유압펌프란?
유압 펌프는 전기 모터를 작동시켜 기계 에너지를 생성합니다. 유압 펌프를 구동하면 오일이 순환하여 기계 에너지를 유체 에너지로 변환합니다. 유체 에너지는 유압 에너지라고도 합니다. 이 유체 에너지는 유압 액추에이터가 필요로 하는 압력과 유량의 조합입니다. 압력은 어느 한 쪽의 에너지가 발생하지 않으면 유체를 밀어내는 것뿐입니다. 유압 액추에이터에 오일이 유입되면 유체 에너지는 기계 에너지로 변환됩니다. 변환된 기계 에너지는 직선 운동이나 회전 운동이 되어 펌프의 힘이 됩니다.
유압 펌프의 종류에는 일반적인 용적형 펌프, 정량형 펌프, 가변 용량 펌프 등이 있습니다.
유압 펌프의 사용 용도
유압을 이용한 구조물에는 유압 장치라고 불리는 일련의 작동 메커니즘이 사용되며, 구조 형식에 약간의 차이가 있지만 모두 유압 펌프가 내장되어 있습니다. 유압 기기의 힘은 압력과 유량의 조합이기 때문에 유량을 바꾸지 않고 압력을 두 배로 늘리면 마력이 두 배로 증가합니다. 압력을 바꾸지 않고 유량을 두 배로 변경하면 마력도 약 두 배로 증가합니다.
일반적으로 유압을 필요로 하는 장면에서는 큰 외부 동력을 필요로 하는 경우가 많기 때문에 특히 건설 현장 등에서 사용되는 굴삭기, 크레인 등 중장비에 많이 사용됩니다. 또한, 작지만 큰 토크가 필요한 장치에도 많이 사용됩니다. 예를 들어, 비행기나 선박, 자동차로 대표되는 운송 산업에도 폭넓게 적용되고 있습니다.
이외에도 자연의 힘을 이용한 펌프도 존재합니다. 구체적인 예로 농장에서 물을 끌어올리는 것과 같은 장치를 사용하는 경우에도 사용되며, 이러한 펌프는 연속 운전이 필요하기 때문에 수위를 감지하는 센서와 함께 사용됩니다. 풍차도 그 중 하나다. 풍차는 바람의 힘으로 땅속에서 물을 끌어올리기 위해 유압펌프를 사용합니다.
유압펌프 선택 방법
유체를 이용한 동력에는 공압식과 유압식이 있습니다. 둘 다 파스칼의 원리를 응용해 작은 힘을 큰 힘으로 변환하는 구조를 가지고 있습니다. 하지만 특징은 다소 차이가 있습니다.
공압식은 가격이 저렴하고 구조가 단순합니다. 주변 온도 등에 대한 환경 의존성이 높고 응답성이 낮습니다. 하지만 작동유 종류를 적절히 선택하면 전천후로 사용할 수 있습니다. 공압식으로는 구현할 수 없는 큰 힘을 필요로 하는 경우, 유압식 유닛과 그에 부수되는 적절한 유압 펌프를 선택하는 것이 바람직합니다.
유압 펌프의 원리
모든 펌프는 용적식 펌프와 비용적 펌프가 있습니다. 대부분의 유압 시스템에는 용적식 펌프가 사용되므로 여기서는 용적식 펌프의 원리에 대해 설명합니다.
용적식 펌프는 유압유가 채워진 부분과 기체만 있는 용적실이라는 부분으로 나뉩니다. 용적식 펌프는 흡기 밸브를 통해 유체를 펌프실로 흡입하고 배기 밸브를 통해 유체를 배출합니다.
먼저 외부에서 구동력을 주어 피스톤 운동을 하면 용적실 쪽에 부압이 발생하여 흡입 압력이 발생한다. 이를 팽창 과정이라고 합니다.
다음으로 흡입 공정에 들어갑니다. 이 압력이 일정 값을 넘으면 유압유실과 연결된 오일 탱크와의 대기압 차이로 인해 흡기밸브를 통해 유압유가 흡입됩니다. 이때 배기 밸브는 닫혀 있습니다.
그리고 체적실 쪽이 양압화되면서 기압차가 역전됩니다. 이 과정을 압축 공정이라고 합니다.
마지막으로 토출 공정에 들어갑니다. 유압유가 외부로 밀어내는 힘이 작용하여 배기밸브에서 오일이 배출됩니다. 오일이 밀려나면 흡기밸브가 닫히면서 배기밸브가 열립니다.
이 4단계를 1사이클로 하여 무한히 반복함으로써 작동유를 일정한 방향으로 계속 내보낼 수 있습니다.
또한, 작동유 탱크의 흡입측과 토출측에는 각각 한 방향의 역류방지밸브가 있어 어느 한 쪽에 압력이 발생하면 한쪽이 그 압력에 의해 닫히기 때문에 역류가 발생하지 않습니다.
유압 펌프의 구조
유압펌프를 포함한 유압 시스템은 적은 동력으로 큰 힘을 얻을 수 있기 때문에 산업현장에서 많이 사용되고 있습니다. 먼저, 시스템은 원동기에서 유압펌프를 통해 유압유를 승압하여 동력을 얻습니다. 그 다음, 유압 밸브에서 압력 조절 등을 통해 유압 액추에이터에 유압유가 공급됩니다. 이후 회전 운동 등의 기계 에너지로 변환됩니다. 그 중에서도 유압펌프는 유압유를 승압하여 필요한 기계적 동력을 확보하기 위한 중요한 장비입니다.
주로 유압 펌프는 ‘기어형’, ‘베인형’, ‘플런저형’ 등으로 나뉩니다.
기어 펌프는 케이싱 내에서 기어가 맞물려 유압유를 승압하는 것입니다.
베인 펌프는 케이싱 내 날개에 로터가 내장되어 있으며, 이 날개는 회전하여 유압유를 승압하는 역할을 한다. 이 날개를 베인이라고 합니다.
플런저 펌프는 왕복 운동하는 피스톤이나 플런저가 유압유에 압력을 가해 승압하는 방식입니다.
두 펌프 모두 유압유를 승압하는 것은 변함없지만, 유압유 누출이 발생하면 환경을 오염시키기 때문에 처리에 시간이 오래 걸립니다. 기술 발전으로 밀봉성은 높은 수준입니다. 그러나 누출이 제로가 될 수는 없기 때문에 설치형 펌프 유닛의 경우 방유 제방 내부에 설치하는 등의 노력이 필요합니다. 또한 운반형 펌프 유닛은 한 세트를 이동해야 하기 때문에 누출을 방지하기 위해 밀폐성을 높여야 합니다. 만일 유압유가 외부로 누출될 경우 이를 흡수할 수 있는 오일 탱크 등을 설치하여 기름이 유출되는 것을 방지할 수 있습니다.
유압펌프의 동력
유압펌프에는 ‘전동식’과 ‘수동식’이 있습니다. 주로 산업 및 실험 설비에서 사용되는 것은 전동식이며 펌프의 작동원이 전기입니다. 반면 수동식은 사람이 가하는 힘을 동력원으로 사용합니다. 주로 수동형은 동력을 생성하는 경로에 피스톤이 사용됩니다. 사람의 힘으로 핸들을 조작하여 유압 오일을 피스톤에 공급합니다. 피스톤은 유압의 압력을 받아 외부 세계에 동력을 공급합니다. 수동식 채택의 장점은 메커니즘이 단순해 유지보수가 용이하다는 점입니다. 또한, 동력을 전달할 때 힘이 천천히 전달되기 때문에 세밀한 조정이 가능합니다. 이는 결과적으로 위험성 평가로 이어집니다.
흔히 사용되는 것은 자동차 타이어 교체 등에 사용되는 유압식 잭입니다. 이는 수동식 유압펌프로 유압유를 보내 동력을 전달하여 자동차를 들어올리는 힘이 됩니다.
전동식은 더 큰 일을 시키고 싶을 때 사용하는 펌프이기 때문에 대부분 산업용으로 많이 사용됩니다. 전동형은 수동형에 비해 구조가 복잡하기 때문에 요구되는 성능에 따라 다양한 종류가 준비되어 있습니다. 하지만 구조가 단순한 펌프도 제조되고 있어 저렴하고 간편하게 도입할 수 있다. 또한, 육상이나 수상에서 큰 동력을 필요로 하는 경우에도 사용할 수 있습니다.
이처럼 전동식과 수동식은 동력원이 다를 뿐만 아니라 사용하는 용도의 규모도 다릅니다.