맥동 저감 설계 (Pulsation Control Design)

저역 통과 음향 필터, 저주파 통과 음향 필터 (Low pass acoustic filter), 배관 Support, 오리피스 (Orifice), 맥동 댐퍼 (Pulsation Dampener), 헬름홀츠 (Helmholtz),

왕복동 회전기계(Reciprocating Equipment)의 운전 시 발생하는 맥동 및 진동(Pulsation Induced Vibration)을 저감하기 위해, 서지 볼륨(Surge Volume), 스누버(Snubber), 저주파 통과 음향 필터(Low pass acoustic filter), 오리피스(Orifice), 배관 Support 등의 장치를 맥동 저감 목적으로 설계하고 있다.

저역 통과 음향 필터 (Low Pass Acoustic Filter)

저주파 통과 음향 필터 또는 저역 통과 음향 필터(Low pass acoustic filter)라고 정의하며, 맥동 저감(Pulsation Control)을 위해 일반적으로 압축기 실린더(Compressor Cylinder) 노즐에 설치된다. 일반 서지 볼륨(Surge Volume) 및 스누버(Snubber)와 비교할 때, 전체 크기는 상대적으로 작으며, 압력용기 내부는 Choked Tube와 Dished Plate로 구성된다.

[저주파 통과 음향 필터, Low Pass Acoustic Filter]

맥동 저감 장치 (Pulsation Suppression Devices)

맥동 저감 장치 (Pulsation Suppression Device), 서지 볼륨(Surge Volume)은 ASME Code와 같은 일반 압력용기(Vessel) 코드로 설계되며, 그 볼륨은 맥동 진폭을 효과적으로 제어할 수 있는 크기로 선정된다. 아래 그림은 맥동 저감장치, 서지 볼륨의 일반 사항을 표현하고 있다.

[맥동 저감 장치, 서지 볼륨 구성, Pressure Suppression Device]

배관 Support (Pipe Support)

배관의 고유진동수(Natural Frequency)는 배관 Support의 구속 방향과 설치 위치에 따라 정해지며, 왕복동 압축기 및 펌프의 운전속도(Operating Speed)를 고려하여 맥동 저감 설계를 위해 매우 중요한 인자로 상세히 검토되고 있다.

배관 진동 해석

[배관 진동 해석, Pipe Support with FEM analysis]

오리피스 (Orifice)

오리피스는 맥동 저감을 위해, 압력용기와 같은 큰 볼륨의 노즐 또는 배관 중간 등에 설치된다. 오리피스(Orifice) 적용을 통해서, 배관 내 맥동 크기를 저감시키는 감쇠(Damping) 효과를 기대할 수 있으나, 배관 내 추가적인 압력손실(Pressure Drop)이 불가피하게 발생한다.

[오리피스 설계, Orifice Design]

맥동 댐퍼 (Pulsation Dampener)

맥동 댐퍼(Pulsation Dampener)는 배관 중간에 설치되며, 일반적으로 왕복동 펌프(Reciprocating Pump)에서 발생하는 맥동을 저감하기 위해 적용된다. 맥동 댐퍼는 대부분의 경우 펌프 노즐(Nozzle)에 근접하여 설치되며, 펌프의 운전속도와 맥동 발생 주파수(Excitation Frequency)에 따라서 댐퍼의 볼륨 크기, 배관 규격이 상이하게 적용된다.  

[맥동 댐퍼, Pulsation Dampener]

헬름홀츠 주파수 (Helmholtz Frequency)

맥동에 의해 발생하는 진동(Pulsation Induced Vibration)은 왕복동 펌프의 운전속도와 맥동 발생 주파수에 따라 상이하며, 맥동 댐퍼(Pulsation Dampener)는 특정 주파수 대역에서만 저감 효과를 기대할 수 있다. 이러한 주파수 대역을 헬름홀츠(Helmholtz) 주파수라고 정의하며, 설계 단계에서 맥동 주파수와 맥동 댐퍼의 헬름홀츠 주파수의 인과 관계를 반드시 고려해야 한다. 헬름홀츠 주파수는 맥동 댐퍼의 볼륨(Volume) 크기 뿐만 아니라, 배관의 직경(Diameter) 및 길이(Length)에 따라 다르게 평가된다.

[헬름홀츠 주파수 설계, Helmholtz Frequency]

서지 볼륨 (Surge Volume)

맥동 댐퍼로 배관 진동(Pipe Vibration)을 제어하는데 어려움이 있을 경우, 아래 그림과 같이 설치되는 서지 볼륨(Surge Volume)을 고려할 수 있다. 서지 볼륨은 맥동의 광범위한 주파수 대역을 저감시키는데 효과가 있으나, 넓은 설치 공간이 요구되며 초기 도입 비용이 높은 단점이 있다.

[서지 볼륨, Surge Volume]

맥동 저감 장치(Pulsation Suppression Device) 설계는 왕복동 압축기, 펌프의 운전 조건 및 형식을 고려하여 맥동 발생 주파수를 평가하고, 배관의 기하학적(Pipe Geometry) 형상을 고려하여 맥동 진동(Pulsation Induced Vibration)에 의한 공진 (Resonance) 발생 가능성을 제어하는데 목적이 있다.

[맥동 저감 설계, Pulsation Control Design]

핵심 키워드

  • 저역 통과 음향 필터, 저주파 통과 음향 필터 (Low pass acoustic filter)
  • 배관 진동 분석, Pipe Mechanical Vibration Estimation
  • 배관 Support
  • 오리피스 (Orifice)
  • 맥동 댐퍼 (Pulsation Dampener)
  • 헬름홀츠 주파수 (Helmholtz Frequency)
  • 서지 볼륨 (Surge Volume)

유사 사업 영역

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