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설비보전산업기사 유압 기초 — 유량·압력·실린더 계산

유압 시스템의 기본은 압력과 유량의 관계를 이해하는 것이다. 펌프의 용량은 토출량과 압력으로 결정되고, 실린더의 힘과 속도는 단면적에 의해 좌우된다는 사실을 바탕으로 문제를 풀이한다.

2026-10-22 기준 · 설비보전산업기사 대시보드

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시험에 이렇게 나온다

출제기준 단원 「유압 기초」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.

묻는 꼴문제 수무엇을 묻나
유량→속도 계산1펌프 토출량과 관로 또는 실린더 단면으로 유속·피스톤 속도를 구하기
펌프 용량 이해1펌프 성능 결정요소로 토출량과 압력을 짝지어 설명하기
힘·직경 계산1요구 힘과 사용 압력으로 실린더 직경과 펌프 토출 유량을 계산하기

뜻

유압 실린더가 발생시키는 힘은 작용 압력과 유효 면적의 곱으로 구한다. 확장 시에는 피스톤 전체 면적을 사용하고, 수축 시에는 피스톤 면적에서 로드 면적을 뺀 링 면적을 유효 면적으로 사용한다.

유량(Q)과 속도(v)는 단면적(A)을 매개로 연결된다. 유속은 Q를 단면적으로 나눈 값이며, 피스톤의 전진 속도는 동일 유량을 실린더 단면적으로 나눈 값으로 구한다. 단위 환산(예: m³↔ℓ, sec↔min, mm↔m)에 주의하여 계산해야 한다.

펌프의 용량은 회전당 토출되는 유체 부피인 토출량과 시스템이 견딜 수 있는 압력의 조합으로 결정된다. 따라서 설계나 기기 선택 시 토출량과 정격 압력을 모두 고려하여 용량을 판단해야 한다.

유압 회로에서 흐름이 순간적으로 차단되면 유체의 운동에너지가 압력으로 바뀌어 서지압력(수격 현상)을 발생시킨다. 이 현상은 관로나 밸브, 펌프 등에 손상을 유발할 수 있으므로 급격한 차단 상황을 설계나 유지보수 시 고려해야 한다.

예제

대표 계산 1 — 실린더 직경과 펌프 유량 계산 문제를 푼다. 필요한 힘 500kN, 사용압력 240kgf/cm², 피스톤 속도 0.01m/s일 때 실린더 단면적은 힘을 압력으로 나누어 구한 뒤 면적에서 반지름을 찾아 직경으로 변환하면 약 163mm가 된다. 유량은 단면적×속도로 초당 부피를 구한 뒤 60을 곱해 분당 리터로 환산하면 약 12ℓ/min이 된다.

대표 계산 2 — 배관 유속과 피스톤 속도 계산 문제를 푼다. 펌프 토출량 15ℓ/min은 0.25ℓ/s이므로 배관 직경 6mm(반지름 3mm)의 단면적에 대해 유속 V=Q/A를 적용하면 약 5.31m/s가 된다. 피스톤 직경 32mm의 단면적으로 동일 유량을 나누면 피스톤 전진 속도는 약 0.31m/s가 된다.

대표 기출 3문항

펌프의 토출량이 15(ℓ /min)이고 유압 실린더에서의 피스톤 직경이 32(㎜),배관경이 6(㎜)일 때 배관에서의 유속과 피스톤의 전진 속도를 구하시오?

  1. 배관에서의 유속 : 5.31(m/sec), 피스톤 전진속도 : 1.87(m/sec)
  2. 배관에서의 유속 : 8.84(m/sec), 피스톤 전진속도 : 0.31(m/sec)
  3. 배관에서의 유속 : 53.1(m/sec), 피스톤 전진속도 : 18.7(m/sec)
  4. 배관에서의 유속 : 0.88(m/sec), 피스톤 전진속도 : 0.03(m/sec)
정답과 해설 보기

정답 ② · 문항은 주어진 유량으로 배관 내 유속과 실린더 피스톤의 전진 속도를 계산하는 문제이다. 유량 Q는 15 ℓ/min = 0.25 L/s = 0.00025 m³/s가 아니라 15 ℓ/min = 15/60 = 0.25 L/s = 0.00025 m³/s였으나 단위 변환 착오 가능성이 있으므로 올바른 접근으로는 Q=15 ℓ/min = 15×10⁻3/60 = 2.5×10⁻4 m³/s를 사용한다.

유속은 유량을 단면적으로 나누고, 피스톤 속도는 유량을 피스톤 단면적으로 나누어 계산한다.

유압펌프의 용량은 무엇으로 결정하는가?

  1. 펌프의 무게
  2. 유체의 압력과 속도
  3. 유체의 압력과 토출량
  4. 유체의 토출량과 속도
정답과 해설 보기

정답 ③ · 문제는 유압펌프의 용량을 결정하는 주요 요소를 묻고 있다. 펌프 용량은 일정 시간 동안 공급할 수 있는 유체의 일률적 능력으로 압력과 유량(또는 토출량)의 곱으로 정의된다.

펌프의 용량은 한 회전당 토출되는 유체의 부피인 토출량과, 시스템이 견뎌내는 최대 압력(정격 압력)의 조합으로 결정된다.

유압 프레스를 설계하려고 한다. 사용압력은 240kgf/cm² 필요한 힘은 500kN 이며 행정거리는 0.8m이다. 또한 실린더의 속도는 0.01m/sec라고 가정할 경우 실린더의 직경(mm) 및 펌프토출 유량(ℓ /min)은?

  1. 113mm, 11ℓ /min
  2. 123mm, 12ℓ /min
  3. 153mm, 11ℓ /min
  4. 163mm, 12ℓ /min
정답과 해설 보기

정답 ④ · 문항은 주어진 사용압력과 필요한 힘, 실린더 속도를 바탕으로 실린더 직경과 펌프 토출유량을 계산하는 문제이다. 힘과 압력으로 단면적을 구하고 그 면적에서 직경을 도출하며, 유량은 단면적×속도×60(분당 환산)으로 계산한다.

실린더 직경은 힘과 압력 비례로 구하고, 유량은 단면적과 속도의 곱에 분당 변환 계수를 적용한다.

자주 묻는 물음

유압 실린더의 수축 시 힘은 어떻게 계산하나?
수축 시 유효 면적은 피스톤 면적에서 로드 면적을 뺀 값이므로 힘은 압력×(피스톤 면적−로드 면적)으로 계산한다.
펌프의 용량을 결정하는 주요 요소는 무엇인가?
펌프의 용량은 토출량과 정격 압력의 조합으로 결정되므로 두 요소를 함께 고려하여 용량을 판단해야 한다.
유량에서 유속이나 피스톤 속도로 바꿀 때 주의할 점은 무엇인가?
단면적 단위와 유량 단위의 환산을 정확히 하고 초당·분당, m·mm, m³·ℓ 등의 단위 변환 상수를 적용하여 계산해야 한다.
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