공압

공압(pneumatics, 그리스어: πνεῦμα 프네우마 '바람, 숨')은 기계 시스템에서 가스 또는 가압 공기를 사용하는 것이다. 공압을 다루는 학문은 기학(氣學) 또는 기력학(氣力學)이라고 한다.

이와 같은 공압(압축 공기) 무화기관차는 증기 기관이 폭발 위험을 초래하는 광산에서 종종 열차를 운반하는 데 사용되었다. 이 기관차는 1923년산 H.K. 포터 사 3290호이다.

산업 부문에 사용되는 공압 시스템은 일반적으로 압축공기 또는 압축 비활성 기체로 구동된다. 중앙에 위치한 전동 가스 압축기는 공압 실린더, 에어 모터, 공압 액추에이터 및 기타 공압 장치를 구동한다. 수동 또는 자동 솔레노이드 밸브를 통해 제어되는 공압 시스템은 전동기 및 유압 액추에이터에 대한 저렴하고 유연하며 안전한 대안을 제공할 때 선택된다.

공압은 치의학, 건설, 광업 및 기타 분야에도 응용된다.

역사

공압의 초기 역사는 다소 불분명하지만, 바람총은 종종 가장 초기 공압 장치로 간주되며, 전 세계의 다양한 원주민 집단에 의해 독립적으로 만들어졌다. 풀무는 주로 제련 및 단조에 사용되는 초기 형태의 공기 압축기이다. 알렉산드리아의 크테시비우스는 종종 공압의 아버지로 여겨지며, "기원전 3세기 초에 활동했으며 압력 하의 공기, 물, 증기로 작동하는 여러 기계 장난감을 발명했다." 크테시비우스가 쓴 문서는 남아있지 않지만, 그는 비잔티움의 필로가 그의 저서 《기계 구문론》을 쓰는 데 큰 영향을 미쳤고, 비트루비우스가 데 아키텍투라를 쓰는 데도 영향을 미쳤다고 생각된다.^[1] 기원전 1세기, 고대 그리스 수학자 알렉산드리아의 헤론은 그의 저서 《공기역학》에서 수십 가지 장치에 대한 조리법을 엮었다. 이 작업의 많은 부분이 크테시비우스의 공로일 수 있다는 추측이 있다.^[2] 이 고대 문서에 묘사된 공압 실험은 나중에 열시계와 공기 온도계의 르네상스 발명가들에게 영감을 주었는데, 이 장치들은 공기의 가열 및 냉각에 의존하여 물 기둥을 튜브 위아래로 움직였다.^[3]:4–5

독일 물리학자 오토 폰 게리케 (1602–1686)는 진공 펌프를 발명했는데, 이는 연결된 용기에서 공기나 가스를 빼낼 수 있는 장치이다. 그는 공기압을 이용하여 구리 반구 쌍을 분리하는 진공 펌프를 시연했다.

공압 시스템에 사용되는 가스

공압 버터플라이 밸브

공장과 같은 고정 설치 장치의 공압 시스템은 대기 중의 공기를 압축하여 지속적으로 공급할 수 있기 때문에 압축공기를 사용한다.^[4] 공기는 일반적으로 습기가 제거되며, 부식을 방지하고 기계 부품을 윤활하기 위해 압축기에서 소량의 오일이 첨가된다.

공장에서 배관된 공압 동력 사용자는 가스가 일반적으로 공기이기 때문에 유독한 누출에 대해 걱정할 필요가 없다. 공기 이외의 압축 가스는 질식 위험이 있는데, 여기에는 공기의 78%를 차지하는 질소도 포함된다. 압축 산소 (공기의 약 21%)는 질식을 일으키지 않지만, 화재 위험이 더 높고, 더 비싸며, 공기에 비해 성능 이점이 없기 때문에 공압 동력 장치에는 사용되지 않는다. 소형 또는 독립형 시스템은 실린더에 공급될 때 종종 OFN(무산소 질소)으로 불리는 질소와 같이 질식 위험을 나타내는 다른 압축 가스를 사용할 수 있다.

로봇 전쟁 (TV 시리즈) 기계 및 기타 취미용 응용 분야와 같은 휴대용 공압 도구 및 소형 차량은 종종 압축 이산화 탄소로 구동된다. 이는 소다스트림 캐니스터 및 소화기와 같이 이를 담도록 설계된 용기를 쉽게 구할 수 있고, 액체와 가스 사이의 상 변화로 인해 압축 공기가 필요한 것보다 더 가벼운 용기에서 더 많은 양의 압축 가스를 얻을 수 있기 때문이다. 이산화 탄소는 질식제이며 부적절하게 배출될 경우 동상 위험을 초래할 수 있다.

유압과의 비교

공압과 수리학은 모두 유체 동력의 응용 분야이다. 공압은 공기 또는 적합한 순수 가스와 같이 쉽게 압축할 수 있는 가스를 사용하는 반면, 유압은 오일과 같이 상대적으로 비압축성인 액체 매체를 사용한다. 대부분의 산업 공압 응용 분야는 약 80 to 100 파운드 매 제곱인치 (550 to 690 kPa)의 압력을 사용한다. 유압 응용 분야는 일반적으로 1,000 to 5,000 psi (6.9 to 34.5 MPa)을 사용하지만, 특수 응용 분야는 50,000 psi (340 MPa)를 초과할 수도 있다.^[5]

공압의 장점

• 설계 및 제어의 단순성 – 표준 실린더 및 기타 부품을 사용하여 기계를 쉽게 설계할 수 있으며 간단한 온-오프 제어를 통해 작동한다.
• 신뢰성 – 공압 시스템은 일반적으로 작동 수명이 길고 유지 보수가 거의 필요하지 않다. 가스가 압축 가능하기 때문에 장비는 충격 손상에 덜 취약하다. 가스는 과도한 힘을 흡수하는 반면, 유압의 유체는 직접적으로 힘을 전달한다. 압축 가스는 저장할 수 있으므로 전력이 끊겨도 기계는 한동안 작동한다.
• 안전성 – 유압 오일에 비해 화재 발생 가능성이 매우 낮다. 새 기계는 일반적으로 특정 한도까지 과부하에 안전하다.

유압의 장점

• 유체는 공급된 에너지의 어떤 부분도 흡수하지 않는다.
• 비압축성으로 인해 훨씬 더 높은 하중을 이동하고 훨씬 낮은 힘을 제공할 수 있다.
• 유압 작동 유체는 사실상 비압축성이므로 용수철 작용이 최소화된다. 유압유의 흐름이 멈추면 하중의 아주 작은 움직임도 하중에 가해지는 압력을 해제한다. 하중에 가해지는 압력을 해제하기 위해 가압된 공기를 "빼낼" 필요가 없다.
• 공압에 비해 반응성이 매우 높다.
• 공압보다 더 많은 동력을 공급한다.
• 윤활, 냉각 및 동력 전달 등 여러 목적을 동시에 수행할 수 있다.

공압 논리

 공압 회로 문서에 이 부분의 추가 정보가 있습니다.

공압 논리 시스템(때로는 공기 논리 제어라고도 함)은 다음과 같은 주요 논리 장치로 구성되어 산업 공정을 제어하는 데 사용되기도 한다.

• 논리곱 장치
• 논리합 장치
• 릴레이 또는 부스터 장치
• 래칭 장치
• 타이머 장치
• 공기 자체 외에는 움직이는 부품이 없는 유체역학 증폭기

공압 논리는 산업 공정을 위한 신뢰할 수 있고 기능적인 제어 방법이다. 최근에는 디지털 제어의 크기가 작고 비용이 저렴하며 정밀도가 높고 기능이 강력해지면서 이러한 시스템은 새로운 설치에서 전자 제어 시스템으로 대체되는 경우가 많다. 공압 장치는 업그레이드 비용이나 안전 요인이 중요할 때 여전히 사용된다.^[6]

공압 시스템 및 부품의 예시

• 에어브레이크 (버스 및 트럭)
• 공기제동 (열차)
• 가스 압축기
• 공압 동력 차량용 에어 엔진
• 신경위장관학 및 전기 연구에 사용되는 바론 시스템
• 덕트에 케이블을 설치하는 방법인 케이블 제팅
• 치과용 드릴
• 압축 공기 기관 및 압축 공기 차량
• 기체 크로마토그래피
• 가스 작동식
• 홀먼 프로젝터, 공압식 대공 무기
• HVAC 제어 시스템
• 팽창식 구조물
• 레고 공압은 공압 모델을 만드는 데 사용될 수 있다
• 파이프 오르간
  • 전자-공압 작동
  • 관형-공압 작동
• 자동 피아노
• 공압 액추에이터
• 공압 공기총
• 공압 방광
• 공압 실린더
• 공압 발사기, 감자총의 일종
• 공기 우편 시스템
• 공압 모터
• 공압 타이어
• 공압 공구:
  • 도로 작업자가 사용하는 잭해머
  • 공압 네일건
• 압력 조절기
• 압력 센서
• 압력 스위치
• 발사형 롤러코스터
• 진공펌프
• 진공 하수도

같이 보기

• 압축공기
• 오존 균열 – 공압 실링에 영향을 미칠 수 있다
• 공압 수압
• 공압 동력의 역사