왕복동 공기압축기
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왕복동식 공기압축기는 피스톤과 실린더의 섭동부로 구성되며, 윤활유 급유의 유무에 따라 오일프리(oil free)식과 급유식으로 구분된다.
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왕복동식 공기압축기 [일본에서는 메이지(明治)후기에 광산의 채굴기계용 동력원으로 사용되기 시작하였다]에서 압축은 실린더 내에서 피스톤의 왕복으로 용적의 증감에 의하여 이루어지게 된다. 다음 그림은 왕복동식 압축기의 구조를 나타낸다.
[그림 1] 왕복동식 공기압축기의 구조
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다음 그림은 실린더의 왕복동 운동에 따른 공기의 압축행정을 나타낸다. 그림에서 피스 톤이 오른쪽 방향으로 움직여, 실린더 내부압력이 대기압력 이하로 되면 대기의 공기를 흡입하게 되며, 이때 밸브를 거쳐 흡입관으로부터 유입한다(흡입행정). 흡입행정이 완료되면, 피스톤은 왼쪽방향으로 움직이기 시작하여 공기를 압축하게 된다 (압축행정). 이경우 실린더 내부압력이 토출관 이상의 압력에 도달하면 토출밸브가 열려 토출하게 된다(토출행정). 이 경우 흡입밸브와 토출밸브는 필요한 때 이외에는 닫혀 있도록 체크(check) 밸브 구조로 되어 있다.
[그림 2] 왕복동 공기압축기의 토출공기량
[출처] 성 에너지형 공기압축기시스템
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용적형 공기압축기는 형식에 관계없이 거의 모든 압축기에 대하여 행정체적 V o 가 정의 되며 왕복동식의 경우는 다음의 식으로 표현할 수 있다.
K = A × (S 1 – Sc) = A × L
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피스톤이 토출을 종료하고 상사점으로부터 오른쪽 방향으로 움직이기 시작해도 틈새용 적(clearance volume) Vc = (A × Sc)에 남아 있던 압축공기가 팽창하여, 대기 압력이하로 되지 않으면 흡입은 이루어지지 않는다. 따라서 실제로 흡입되는 공기의 체적은 작아지며 행정체적과의 비율을 흡입효율 ηe로 정의한다.
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따라서 토출압력과 흡입압력의 비(압축비)가 클수록 흡입효율 ηv인는 낮아진다. 실제의 흡입효율은 흡입시 발생하는 압력손실이나 잔류 고온공기에 의하여 흡입공기가 가열되는 영향 등으로 인하여 약 2% ~ 3% 정도 감소한다.
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흡입밸브로부터 흡입한 공기는 실린더내 피스톤의 왕복에 의하여 압축되며 실린더내 압력이 압축공기의 라인압력에 도달하면 토출 밸브로부터 토출된다. 이러한 형태는 주로 소형기의 범위에서 주로 사용되며 오일프리식과 급유식이 있다.
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참고문헌
1. 성 에너지형 공기압축기시스템(저자 이재형, 김희동) - 홍릉과학출판사