RINGSPANN(링스판) 프리휠 (캠 클러치), 전동기와 전동기간 지능적 스위치 가능

[산업일보]
링스판(RINGSPANN)의 오버러닝 프리휠은 컴팩트하고 정비 요구가 낮은 설치 부품이다. 이 프리휠로 하이브리드 드라이브 트레인에서 전체 기계그룹 또는 개별 유닛을 연결 또는 분리시킬 수 있다.

프리휠이 운영상태에서는 토크를 전달함으로써 연결하는 것이고, 다른 한편 분리상태에서는 공전상태로 토크가 두절된다는 것을 의미합니다. 여기에서 기술하는 두 가지 액션 모두 추가적인 (값비싼) 조절 또는 제어 기술이 필요없는 순전히 기계적인 기능모듈로 이뤄진다.

따라서 이는 공간을 절약해줄 뿐만 아니라 연결을 안전하게 해주며 속도가 차이나는 전동기 및 연소 모터를 결합 또는 병행 드라이브 트레인에서 조절해준다. 이와 같은 하이브리드 드라이브 시스템에서의 오버러닝 프리휠 사용이 기계 엔지니어링과 플랜트 건설에서 광범위하게 이뤄진다.

터빈과 펌프 사이에서

에너지 회수 터빈 [Energy recovery turbines (ERT)]은 많은 수력 및 화력 발전 엔지니어링 시스템에서 표준적인 유닛 중 하나이다. 이는 단일 단계 또는 다단계 펌프 또는 터빈으로 시스템의 효율을 적정화 하는 데 그 목적을 두고 있다. 이때 ERT는 유체 엔지니어링 프로세스에서 얻는 잉여 에너지를 활용해 축 연결을 통해 가까운 다른 시스템에 동력을 제공한다.

압력 저하 밸브를 통한 프로세스 엔지니어링 과정 중에 발생하는 액체 압력을 방출하는 대신, ERT는 시스템으로부터 "저장"된 에너지를 모아 다른 사용처에 제공하는 것이다. 이것이 바로 하이브리드 솔루션이고 원래 투입한 에너지의 상당 부분을 보존해 다른 사용처로 보내는 것이다.

여기에서 바로 오버러닝 프리휠이 에너지 회수 터빈의 출력축 (output)을 2차 드라이브의 구동축 (input)과 연결해 준다. 프리휠의 임무는 받는 쪽 즉, 2번째 모터를 쉬게 해주는 것인데, 왜냐하면 프리휠이 더 적은 에너지로 구동할 수 있기 때문이다. 실제적으로 많은 엔지니어들이 동유체 스프라그 이격의 특징을 지닌 링스판의 FH 및 FKhG 시리즈 하우징 프리휠 또는 여러가지 스프라그 유형이 내장돼있는 완성형 FB 시리즈 프리휠을 적용한다.



구동과 팽창유닛 사이에서

하이브리드 드라이브 기술이 에너지 리싸이클링을 목적으로 쓰이는 또 다른 경우는 고온의 증기에서 나오는 열에너지를 기계적인 힘으로 전환해주는 팽창유닛이다. 그런 팽창유닛이 적용되는 곳은 예로 유체 촉매 분해기술을 쓰는 석유화학 시스템이다. 이는 열의 힘을 사용해 발전기 또는 재생 공기 팬을 구동할 수 있게 해주고, 이로써 에너지 밸런스를 의미있게 개선할 수 있다.

이런 적용에서 링스판 오버러닝 프리휠이 팽창 유닛의 고열 공기 터빈과 메인 드라이브 (전기 또는 연소 모터) 사이에 위치한다. 메인 드라이브가 팽창 시스템 보다 더 높은 속도에 달성 하자마자 프리휠은 두 유닛을 분리시킨다. 팽창 시스템의 설계자에게 편의성을 주기 위해서 링스판은 프리휠을 단지 설치준비된 부품으로만이 아니고 제작 세트로 공급하기도 한다. 그러면 고객은 축과 프리휠 요소 (내외륜, 스프라그, 베어링 등)을 어셈블리 그룹 (예로, 고속 기어박스)로 제작할 수 있으며 이때 공간을 절약할 수 있다. 그러나, 이는 고객측에 프리휠 기술분야에 폭넓은 전문성을 확보하고 있음을 전제로 가능하다.



메인과 보조 드라이브 사이에서

링스판의 오버러닝 프리휠을 대형 팬의 드라이브 시스템에 사용하는 것은 매우 일반적인 것이 됐다. 터널이나 광산 건설을 예로 들 수 있는데, 이를 위해 하이브리드 시스템 또는 동일 유형의 복수 모터 시스템을 구현할 수 있다.

이런 엄청난 팬은 단일 또는 2-3개의 전동기로 번갈아가며 구동하는 것을 종종 볼 수 있다. 두 개의 구동 (전력 조건에 따라 단일 또는 쌍 구동) 이 주 임무를 수행하고 3번째 전동기는 수리 또는 점검시 저속 운용에만 쓰인다. 오버러닝 프리휠의 임무는 이 때에 팬에 붙어있는 전동기들을 필요에 따라 연결, 분리 해주는 데에 있다. 링스판은 FH 시리즈 하우징 프리휠을 제공하거나 완성 솔루션 (소위 스마트 솔루션)을 공급해 프리휠과 과부하 클러치를 적용에 쓰는 것이 보통이다.

팬 적용과 유사한 다른 적용은 하우징 프리휠이 모터들의 온, 오프 스위치를 번갈아가며 하는 것이다. 흡출 통풍선 (ID Fan)을 위한 하이브리드 드라이브가 바로 그것인데, 솔로 또는 듀오 운용으로400kW 및 800 kW 출력을 가진 전동기들을 연소 모터와 결합하는 것이 보통이다.

링스판 하우징 프리휠은 ID Fan과 모터들 사이에 위치해 운용되는 드라이브를 각각 자동으로 팬과 연결해 주는 일을 한다. 이때 프리휠에 통합된 전자기식 브레이크로 휴면중인 드라이브가 함께 끌려가는 것을 막아주는 것이 중요하다. 저속 드라이브가 로터를 천천히 돌리거나 냉각시켜주기 위해서 제공되며 유형 z 이격의 오버러닝 프리휠이 사용된다. 이로써 저속에서는 연결해주지만 시스템이 운용 속도에 도달하자마자 헛돌기 운용으로 전환한다.



디젤엔진과 전기 모터 사이에서

하이브리드 드라이브 시스템에서 오버러닝 프리휠이 사용되는 것을 잘 설명해주는 좋은 예는 크레인 및 선박 건설에서 볼 수 있다. 이동식, 스태킹 및 컨테이너 크레인에서 가장 흔하게 볼 수 있는 것은 디젤엔진과 전기모터가 번갈아 가며 크레인을 구동하는 것이다.

어떤 때는 디젤엔진이 일하고 전기 드라이브는 발전기로 사용된다. 전동기가 컨트롤 하기 시작하면 디젤엔진은 휴면에 들어갑니다. 이 때 프리휠이 드라이브 트레인을 분리한다.

선박에서는 오버러닝 프리휠의 사용으로 항구에서 디젤 드라이브로부터 전동기 드라이브로 전환할 수 있게 해줍니다. 항구에서 조용하고 정확하며 환경친화적인 운행이 가능하다.

링스판은 기계 엔지니어링 및 산업차량 기술의 많은 분야에서 더 많은 하이브리드 드라이브가 사용되는 추세를 오래전부터 관찰할 수 있었다. 따라서 하이브리드 드라이브 기술은 링스판 프리휠을 위한 매우 급성장하는 시장을 의미한다. 이는 서비스가 매우 용이한 단순한 기계적 원리 덕분으로 극히 지능적인 솔루션을 만들 수 있기 때문이며, 다시 말하면 어떤 전자기술에도 의존하지 않기 때문에 특별하다.