용적식 펌프의 정의와 종류별 원리 이해하기

용적식 펌프의 정의와 종류별 원리 이해하기

용적식 펌프의 정의

용적식 펌프는 로터 따위의 왕복 작용을 이용하여 일정량의 점성이 있는 액체 또는 부유하거나 가벼운 고형물을 포함하는 액체를 펌핑해서 밀어 내보내는 형식의 펌프입니다. 이러한 펌프는 일반적으로 원심 펌프와 같은 높은 유속은 아니지만 훨씬 더 높은 압력을 생성하는 것이 가능합니다. 용적식 펌프는 일정한 양의 유체를 가두어 토출 파이프 또는 토출 시스템에 체적을 가두어 놓음으로써 유체를 움직이게 만들어줍니다. 일부 용적식 펌프는 흡입 측에서 팽창하는 공동과 배출 측에서 감소하는 공동을 사용하는데, 액체는 흡인 측의 공동이 팽창하면서 펌프로 흘러 들어가고, 액체는 공동이 붕괴되면서 배출구에서 흘러나오게 됩니다. 이렇게 볼륨은 펌프 작동의 각 사이클 동안 일정하게 유지됩니다. 그리고 용적식 펌프는 임펠러를 사용하지는 않지만 액체를 배출 시스템으로 이동시키기 위한 충분한 압력이 축적될 때까지 밀폐된 공동에서 액체를 직접 밀어내기 위해 회전 또는 왕복 부품을 사용합니다. 그리고 이 펌프는 액체를 임펠러를 통해 이동시키는 원심 펌프처럼 유체의 속도를 높이는 데 의존하지 않으며, 결과적으로 용적식 펌프의 내부 유체 속도는 원심 펌프의 속도보다 훨씬 낮습니다. 이 기능은 고체가 포함된 매체를 펌프질해야 하는 경우에 유용하게 사용됩니다.

 

왕복식 용적식 펌프의 작동 원리

용적식 펌프의 설계는 매우 다양하지만 대부분은 용적형은 왕복식과 회전식의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

그중 왕복식 용적식 펌프는 피스톤, 플런저 또는 다이어프램 펌프의 반복적인 전후 이동인 스트로크로 작동하며, 이런 순환 방식을 왕복이라고 부릅니다. 피스톤 펌프에서 피스톤의 첫 번째 행정은 진공을 생성해주며 흡기 밸브를 열고, 또한 출구 밸브를 닫으며 피스톤 챔버로 유체를 흡입시키는 흡입 단계입니다. 그리고 피스톤의 운동이 역전되면 압력을 받는 흡기 밸브가 닫히고 출구 밸브가 열려 피스톤 챔버에 들어 있는 오일이 배출되게 되는데 이것이 바로 압축 단계입니다. 다음으로 피스톤 펌프는 피스톤 양쪽의 입구 및 출구 밸브와 함께 이중으로 작동할 수도 있는데, 피스톤이 한쪽에서 흡입되는 동안 다른 쪽에서는 압축됩니다. 그리고 플런저 펌프 또한 비슷한 방식으로 작동합니다. 피스톤 펌프에 의해 움직이는 오일의 부피는 실린더 부피에 따라 달라지며, 플런저 펌프의 경우 플런저 크기에 따라 달라집니다. 피스톤 또는 플런저 주변의 씰은 펌핑 동작을 유지하고 누출을 방지하는 데 중요합니다. 일반적으로 플런저 펌프 씰은 펌프 실린더의 상단에 정지되어 있기 때문에 유지 관리가 더 쉬우며 피스톤 주변의 씰은 펌프 챔버의 내부에서 위아래로 반복적으로 움직입니다. 다이어프램 펌프는 피스톤이나 플런저 대신 유연한 막을 사용하여 유체를 움직입니다. 다이어프램을 확장하면 펌핑실의 체적이 증가하고 유체가 펌프로 흡입됩니다. 다이어프램을 압축하면 부피가 감소하고 약간의 액체가 배출되는데, 이 펌프는 밀폐 시스템이라는 장점이 있어 위험한 액체를 펌핑하는 데 이상적입니다. 이렇게 왕복 펌프의 주기적인 순환 작용은 유체가 압축 단계에서 가속되고 흡입 단계에서 느려지는 방출 시에 펄스를 생성하게 되는데 이로 인해 설치 시 손상 진동이 발생할 수가 있으며, 댐핑 또는 스무딩이 사용되는 경우도 많이 존재합니다. 다만 두 개 이상의 피스톤, 플링거 또는 다이아프램을 사용하여 펄스를 최소화하는 것 또한 가능합니다.

 

회전식 용적식 펌프의 작동 원리

회전식 용적식 펌프는 왕복 펌프의 전진 및 후진 운동 대신 톱니바퀴 또는 기어의 작동을 이용하여 유체를 전달시켜 줍니다. 회전 소자는 펌프 케이스와 함께 액체 씰을 형성하고 펌프 흡입구에서 흡입을 생성하는데, 펌프로 흡입되는 유체는 회전하는 톱니 또는 기어의 톱니 안에 둘러싸여 토크로 전달됩니다. 이런 회전식 용적식 펌프의 가장 간단한 예는 기어 펌프이며 기어 펌프는 외부 기어 펌프와 내부 기어 펌프의 두 가지가 기본적으로 사용됩니다. 이 중 외부 기어 펌프는 별도의 샤프트에 의해 지지되는 두 개의 인터록 기어로 구성되는데, 이 중에 하나 또는 둘 다 구동하는 것이 가능합니다. 기어가 회전하면 톱니 사이에 오일이 갇히면서 오일이 입구로부터 배출되어 케이스 주변으로 이동합니다. 이는 서로 맞물려 있기 때문에 유체가 기어 사이를 통해 다시 전달되지 않으며, 기어와 케이스 사이의 공차가 좁으면 펌프가 흡입구에서 흡인력을 발생시키고 토출 측에서 오일이 역류하는 것을 방지하는 게 가능해집니다. 그리고 낮은 점도의 유체는 누출 또는 미끄럼 현상이 발생할 가능성이 더 높은 편입니다. 다음으로 내부 기어 펌프는 동일한 원리로 작동하지만 두 개의 인터록 기어는 크기가 서로 다르며 하나는 내부에서 회전합니다. 기어 펌프는 펌핑된 오일로 윤활해야 하며 오일 및 기타 고점도 액체를 펌핑하는 데 적합합니다. 이러한 이유로 기어 펌프를 건조하지 말아야 합니다. 기어와 케이스 사이의 공차가 좁기 때문에 이러한 유형의 펌프는 연마성 유체 또는 고형물이 함유된 공급과 함께 사용할 경우 마모되기 쉽습니다.