피스톤 펌프의 유량 맥동 시뮬레이션에 대한 기초적 연구

Abstract

유압 펌프는 기계 에너지를 유체 에너지로 변환시켜주는 장치로 사용되며, 그 중에서 피스톤 펌프가 가장 널리 사용되고 있다. 유압용 고압 피스톤 펌프로는 액시얼형과 레이디얼형이 개발되었으며, 현재에는 대부분 액시얼형이 주류를 이루고 있다. 이와 같이 레이디얼형이 쇠퇴하고, 액시얼형만 남게 된 이유로는 레이디얼형이 상대적으로 펌프의 단위 체적당 배제용적이 작고, 운전 가능한 최고 회전속도가 낮은 구조적인 문제점을 가지고 있기 때문이다. 액시얼형 피스톤 펌프에서 발생하는 유량 맥동과 유압 회로 구성에 따른 맥동 전달특성의 상호 작용으로 관로 내에 압력 맥동을 유발하며, 이러한 압력 맥동은 시스템 구성 기기의 기계진동을 일으킬 뿐만 아니라 유압장치 소음의 원인이 된다1)~3). 이 때문에 유량 맥동의 저감화 대책의 효과를 단시간에 수치 실험으로 계산 가능한 시뮬레이션 프로그램을 개발하는 것은 유압 시스템의 저소음화 대책을 진행함에 있어서 매우 강력한 설계 지원이 된다. 현재 몇 개의 전용 시뮬레이션 패키지가 개발되어 있지만 어느 것도 사용하고 있는 유압 모델에 대한 상세한 설명이 없고, 사용하는 미지의 파라미터를 정하는 방법이 불명확한 점이 많다. 2) 따라서 본 논문에서 액시얼 피스톤 펌프에서 발생하는 유량 맥동의 수학적 모델과 시뮬레이션 모델을 구성하는 방법에 대한 기초적인 자료를 제공하고자 한다. 근래에 국내의 조선 산업이 호황을 누리면서 조선 생산 현장에서 초고압 잭과 같은 특수 목적의 초고압 유압기계에 관한 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라서 초고압 펌프의 관련 기술의 필요성이 대두되고 있다. 하지만 현재까지 보고되어 있는 유압용 피스톤 펌프에 관한 연구의 대부분은 액시얼형에 관한 것이며, 레이디얼형에 관한 연구는 매우 드문편이다. 따라서 본 논문에서는 현재 초고압용으로 주로 사용되는 회전 캠ㆍ고정 실린더 방식의 레이디얼형 피스톤 펌프에 대해서 유량 맥동의 발생 원인과 다양한 물리 인자들의 영향을 고찰하였다.