 밸브나 시작/정지 대신 VSD가 블로워 출력 주파수를 직접 변화시킵니다. 운전 속도 변화는 압력-유량 곡선을 조정하며, 낮은 운전 속도에서 더 적은 유량을 공급합니다.

이것이 중요한 이유는 블로워 감속이 공기 배출보다 더 효율적일 수 있기 때문입니다. VSD로 공칭 속도 운전 시 고정 속도와 같은 유량을 내지만 전기적 손실로 인해 더 많은 입력 전력이 필요합니다. 최신 VSD 장비에서 이 손실은 보통 3% 미만입니다. 그러나 유량 감소가 클수록 더 많은 에너지를 절약할 수 있습니다. VSD로 운전하는 로브 블로워는 60~70% 턴다운이 가능해 최소 유량이 최대 유량보다 60~70% 낮습니다.

릴리프 밸브로 운전하는 블로워는 여전히 블로워 내부에서 같은 유량을 생성하며, 시스템 압력 약간 감소만이 유일한 에너지 이점입니다. 따라서 공정에서 블로워 공칭 출력의 60~70% 적은 유량이 필요할 때 VSD는 거의 60~70% 에너지 절감을 제공할 수 있습니다. 큰 가변 유량 수요가 있는 애플리케이션이라면 이 절감액으로 VSD 투자비를 쉽게 회수할 수 있습니다.

기본 주파수(미국 60Hz) 이상으로 운전 속도를 높일 수 있다는 것도 VSD의 추가 이점입니다. 기존 장비에 VSD와 더 큰 모터를 장착해 성능 출력을 높일 수 있습니다. 이 리트로핏 투자비는 약간 더 높은 유량을 얻기 위해 신규 장비를 구매하는 것보다 훨씬 적습니다.

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