공기압 시스템의 원리 및 보전기술 (1) - 공압 시스템의 구성
1. 공기압 시스템의 기본 구성
가 공기압 발생부
공기압시스템은 유압과는 달리 대기를 흡입, 압축하여 에너지로서 사용한 대기로 방출하는 개방시스템이므로 대기중에 함유되어 있는 먼지, 수분 압축기의 윤활유 혼입등에 대한 책이 필요하다.
압축기에서의 송출공기는 고온으로 되기 때문에 이를 냉각하는 것도 필요하고, 공기압을 안정되게 발생ㆍ공급하기 위해서는 이러한 오염물질을 제거하여 정상적인 운전이 가능하도 록 관리해야만 한다.
여기에서 적절한 처리를 하지 않으면 그 이후의 제어부나 작동부에서 각종의 기기에 나쁜 영향을 미쳐서 기기는 물론 그 장치의 수명과 신뢰성을 저하시키는 원인이 되므로 공기압 발생부의 설치, 유지관리가 중요한 일이다.
1) 압축기(Compressor)
압축기는 구조, 송출량, 송출압력, 급유방식, 제어방식에 따라 여러 형식이 있다. 구조에 따른 분류는 다음 표와 같다.
이들은 사용목적, 환경조건, 가격등을 고려하여 적당한 것을 선정하는 것이 필요하다.
1대의 대용량 압축기에 의한 운전보다는, 소용량의 것을 복수로 병렬운전하는 것이 고장의 미치는 손해를 최소한으로 할 수 있다.
또한 가격 검토를 하는 경우에는 초기 투자비, 유지비, 보전비 등을 고려하여 선정해야 한다.
| 압축기 | 왕복식 | 피스톤식 | ||
| 다이어램프식 | ||||
| 회전식 | 베인식 | |||
| 나사식 | ||||
| 캠식 | ||||
| 터빈식 |
(압축기의 구조에 따른 분류)
2) 후부냉각기(After Cooler)
압축기에서의 송출온도는 250℃ 정도까지 상승하므로 탱크, 배관, 도중에서의 방열량 으로는 충분하지 않은 경우에 그대로 사용하면 사용기기에서 패킹의 열화를 촉진하거나, 말단에서 냉각된 수분이 분리되어 기기에 나쁜 영향을 끼치므로, 압축기 송출구의 직후에 후부냉각기를 설치, 공기를 냉각하여 수분을 분리하는 것이 필요하다. 이때 압축기내 윤활 유의 미스트도 동시에 어느 정도 분리하는 것이 가능하므로 효과적이다.
수분과 미스트는 공기압기기에 대하여 나쁜 영향을 미치므로 이것을 무시하면 공기압기기의 수명과 신뢰성에 나쁜 영향을 주어 공기압기기에 대한 불신감을 초래하므로 특히 중요하다.
3) 탱크(Tank)
공기압 탱크는 공기의 압축성을 충분히 갖도록 하므로서 소비량의 변동에 대응하여 압축 기의 맥동을 제거하거나 탱크의 표면에서의 방열을 이용하여 냉각작용을 돕는 것도 가능 하다. 또 압축 저장된 공기를 정전시등 비상시에 사용하는 것도 가능하다.
나. 공기 청정화부
1) 드레인(Drain)분리기, 배출기
후부냉각기의 출구 부근, 탱크의 바닥, 배관의 도중에 부착하여, 분리된 수분이나 기름을 배 출시키는 것으로, 자동적으로 일정량이 모이면 배출시키는 자동 배출기나, Motor Timer에 의해 정기적으로 배출시키는 것도 있다.
2) 필터(Filter)
공기원에서 공장의 주요부로 공기를 보내는 주배관(MAIN LINE)과 각 작업장이나 장치로 주배관에서 분기시켜 보내는 분기배관(SUB LINE)이 있고, 이들 각 배관의 각 장소에 필터 를 설치하여 관내에서 발생하는 녹, 분리된 수분을 제거하기 위한 것으로 상류에서 하류로 가는데 따라 여과정도를 향상시킬 필요가 있다.
3) 에어 드라이어(Air Dryer)
후부냉각기나 탱크내에서의 냉각으로는 불충분한 경우에 강제적으로 수분을 제거하여 가압 하 노점을 내리기 위해 드라이어를 설치하는 경우가 있다.
주된 형식은 다음과 같다.
| 드라이어 | 냉동제습식 | |
| 흡착제습식 |
1. 공기압 시스템의 구성
공기압시스템은 각종 공기압기기를 유기적으로 조합하여 공기압 작동기기를 목적하는 바와 같이 작동하도록 구성하게 되며 공기압원, 청정화시스템, 제어밸브, 작동기기, 기타 부속 기기 등으로 구성된다.
(그림 2-1)에 공기압시스템의 일예를 아타낸다.
압축기에서 발생된 압축공기는 단열압축에 의해 온도가 150~250℃까지 상승하므로 후부 냉각기에서 냉각된 후에 탱크로 들어간다. 여기서 맥동압력을 안정화 시키고, 탱크의 낮은 곳에 고인 물은 자동적으로 배출된다. 탱크를 통과한 압축공기는 필터에서 이물질과 수분이 분리ㆍ제거되고 압력제어밸브에서 필요로 하는 압력으로 감입된 후 윤활기에 의해 분무된 미세한 윤활유와 함께 방향제어 밸브로 보내지고 액추에이터를 수동한 후 방향제어 밸브에 서 소음기를 통하여 배기된다. 수분을 완전히 제거한 건조공기를 필요로 하는 기기에서는 드라이어(Dryer)에서 충분히 제습된 것이 사용된다.
한편 주배관(Main line)의 공기압은 압력 S/W에서 감지되어 그 전기신호에 의해 압축기를 구동하는 전동기에 신호가 전달되어 항상 일정수준의 압력을 유지시키면서 가동하게 된다.
공기압 시스템의 원리 및 보전기술 (2) - 공압보전기술
1. 공기압기기의 취급시 유의사항
사용중인 공기압기기는 신뢰성 및 내구성에 대한 여러 가지의 트러블(Trouble)이 발생하는 데 그 원인으로서는 기기 자체의 경우에 의한 것 보다도, 오히려 작동매체인 압축공기의 질이 충분히 관리되지 않기 때문에 생기는 경우가 많다. 또한, 압축공기의 질 관리 이전의 문제에 의한 초기 트러블도 비교적 많은 편이다.즉 배관 시공시에 생긴 칩(CHIP), 실(SEAL) 재 등이 기기내부에 들어가 오동작을 발생시킨 경우, 또는 기기의 취급 부주의에 의한 트러 블도 있으므로 이들을 충분히 인식하여 대처해야만 한다.
1. 공기압기기간 배관 시공시의 주의사항
가. 파이프관 직접 배관 방법
1) 파이프을 절단한 경우는 절단 후 외경 및 내경에 줄 가공을 한 후 압축공기로 플러싱 (FLUSHING)을 하거나 세척액으로 세척한다.
2) 나사부에는 실테이프를 감는다. 이 때 그림과 같이 나사 끝단에서 1~2산 남기고 테이프를 (1~2겹으로)감은 후 손끝으로 밀착시킨다. 나사의 끝단까지 테이프를 감아 버리 면 체결시 테이프가 떨어져 장비내부로 혼입되므로 고장의 원인이 될 수 있다.
3) 윤활상태의 실재를 사용할 때에도 마찬가지로 나사 끝단에서 1~2산 남기고, 넘치지 않도록 주의하면서 도포한다. 또한 배관의 암나사측은 도포하지 않는다. 암나사에 도포하 면 배관시에 실재가 기기 내부로 들어가 작동불량 등을 일으키기 쉽다.
4) 배관제의 교환, 점검 등 보수를 고려하여, 부분적으로 떼어낼 수 있도록 유니온 이음 등 으로 접속하면 좋다. 이와 같이 하지 않으면 배관의 점검 및 보수시 장시간을 필요로 하거 나 관계없는 부분까지도 떼어내야 하기 때문에 교체시 어려움이 발생될 수 있다.
5) 공압은 유압에 비해 낮은 압력으로 사용되므로 압력을 유지하기도 쉽고 공압기는 알미늄 주물이나, 다이캐스트로 만드는 것이 많다. 따라서 필요이상의 힘으로 나사를 조이면 나사 부분이 파손되므로 주의를 해야 한다.
나. 관이음매에 의한 배관
나일론 튜브, 고무호스, 동관의 경우는 피팅을 이용하여 배관한다. 이 관이음매를 기기에 나 사조임을 할 때에는 다음사항을 주의한다.
1) 튜브의 단면은 축방향에 직각이 되도록 튜브 커터로 절단하는 것이 좋다. PINCHERS, 니퍼, 가위 등으로 절단하면 튜브가 찌그러지거나, 잘라지지 않고 남는 부분이 있어서 실 불량, 기기의 동작 불량등의 원인이 되므로 주의해야 한다.
2) 관이음매는 튜브의 실 방식이 메이커에 따라 다르기 때문에 사용전에 확인하는 것이 중요하다. 또한 튜브크기가 밀리규격과 인치규격이 있으므로 주의할 필요가 있다.
3) 호스는 강곤에 비해 약한 것도 있으므로 주의하여 취급하지 않으면 파손하게 되어 수명 에 영향을 미친다. 또한 호스가 인장하지 않는 것은 압력이 작용하면 신축이 생기므로 여유 를 가져야 한다.
4) 금속관이음매 부착 부분에서는 호스를 급격히 굽히지 말고 호스외경의 3배이상의 직선 부분을 가지도록 굽혀야 하며 반경은 메이커에서 정해진 규정 값을 준수한다.
5) 호스는 다른 물체와 접촉이 있으면 파손의 원인이 되므로 접촉을 피해야 한다. 또한 고온부와의 접촉을 피하고 접촉이 있는 경우에는 외장 보호를 고려한다.
2. 플러싱 방법
1) 기기가 몇 개로 연결되어 있는 때에는 그림과 같이 상류측에서부터 차례로 플러싱 을 실시한 후 배관을 한다.
2) 밑면 배관의 경우
ⓐ 몸체를 분리한다.
공급측에 공기를 세게 불어 넣어 드레인등을 방출한다.
ⓑ SUB PLATE에 몸체를 부착하여 실린더 포트부를 분리하여 수동으로 밸브를 움직이면서 이물질, 먼지, 등을 제거한다.
ⓒ 실린더 포트에 배관을 접속하고 수동으로 밸브를 절환하여 교대로 배기포트에서 공기를 방촐하여 플러싱을 완료한다.
3) 공압밸브는 공기중에 있는 이물질의 영향을 받기 쉬우므로 설치, 배관후의 플러싱이 중 요하다.
3. 취급상의 주의사항
가. 필 터 (TAF)
1) 배관은 세척후 배관에 접속한다.
2) 드레인 높이가 버플 플레이트에 도달하기 전에 손으로 드레인을 시켜야 한다. 공구 등 을 사용하면 파손될 수 있으므로 주의한다.
3) 제품몸체부에 화살표를 보아 흐름의 방향으로 배관한다.
4) 필터 케이스는 플라스틱이므로 신나, 알콜 등의 화학약품이 묻지 않게 하고 이런 환경 에서의 사용은 피한다.
5) 한 냉기, 직사광선에서의 실외사용은 피하고 주위온도 및 유체온도가 6~65。C인 경우 에 일반적으로 사용한다.
6) 드레인 바울이 아랫방향으로 되게 설치한다.
7) 최고 사용압력은 9.9 kgf/㎠ 이하로 한다.
8) 필터 케이스의 청소는 반드시 중성세제를 사용한다.
나. 레귤레이터 (TAR)
1) 배관은 세척후 배관에 접속한다.
2) 레큘레이터 (핸들 방향)부분이 60mm이상 공간을 갖도록 부착하면 보수점검이 쉽다.
3) 본체는 화살표와 같이 공기의 흐름 방향으로 배관을 한다. 반대방향으로 하면 정상으로 작동하지 않는다.
4) 핸들의 조작은 손으로 하여야 한다.
5) 최고 사용압력은 9.9 kgf/㎠ 이하로 한다.
6) 압력 조정 후에는 핸들을 눌러 잠근다. 압력 조정나사가 움직여 조정압력이 변동하는 것이 방지 된다.
다. 루브레케이터 (TAL)
1) 배관은 세척후 배관에 접속한다.
2) 급유 마개를 열어, 깨끗한 기름을 공급한다. 급유는 터어빈유 1종 (ISO VG 32)을 사용 한다. 그 밖에 기름은 사용하지 않는다.
3) 급유량은 용기의 80%(오일 레벨 상한 선)까지 넣는다. 지나치게 공급하면 정상적으로 작동하지 않게 된다.
4) 적하유량 조정은 니들로 한다. 니들을 풀면(좌회전) 적하유량이 많게 되고, 잠그면 (우 회전) 적하유량이 적게 된다. 니들을 풀면(좌회전) 적하유량이 많게 되고, 잠그면(우회전) 적하유량이 적게 된다. 니들의 조작은 반드시 손으로 하고 공구등을 사용하면 파손되어 사 용이 불가능하게 된다.
5) 최고 사용압력 9.9㎏ f / ㎠ 이하에서 사용한다.
4. 압축공기의 질관리
압축공기는 반드시 깨끗하게 걸러져 공급되지 않는다.
콤푸레샤에서 만들어진 압축공기는 기름과 각종 오염된 성분의 공기로 각종 공기압 기기의 신뢰성과 내구성에 영향을 준다. 따라서 오염되지 않은 공기를 공기압 기기에 사용하기 위 해서는 공기의 질을 관리하여야 한다.
오염된 공기를 공압기기에 사용할 경우 다음과 같은 오동작을 일으킬 수 있다.
가. 오 염 물
◈ 시스템 외부 유출 오염물 : 분진, 매연, 모래, 재, 금속가루, 시멘트 등의 고형물질
◈ 중화학 공장 : 아황산가스, 용제가스, 황화수소 등의 유해가스
◈ 시스템 내부 유출 오염물 : 수분, 유분, 고형물질 등
1) 필 터
◈ 목적 : 압축공기의 미세한 먼지나 드레인 제거를 통한 오염되지 않는 공기를 공급
◈ 오동작의 이유 : 드레인이나 먼지를 필터 엘리먼트가 제되로 여과를 못하여 엘리먼트 내 의 눈막힘을 일으켜 과대한 압력 강화로 솔레노이드 밸브의 작동불량을 초래하여 실린더의 오동작을 발생할 수 있다. 또한 오토 드레인 (자동 배수 기능)의 경우 자동배수부의 이물 질이 끼워져 있으면 정상적으로 작동하지 못한다.
2) 레귤레이터
◈ 오동작의 원인 : 레귤레이터 몸체내의 압력을 조정하는 좁은 유도가 잊어 이부분에 오염 물질이 부착되면 유로가 좁아져 압력강화 현상이 일어난다. 따라서 레귤레이터 몸체하부에 먼지, 기타 드레인 등이 고착되면 압력조정이 안 된다. 또한 몸체 내의 실재와 다이아프램 의 제자리를 찾지 못할 경우 공기누설로 인하여 압력조정이 어렵다.
3) 루브리 케이터
◈ 오동작의 원인 : 루부리케이터의 적하창 ASS'Y, 뎀퍼 가이드 ASS'Y 부에 이물질 등이 쌓이면 작동불량이나 기름의 적하 불능을 일으킬 수 있다. 그밖에 도유관 밑의 엘리먼트 (소결)의 오염물질로 인한 눈막힘 현상으로 기름 공급이 안되는 경우가 발생되며 사용되는 기름은 터빈유 1종 (ISO VG32)를 사용한다.
2. 보전상의 안전확보
1. 장치가 구비해야 할 조건
안전을 확보해야 할 곳에, 안전을 고려하여 설계하지 않으면 보전이나 트러블시에 위험을 초래한다. 자동기계에 있어서고 보전이나 트러블시에는 사람이 접근하게 되므로 이를 충분 히 고려해야 한다. 더구나 사람이 조작하는 장치에서는 안전을 가장 중요한 조건으로 해야 한다. 이러한 의미에서 각종 장치에 대한 주요사항을 설명하기로 한다.
가. 공기압 발생부
큰 공장에서는 압축기를 압축기실에 별도로 설치하여 전문적으로 보수, 점검을 하는 것이 보편적 이지만, 일부 소형 공장에서는 소형 압축기를 공장내의 임의 위치에 설치하여 휴무 시에 보수, 점검하는 경우가 많다.
1) 보수 점검을 위한 충분한 공간을 확보하고, 특히 압축기의 발열도 크므로 열로 부터의 보호장치도 충분히 고려해야 한다.
2) 회전부의 보호 (축,벨트, 풀리 등)
3) 흡입필터의 눈막힘 (압축기의 효율저하 원인이 된다)
4) 후부냉각기의 점검 (내부에 카본이 다량 있으면 폭발위험이 있다)
5) 압축기의 효율 점검
6) 드레인 방출
나. 청정화부
공기압기기에서는 에너지 전달매체인 압축공기의 질이 좋고 나쁨에 따라 신뢰성 및 수명이 크게 좌우 되므로 공기압 장치에서 청정화부를 잘 구비하면 거의 문제를 일으키지 않는다고 하여도 과언이 아니다. 따라서 청정화부의 보수, 관리는 매우 중요하다.
1) 필터의 드레인 레벨, 압력계, 오일러 레벨등은 쉽게 접근하여 확인이 가능하도록 공간을 확보한다.
2) 드레인의 배출 및 기름 급유작업에 필요한 충분한 공간을 확보한다.
3) 자동배수기에 수동 조작기구가 부착되어 있는 정기적으로 수동조작을 하여 확인한다.
4) 필터, 감압밸브 (주배관계)는 교환이 가능한 배관방식과 공간 및 발판등이 확보되어 있 어야 한다.
5) 기기의 교환작업에 대비하여 상류측과 하류측에 SHUT OFF밸브를 부착하던가, LOOP 배관이나 BY-PASS 배관을 하여 다른 곳에 영향이 없도록 시스템을 만든다.
다. 제 어 부
솔레노이드 밸브를 주로 사용하는 부분으로서 비교적 트러블이 많으므로 다른 부분에 비해 보수, 점검이 쉽도록 하기 위한 사전지식이 필요하다. 그러나, 밸브 그 자체에 의해 생기는 트러블 보다는 공기질의 영향이나, 전기계통에의 문제, 또 설치된 장소의 환경에 영향을 많 이 받는다. 솔레노이드 밸브에 트러블이 발생한 경우에는 이것을 교환하는 것이 원칙이지만 다른 원인에 의해 발생된 경우에는 교환만으로는 되지 않으므로 그 원인을 규명해야만 근본 적인 해결이 가능하다
1) 솔레노이드 밸브의 점검, 보수, 교환에 필요한 공간 및 필요한 경우에는 수동조작이 가 능한 공간을 둔다.
2) 여러개의 밸브를 매니폴드로 유니트를 연결할 때에는 각종 액추에이터의 작동에 대응한 하벨이나 태그 등의 표시를 한다.
3) 큰 장치에는 유니트마다 점검이 가능하도록 전기계통도, 공기압 계통도에 별도로 전기 및 공기의 공급이 가능하도록 해둔다.
라. 구 동 부
구동부의 대부분은 실린더로서 어떤 원인에 의한 고장이라도 같은 현상을 일으키는 수가 많으므로, 고장발생시에는 어느 것이 주원인으로 되어 있는가를 아는 것이 해결의 지름길 이다. 또한 이 부분의 트러블은 갑자기 어떤 현상이 발생하여 정지해 버리는 것이 아니고 처음에는 조금씩 변화가 생기다가 결국은 장치가 정지해 버리는 순서로 발생하므로 이러한 초기적 현상 가운데 적당한 대책을 강구하여 큰 사고나 완전정지 등의 트러블을 사전에 방 지해야 한다. 이것을 가능하게 하는 것은 매일 점검을 하는 보전 담당자나 작업자가 작은 변화를 놓치지 않고 발견하여 대처해야 한다.
1) 부하의 이동을 멈출 수 있도록 잠금장치등이 있어야 한다. (분해하는 경우)
2) 실린더만을 개별로 취급하지 않음으로 다른 기기부를 포함하지 않으면 실린더의 교환이 불가능하기 때문에 가능한 기기부에서 유닛트화하여 전체를 교환할 수 있도록 한다.
3) 실린더의 설치 조정시
◎ 치수의 차이를 없애고
◎ 진직도
◎ 동심도 등이 간단히 확인되도록 부착한다.
4) 안전 커버를 한다.
5) 이동하는 부분의 배관 (호스, 튜브 등)이 손상을 입어 공기가 누출되지 않도록 보호커버 를 설치한다.
2. 트러블 발생시의 대처
트러블이 발생하여 장치의 점검이나 수리를 하는 경우에는 공기압이 안전한 것이라고는 하 지만 최대한의 주의를 하고, 먼저 그 원인을 규명해야만 한다. 실제 장치에서는 그 사용 목적, 기구, 구조 등이 다르고 제어방식도 다르므로 어떻게 대처하면 좋은가를 한마디로 말 할 수는 없지만 다음과 같은 점에 충분히 유의하여 대처해야만 한다.
1) 장치가 동작순서의 어떤 부분에서 정지하고 있는가를 확인한다.
2) 정지하고 있는 전후관계의 신호접수를 조사한다. (리밋 스위치등이 움직이고 있는가?, 행정거리가 부족하여 눌려지지 않고 있는가?)
3) 고장원인이 전기계통 (릴레이, 리밋스위치 등)과 그 이후의 솔레노이드 밸브인가, 또는 실린더인가를 확인한다. (리밋스위치의 작동 불량인가, 솔레노이드 밸브의 작동 불량인가, 스트로크 끝까지 움직이고 있지 않는가 등)
4) 공기의 압력을 조사한다. (원압인가 설정압인가)
5) 실린더가 다음과 같은 경우에는 이동하지 말도 멈춤장치를 하거나 초기상태로 이동시킨 다
◎ 상하 움직임을 하는 것
◎ 관성이 큰 것
◎ 속도가 빠른 것
6) 전원을 차단하고 공기압기기의 움직임을 확인한다. (수동 조작으로 실린더를 작동시켜 본다. 그 때 행정말단에서 리밋 스위치등의 동작을 확인한다)
3. 잔압대책 및 재기동
어떠한 원인으로 장치가 정지한 경우는 다음과 같은 순서로 대처한다.
실제로 비상정지상태에서 재 기동하는 사이에는 사람이 장치에 접근해 있으므로 이 때 안 전성 확보가 매우 중요하다. 모든 액추에이터 및 가동부가 정지한 상태로 움직일 염려가 없 는 경우이면 위험이 없으므로 이상처리를 한 후, 재 가동하면 되지만 공기압 장치의 경우 에 는
1) 압력을 방출하면 낙하하는 것
2) 압력을 방출하면 되돌아가 버리는 것
3) 압력을 공급하여 정지하는 것
4) 외력 (장애)에 의해 정지하여 힘이 걸려있는 것
등이 있으므로 장치가 정지하고 있어도 공기압은 작용하고 있는 상태, 즉 압력을 유지하고 있지 않으면 곤란한 경우, 압력을 대기에 개방 (잔압 방출)하지 않으면 좋지 않은 경우 등 이 회로중에 많이 있으며 그 취급에 따라서는 큰 사고가 발생할 수도 있다. 비상정지를 하 는 경우에 최종적으로는 공기압을 모두 개방 (대기압)해야 하지만 부하의 상태 및 성질에 다라 다음과 같은 장치가 필요하다.
1) 움직임에 따라 부하가 낙하,미끄러짐 (수직 또는 경사), 또는 수평 이동에서도 스프링 힘이나 어떤 외력으로 일정방향으로 힘이 걸려있는 것, 또는 바이스, 클램프와 같이 비상 시에서도 힘이 필요한 것→ 일시 압력을 유지하고, 확인후 공기압을 방출
2) 수평이동에 있어서도 관성력이 큰 것→ 순간적으로 공기를 방출하면 관성에 의해 OVER RUN 하므로 잔압을 서서히 방출
3) 수평이동에서 관성력이나 출력이 작은 것→ 순간적으로 공기를 방출
현재 사용되고 있는 회로 및 기기의 예는 다음과 같다.
① 공기압원에서 처리하는 경우
ⓐ 솔레노이드 밸브에 의한 방법
비정상정지 의해 공기압의 공급정지와 회로내의 잔압 방출을 동시에 하는 것이 가능한 회로
ⓑ 수동의 주 밸브에 의한 방법
6. 종합대책과 예방점검
1. 트러블방지대책
가. 배 관
1) 배관시 주의사항
① 주관은 관내 드레인 (DRAIN)물질의 유출을 좋게하기 위하여 1/100 정도의 기울기를 주고 드레인 배출기를 단말에 설치한다.
② 지관 설치시는 주관의 상부에서 일단 위로 올린후 분기시켜 주관의 드레인 물질이 지관에 유입되지 않도록 한다.
③ 주관 또는 지관에는 적당한 간격으로 필터를 설치하여 배관상에서 발생한 녹이나 수분 등이 필터기기에 유입하지 않도록 한다.
④ 배관상에 필터나 감압밸브를 설치하는 경우에는 기기의 교환, 점검을 위해서 플랜지나 유니온 이음으로 접속하고 분해를 위한 공간을 확보해 둔다.
⑤ 배관이 직선으로 긴 경우에는 열에 의한 팽창과 수축을 고려해야 한다.
⑥ 접속하기 전에 플러싱을 충분히 실시해야 한다.
⑦ 나사부에 실 테이프를 감을 경우에는 테이프가 관내로 유입되지 않도록 1산이나 2산 정도 남겨두고 감는다.
⑧ 고무호스나 나일론 튜브로 배관하는 경우에는 간섭이 심한 노출부위를 보호카바 등으로 보호해야 한다.
2) 일상점검
① 드레인 물질이 넘치는가?
② 관내 압력에 이상은 없는가?
③ 압축공기의 온도는 정상인가?
3) 정기점검
① 배관연결 지지부는 정상인가?
② 체결부의 이완으로 압축공기의 누설은 없는가?
③ 관내 압력은 유지되고 있는가?
④ 압촉공기의 온도는 높지 않는가?
⑤ 고무호스나 나일론 튜브의 보호대책에는 이상이 없는가?
⑥ 드레인 배출구에 이상이 없는가?
2. 수명연장대책
자동화 설비내에서의 공압자동화 시스템의 최대의 성능을 발휘하기 위해서는 기기의 선정이 중요하다.
따라서 공압기기의 수명을 연상해 최소한의 비용으로 최대의 효과를 내고자 하는 게 보전 부서의 일이다. 우리는 여기서 TPM 활동을 위해 다음 기기별 현상 및 부품의 파급효과를 나열하고자 한다.
가. 구동기기
1) 쿠션기구에 의한 흡수가능한 운동에너지
설계조건에 따라 피스톤 속도나 부하중량이 증가할 때는 주의하지 않으면 안된다. 흡수가능한 운동에너지를 초과할 경우에는 쿠션 패킹의 수명은 100만회 이하로 된다.
| 튜브내경(mm) | 40 | 50 | 63 | 80 | 100 | 125 | 140 | 160 | 180 | 200 | 250 | 300 |
| 흡수가능한 운동에너지 |
25 | 45 | 80 | 120 | 210 | 330 | 455 | 600 | 800 | 1.000 | 1,500 | 2,700 |
EK = W/2g V²
EK : 운동에너지 (㎏f-㎝)
W : 부하의 중량 (㎏f)
g : 중력가속도 980 (㎝/Sec²)
V : 피스톤 속도 (㎝/Sec)
2) 피스톤 로드에 대한 횡 하중
실린더를 설치할 경우에는 피스톤로드에 횡 하중이 작용하지 않도록 해야 하지만 사용방법이나, 로드와 부하의 상관 관계에 의해 어느 정도의 횡 하중 작용을 허용한다. 이 점을 생각하여 실린더의 부쉬는 최대출력의 1/20정도의 횡 하중에 견뎌야 되는 것으로 하고 있다. 이한도 내에서 사용하도록 주의하지 않으면 안된다. 다음은 TCM,TCA2, TCS1/TCS2시리즈의 L₁,L₂,fB 의 수치표이며, 여기서 임의점에 작용하는 횡 하중 (fR)이 허용한도 내인지 확인할 수 있다.
| L1 | L2 | fB (최대출력은 1/20) |
|
| TCM 20 | 32 | 31 + ST | 1.6 kgf |
| TCM 25 | 32 | 33 + ST | 2.5 |
| TCM 30 | 33 | 33 + ST | 3.5 |
| TCM 40 | 45.5 | 36.5 + ST | 6.3 |
| TCA2 40 | 34 | 44 + ST | 6.3 |
| TCA2 50 | 37 | 48 + ST | 9.8 |
| TCA2 63 | 41 | 49 + ST | 15.6 |
| TCA2 80 | 47 | 62 + ST | 25.1 |
| TCA2 100 | 51 | 64 + ST | 39.3 |
| TCS1/TCS2 125 | 65.5 | 102 + ST | 61.3 |
| TCS1/TCS2 140 | 73 | 102 + ST | 76.9 |
| TCS1/TCS2 160 | 73 | 114.5 + ST | 100 |
| TCS1/TCS2 180 | 79 | 123.5 + ST | 127 |
| TCS1/TCS2 200 | 82 | 128 + ST | 157 |
| TCS1/TCS2 250 | 92 | 145.5 + ST | 245 |
| TCS1/TCS2 300 | 98.1 | 164 + ST | 353 |
3) 쿠션밸브의 조정
① 실린더는 최초부터 쿠션이 적당히 작용하도록 조정되어 있지만, 사용시의 부하나 작동속도에 따라 커버에 장착되어 있는 쿠션 밸브를 재 조종해서 사용한다.
② 쿠션밸브의 잠금 너트는 단단히 체결해야 한다.
③ 장기간 사용하면 쿠션패킹이 마모하여, 초기설정 쿠션의 작용상태도 변화하므로 재조정해야 한다.
④ 쿠션밸브의 오리피스를 완전히 닫고서 사용하면 행정거리 끝단에서 반동이 생기거나, 전 행정거리를 완전하게 움직이지 않는다. 또한 쿠션패킹이 내압적인 면에서 파손될수도 있으므로 이러한 사용은 피해야 한다.
| 부 하 | 속 도 |
| 압력 10 kgf/㎤시 이론 출력의 80% | 200mm/sec |
| ＂ 40% | 300 ＂ |
| ＂ 15% | 500 ＂ |
4) 무급유 실린더
무급유 실린더는 그리스 (GREASE)에 의한 초기 윤활 수단이 강구되어 있다. 여기에 루브리케이터를 사용하여 급유하면서 사용하는 것은 상관없지만 그 후 전혀 급유하지 않고 사용하면 그리스가 없는 상태에서 마찰운동하는 것이 외므로 패킹수명을 단축시켜 버린다.
3. 능률향상 대책
공기동력을 기계동력으로 변환해서 일을 하는데는 유량, 압력, 속도, 힘등의 여러 요소로 조성되므로 정량화가 매두 복잡하게 된다. 따라서, 시스템요소의 선택을 뒷 받침 하는 데는 유효 단면적 법을 사용하면 편리하다.
가. 유효단면적의 합성은 1/S² =∑1/Sn²로 표시된다. 예를 들어 유효단면적이 같은 밸브와 소음기에 공기가 흐를 경우 합성 유효단면 적은 약30% 감소한다. 따라서 밸브 기능을 완전히 활용하려면 소음기는 밸브보다 유효단면적이 큰 것을 사용해야 한다.
나. 실린더의 속도는 W =190×10³×K S/A로 표시된다. 따라서 실린더 속도를 증가시키려면 비례식에서 유효단면적을 크게 하면 된다. 이 유효단면적은 실린더로부터 소음기에 이르는 배기계의 합성 유효단면적이므로 이의 개선은 유효단면적이 가장 작은 한 부품을 중심으로 시정하면 되는 것으로 반드시 밸브를 한단계 큰 것으로 사용해야 하는 것은 아니다.
다. 유 량
1) 공기의 흐름이 이음속인 경우 〔P1 +1.033 =(1~1.89) (P2 +1.033)〕
2) 음속 흐름의 경우 〔P1 +1.033 〉1.89 (P2 +1.033)〕
으로 나타낼 수 있으므로 기기ㆍ배관계의 압력손실, 노즐의 유량 등을 산출하려면 유효단면적을 구하여 산출할 수 있다.
4. 공기압기기의 보수 점검과 고장대책
1. 필 터
앞에서 설명한 바와 같이, 압축기에서 나온 압축공기 중에는 여러가지의 이물질이 포함되어 있어서 솔레노이드 밸브등 공기압기기의 손상을 일으키기 때문에 이러한 이물질을 제거해야 한다. 이러한 목적으로 사용되는 것이 필터이다.
가. 보전상의 주의사항
필터의 설치장소는 가능한 사용단에 가깝게 하여 수분을 제거하도록 하는 것이 좋다. 설비 비용면에서는 메인 라인 배관에 대형 필터를 설치하여 집중여과를 하고, 배관 내부에서 발생하는 이 물질의 침입을 확실히 방지하기 위해 사용단 마다 각각의 공기유량에 적합한 소형 필터를 가능한 제어밸브 부근에 설치하는 것이 좋다.
필터 케이스에고인 드레인은 정기적 (예를 들면 1일1회)으로 드레인 밸브를 열어 배출시켜야 한다. 드레인 밸브는 손으로 개폐할 수 있으므로 공고는 사용하지 않는 것이 좋다. 자동배수기 부착 필터를 사용하면 보수가 간단하다. 필터 엘리먼트는 사용중에 이물질의 눈막힘이 일어나, 압력강하가 증대 하므로, 1~2년에 1회 정도 점검 후 세정하는 것이 좋다.
세정은 일반 공업용에 사용되는 적당한 세정용 용제로 씻은 다음, 엘리먼트 내측에서 압력 공기로 불은 후 물로 씻어 건조시킨다. 용제중에서 초음파 세정을 하면 좋다. 다만 필터에 조립하기 전에 용제가 엘리먼트 중에 남아 있지 않은가를 확인할 필요가 있다. 또한, 케이스의 오염이 심할 때는 중성세제로 세척한다. 경유나 유지 용제를 사용하면 된다.
2. 압력제어 밸브
공기압 제어에 있어서는, 공기 압축기에서의 압축공기 압력을 각기 사용목적에 적합하게 일정압력으로 감압하여 사용하는 수가 많다. 이러한 목적으로, 레귤레이터등의 압력 제어 밸브가 사용된다. 여기서는 가장 많이 사용되고 있는 직동형 레귤레이터에 대해 설명한다.
가. 보전상의 주의사항
레귤레이터 앞에서 반드시 필터를 사용하여 공기중의 고형 이물질이나 수분을 제거해야 한다.
고형 이물질이 밸브 시트에 끼이면 밀폐를 방해하게 된다. 또한, 대부분이 레귤레이터 밸브는 압력특성을 좋게 하기 위해 밸브 몸체를 0 링으로 밀봉하는 구조로 되어 있지만, 이 마찰운동부에 이물질이 끼어 저항이 크게 되면 작동 불량을 일으키는 원인이 된다. 1년에 1회 정도는 이 부분을 점검하여 오염되어 있으면 청소하는 것이 좋다.
나. 트러블의 현상과 대책
| 현 상 | 주요 원리 | 대 책 |
| 압력이 조절되지 않는다 | 흐름 방향 (1차측, 2차측 관계)이 반대 | 올바르게 바꾼다 |
| 조절 스프링의 파손 | 분해 후 손상부품을 교환한다 | |
| 밸브스프링의 파손 | ||
| 밸브 몸체의 고무 라이닝면이 손상 | ||
| 다이아 프램이 파손 | ||
| 밸브 시트부에 이물질이 부착 | 분해 후 청소한다 | |
| 밸브 몸체 마찰운동부에 이물질이 끼어 밸브 몸체가 고착 | ||
| 핸들을 돌려 조절 스프링을 풀어도 2차 압력이 내려가지 않는다 | 밸브 시트부에 이물질이 고착 | 분해 후 청소한다 |
| 밸브 스프링의 파손 | 분해 후 손상된 부품을 교환한다 | |
| 밸브, 고무 라이닝면이 손상 | ||
| 다이아프램의 바깥 둘레 부근에서 공기가 새고 있다 | 상부커버 체결나사가 풀림 | 나사를 조인다 |
| 다이아프램이 파손 | 다이아프램 교환 |
3. 루부리케이터
공기압 제어에 사용되는 각종기기 중에서 그 내부에 빈번히 작동하는 가동부분을 가진 것으로서는 방향제어 밸브나 실린더등이 있다. 이러한 기기의대부분은 장기간 연속 사용하기 때문에 윤활유를 적정하게 공급할 필요가 있다. 최근에는 환경오염방지 대책 및 자원 절약의 목적으로 무급유에서 사용할 수 있는 것이 증가되어가고 있지만, 이 경우에도 급유에 의해 더욱 더 수명을 연장할 수 있다. 아뭏튼, 이러한 기기는 어는 것이나 가압된 공기가 작용하고 있으므로, 외부에서 간단히 급유하는 것이 불가능하다. 그래서 특별한 구조를 가진 급유용 기기, 즉 루부리케이터 (오일러라고도 함)를 관로 중에 설치하여 윤활유를 미세한 분무상태로 만들어 공기중에 혼합하는 방법이 이용된다. 루부리케이터에는 여러 가지 종류가 있지만, 가장 많이 사용되고 있는 것은 전량식 루부리케이터 이다. 이것은 통상 필터, 레귤레이터 뒤에 설치하여, 발생된 안개상태의 기름을 전부 2차측에 보내게 되는 것이다.
가. 보전상의 주의사항
전량식 루부리케이터에서는, 기름 입자가 관 내벽에 부착되기 쉬우므로 가능한 사용단 근처에 설치함이 좋고, 수직 배관은 반드시 피한다. 또한, 1개의 루부리케이터에서 여러 장소에 분기하는 방법은 기름입자의 도달이 용이한가 어떤가의 문제 외에 각각의 동작시기가 늦어지면, 공기유량의 부족으로 적하되는 않는 것도 생각할 수 있으므로, 사용대상마다 사용조건에 적합한 르부리케이터르 설치하는 것이 좋다. 적정한 기름 적하량은 사용조건에 따라 좌우되므로 일률적으로 기준을 정하는 것은 곤란하지만, 기준으로서는 가압하의 유량 10ℓ에 대해 1방울 (약 0.02㎖정도)로 하면 좋다. 유량이 너무 크면, 방향제어밸브의 배기에 혼입되어 방출되는 기름의 양이 크게 되어, 불필요할 뿐만 아니라 환경 오염을 초래하므로 주의할 필요가 있다.
윤활유를 사용량에 따라서 정기적으로 보급하는 것은 루부리케이터의 기능을 유지하기 위해 반드시 필요하다고 또한, 기름 보급시에는 깨끗한 기름을 사용해야 된다. 오염된 기름을 사용하면,적하량 조절 스프링 부근의 필터에 금방 눈막힘이 일어나도 또한, 조절나사 부근에 미세한 먼지가 쌓여서 적하량의 변동을 일으킨다. 또 윤활유는 규정되어 있는 터빈유 1종 (ISO VG 32)또는 2종을 사용하면 좋다. 스핀들유는 방향제어밸브등의 합성 고무제 0 링을 손상시키므로 사용할 수 없다.
4. 방향제어 밸브
공기압 실린더등의 액추에이터부로 압축공기를 공급하거나, 반대로 액추에이터부의 압축공기를 대기로 방출하거나 할 때 다양하게 흐름의 방향제어를 하는 밸브가 방향제어 밸브이다. 방향제어밸브로서의 제어기능 한가지만 대도 수십종류가 있고, 제어 밸브의 조작방법도 수없이 많으므로 한마디로 방향제어 밸브라고는 하지만 종류는 대단히 많다. 그러므로, 그 선정시에는 사용목적, 사용조건을 충분히 검토하여 결정할 필요가 있고 또한, 보수, 점검시에도 그 사용 중인 방향제어밸브의 특징을 충분히 이해한 후, 보수 점검을 실시하는 것이 중요하다.
가. 2포트 솔레노이드 밸브
공기압 2포트 솔레노이드 밸브는 단순히 개폐용으로서 사용하거나 이것을 2개 사용하여 3포트 솔레노이드 밸브와 같은 목적으로 사용한다.
1) 보전상의 주의사항
① 먼지에 의한 트러블을 방지하기 위하여 필터를 솔레노이드 밸브 앞에 설치하며, 가능한 직전에 설치하는 것이 좋다.
② 만약의 트러블을 고려하여 솔레노이드 밸브의 탈착 또는, 부착이 쉽도록 배관계의 설계, 시공이 필요하다.
③ 공간이 없을 때는 나사 형식보다도 플랜지형으로 하는 것이 보수하기에 용이하다.
④ 배관 수나사부에 실 테이프를 감는 방법은 반드시 2산 정도 수나사 끝을 남기고 감아야 한다. 끝까지 감으면 배관시에 실 재가 떨어져서 그 조각이 관내에 남아 고장의 원인이 될 때가 있다.
<그림> 작동식
<그림> 파일럿식
5. 액추에이터
액추에이터란 「유체 에너지를 이용하여 기계적인 일을 하는 기기」로서, 직선운동을 하는 것과 회전 운동 하는 것으로 크게 나누어진다.
가. 실 린 더
1) 보전상의 주의사항
실린더를 최적 상태로 사용하기 위해서는 사용조건에 대해 정기적으로 점검할 필요가 있다. 점검 항목은 다음과 같다.
① 정기점검
정기점검 중점사항은 다음과 같다.
ⓐ 실린더 부착용 볼트 및 너트의 풀림
ⓑ 실린더 부착 프레임 풀림 또는 처짐 현상
ⓒ 작동상태가 원활한가의 여부
ⓓ 피스톤 속도, 동작시간의 변화
ⓔ 외부 누출
ⓕ 로드끝단 금구, 타이로드, 볼트류의 풀림
ⓖ 행정거리의 이상여부
ⓗ 로드의 흠집
이상과 같은 것을 점검하여 이상을 발견한 경우에는 조이거나, 분해를 하여 필요한 조치를 해야 한다.
② 분해점검
| 점검 장소 | 이상 상태 | 조 치 |
| 튜브내면 | 피스톤의 움직임이 뻑뻑하다 | 사용상 지장이 없다. 단 페이퍼 등으로 문지른다 |
| 피스톤이 거의 움직이지 않느다 | 수리 불가능한 경우임, 신품과 교환 | |
| 눌러 붙음 | 신품과 교환 | |
| 도금의 벗겨짐 | 신품과 교환 | |
| 로드마찰운동면 | 튜브에 준한다 | 위와 같음 |
| 부쉬 내면 | 움직이지 않는 정도가 적다 | |
| 편마모가 0.2mm 이상 | 신품과 교환한다. 또 횡화중이 비정적으로 걸려 있지 않는가를 확인한다 | |
| 부쉬 깨짐 | 위와 같음 | |
| 피스톤 표면 | 움직이지 않고 약간 뻑뻑하다 | 사용상 지장은 없지만 페이퍼 등으로 문지른다 |
| 거의 움직이지 않는다 | 수정불가능하면 신품과 교환한다 실린더 내부나 패관내에 이물질이 들어가 있지 않는가를 명확히 확인한다 |
|
| 피스톤의 깨짐 | 신품과 교환 | |
| 피스톤의 이상마모 | 피스톤로드에 비정상적인 횡화중이 걸려 있지 않은가를 확인한다 | |
| 피스톤과 로드의 결합 | 풀림 | 더 조이고 회전하지 않는 상태를 확인한다 |
| 클램프 유무 | 큰 관성력이 걸려 있지 않는가를 확인하고 신품과 교환한다 | |
| 기 타 | 프레임, 취부부의 용접, 크랙 이상마모, 나사등의 풀림등을 면밀히 점검한다 |
6. 속도제어 밸브
체크 밸브와 오리피스 밸브를 병렬로 일체화시킨 구조로 조합한 유량 제어 밸브로서, 액추에이터의 속도제어용으로 사용되므로 속도제어 밸브 (SPEED CON-TROLLER을 줄어서 SPEED CON이라 부르고 있다)라 한다. 공기가 순방향으로 흐르는 경우는 체크 밸브가 열리고, 공기는 오리피스 밸브와 체크 밸브의 양쪽을 통해 흐른다. 이 경우의 흐름을 자유흐름이라 한다. 이에 비해 역방향의 경우는 체크 밸브를 닫아, 공기는 오리피스 밸브에서 교축되면서 흐른다. 이것을 제어흐름이라 한다.
가. 보전상의 주의사항
속도제어 밸브의 일반적인 사용방법으로서는 방향제어 밸브와 액추에이터와의 사이에 배치하는 것이 일반적이며 다음 그림과 같이, 배기측을 제어하는 미터 아웃 방식과, 급기측을 제어하는 미터인 방식과, 급기측을 제어하는 미터인 방식의 2가지가 있다. 미터 아웃방식의 경우는, 급기는 자유흐름으로서 저항이 없이 실린더에 공급되므로, 실린더 내의 압력상승이 빠르다. 한편, 실린더에서의 배기는 교축 밸브로서 제어되어 배기되므로 속도제어는 안정된다. 이것에 대해 미터인 방식의 경우는 급기측이 제어흐름이 되므로 실린더 내의 압력상승은 늦지만, 배기측은 자유흐름으로서 배기되어 버리므로 대기압이 된다. 따라서 실린더의 내부 마찰, 공기의 압축성등의 요인이 영향을 미쳐, 피스톤등이 일정한 속도로 움직이지 못하고, 조금 움직이면 내압이 급격히 낮아져 속도가 저하하고, 또 내압상승과 함께 다시 빠르게 되므로 스틱-스립현상을 일으킨다.
그러므로 일반적으로는 미터 아웃방식으로 사용되는 것이 일반적이다. 단, 미터 아웃방식이라도 극히 저속에서는, 역시 공기의 압축성 등에 의해 동작이 불안정하게 되므로 이러한 경우에는 공ㆍ유 변환기를 사용하여, 유압실린더로서 사용해야 한다. 속도제어 밸브의 속도 조절나사는 실린더가 소정의 속도가 되도록 조정한 후에 진동등에 의해 잠금너트가 풀리지 않도록 고정해 놓아야 한다. 조절나사가 풀려 있지 않았는데도 실린더의 속도가 점점 늦어지게 된 경우에는 니들 밸브에 먼지가 끼인 경우가 있으므로 주의하여 점검할 필요가 있다. 반대로 작동속도가 빠르게 된 때는, 체크밸브 부분에 먼지가 끼어 누출이 생긴 것이므로, 마찬가지로 점검하여 대처해야만 한다.
공기압 시스템의 원리 및 보전기술 (3) - 공압시스템 설계
1. SIZING이란
공기압시스템은 압축에너지를 매체로 하는 제어시스템이므로 이것을 어떤 방법으로 유효하게 사용하는가를 설계하는 것이 SINGING이다.
예를 들어 동일한 실린더를 제어할 경우에는 늦은 속도로 제어할 때는 소용량의 밸브, 빠른 속도로 제어할 때는 대용량의 밸브를 선정하게 되는데 이것을 정량적으로 계산하여 선정하는 것을 SIZING 설계라 한다.
다시 말하면 "목적하는 구동기기의 동작을 구체적으로 파악하여, 이 목적을 효과적으로 달성하기 위해 적정능력(SIZE)의 기종(구동기기, 유량제어밸브, 방향제어밸브, 소음기, 필터, 감압밸브등)을 선정하는 것"이 된다.
2. SIZING의 효과
(1) 사용부품의 소형화로 설치공간의 절약, 전체설비 Cost의 절약등 직접적인 경제효과
(2) 작동시간을 산출하고 운동에너지를 판정하여 시행착오를 방지하고 과부하에 의한 실린더의 파손 등의 Trouble을 사전방지하므로써 간접적인 경제효과
(3) 설계시간의 단축(그래프법, 프로그램법)으로 간접적인 경제효과
(4) SIZING방법
① 계산식에 의한 방법
② 그래프에 의한 방법
③ 프로그램에 의한 방법
3. 압축공기의 상태와 양
압축공기는 보일-샤를의 법칙으로 표현됨과 같이 압축성을 가지고 있으므로 해석하기가 어려운 물질이다. 그래서 탱크, 배관 또는 시린더에 압축된 공기의 양은 우리가 호흡하고 있는 대기의 체적에 상당하는 양으로 환산하여 얼마 만큼의 체적을 가지는가를 계산한다.
(그림 6-1)
[예제 1] 내경 40(mm), 행정거리 1000(mm)인 단동 실린더를 매분 30회 왕복 작동시킬 때의 소비공기량은?(단 공기압은 5kgf/㎠)
[풀이] 내경 40(mm), 행정거리 100(mm)인 실린더의 체적은
(1)
(2) 표준상태 환산공기량은
≒ 0.74(Nℓ)
(3) 매분 30회 왕복일 때는
0.74 × 30 ≒ 22(Nℓ/min)
4. 압축공기의 흐름
배관 및 밸브를 흐르는 압축공기는 (그림 6-2)와 같이 기본적으로 전기와 같다. R(Ohm)의 저항(유효단면적 S)에 I(A)의 전류(유량 Q)를 흘리면 E(V)의 전압강하(압력강하 ΔP)가 생긴다.
전기에서 「Ohm의 법칙」에 해당하는 것을, 유체에서는 「베르누이의 정리」라고 말하지만 압축공기는 물 등에 비해 압축성이 있으며, 음속이상의 흐름은 일반적으로 되지 않는 것에 다소 차이가 있다. 공기압 시스템 SIZING에서의 유량계산은 다음 식이 이용된다.
의 경우
(아음속 흐름)
.. ....................................(1)
의 경우
(음속 흐름)
. .....................................................(2)
여기에서
Q : 유량 (Nℓ/min)
S : 유효단면적(㎟)
: 상류측 압력(kgf/㎠)
: 하류측 압력 (kgf/㎠)
T : 상류측 공기온도 (
)
유량계산식 (1), (2)를 그래프로 표시한 것이 (그림 6-3)이다. 이 선도는 유효단면적이 1(㎟)에서 유량으로서, 임의의 유효단면적에서는 S배하면 된다.
[예제 2] 20℃의 공기를 유효단면적 20(㎟)의 밸브를 통하게 할 때 1차측 압력이 6(kgf/㎠)이고 2차측 압력이 4(kgf/㎠)라고 하면 유량은?
[풀이] 위의 도표에서 1차압력이 6(kgf/㎠)이고 2차압력이 4(kgf/㎠)이면 아음속 흐름이다. 따라서 유량 계산식 (1)에서
5. 유효단면적의 합성
직렬합성
.................................................(3)
병렬합성
....................................................................(4)
[예제 3] 유효단면적 6㎟의 기기와 9㎟의 기기를 직렬로 접속하는 경우의 합성치는?
[풀이]
≒25
∴ 합성유효면적 S=5(㎟)
6. 배관의 유효단면적
배관내의 공기흐름에서 배관의 저항표시는 공기압시스템에서 많이 이용되는 나일론 튜브나 고무호스 등에 대한 실험결과를 근거로 「관의 상당 유효단면적」으로서 나타난다.
| 배관의 종류 | 배관계수 ￠ |
| SGP등의 강관 | 1.6 |
| 나일론튜브등의 수지관 | 2.0 |
| 고무호수 | 2.0 |
| 동 관 | 2.0 |
(표6-1) 배관계수
내경 d(mm)이고 길이가 L(mm)인 배관일 때
..............................................................(5)
7. 관이음쇠의 유효단면적
관이음쇠는 배관을 연결하는 곳에 가장 많이 사용되고 있어도 값이 저렴하기 때문에 기기로서는 무시되지만 시린더 등의 구동속도에는 큰 영향을 미친다.
관이음쇠의 유효단면적을 구하는 방법은 적용호칭의 배관에 대한 「상당 직관 길이」로 환산하고 길이를 합산한 배관도 유효 단면적으로 환산한다.
배관의 실제길이
(관이음쇠의 상당 직관 길이)
..................................................................(6)
8. 소요공기량과 공기 소비량
공기소비량 : 실린더를 사용한 장치에서 전환밸브가 작동하는 빈도에 따라 실린더내 및 실린더와 밸브사이의 배관에서 소비되는 공기량으로서 압축기의 선정, 운전비용의 계산에 필요한 것이다.
실린더에서의 공기소비량은
.......................................................(7)
..............................................(8)
: 후진시의 공기소비량(Nℓ)
: 전진시의 공기소비량(Nℓ)
D : 실린더 내경(mm)
d : 실린더 로드경(mm)
ℓ : 실린더 행정거리(mm)
P : 사용압력(kgf/㎠)
또 배관의 공기소비량은
....................................................(9)
: 배관의 공기소비량(Nℓ/min)
: 배관경(mm)
: 실린더와 밸브사이의 배관길이(mm)
따라서 실린더가 한번 왕복할 때의 공기소비량은
....................................................................(10)
VT : 한 사이클 작동시의 공기소비량(Nℓ)
소요 공기량 : 일정한 부하를 일정한 속도로 작동시키기 위하여 필요한 공기량으로 F.R.L. 기기 및 배관 크기의 선정에 필요한 것이다.
V : 소요공기량(Nℓ/min)
D : 실린더 내경(mm)
ℓ : 실린더와 행정거리(mm)
P : 사용압력(kgf/㎠)
T : 행정에 필요한 시간(sec)
실린더 후진시 소요공기량
실린더 전진시 소요공기량
배관의 소요공기량
으로 된다. 따라서 실린더 후진시는
이며, 전진시는
가 된다.
결론적으로 공기소비량은 작동빈도에 대한 시간의 개념으로 해석되며 소요공기량은 구동하는데 필요한 속도의 개념으로 해석할 수 있다
9. 공기압 시스템의 구성
공기압시스템은 압축기를 구동하여 기계적 에너지를 공기압력 에너지로 변환하여 이 공기압력을 제어하여 구동기기에 공급함으로써 일을 한다.
이러한 일련의 기기소요를 공기압기기라고 하고 이를 조합한 것을 공기압 장치라고 한다. 이러한 기기를 효율이 좋게 조합하여 안정성, 보전성을 확보하여 구성한 것을 공기압 시스템이라고 한다.
(표 6-2) 공기압 시스템의 체계
10. 공기압시스템 설계순서
(표 6-3) 공기압시스템 설계순서
가. 기기 사양의 파악
1) 장치의 사양
가) 시스템의 용도 또는 동작 목적
공기압 시스템을 구성하는데 있어서 가장 먼저 해야 할 일은 어떠한 목적으로 시스템을 구성하는가를 파악하는 일이다.(표 6-4)
| 용도 또는 동작목적 | 실제 장치 예 |
| 부하의 이동등의 기계적인 일 | |
| 일정한 출력의 발생 | balancer |
| 충격 발생 | 착암기, 바이브레이터,너트공급기, 공기브레이커 |
| 지지 | 공기스프링, 댐퍼 |
| 흡착, blow | 진공 발행 및 진공패드 |
| 관류의 이용 | 도장, 급유 |
| 공기 반송 | 공기콘베어, Feeder |
| 공기막 | 공기베어린, 공기부상, 공기슬라이더 |
| 감지 및 계측 | 근접센서, 공기계측기 |
| 뒤섞음 | 기포펌프, 교반 |
| 냉각, 가열 | 볼틱스튜브 |
(표 6-4) 용도 또는 동작목적