[기계] Reciprocating Compressor란? : 작동 원리부터 건축 설계 및 VP 검토까지

1. Reciprocating Compressor의 정의

Reciprocating Compressor(왕복동 압축기)는 피스톤의 왕복운동을 이용하여 가스를 압축하는 Positive Displacement Type(용적형 압축기)의 한 종류다.

모터의 회전운동은 Crankshaft(크랭크축)와 Connecting Rod(커넥팅로드)를 거쳐 Piston(피스톤)의 직선 왕복운동으로 변환된다. 피스톤이 Cylinder(실린더) 내부에서 움직이면서 가스를 흡입하고 압축하며, 압력이 높아진 가스는 Discharge Valve(토출 밸브)를 통해 배출된다.

플랜트에서는 공정에 필요한 압력으로 가스를 공급하기 위해 압축기를 사용한다. 왕복동 압축기는 피스톤으로 가스를 직접 압축하는 방식이며, 높은 압력의 가스를 공급해야 하는 공정에서 적용될 수 있다.

RECIPROCATING COMPRESSOR

 

 

2. Compressor의 분류와 왕복동 압축기의 특성

압축기는 가스를 압축하는 원리에 따라 크게 용적형과 동력형으로 구분한다.

구분	작동 원리	대표 형식
Positive Displacement Type	가스를 일정 공간에 흡입한 후 기계적 작용으로 압축	Reciprocating, Rotary
Dynamic Type	회전하는 임펠러 등을 통해 가스에 에너지를 전달하여 압력 상승	Centrifugal, Axial

 

Reciprocating Compressor는 용적형 압축기에 해당한다. 피스톤의 왕복운동으로 실린더 내부의 가스를 압축한다.

 

2.1 왕복동 압축기의 주요 특성

항목	특성	설계 시 고려 사항
압축 방식	피스톤의 왕복운동으로 가스를 압축	실린더와 피스톤의 작동 공간 확보
압력 조건	높은 압력의 가스 공급에 적용 가능	설계 압력과 운전 조건 확인
운동 특성	반복적인 왕복운동 발생	동적 하중과 진동 관련 자료 확인
설비 구성	크랭크축, 커넥팅로드, 피스톤, 실린더, 밸브 등으로 구성	주요 부품의 점검 및 분해 공간 확보
유지보수	밸브와 피스톤 등 내부 부품의 점검·정비가 필요	부품 인출 경로 및 정비 접근성 검토

 

왕복동 압축기의 건축 설계에서 중요한 점은 장비의 외형 치수만으로 설치 공간을 결정해서는 안 된다는 것이다. 반복운동에 따른 하중, 설비 유지보수 방식, 주요 부품의 분해 및 인출 조건까지 고려해야 한다.

 

 

3. Single Acting과 Double Acting

왕복동 압축기는 피스톤의 어느 면을 압축에 사용하는지에 따라 Single Acting과 Double Acting으로 구분한다.

구분	Single Acting	Double Acting
압축 방식	피스톤 한쪽 면에서 압축	피스톤 양쪽 면에서 압축
작동 원리	한쪽 압축 공간을 이용	양쪽 압축 공간에서 번갈아 압축
구조적 특징	상대적으로 단순한 구성	양쪽 압축 공간에 대응하는 구조와 밸브 구성 필요

 

Single Acting은 피스톤 한쪽 면의 가스를 압축한다. Double Acting은 피스톤 양쪽 면에서 번갈아 가스를 압축한다.

두 형식의 핵심적인 차이는 피스톤의 왕복운동 자체가 아니라 압축에 사용하는 피스톤 면의 수다. 실제 적용 형식과 구조는 제조사 설계 및 공정 조건에 따라 결정된다.

단동식과 복동식 비교

 

(TIP) 단동식과 복동식은 가스를 압축하는 피스톤 면의 수가 다르며, 이에 따라 실린더 내부의 압력 작용 조건과 기계적 하중 특성이 달라질 수 있다.

건축 엔지니어는 장비 형식만으로 기초 하중을 추정해서는 안 된다. 기계 공종으로부터 장비 중량, 운전 조건, 동적 하중 및 모멘트 등 구조설계에 필요한 자료를 확보해야 한다.

특히 왕복동 압축기는 반복적인 운동에 따른 하중과 진동 검토가 중요하므로, 제조사 자료를 구조공종에 전달하고 기초 설계에 필요한 입력자료가 확보되었는지 확인해야 한다.

 

4. Reciprocating Compressor의 작동 원리

왕복동 압축기의 작동 과정은 흡입, 압축, 토출의 반복으로 이해할 수 있다.

피스톤의 작동 원리

 

 

 

4.1 흡입(Suction)

피스톤의 움직임으로 실린더 내부 압력이 낮아지면 흡입 밸브가 열리고 가스가 실린더 내부로 유입된다.

4.2 압축(Compression)

피스톤이 반대 방향으로 움직이면서 실린더 내부 가스를 압축한다. 가스의 부피가 감소하고 압력이 상승한다.

4.3 토출(Discharge)

실린더 내부 압력이 토출 측 압력보다 높아지면 토출 밸브가 열리고 압축된 가스가 외부로 배출된다.

4.4 반복 운전

피스톤이 왕복운동을 반복하면서 흡입과 압축, 토출 과정이 계속 진행된다.

흡입 밸브와 토출 밸브는 압력 차이에 따라 작동하며 가스가 정해진 방향으로 흐르도록 한다.

 

 

5. 주요 구성품과 기능

왕복동 압축기의 주요 구성품은 동력 전달부, 가스 압축부, 가스 유동 제어부로 구분할 수 있다.

구성품	주요 기능	건축 엔지니어가 알아야 할 사항
Crankshaft	모터의 회전력을 전달하고 왕복운동을 위한 구동력을 제공	구동부의 배치 및 정비 공간
Frame	주요 구동부를 지지하고 내부 윤활유를 수용	장비 외형과 지지 조건
Connecting Rod	크랭크축의 운동을 피스톤 측으로 전달	왕복운동부의 작동 공간
Cylinder	가스가 유입되고 압축되는 공간 형성	압력 조건과 주요 부품의 분해 공간
Piston	실린더 내부에서 왕복운동하며 가스를 압축	피스톤 인출 및 정비 공간
Suction Valve	가스가 실린더 내부로 유입되도록 제어	밸브 점검 및 교체 공간
Discharge Valve	압축된 가스의 외부 배출을 제어	밸브 점검 및 교체 공간

 

건축 엔지니어는 각 부품의 상세 기계 설계를 수행하지 않더라도, 주요 부품의 위치와 기능을 알아야 설비 배치와 유지보수 공간을 적절히 검토할 수 있다.

압축기 단면 및 구성품

 

(TIP) 일반적으로 설비의 배치 및 유지 보수 공간을 계획하는 부서는 배관 공종에서 수행하며, 이를 접수 받아 실제 건물 및 구조물에 적용하는 것은 건축 역무이다.

관련된 설계 책임은 유관 공종 (배관 및 기계 공종) 담당자에게 있다고 볼 수 있으나, 이를 검토하는 역무는 건축 역무 임으로, 건축 엔지니어도 이러한 사항을 검토하고 COMMENT 할 수 있는 역량을 확보해야 한다.

필자도 주니어 시절, 이러한 검토가 미비하여 실제 PJT 에서 유지 공간 확보를 위해, 건축 계획을 변경한 사례가 있는 만큼, 관련된 주의가 필요하다.

(특히, 고중량 장비 등은 유지 보수 ROUTE 를 사전에 고려하여, 이를 위한 HOIST, CRANE 등의 장비 배치에 대해 COMMENT 해야 하며, 이를 위한 구조물 계획도 선제적으로 대응할 필요가 있다)

 

 

6. 건축 엔지니어의 설계 검토사항

왕복동 압축기의 건축 설계는 기계공종에서 제공하는 설비 자료를 바탕으로 진행한다. 건축 엔지니어는 설비 설치 공간뿐 아니라 기초, 구조체, 출입구, 인양 및 정비 조건을 함께 검토해야 한다.

6.1 기본설계 및 Layout 단계

검토 항목	주요 체크 사항
설비 배치	압축기 본체, 모터, Skid 및 부속설비의 설치 공간 확보
건축물 규모	설비 전체 치수와 유지보수 공간을 반영한 건축물 크기 검토
유지보수 공간	실린더, 피스톤, 밸브 등 주요 부품의 분해 및 인출 공간 확인
설비 반입	장비 반입 경로, 출입구 크기 및 운반 동선 확인
상부 공간	주요 부품 인양에 필요한 높이와 인양 경로 확인
공종 간 간섭	기둥, 보, 벽체, 배관 및 전기설비와의 간섭 확인

 

실무 포인트: 설비 외형이 건축물 내부에 들어간다는 이유만으로 배치를 확정해서는 안 된다. 주요 부품을 실제로 분해하고 반출할 수 있는지까지 확인해야 한다.

6.2 구조 및 기초 관련 검토

왕복동 압축기는 반복적인 기계적 운동이 발생하므로, 구조공종에서 설비의 동적 하중과 진동 조건을 검토할 수 있도록 필요한 자료를 확보해야 한다.

검토 항목	주요 체크 사항
설비 중량	운전 중량과 기초 설계에 필요한 하중 자료 확인
기초 치수	제조사 기초도면과 구조도면의 치수 일치 여부
앵커볼트	위치, 직경, 매립 조건 및 설치 상세 확인
기초 레벨	기초 상단 레벨과 장비 설치 레벨의 일치 여부
동적 하중	반복하중, 불평형력 및 모멘트 등 구조설계 입력자료 확인
진동 조건	설비 진동 및 인접 구조물에 미치는 영향의 검토 필요 여부
그라우팅	Skid 또는 베이스플레이트 하부의 그라우팅 조건 확인

 

기초를 건축물 바닥과 분리할 것인지는 일률적으로 결정하지 않는다. 제조사 요구사항, 설비의 진동 특성, 구조 검토 결과 및 프로젝트 설계 기준에 따라 결정한다.

장비 기초도 (SAMPLE)

 

(TIP) Fast Track 프로젝트에서는 건축물 및 장비 기초 설계 시점까지 제조사(Vendor)의 최종 설계자료가 확정되지 않는 경우가 있다.

이때는 기계 공종과 협의하여 유사 장비의 자료를 활용하거나, 설계에 필요한 기준 하중과 기초 조건을 사전에 확정하고 후속 Vendor 자료와 비교·검증하는 방법을 적용할 수 있다.

장비가 추가되거나 위치가 변경되는 경우에는 기존 기초와 구조체의 사용 가능 여부를 먼저 검토해야 한다. 필요한 경우 별도 기초를 설치하거나, 구조 검토를 거쳐 후설치 앵커를 적용할 수 있다. 이때 기존 기초의 구조적 안전성, 앵커의 인장·전단 저항 및 설치 조건을 확인해야 한다.

핵심은 Vendor 정보가 확정되지 않은 상태에서 임의로 기초 조건을 확정하지 않고, 가정한 설계조건과 후속 검증 절차를 명확히 관리하는 것이다.

 

6.3 건축물 및 부속설비 간섭 검토

검토 항목	주요 체크 사항
기둥 및 보	설비 본체와 부품 인출 공간의 간섭 여부
출입구	장비 반입 및 유지보수 부품 반출에 필요한 크기
바닥 개구부	배관 및 드레인 관통부의 위치와 크기
천장 높이	상부 부품 인양 및 분해에 필요한 높이
인양설비	Overhead Crane 또는 Monorail이 필요한 경우 주행 범위와 인양 높이
배관 및 케이블	건축 구조체, 출입 동선 및 정비 공간과의 간섭 여부

 

인양설비는 모든 왕복동 압축기실에 필수적인 것은 아니다. 제조사 및 정비 계획에서 요구하는 경우에 한해 건축물 높이와 구조 계획에 반영한다.

 

(TIP) HOIST 및 CRANE의 인양 높이는 장비 본체의 높이만으로 결정해서는 안 된다. 실제 인양에 필요한 후크 높이, 슬링 등 인양 부속품의 높이, 인양 대상물의 높이와 상부 여유 공간을 함께 검토해야 한다.

또한 인양 대상물의 이동 경로에 보, 배관, 케이블 트레이 및 기타 설비가 간섭하는지 확인해야 한다.

인양 높이 검토가 누락되면 건축물 높이 변경, 구조물 수정 또는 유지보수 방법 변경이 발생할 수 있다. 따라서 제조사의 인양 조건을 확인하고 건축 단면 및 구조계획에 반영해야 한다.

 

 

7. VP(Vendor Print) 검토 체크리스트

VP 검토는 제조사에서 제출한 설비 도면을 프로젝트 설계에 반영하기 전에 치수, 설치 조건, 유지보수 공간 및 공종 간 인터페이스를 확인하는 과정이다.

7.1 설비 배치 및 유지보수

No	체크 항목	확인 내용
1	Overall Dimension	장비 전체 길이·폭·높이 및 부속설비 포함 여부
2	Equipment Orientation	장비 방향과 설치 좌표의 일치 여부
3	Maintenance Clearance	주요 부품의 점검 및 분해 공간
4	Component Removal	실린더, 피스톤 및 밸브의 인출 방향과 작업 공간
5	Access & Handling	장비 반입, 정비 접근 및 부품 운반 동선
6	Lifting Requirement	인양설비 필요 여부와 상부 공간 확보

정비 공간 및 부품 인출

7.2 기초 및 구조 조건

No	체크 항목	확인 내용
7	Foundation Dimension	제조사 기초도면과 구조도면의 치수 일치
8	Operating Weight	구조설계에 필요한 운전 중량 자료
9	Dynamic Load	동적 하중 및 구조 검토 입력자료
10	Anchor Bolt	앵커볼트 위치 및 설치 조건
11	Elevation	기초 상단과 장비 설치 레벨
12	Grouting	베이스 하부 그라우팅 조건

7.3 건축 및 타 공종 인터페이스

No	체크 항목	확인 내용
13	Structural Interference	기둥·보와 장비 및 정비 공간의 간섭
14	Opening & Door	반입 및 부품 인출을 위한 개구부와 출입구
15	Piping Interface	흡입·토출 배관 및 지지대와 구조체의 간섭
16	Electrical Interface	전기 패널 및 케이블 경로와의 간섭
17	Drain & Trench	드레인 및 트렌치와 바닥·기초의 간섭
18	Drawing Consistency	VP, 건축 평면도, 구조도면 및 관련 배치도의 일치 여부

7.4 VP 검토 의견 작성 예시

검토 의견은 조치 대상과 요구사항이 명확하게 드러나도록 작성한다.

• 기초 하중: 구조설계에 필요한 운전 중량 및 동적 하중 자료를 제출할 것.
• 앵커볼트: 제조사 기초도면과 구조도면의 앵커볼트 위치를 일치시킬 것.
• 유지보수 공간: 실린더 및 주요 부품의 분해·인출 범위를 표시하고 건축 구조체와의 간섭 여부를 확인할 것.
• 설비 인양: 주요 부품의 인양 필요 여부와 요구 높이를 확인하고 건축물 단면에 반영할 것.
• 배관 간섭: 배관 및 지지대의 위치를 관련 공종과 확인하고 구조체와의 간섭을 해소할 것.

VP 검토에서 발견한 사항은 최종 승인도면과 관련 공종 도면에 반영되었는지 추적해야 한다. 제조사 자료와 프로젝트 설계 기준이 다른 경우에는 담당 공종 간 협의를 통해 적용 조건을 확정한다.

 

 

8. 최종 정리

Reciprocating Compressor는 피스톤의 왕복운동으로 가스를 압축하는 용적형 압축기다. 주요 구성품은 Crankshaft, Frame, Connecting Rod, Cylinder, Piston, Suction Valve 및 Discharge Valve다.

건축 엔지니어는 장비의 작동 원리와 특성을 이해한 상태에서 설치 공간, 유지보수 공간, 기초 및 구조 조건, 부품 인출 경로를 검토해야 한다.

실제 설계에서 가장 중요한 것은 다음 세 가지다.

1. 장비 이해: 압축 방식과 주요 구성품, 정비가 필요한 부위를 파악한다.
2. 건축 설계 반영: 설비 배치, 유지보수 공간, 반입 및 인양 조건을 건축물에 반영한다.
3. VP 검토: 제조사 자료를 기초로 구조·배관·전기 등 관련 공종의 설계 조건과 일치하는지 확인한다.

장비의 외형 치수만 확인하는 것으로 VP 검토를 끝내지 않고, 설치부터 유지보수까지 필요한 조건을 함께 검토하는 것이 건축 엔지니어의 핵심 역할이다.

 

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