개념 한 쪽
진공펌프는 절대 진공에 가까운 저압의 기체를 흡입해 대기압 수준으로 압축·배출하는 장치로, 성능 표시는 절대압을 기준으로 하고 배기 용량과 도달압력이 주요 지표가 된다. 유회전식 진공펌프는 오일을 사용해 밀봉과 냉각을 겸하는 방식으로 게데, 키니, 센코형이 대표적이다.
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출제기준 단원 「진공펌프의 종류 및 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 진공펌프 정의 판단 | 1 | 진공펌프의 역할과 다른 펌프와의 구별을 묻는 문제 |
| 유회전식 분류 식별 | 1 | 유회전 진공펌프의 대표형 이름을 고르는 문제 |
| 압력 표시 기준 구별 | 1 | 진공 성능 표시에 절대압 기준을 요구하는 문제 |
진공펌프는 낮은 압력의 기체를 흡입하여 보다 높은 압력, 통상적으로 대기압까지 압축하여 배출하는 장치로 정의된다. 다른 펌프들이 주로 유체의 이송을 위해 설계되는 것과 달리, 진공펌프는 기체의 저압 측정과 도달 가능한 최소압력(진공도)을 제공하는 것이 핵심 목적이다.
진공펌프의 성능 평가는 주로 배기 용량과 도달 압력으로 이루어진다. 배기 용량은 단위 시간당 처리할 수 있는 기체량을 의미하고, 도달 압력은 펌프가 만들 수 있는 최소 절대압을 의미한다. 압축비는 배기구 압력을 흡기구 압력으로 나눈 값으로 정의된다.
압력의 표시 방식은 절대압을 기준으로 해야 한다. 진공 상태는 대기압보다 낮은 값이므로 성능 비교와 규격 표시는 완전 진공을 기준으로 하는 절대압으로 하는 것이 일관적이고 정확하다. 계기압력(게이지 압력)을 기준으로 하면 대기압 변동에 따라 평가지표가 달라질 수 있으므로 진공 측정에서는 절대압 기준을 기억해야 한다.
유회전식(오일 밀봉 회전형) 진공펌프는 내부에 오일을 채워 밀봉과 냉각 기능을 제공하는 회전형 펌프로, 대표적인 기종으로 게데(Gaede)형, 키니(Kinney)형, 센코(Cenco)형이 있다. 이들 형식은 회전자를 이용해 연속적으로 기체를 흡입·배출하는 구조를 가지며, 유체의 윤활과 밀봉을 오일로 수행한다.
어떤 명칭이 유회전식 진공펌프의 분류에 포함되는지 구별하는 문제가 자주 출제된다. 예컨대 너시(Nutsch)형은 일반적으로 여과 장치나 화학 공정 장치와 관련된 명칭으로, 유회전 진공펌프의 대표 분류에 포함되지 않는다는 점을 주의해야 한다.
진공펌프 관련 기출 유형은 다음과 같은 함정을 자주 이용한다. 압력 표시에 관한 선지에서 계기압력을 기준으로 진공 성능을 평가한다고 하면 오답으로 판단한다. 유회전식의 대표 이름인 게데·키니·센코를 한 묶음으로 암기해 두면 분류 문제를 쉽게 해결할 수 있다. 또한 진공펌프의 정의를 묻는 문제에서는 '저압의 기체를 흡입해 대기압 수준으로 압축해 내보내는 장치'라는 핵심 문장을 떠올리면 정답을 고를 수 있다.
로터리 엔진은 작동실의 최소체적으로부터 최대체적으로의 변화가 편심축 회적각 270° 에서 이루어지는데 흡입에서 배기까지의 전 작동이 몇 도에서 완성되게 되는가?
정답 ③ · 로터리 엔진은 하나의 작동실이 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정 사이클을 거치는 동안 편심축이 3회전(1080°)하게 된다. 각 행정마다 270°의 회전각이 필요하므로 4행정을 완료하기 위해서는 270° × 4 = 1080°가 소요된다.
로터리 엔진은 4행정 사이클을 수행하기 위해 편심축이 3회전(1080도)해야 하므로 전체 작동은 1080도에서 완성된다.
어떤 수냉식 4행정 사이클 기관의 지압선도에서 도시 평균 유효압력을 계산하였더니 9kgf/cm² 이었다. 이 기관의 실린더 수는 4이고 총 배기량이 1900 cc 이며 3400rpm 일때 도시마력은 얼마인가?
정답 ① · 4행정 사이클 기관의 도시마력 P = (Pme × V × n) / (900 × 4) 공식을 사용한다. 여기서 Pme=9kgf/cm², V=1900cc, n=3400rpm, 실린더 수는 총배기량에 이미 포함되어 있다.
4행정 기관의 도시마력은 지압선도 평균 유효압력, 총배기량, 회전수를 이용해 계산하며 정답은 64.6 PS이다.
왕복형 내연기관이 증기터빈에 비하여 불리한 점은?
정답 ③ · 왕복형 내연기관과 증기터빈을 비교하는 문제입니다. 왕복형 내연기관은 흡입, 압축, 폭발, 배기의 사이클을 스스로 반복하며 외부의 힘 없이도 최초 한 번의 시동만 주어지면 자력으로 계속 기동할 수 있는 자력기동(Self starting) 능력을 갖추고 있습니다.
왕복형 내연기관은 외부 동력 없이도 최초 시동 후 자력으로 계속 운전 가능한 자력기동 능력을 갖는다.
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