액시얼 피스톤 펌프에서 유량 맥동 계측의 개선을 위한 펌프 토출 통로 길이 평가법

Abstract

유압용 피스톤 펌프에서 압력 맥동을 줄이기 위해서는 유압 펌프의 토출 유량 맥동과 유압 관로의 유체 전파 특성을 파악하는 것이 중요하다. 그러나 펌프의 유량 맥동은 유량계를 이용하여 직접 계측이 불가능한 값이므로 유량 맥동에 대한 간접 계측하는 방법들이 선행 연구자들에 의해서 다양하게 제시되었다. 이중 Edge 교수 등이 제안한 2차 맥동원법이 ISO 10767-1로 채택되었다. 2차 맥동원법으로 유량 맥동을 계측할 때에 펌프의 맥동원에서 압력 측정점까지 관로 길이가 매우 중요한 파라미터이다. 하지만 펌프 유량 맥동의 발생지점은 밸브플레이트 직후에 존재하며, 밸브플레이트와 펌프 출구의 관로사이는 복잡한 형상의 유체 통로로 되어있다. 따라서 밸브플레이트에서 토출구까지의 토출 통로를 균일 단면의 관로로 간주하여 그 관로의 길이를 구하는 것이 매우 어렵다. 본 논문에서는 펌프 토출 통로의 길이를 관로 내부의 압력 맥동 전파 특성을 이용하여 평가하는 방법을 제안한다. 저자가 제안한 펌프 토출 통로의 등가 길이를 평가하는 방법의 타당성을 검증하기 위하여 두 가지의 실험을 실시한다. 먼저 저자가 제안한 펌프 토출 통로 등가 길이 평가법의 신뢰성을 검증하기 위한 기초 실험을 실시한다. 기초 실험의 장치는 하나의 체적 요소를 포함하는 한쪽 끝이 막힌 금속 관로로 구성하며 압력의 계측 지점은 체적요소의 시작과 끝 위치, 그리고 금속관로의 끝 위치의 3곳이다. 측정한 압력을 반공진법의 수식에 대입하여 음속을 계산하고 전달 매트릭스법의 수식에 음속과 압력을 대입하여 체적 요소의 등가 길이를 구한다. 다음으로, 기초 실험에서 신뢰성이 확인된 펌프 토출 통로의 등가 길이 평가법을 실제 펌프에 적용하여 검증한다. 실험 장치는 테스트 펌프와 한쪽 끝이 막힌 단일 관로로 구성하고 밸브플레이트 직후와 펌프 토출구에서의 압력, 그리고 금속관로의 끝에서 압력을 측정한다. 측정한 압력을 반공진법의 수식에 대입하여 음속을 계산한고 전달 매트릭스법의 수식에 음속과 압력을 대입하여 펌프 토출 통로의 등가 길이를 구한다. 이 연구에서는 유압 펌프의 토출 통로 등가 길이 평가법을 제안하였으며, 기초 실험과 실제 펌프를 사용한 실험을 통하여 제안한 방법의 타당성을 검증하였다. 이 등가 길이를 2차 맥동원법에 적용한다면, 유량 맥동의 정밀도를 높일 수 있을 것으로 기대한다.