공압은 기계적 작업을 수행하는 기술로서 오랫동안 중요한 역할을 해왔으며, 자동화 솔루션 개발에도 활용되고 있습니다. 공압 시스템은 유압 시스템과 유사하지만, 유압유 대신 압축 공기를 사용한다는 점이 다릅니다.
공압 시스템은 압축 공기를 이용해 에너지를 전달하고 제어하는 시스템입니다. 다양한 산업 분야에서 광범위하게 사용되며, 대부분의 공압 시스템은 지속적인 압축 공기 공급에 의존합니다. 이는 공기 압축기에 의해 제공됩니다. 압축기는 대기 중의 공기를 흡입해 고압 탱크인 리시버에 저장하고, 이 압축 공기가 파이프와 밸브를 통해 시스템으로 공급됩니다.
'프뉴마(Pneuma)'는 공기를 의미합니다. 공압은 압축 공기를 이용해 작업을 수행하는 기술입니다. 압축 공기는 대기의 공기를 압축해 부피를 줄임으로써 압력을 높인 것입니다. 일반적으로 6~8 kg/㎠의 압력에서 작동 매체로 사용되며, 최대 50 kN의 힘을 발생시킬 수 있습니다. 제어 작동은 수동, 공압, 전기 방식이 가능하며, 압축 공기는 주로 피스톤이나 베인에 작용해 작업을 수행합니다. 이 에너지는 제철 산업을 비롯한 여러 분야에서 활용됩니다.
공압 시스템은 자동 기계 구동용으로 다양한 산업에서 널리 사용되며, 다음과 같은 많은 장점을 가집니다.
많은 장점에도 불구하고 공압 시스템에는 다음과 같은 한계도 존재합니다.
공압 실린더, 회전 액추에이터, 에어 모터는 대부분의 공압 시스템에서 재료의 고정, 이동, 성형, 가공을 위한 힘과 움직임을 제공합니다. 이 액추에이터를 작동 및 제어하기 위해 압축 공기 준비를 위한 에어 서비스 유닛, 압력·유량·방향 제어용 밸브 등이 필요합니다. 기본 공압 시스템은 크게 두 부분으로 구성됩니다.
생산·이송·분배 시스템의 주요 구성품: 공기 압축기, 전동기 및 모터 제어 센터, 압력 스위치, 체크 밸브, 저장 탱크, 압력 게이지, 자동 드레인, 에어 드라이어, 필터, 에어 루브리케이터, 배관, 각종 밸브 등.
소비 시스템의 주요 구성품: 흡입 필터, 압축기, 에어 테이크오프 밸브, 자동 드레인, 에어 서비스 유닛, 방향 제어 밸브, 액추에이터, 속도 제어기 등. 기본 구성 요소는 그림 1과 같습니다.
흡입 필터(에어 필터) – 공기 중 오염 물질을 걸러냅니다.
공기 압축기 – 전동기나 내연기관의 기계적 에너지를 압축 공기의 위치 에너지로 변환합니다. 압축기 종류로는 왕복동식(단동·복동 피스톤, 다이어프램), 회전식(슬라이딩 베인, 스크류), 원심식, 축류식이 있으며, 원하는 최대 토출 압력과 필요 유량에 따라 선정합니다.
전동기 – 전기 에너지를 기계 에너지로 변환해 압축기를 구동합니다.
에어 리시버(저장 탱크) – 압축기에서 나오는 맥동 유량을 완화하고, 공기를 냉각시켜 수분을 응축시킵니다. 압축기가 공급하는 모든 공기를 담을 수 있을 만큼 커야 하며, 배관 압력 손실을 보상하기 위해 시스템 작동 압력보다 높게 유지합니다. 넓은 표면적은 압축 공기의 열 방출에도 도움을 줍니다.
공기 처리(정제 및 건조) – 대기 공기는 먼지, 연기, 습기를 포함하므로 부품 마모와 부식 방지를 위해 반드시 정제·건조해야 합니다. 압축 과정에서 온도 상승이 발생하므로 쿨러로 온도를 낮추고, 세퍼레이터나 에어 드라이어로 수분을 분리합니다.
드라이어 방식으로는 흡착식, 흡수식, 냉동식, 반투막식 등이 있습니다.
루브리케이션 – 실린더와 밸브의 운동 부품 윤활을 위해 압축 공기 루브리케이터를 공압 장비 앞에 설치합니다. 미세한 오일 미스트를 압축 공기에 혼입시켜 윤활하며, 적정 점도는 20~50 센티스톡스(kinematic viscosity)입니다.
제어 밸브 – 방향, 유량, 압력 등을 조절·제어·감시합니다. 주 기능은 상류 압력 변동과 관계없이 하류 압력을 일정하게 유지하는 것입니다. 압축 공기 고속 유동으로 리시버와 부하 사이에 압력 강하가 발생하므로 리시버 압력을 시스템 압력보다 높게 유지하고, 사용 지점에서 레귤레이터로 압력을 조절합니다. 압력 조절 방식은 논릴리빙(부하를 통해 지속 배기), 릴리빙(레귤레이터가 직접 배기), 대용량 부하용 제어 루프(압력 트랜스듀서+컨트롤러+벤트 밸브) 등 세 가지가 있습니다.
액추에이터(에어 실린더·모터) – 압축 공기 에너지를 기계적 힘과 운동으로 변환하는 출력 장치입니다. 직선 운동형(선형 액추에이터), 회전 운동형(로터리 액추에이터), 유량 제어 밸브 작동형으로 분류됩니다. 유압·공압 선형 액추에이터 구조는 유사하나 작동 압력 범위가 다릅니다(유압 약 100 kg/㎠, 공압 약 10 kg/㎠).
양호한 성능을 위해 압축 공기 분배 시스템은 다음 요건을 충족해야 합니다.
모든 주요 공압 부품은 단순한 공압 기호로 표현할 수 있으며, 각 기호는 부품의 기능만 나타냅니다(구조 미표시). 이 기호들을 조합해 공압 회로도를 작성하며, 이는 부품 간 관계, 즉 시스템 설계를 설명합니다. 일반적인 공압 시스템 회로도는 그림 2와 같습니다.
공압 회로 분석·설계 시 다음 네 가지를 필수적으로 고려해야 합니다.
공압 프레스, 공압 드릴, 공기·물·화학 밸브 작동, 호퍼·빈 언로딩, 공작 기계, 공압 램머, 물체 이송·적재, 스프레이 도장, 지그·고정구에서의 고정, 브레이징·용접용 고정, 성형 작업, 리베팅, 공정 장비 작동 등 다양한 분야에 적용됩니다.
제조공정
극한 온도, 고압, 고속은 식음료 산업에서 매우 자주 발생하는 조건들입니다. 그리고 이것이 원재료 이송부터 최종 포장 및 제품 적재까지 다양한 작업을 수행하는 유압 및 공압 시스템을 자주 볼 수 있는 이유를 설명합니다. 이 시스템들은 식음료 공급망의 모든 측면에서 수많은 작업을 수행하며 극한 조건에서도 그렇게 할 수 있습니다. 현대 식음료 산업의 필수적인 부분 식음료 산업에서 유압과 공압이 작동하는 곳의 일부 예시입니다: 원재료와 완제품 운송에 사용되는 지게차 제품을 이동시킬 뿐만 아니라 분류하고 다른 목적지로 분배할 수 있는
자동차가 어떻게 움직이는지, 그 마법의 정체가 궁금하셨나요? 비밀은 바로 모터에 있습니다. 모터란 무엇이며, 자동차 같은 것을 움직이게 하는 동력은 어디서 나올까요? 이 글에서 답을 찾아보세요. 모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전자기 장치입니다. 회로도에서 M(구표준 D)으로 표시되며, 주요 기능은 구동 토크를 발생시켜 전기 기관차, 노면전차, 녹음기, 면도기, 전동 장난감 등 각종 가전제품이나 기계의 동력원이 되는 것입니다. 전원 종류에 따른 모터 분류: DC 모터 vs AC 모터 DC 모터는 직류 전기 에너지를
