개념 한 쪽
펌프와 압축기는 유체의 이동과 압력 제어에 핵심 역할을 하므로 각 기기별 작동 원리와 한계를 정확히 알아야 한다. 연결부의 운동학적 특성, 흡입 측의 압력 조건, 그리고 압축기의 연속 압축 여부 같은 점을 중심으로 출제가 된다.
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출제기준 단원 「펌프 및 압축기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 유니버설 조인트 운동특성 | 1 | 각속도 불일치와 전달 토크의 영향 판단 |
| 캐비테이션 발생 원리 | 1 | 증기압과 국부압력 관계로 기포 발생 여부 판단 |
| 관 내부 라이닝 목적 구별 | 1 | 라이닝의 주된 목적(부식·마찰·수분 차단) 구분 |
유니버설 조인트(훅크 조인트)는 서로 어긋난 두 축을 연결할 때 사용한다. 이 조인트를 쓰면 종동축의 각속도가 원동축의 각속도와 일정하지 않고 주기적으로 변동한다. 각속도 변동은 회전 불균형과 비틀림 진동을 유발하며, 그 결과 전달되는 토크에도 주기적인 변동이 발생한다. 중간축을 사용하여 양쪽에 조인트를 설치하면 위상각을 맞춰 각속도의 불균형을 완화할 수 있다. 어긋난 각도가 약 30도 이상이면 사용이 곤란하다.
캐비테이션은 펌프 내부에서 압력이 그 온도에서의 증기압보다 낮아진 부위가 생기면 액체가 증발하여 기포가 발생하는 현상이다. 흡입 측이나 특정 관로의 저압 부분에서 주로 발생하며, NPSH는 캐비테이션을 피하기 위해 필요한 최소한의 유효 흡입양정을 의미한다. 온도와 증기압의 관계를 고려하여 압력 마진을 확보해야 캐비테이션을 방지할 수 있다.
스크류 압축기는 두 개의 나사형 로터가 회전하면서 가스를 연속적으로 압축하는 기기이다. 회전 운동에 의해 가스를 끊김 없이 압축하므로 토출되는 가스에 맥동(압력 펄스)이 거의 생기지 않는 것이 특징이다. 이와 달리 피스톤식 압축기는 왕복 운동으로 인해 토출에 맥동이 발생한다. 스크류식은 구조적 특성상 연속 토출과 고속 회전의 장점이 있으므로 특정 용도에서 선호된다.
또한 관로용 주철관의 내부 라이닝은 내부 부식을 막고 마찰을 줄이며 수분의 직접 접촉을 방지하는 목적을 가진다. 라이닝은 관 자체의 기계적 강도를 크게 증가시키는 것이 아니므로 보호와 유로 성능 개선이 주된 목표임을 구분해야 한다.
유니버설 조인트 관련 문제에서는 '각속도 불일치가 전달 토크에 영향이 없다'는 보기가 오답이라는 점을 빠르게 판단해야 한다. 캐비테이션 문제에서는 '기포는 증기압보다 낮은 압력에서 발생한다'는 핵심 정의를 떠올려야 한다. 압축기 유형 문제에서는 '스크류 압축기는 연속 압축으로 맥동이 없다'는 문장을 연상하면 정답 선택이 용이하다. 라이닝 관련 문제에서는 '내부 보호와 마찰저감'을 목적과 연결해 오답 선지를 걸러낸다.
서로 어긋나서 각을 이루며 만나는 두 축을 유니버설 조인트(훅크 조인트)하였을 경우에 일어나는 현상을 설명한 것으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 유니버설 조인트(훅크 조인트)로 축이 교차하여 연결될 때, 두 축의 각속도 비는 일정하지 않고 주기적으로 변합니다. 이때 발생하는 속도 변화로 인해 비틀림 진동이 발생하며, 이는 전달 토크의 변동을 초래하여 회전 불균형을 일으킵니다.
유니버설 조인트는 각속도 불일치로 인해 전달 토크도 주기적으로 변동하므로, 토크에 이상이 없다는 설명은 틀렸다.
펌프의 캐비테이션(공동) 현상에 관한 다음 설명 중 옳은 것은?
정답 ④ · 펌프의 캐비테이션 현상에 대한 올바른 설명을 고르는 문제이다. 캐비테이션은 유체 중에서 그 액체 온도의 증기압보다 낮은 압력 부분이 생기면 유체가 증발하여 기포를 발생하는 현상으로, 이 기포가 고압부에서 붕괴하면서 소음, 진동, 부식을 일으킨다.
캐비테이션은 액체 온도의 증기압보다 낮은 압력 부위에서 액체가 증발하여 기포가 발생하는 현상이다.
매설용 주철관에 모르타르 등으로 라이닝하는 이유로 가장 거리가 먼 것은?
정답 ② · 매설용 주철관은 흙 속의 수분이나 토양 환경으로 인해 쉽게 부식되고, 내면의 거칠기로 인해 가스 이송 시 마찰저항이 발생합니다. 이를 방지하기 위해 내부에 모르타르 라이닝을 시공하여 부식을 방지하고 마찰저항을 줄이며 수분 접촉을 막습니다.
주철관 내부 모르타르 라이닝은 부식 방지, 마찰저감, 수분 차단용이지 관의 기계적 강도를 높이기 위한 것이 아니므로 ②가 거리가 먼 이유다.
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