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“18세기의 산업혁명, 20세기의 정보혁명에 이어 21C 금세기는 환경혁명으로 다가옵니다”
기존의 터보기계는 동력전달을 위해 증속기어와 오일 베어링이 지속적으로 사용돼 극심한 소음과 기름오염이 수반되는 큰 불편을 초래했다.
일련의 환경오염을 줄이고 청정 작업환경을 제공하며 에너지 절감, 유지보수비 절감, 작은 설치공간 등 다기능을 선보이며 세계적인 다크호스로 발돋움하는 한 중소기업이 화제다.
충북 청원군 부용면 금호리 부용지방산업단지내 가동중인 한국터보기계(www.kturbo.com.대표 이헌석)는 일상 제품의 한계를 초월해 TB(Turbo Blower)Series,TC(Turbo Compressor) Series를 개발, 동일 품종의 시장공략에 나섰다.
터보(Turbo)는 본래 라틴어로 회전한다는 뜻으로 회전하는 날개의 동적인 작용에 의해 유체에 에너지를 공급하거나 에너지를 추출하는 최첨단 기계.
TB와 TC는 공기베어링으로 지지된 회전축을 BLDC(영구적) 고속모터로 직접 운전되는 무급유 무소음의 획기적인 제품으로 평가된다.
출시된 신제품은 전기동력이 기계적 접촉없이 축에 전달되므로 시스템 효율이 탁월하고 내구수명은 반영구적으로 채용된다는 업계의 혁명으로 회자된다.
유체기계의 채용은 항공우주선에서부터 여객기를 포함한 에어컨, 진공청소기, 냉장고, 각종 산업장비 등 사용될 부문은 가히 반 영구적이란 설명이다.
이헌석 대표는 “의자나 숟가락 등은 장구한 세월속에도 별다른 변화없이 꾸준하게 사용된다”고 전제한뒤 “유체기계의 형태는 1개의 회전부품으로 무윤활유와 직결되며 고효율과 저소음 저진동, 소형으로 수명은 사실상 무제한으로 사용된다.”고 설명했다.
차세대 터보기계로 일컫는 TB와 TC를 구현하기 위해 최첨단의 기술이 가미된 동압포일 에어베어링, BLDC 모터&인버터, 정밀주조 임펠러를 개발, 선보이고 있다.
고효율의 환경친화형 에너지 기계를 두고 이현석 대표는“터보 냉동기와 터보 에어컨, 터보분자펌프, 자동차 연료전지용 압축기, 마이크로 터빈 개발을 눈앞에 두고 있다”고 내다봤다.
동압 포일베어링은 무급유 공기윤활 장치로써 이는 축이 회전할 때 발생하는 베어링과 축 사이의 공기 유동을 압축공기로 변환시켜 회전축을 부양하고 윤활기능도 수행하는 다기능을 지녔다.
기동과 정지시는 회전축의 속도가 낮아 회전축을 띄울만한 압축공기가 생성되지 못하므로 축이 공기베어링과 마찰하며 회전하게 된다는 노하우.
이때의 마찰 손상을 예방하기 위해 축과 베어링에 내마모 코팅이 필요한 만큼 그동안 일반 부품은 적잖은 번거로움이 뒤따랐던 게 사실이다.
선보인 제품은 2만여회의 기동과 정지(On-Off)가 가능하도록 코팅 처리했고 특별 주문제품은 10만회까지 On-Off가 가능토록 특수 코팅했다.
터보는 30kw 이상의 대용량 블로워와 컴프레서에 적용되는 범프-타이프 공기베어링의 설계기술, 제조기술을 확보하는 이점을 내놓아 이목을 끌고 있다.
이 핵심기술은 전기동력이 기계적 마찰없이 축에 전달되므로 소음이 없고 높은 시스템 효율과 반영구적인 내구수명을 보장하는 특별기능을 자랑한다.
터보의 주력제품인 고속모터는 30-200kw의 대용량을 지닌 반영구적인 내장형의 무정류자 DC모터다. 효율성은 기존의 피스톤과 회전식에서 탈피, 축류형(Axial),사류형(Mixed flow), 원심형(Centrifugal), 횡류형식을 이루고 종전의 55%보다 76내지 83%의 효율을 얻을 수 있다.
베어링의 경우 오일 베어링은 오일을 교체하고 시스템을 수리하며 베어링을 교체하는 번거로움이 따르는 반면, 매그네틱과 가스 베어링은 반영구적인 수명과 유지보수가 불필요하며 손실비는 0내지 2% 수준에 머무를 정도다.
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이는 기동정지시에 마모가 있으므로 내마모 코팅과 낮은 회전수에서 부양시키는 노하우가 수명을 결정하며 기동 및 정지 횟수는 2만5천여 회에서 특수코팅으로 10만 회까지 경쟁력을 갖춘다.
더욱이 유체기계 가운데 종전의 터보는 저주파로 제거가 불가능한 것으로 일반 공학계는 평가한다.
작은 면적에도 설계가사의 공기베어링으로 지지되는 경우, 2만내지 20만rpm의 고속운전이 가능하며 95% 이상의 모터 회전율을 보여준다. 기존의 일반 또는 고효율의 유도 전동기가 증속기어,오일베어링 등과 결합돼 보여주는 75-85% 수준의 모터효율과 비교할 때, 모터 효율만으로 10-20%의 에너지 절감을 기대할 수 있다.
일반적인 인버터 제어시스템의 특징인 모터 회전속도 제어로 에너지 절감도 얻을 수 있다는 터보기계측의 범정우 연구원의 설명이다.
정격전류의 5% 수준 전류로 기동할 수 있어 별도의 기동반이 불필요하다는 장점도 또하나의 이점으로 꼽힌다.
또한 센서리스 타이프 모터 기술을 적용하여 고온의 모터 환경에서도 정확한 제어가 가능하다.
공기역학 효율은 임펠러 설계와 제조기술에 의해 좌우된다는 기술력도 첨가됐다. 고효율 임펠러는 3차원의 복잡한 날개형상을 갖고있어 항공기 엔진설계와 같은 고도의 설계기술이 요구됨은 자명한 사실이다.
1차원 설계와 성능예측으로 시작해 공력설계의 마지막 단계에는 임펠러 디퓨져 그리고 볼류트 케이싱 내부의 3차원의 압축성 난류 유동장을 수치, 해석해 설계 성능을 검증한 바 있다.
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터보는 일체형 Rubber Mould 기술을 활용하여 정밀한 왁스 패턴을 만든후, 공장내의 주조설비를 이용해 고효율 임펠러를 직접 생산중이다.
그 밖에 터보기계는 임펠러 전 생산품에 대해 비파괴 검사(Crack)와 내구시험을 수행해 제품의 신뢰성을 검증하고 있다.
이헌석 대표는 “포일 베어링을 적용한 영구자석 고속모터는 직결 구동되는 터보형의 유체기계로 유례가 없는 획기적인 제품으로 자평된다”고 말했다.
이 대표는 “BLDC 표준 유체기계는 반 영구적인 수명과 높은 효율로 미래 지향적인 환경혁명의 중추적인 역할을 다할 것이다”고 자신감을 내비췄다. <권병창 기자>