개념 한 쪽
유체기계 운전에서 흔히 마주치는 현상으로 공동현상, 서징, 그리고 파스칼의 원리가 있다 하는 핵심 개념을 정리한다.
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출제기준 단원 「유압기초 및 일반사항」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 서징 현상 식별 | 1 | 펌프 운전 중 주기적 진동과 소음에서 서징을 가려내기 |
| 공동현상 방지 판단 | 1 | 공동현상의 원인·예방법 가운데 잘못된 설명 고르기 |
| 파스칼 원리 이해 | 1 | 파스칼의 원리 설명 중 틀린 진술을 가려내기 |
공동현상은 유동하는 액체의 국부 압력이 낮아져 액체의 증기나 용해 기체가 기포로 분리되는 현상이다. 이 기포가 고압 영역으로 이동하여 붕괴하면 충격파가 발생하고 펌프 임펠러 등 기계 부품에 손상을 일으킬 수 있다.
서징은 펌프나 관로에서 송출압력과 유량이 주기적으로 변동하며 숨을 쉬는 것과 같은 진동과 소음을 발생시키는 현상이다. 이 현상은 운전점의 불안정이나 관로 저항 변화 등으로 인해 유체 흐름이 주기적으로 증감하면서 나타난다 한다.
파스칼의 원리는 밀폐된 유체에 가해진 압력이 손실 없이 모든 방향으로 동일하게 전달된다는 원리이다. 압력은 면에 직각으로 작용하며 압력 그 자체는 면적에 비례하지 않고 단위 면적당 힘으로 정의된다는 점을 명확히 한다.
공동현상의 예방은 흡입 측 압력을 확보하고 손실수두를 줄이며 필요시 양흡입 펌프 사용 등 흡입 조건을 개선하는 방향으로 이루어진다. 반대로 펌프 회전수를 높이면 임펠러 입구에서의 압력 강하가 심화되어 공동현상 발생 위험이 커지므로 회전수 증가는 예방책이 아니라고 본다 한다.
공동현상 관련 문제에서는 '압력 저하'와 '기포 발생'이라는 키워드가 동시에 나오면 공동현상을 선택해야 한다는 판단 기준을 적용한다. 예를 들어 흡입 양정이 크고 손실이 많은 상태에서 임펠러 근처에 기포와 소음이 발생한다는 설명이 있으면 공동현상을 정답으로 고른다 한다.
서징 관련 문제는 '주기적 압력·유량 변동'이나 '한숨 쉬는 것 같은 진동' 등의 표현을 핵심 단서로 삼아야 한다. 펌프 운전 중 소음과 진동이 주기적으로 반복된다는 서술이 있으면 서징을 지칭하는 것으로 판단한다.
파스칼의 원리 문제에서는 압력이 면적과 혼동되지 않도록 주의한다. 압력은 가해진 힘을 면적으로 나눈 값이지 면적이 클수록 압력이 커진다는 설명은 틀린 보기로 처리한다.
한숨을 쉬는 것과 같은 현상으로 소음과 진동을 내는 펌프의 운전 중에 발생하는 현상은?
정답 ① · 펌프나 송풍기 등의 회전 기계가 운전 중일 때, 특정 유량이나 회전수 영역에서 유체의 압력 변동이 주기적으로 발생하며 시스템 전체가 한숨을 쉬듯 큰 소음과 진동을 일으키는 현상을 서징(Surging) 현상이라고 합니다. 공동현상은 압력 저하로 인한 기포 발생, 수격현상은 밸브 급폐쇄시의 압력파입니다.
펌프 운전 중 한숨 쉬듯 소음과 진동이 발생하는 현상은 서징(Surging)이며 압력 변동이 원인이다.
공동현상(cavitation) 방지책이 잘못 설명한 것은?
정답 ② · 문제는 공동현상 방지책들 중 잘못된 설명을 찾는 것이다. 공동현상은 펌프 흡입구 쪽 압력이 낮아 유체가 기포화되는 현상으로, 이를 방지하려면 흡입측 압력을 높이거나 흡입손실을 줄여 NPSH를 확보해야 한다.
공동현상은 펌프 입구 압력이 낮아져 기포가 생기는 현상이므로, 회전수를 높이면 입구 압력이 더 떨어져 현상이 악화된다.
다음 중 유압의 기초적인 원리라 할 수 있는 파스칼의 원리에 대한 설명으로 틀린 것은?
정답 ④ · 문제는 파스칼의 원리 설명 중 틀린 것을 묻는다. 파스칼의 원리는 유체에 가해진 압력이 유체의 모든 점과 모든 방향으로 동일하게 전달되며 압력은 면에 대해 수직으로 작용한다는 내용이 핵심이다.
파스칼의 원리는 유체 내부의 압력이 모든 방향으로 동일하게 전달됨을 설명한다.
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