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감속기이해

누유방지형 교반기

누유방지형 교반기(Dry Well Agitator)의 장점

  • 모터 수리시 플랜지형 모터를 사용함으로 감속기를 분해하지 않아도 모터만 분리됩니다.
  • 싸이크로이드 감속기와 헬리컬기어로 구성되어 있어서 소형경량이고 감속비의 선정이 다양한 것이 특징입니다.
  • 싸이크로이드 감속기 박스와 헬리컬 기어박스의 윤활시스템을 분리하여 윤활 오일의 사용량을 일체형 감속기에 비해 1/3 정도 절감 시켰습니다.
    - 모든 감속기는 구동부 모터부의 고속회전으로 인하여 오일 윤활막이 빨리 손상됨으로 교체시기가 결정됩니다. 보통 일반 기어감속기는 입력부과 출력부에 오일을 같이 사용함으로 한번에 전량을 교체하여야 합니다. 이럴 경우 연간 오일 소비량이 적은 금액이 아니면서 교체된 폐유처리 또한 쉬운 것이 아닙니다. 이것을 창신에서는 분리형으로 제작하여 문제점을 해결 하였습니다.
  • 누유 방지형으로 구성되어 오염된 윤활유가 출력베어링에 유입되지 않으므로 출력베어링의 수명을 연장하면서 또한 누유로 인한 2차 오염에서 완전히 해방되었습니다.
  • 임펠러 축 조립부위를 테이퍼로 구성하여 분해 조립이 쉬워지고 조립 후 임펠러 축이 정밀한 직진도를 가집니다.
  • 창신 누유방지형 저동력 교반기는 사용 중 이상충격이나 과부하로 인한 교반기 보호차원에서 안전장치인 토르크 리미터 및 토르크 인디게이터 장치를 부착할 수 있습니다.
  • 누유 방지형 저동력 교반기는 국내 최초로 NEP(신제품) 인증(’06.01.01) 및 RS(신뢰성) 인증(’06.02.18), 실용신안 제0388438호 획득(’05.06.21)과 의장등록(’03.12.16)을 취득하여 물밀듯이 들어오는 외국제품에 경쟁력 있는 제품으로서 창신 전 직원은 오늘도 더 좋은 제품 개발을 위하여 끊임없이 노력하고 있습니다.
  • 창신기계제작소는 신제품 개발과 앞선 기술 개발의 노력을 통하여 산업 경쟁력 향상에 기여한 공을 인정받아 2005년 11월 14일에 산업자원부 장관 표창 및 2006년 6월 5일 환경부 장관 표창을 수료 하였습니다.

누유방지형 교반기(Dry Well Agitator)의 장점


<그림1>

교반기는 정수장 및 폐수처리장 또는 공장생산라인의 약품 희석용 등으로 다방면에 걸쳐 사용되는 회전기기입니다. 또한 교반기는 거의 24시간 쉬지 않고 사용을 하는 경우가 많으므로 다른 기계류에 비해서 사용기간이 상대적으로 많은 것이 특징입니다. 그러나 일반 교반기는 윤활용 오일이 출력축을 따라 누유하는 현상이 발생하여 탱크내의 액체를 오염시키는 일이 발생합니다.

<그림1>의 구조도에서 보듯이 오일이 새는 것을 막는 오일씰 (OIL SEAL)이 사용기간이 늘어남에 따라 출력축의 회전에서 오일씰과의 마찰로 인해 열이 발생하며 또한 기름이 씰과 축 사이에 유막이 형성되므로 고무재질인 오일씰이 열과 기름에 의해 경화되어 씰의 가장자리가 딱딱하게 굳어지므로 고무의 탄성을 잃어 버리게 됩니다. 그 결과 씰과 축 사이에서 기름이 누유되는 것입니다.
이러한 현상을 방지하기 위해 저희 회사는 출력축 오일의 누유를 2 중으로 방지하였으나 원천적인 누유 방지 해결책은 아니었습니다.
다른 해결책은 오일씰이 경화되기 전에 주기적으로 오일씰을 교체해 주어야 하는데 운영중에 기기를 정지하고 중장비를 투입하여 들어내고 분해하여 씰을 교체해주는 것이 용이한 작업이 아닌지라 이 또한 완전한 해결책이라고 볼 수 없습니다.

이러한 문제점을 해결하고 저 각고의 연구 끝에 <그림2>와 같은 구조의 누유방지형 저동력 (DRY-WELL TYPE) 교반기를 개발하였습니다.


<그림3>

아래의 <그림2>로는 오일 누유 현상에 대한 방지가 어떻게 되었는지 잘 모르 실 겁니다. 간단히 설명하면 내측-축 관통부 라는 곳으로 교반기의 축이 통과합니다. 교반기 를 돌려주는 기어는 외측 -오일 충진부 라는 곳에 위치하기 때문에 축은 기름과 맞닿지 않는 구조 입니다.

<그림3>에 DRY-WELL을 적용한 교반기 조립 단면도를 보시면 이해가 되실 겁니다.

<그림3>에서 보시면 오일이 축을 통하여 밑으로 누유가 될수없는 구조인 것을 알 수 있습니다.

<그림4>는 실제품을 탱크에 설치한 모양을 도면화 한 것 입니다.

<그림5>는 DRY-WELL 교반기의 전체적인 외형도 입니다.


<그림4>


<그림5>

이상의 구조로서 누유를 원천봉쇄 함으로써
첫째, 자연환경을 보존할 수 있는 장치를 마련하였고
둘째, 정수되는 수돗물을 깨끗하게 공급할 수 있게 되었고
셋째, 하수 및 폐수는 정화함에 있어 2차 오염의 여지를 완전차단 하였습니다.

누유방지형(Dry-Well) 교반기 핵심 기능

누유방지형 교반기 [성능인증(EPC) 제품]

  • 고도처리설비중 무산소조 및 혐기조교반용으로 매우 적합하며 정수장의 응집조용 교반기로는 응집능력과 교반범위가 다른 제품 에 비하여 월등함 [성능인증·조달우수·신제품(NEP)인증제품]
  • Dry-Well을 부착함으로서 1차 Dry-well, 2차 에어포켓, 3차 2중 오일씰에서 누유를 완전히 차단하도록 설계
  • 모터를 분리형으로 제작하여 모터 소손 시 수리 및 교체가 용이 하도록 되어 작업의 편의성을 획기적으로 향상
  • 감속비를 많이 얻을 수 있고 내구성이 뛰어난 싸이크로기어와 소음 및 진동에 뛰어난 헬리컬기어의 조합으로 각각의 장점만을 취하여 효율이 매우 뛰어남
  • 유체의 전단율을 최소화하여 속도구배(G)값을 일정하게 함으로써 교반효율을 높인 하이드로포일형 임펠러를 부착하여 효율이 높음

누유방지형(Dry-Well) 교반기 작동 원리도

싸이크로 감속기와 기어드 감속기 적용 교반기 비교

구 분
창신기계 누유방지형 저동력 교반기
(싸이크로 감속기 적용)
타사제품 기어타입 교반기
(GEARED 감속기 적용)
1. 감속기의 구성
구동 모터는 플랜지형을 사용하고 싸이크로 감속기와 헬리컬 기어로 구성되며 모터와 싸이크로 감속기의 연결은 플렉시블 커플링으로 연결하였습니다. 구동모터와 헬리컬기어, 피니언,출력축에 단열테이퍼 로울러 베어링으로 조합됨.
2. 감속비율 비교 싸이크로(Cyclo) 감속기는 감속비가 1단에서 1/11~1/89까지 되므로 2단 헬리컬 기어의 비율과 조합하면 1/33~1/295의 광범위한 비율의 제작이 가능하며 0.5HP 54RPM~20HP 6RPM 까지 제작이 가능합니다.
- 최대출력 Torque : 6.6kg.m~2387 kg.m
구동감속기는 기어드(Geared)타입 감속기로 감속비는 1단에서 최대 1/6 이하로 설계됨.
3.주요 특징 비교 플랜지 모터와 싸이크로이드 감속기의 연결이 플렉시블 커플링으로 연결되어 순간적인 충격을 흡수 및 분산하므로써 충격부하가 모터 및 감속기 전체에 고루 분포되어 운전이 조용하고 수명이 긴 것이 큰 장점입니다 헬리컬 기어는 제작 방법이 보편화 된 기어로서 제작하기가 수월하다
입력쪽 감속기를 싸이크로이드 치형으로 구성된 감속기를 사용함으로 충격과 과부하에 강하여 수명이 매우 길고 운전 유지비가 저렴하여 수 처리분야의 교반기용 감속기로 현재 널리 사용하고 있다. * CYCLOID DISC GEAR의 장점
ⓐ 소형,경량이며 감속비가 매우 크다. 1단 감속시 1/11~1/89 까지 가능하며 2단이상의 다단연결시 1/121 ~ 수백만분의 1까지의 큰 감속비의 제작이 가능하다.
ⓑ 치차의 형상이 싸이크로이드형의 연속곡선으로 형성되어 구름접촉하므로 마찰이 적고 동시치합치수가 많아 충격에 강하므로 기어의 수명이 길고 동력손실이 적어 효율이 높아 경제적이며 운전이 원활하고 소음이 적다.
헬리컬 기어는 그 사용 용도에 따라 문제가 발생할 수 있는 요지가 있으므로 감속기 선택시
주의하여야 한다.
(실제 맞물려 돌아가는 치(齒)의 개수는 1개 또는 2개 이다) 헬리컬 기어 감속기는 비율에 따라 1단,2단,3단으로 구성된다. 그러므로 입력축 피니언과 기어는 빠른 회전과 구조상 모듈이 작게 설계될 수 밖에 없다. 그러나 출력축은 저속 회전을 하므로 여건에 따라 충분한 모듈로 설계가 가능하다. 그러므로 헬리컬 기어로만 구성된 감속기는 수처리용 교반기로는 적합하지 않으므로 감속기 선정시 유의 하여야 한다.
출력쪽 헬리컬 기어도 입력에서 충분한 비율을 구성하기에 헬리컬 기어의 모듈 크기를 충분히 여유율을 주어 설계하였으므로 충격 및 과부하에 매우 강합니다. 수처리용 교반기는 운전이 시작되면 수년간 쉬지 않고 운전하고 또한 폐수속에는 비중과 점성이 높은 물질이 포함되어 교반시 충격부하가 연속적으로 발생하여 충격에 강한 감속기를 선택하여야 한다.
출력축은 SM45C로 제작하고 스페리컬 로울러 베어링을 충분한 간격을 두어 사용함으로 임펠러 축에서 발생하는 모든 충격 및 과부하를 수용할 수 있는 구조로 설계됨. 또한 베어링 조립에 있어서도 일반 기능공이 간단히 조립할 수 있는 구조임으로 베어링 자체에 주어진 정밀도를 100% 활용하게 되고 테이퍼 로울러 베어링 보다도 기본 정격하중이 같은 규격에서는 15% 높습니다. 출력축에 단열 테이퍼 로울러 베어링을 사용시에는 충분한 간격을 주어야 하고 조립시 숙련된 기능공이 조립하여야 한다. 상기 베어링은 베어링 유격을 조립시 조정하여야 하는데 유격 조정이 잘못 되었을 경우 운전시 축의 흔들림이 심하거나 베어링에 과열이 발생하여 문제를 발생시킬 수 있다.
임펠러축 조립 방법은 감속기 출력축을 중공축 테이퍼 방식으로 가공하여 조립과 분해를 쉽게하고 조립 후 임펠러축의 직진도를 정밀하게 나오게 하면 임펠러축 하부에서 받는 굽힘하중을 충분히 견딜 수 있게 임펠러축과 출력축의 조립부위를 테이퍼 방식으로 처리하였고 대용량 교반기는 플랜지방식으로도 설계하여 임펠러축을 굽힘강도가 뛰어난 중공축으로 제작하고 있습니다. 누유방지형으로 구성하기 위하여 주물일체형 Dry-Well로 구성하여 출력에서 받는 힘을 전량구조임으로 일반적으로 출력축 을 SM45C
(굽힘 : 정하중1200~1800 kg.cm2) 로 제작하는데 주철인 GC200(굽힘 : 정 하중 450kg.cm2) 으로 제작시에는 경강의 30% 이내임으로 그만큼 축경을 크게 설계하여야 하니 그에 따른 베어링의 크기 등등 부속된 제작 단가가 높아진다. 1hp 이하의 소형일 때는 그 차이가 미비하지만 그 이상일때는 현 구조로 사용하는데 문제가 발생 할 요지가 많다.
싸이크로이드감속기 박스와 헬리컬 기어박스의 윤활시스템을 분리하여 윤활 오일의 용량을 일체형 감속기 에 비해 1/3 정도 절감 시켰습니다.
― 모든 감속기는 구동부 모터부의 고속 회전으로 인하여 오일 윤활막이 빨리 손상됨으로 교체시기가 결정 됩니다. 보통 일반 기어감속기는 입력부와 출력부에 오일을 같이 사용함으로 한번에 전량을 교체하여야 합니다. 이럴경우 연간 오일 소비량이 적은 양이 아니면서 교체된 폐유처리또한 쉬운 것이 아닙니다.
이것을 창신에서는 분리형으로 제작하여 문제점을 해결하였습니다.
현재의 모든 교반기는 과거와 같이 임펠러축 하부에 메탈베어링을 설치하지 않는 구조로 설계하므로 기종에 따라 임펠러축 길이가 2.6M~5.0M 까지 사용하기에 임펠러에 받는 충격 부하를 임펠러축 조립부위에서 받아 주어야 하기 때문에 플랜지형이나 테이퍼형으로 하여야 한다.
창신 누유방지형 저동력 교반기는 사용 중 이상충격이나 과부하로 인한 교반기 보호차원에서 안정장치인 토르크 리미터 및 토르크 인디게 이터 장치를 부착할 수 있도록 설계 되었습니다. 기계는 설계상 완전하다고 보아도 실제 사용하면 부족한 점이 많은데 (일 24시간 365일 구동하므로) 국내 타 업체에서는 기어드 감속기 외국의 모델을 검증 없이 그대로 모방하여 사용하므로 기기의 수명 현저히 짧으며 잦은 고장으로 운영자에게 많은 불편함을 끼치고 있다.
4. 감속기 제작 창신기계는 1985년부터 현재까지 100% 국산품으로 자체 제작하여 고객에게 공급하고 있으면서 A/S 및 부품공급에도 1982년도 생산품의 부품도 관리하며 공급하고 있다. 그동안 일본의 쓰미또모 감속기와 치열한 경쟁을 하면서 수입 대체 효과를 나름대로 했다고 봅니다. 누유방지형 저동력 교반기는 국내 최초로 싸이크로이드 감속기와 헬리컬 기어로 구성하여 설계된 것입니다. 누유방지형도 수입품 때문에 신제품 등록을 한 것입니다.
기타 국내의 교반기 업체들 중 싸이크로 감속기를 사용한 업체는 없으며 모두 외국 기어드 감속기를 수입하여 사용하다 그 제품을 모방하여 자체 생산으로 공급하고 있는 실정이기 때문에 제품에 대한 신뢰도가 아주 저조하다.
5. 인증 취득 현황 ① 신제품(NEP) 인증획득 (제 : NEP-2005-003호)
② 신뢰성(RS B 0062) 인증획득 (제:2006-34호)
③ 조달우수제품 인증획득 (제:2006094호)
④ 실용신안 등록 (제:0388438호)
주로 외산 제품을 수입하여 사용하고 있으므로 신제품 및 기타 인증 취득이 없다.

누유방지형 교반기와 기존 직결형 교반기의 비교

구 분
DRY- WELL 교반기
싸이크로 직결형 교반기
외형도
특징 비교
  1. 중, 저속용이다.
  2. 싸이크로와 헬리컬 기어의 조합으로 비교적 적은 동력으로 교반이 이루어지는 구조이다.
  3. 용도로는 주로 혼화조, 반응조,응집조, 무산소조, 혐기조, 저류조 등의 교반시 사용된다
  4. 교반기 축을 따라 오일 누유가 없는 것이 가장 큰 장점이다.
  5. 구조상 적은 동력으로 큰 토오크를 얻을 수 있으므로 교반량에 비해 동력이 적게 소모되는 장점이 있다.
  1. 고, 중속용이다.
  2. 싸이크로 직결형으로 동력이 큰 교반이 필요시 사용한다.
  3. 주로 혼화기 및 급속 교반기 및 반응조, 믹싱탱크 등에 사용한다.
  4. 기어의 물림이 싸이크로 곡선이므로 치면의 마모가 거의 없어 수명이 반 영구적이다.
  5. 장기간 사용시 출력축 오일씰의 마모로 인한 누유가 예상되나 주기적인 씰 교체로 누유방지 가능하다.

임펠러 형상에 따른 슬러지 퇴적현상 도해

누유방지형 교반기 유체의 속도 분포


<DRY-WELL교반기하이드로 포일 TYPE >


<싸이크로이드 직결형 교반기 피치 패들 TYPE >

설치사진


<삼성전자 폐수처리장 >


<삼성 반도체 폐수처리장>

What is Hydrofoil Impeller?

  • 하이드로포일의 개념 은 수중익선(水中翼船)이란 말인데 이는 비행기나 선박의 추진체를 연구하는데 있어서 날개깃을 유선형으로 만들어 준 것을 의미한다.
  • 결국 하이드로포일이란 것은 기본적인 날개에서 변형을 준 영각이 일정한 값이 아닌 변화된 임펠러를 의미한다. 아래와 같이 하이드포일 임펠러는 전단력이 적게 들면서 펌핑계수를 높게 산정할 수 있는 임펠러이다.
  Flow Angle of Attack Shear Pumping Capacity Typical application
Vertical Flat Blade Type Radial Constant High Low Vertical flash mixing
Low level solid suspension
Gas duspersion
Disc Turbine Type Radial Constant High Low Gas duspersion
Plug-flow mixing
Pitched Blade Type(45~32) Axial Constant Moderate Moderate  
Low shear Hydrofoil Axial Variables Low  

High Horizontal flash mixing
Solid suspension
Simple blending and flocculators

Propeller Axial Variables Low Very high  
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