개념 한 쪽
공기압축기는 기체를 높은 압력으로 만들어 다양한 공작 기계와 공정에 공급하는 설비이다. 압축 방식은 왕복식(피스톤·다이어프램)과 회전식(스크류·베인·터보 등)으로 나뉘며 각각의 장단점과 적용 분야가 있다. 용량 제어는 필요 공기량에 맞춰 공급을 조정하는 기법으로 에너지 절감과 안정적 운전에서 중요하다. 압축공기 품질은 수분·오일·입자 오염에 민감하며, 오염은 부품 손상과 밸브 동작 장애를 초래한다.
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출제기준 단원 「공기압축기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 압축기 형식별 특징 판별 | 1 | 왕복식과 회전식의 장단점을 구별하여 올바른 특징을 고르는 능력 |
| 압축공기 체적 계산 | 1 | 게이지·절대압력 구분 후 보일 법칙으로 압축 후 체적을 계산하는 능력 |
| 공기 오염 영향 식별 | 1 | 수분·오일·입자 오염이 시스템 고장에 미치는 영향을 판단하는 능력 |
왕복형(왕복식) 공기압축기는 피스톤이 실린더 내부를 앞뒤로 왕복하면서 체적을 줄여 압력을 올리는 방식이다. 이 방식은 상대적으로 고압 생성에 유리하나 피스톤의 왕복운동으로 인한 진동과 소음, 그리고 배출 압력의 맥동이 크다는 단점이 있다. 회전식 압축기와 대비하여 '고압 가능성'과 '진동·소음·맥동 큼'이라는 트레이드오프 관계로 기억한다.
압축기 분류 관점에서 용적형(예: 피스톤, 격판, 베인)은 실린더 등 내부 부피를 직접 변화시켜 압축하는 방식이며, 동형(예: 터보)은 회전하는 임펠러로 공기에 운동에너지를 부여하여 압력으로 전환하는 방식이다. 따라서 터보나 원심 계열은 용적형이 아니므로 분류 문제에서 구분 기준으로 활용한다.
공기 압축기의 용량 제어 방식으로는 공기 차단(출력 차단), 배기 제어(생산 공기 배출), ON-OFF 제어 등이 일반적으로 사용된다. 시험 문항에서는 차단·배기·ON-OFF를 대표적인 용량 제어 방식으로 제시하고, '고속 제어'처럼 표준 분류에 들어가지 않는 선택지를 오답 처리하는 경향이 있다.
압축공기 내 오염 물질은 수분·윤활유·먼지 등으로 나뉘며 이들은 필터 파손, 마모 촉진, 부식, 밸브 고착, 시일(밀봉부) 열화 등 다양한 고장을 유발한다. 특히 공기 중 수분은 윤활유와 유화되어 에멀전이나 수지상 물질을 형성할 수 있어 밸브의 동작을 방해하는 주요 원인으로 본다. 반면에 실린더의 진동은 주로 유체 맥동이나 기계적 불균형에서 기인하므로 오염 물질의 직접적 영향으로 보기 어렵다.
공압 실린더의 이론 출력은 작용 면적에 압력을 곱하여 산정한다. 전진 시에는 피스톤의 전체 단면적(πD^2/4)에 사용 압력을 곱한 값이 힘이 되며, 후진 시에는 로드 단면적을 뺀 면적에 압력을 곱하여 계산한다. 이 공식 구분은 실린더 전후진 출력 문제를 해결하는 기본 원리이다.
(추가 예시) 공압 시스템에서 윤활유와 섞여 에멀전 또는 수지상 상태가 되어 밸브 동작을 방해하는 경우의 원인은 공기 중 수분임을 선택 근거로 삼는다. 이 경우 해결책으로는 에어 드라이어와 적절한 필터링 장치의 설치가 필요하다고 설명하는 문항 유형이 출제되기 쉽다.
압축공기 내 오염 물질의 영향 중 적합하지 않은 것은?
정답 ④ · 문항은 압축공기 내 오염물이 시스템에 미치는 영향 중 부적절한 항목을 고르라는 문제이다. 오염 물질은 필터나 윤활장치의 기능 저하·파손, 금속 표면의 부식이나 홈집 발생, 밸브의 고착과 마모·씰 불량 등을 직접 유발하므로 해당 보기는 타당하다.
압축 공기 내 수분이나 기름, 먼지 등의 오염 물질은 필터 파손, 부식, 밸브 고착 등을 유발하지만, 실린더의 진동은 주로 기계적 불균형이나 유체 충격에 의한 것이므로 오염 물질의 직접적 영향으로 보기 어렵다.
왕복형 공기 압축기의 특징으로 맞는 것은?
정답 ② · 질문은 왕복형 공기압축기의 특징을 고르는 문제이다. 왕복형은 피스톤의 왕복운동으로 높은 압력을 얻기 쉬워 고압 운전에 적합하다는 장점이 있다.
왕복형 압축기는 피스톤의 왕복 운동으로 고압 생성에 유리하지만 진동과 소음이 크고 맥동이 심합니다.
공압 시스템의 고장 중 윤활유와 섞여 에멀전 상태 가 되거 나 수지상태가 되어 밸브의 동작이 방해 되는 고장의 원인은?
정답 ④ · 문제는 공압 시스템에서 윤활유와 섞여 에멀전이나 수지 상태를 만들어 밸브 동작을 방해하는 원인을 묻는다. 공기 중 수분이 윤활유와 혼합되면 유화나 수지화를 일으켜 유막 성질을 변화시키고 밸브의 유동 및 밀봉 동작을 방해하므로 수분이 주된 원인이다.
공기 중 수분이 윤활유와 혼합되면 에멀전이나 수지 상태를 만들어 밸브 동작을 방해하는 주된 원인이다.
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