백과

발달

철과 그밖의 다른 금속을 가공할 때 제련공이나 대장장이가 사용한 수동 풀무는 간단한 형태의 공기압축기이다.

흡기구는 밸브의 역할을 하는 플랩(flap)으로 덮여 있는 몇 개의 구멍이다. 공기 사출시 체크 밸브(check valve：유체의 역류를 막고 한 방향으로만 흐르게 유도하는 밸브)는 공기가 풀무 안으로 들어가지 못하게 한다. 헤론 시대(1세기경)에는 제련·단조할 때 공기를 공급하기 위해 간단한 분사식 압축기를 사용했다.

17세기 독일 마크데부르크의 오토 폰 게리케는 압축기를 상당히 개선시켰다. 1829년에는 연속해서 실린더에서 공기를 압축시키는 복식압축기가 등장했다. 1872년경에는 압축하는 동안 실린더 안으로 물을 분사시켜 냉각시키는 수냉식 실린더가 도입되었고, 그뒤 이 수냉식 실린더를 사용한 더 우수한 냉각장치가 개발되었다.

미국에서 대규모 작업에 사용된 최초의 압축기는 1866년 매사추세츠 주의 노스애덤스에 있는 후석 터널 공사에 사용된 4기통 장치였다. 20세기에는 압축공기장치의 사용이 급격히 증가했다. 군용기와 여객기용 제트 기관의 도입으로 원심 압축기와 축류 압축기의 사용과 발전을 자극했고, 게다가 자동기계·생력장치·자동제어장치의 발전과 더불어 압축공기의 사용이 증가했다.

1960년대 후반에는 새로운 종류의 압축공기장치인 디지털 논리 압축공기조절장치가 발전하기 시작했는데, 이것은 여러 동력과 제어장치에 사용될 수 있다.

주요형태

압축공기장치의 주요종류에는 공기압축기와 압축공기공구가 있고, 이밖에도 페인트 분무장치, 압축공기 송관(送管), 열차의 제동장치 등이 있다.

공기압축기는 공기를 초기 흡입압력(주로 대기압)에서 더 높은 압력으로 압축하기 위한 동력기계이다. 공기압축기는 유체의 작용에 따라 양변위식(陽變位式)과 동적형(動的型)으로 나눌 수 있다. 양변위식 공기압축기는 부피와 위치가 변하는 특징이 있다.

연속해 공급되는 공기는 밀폐공간 안에 저장되며, 압력은 그 공간의 부피가 감소함에 따라 증가한다. 간단한 수동식 타이어 펌프의 경우, 실린더 안에 있는 피스톤을 움직여 압력을 증가시킨다. 양변위식은 다시 직선왕복운동을 하는 왕복압축기와 원형의 경로로 움직이는 회전압축기로 나눌 수 있다. 양변위식 공기압축기에서 누출량을 무시하면 압축기를 지나는 유량은 넓은 범위의 배출압력에 걸쳐 항상 일정하다.

동적 공기압축기는 회전자를 통해 방사상으로 흐르게 하는 원심형 공기압축기, 회전자를 통해 회전축과 나란히 흐르게 하는 축류형 공기압축기, 유체분사형 공기압축기로 나눌 수 있다. 압축공기공구는 작동원리에 따라 크게 회전자식 압축공기공구와 왕복 피스톤식 압축공기공구로 나눌 수 있으며, 두 종류 모두 압축공기발동기로 알려져 있다(회전식의 압축기도 역으로 작동시키면 발동기의 한 형태로 사용할 수 있음). 회전자식 압축공기공구에서는 압축공기가 하우징으로 들어간 뒤 날개를 밀어 중심축을 돌린다.

이 중심축에는 드릴·연삭바퀴 등의 공구가 연결된다. 왕복압축기도 역으로 작동하면 발동기의 역할을 하는데, 압축공기가 실린더로 들어가 팽창하면서 피스톤에 힘을 가해 움직이도록 하며, 피스톤의 반대쪽에서 압축공기나 스프링을 이용해 귀환행정이 일어나게 한다. 리벱 해머(rivetting hammer)와 같은 공구가 왕복 피스톤과 연결될 수 있다.

동력원이 압축공기인 공구는 비교적 가볍고 소형이며 이동식이고 조작이 쉬울 뿐만 아니라 감전과 불꽃의 위험으로부터 안전하다.

수중에서 사용시 압축공기는 물이 압축공기발동기로 들어가는 것을 방지한다. 압축공기공구는 공구의 형태에 따라 휴대용 공구와 착암기로 나눌 수 있다. 휴대용 압축공기공구에는 연삭기, 드릴, 리머, 암나사 절삭기, 스터드 조이개, 드라이버, 너트 조이개, 절단기, 렌치 등이 있다. 이들은 보통 회전날개식 압축공기발동기로 동력을 얻는다. 작동속도는 발동기로 들어가는 공기를 조절해 변화시킬 수 있다.

압축공기발동기는 과부하가 걸려도 과열되지 않는다. 이 압축공기발동기는 이러한 장치 중 대표적이다. 휴대용 압축공기공구에는 치핑 해머(chipping hammer)와 공기 호이스트도 있다. 치핑 해머에는 해머 끝에 달린 정이나 총형 바이트(forming tool：절삭날의 형태를 공작물의 다듬질 형상으로 만든 바이트)에 충격을 연속적으로 전달하는 공기 피스톤이 있다.

밸브식에는 피스톤으로 가는 공기흐름을 제어하는 독립된 장치가 있어서 충격속도와 힘을 조절한다. 압축 리베터에서 리벱에 대한 압축작용은 캠이나 쐐기 또는 토글과 연결된 공기압 피스톤에서 얻는다. 요크(yoke) 리베터에는 공작물을 제자리에 고정시키는 공기식 꺽쇠나 바이스가 있는데, 이 요크는 해머 작업 때의 충격을 흡수해 작업자의 피로를 덜어준다.

압축공기식 호이스트는 승강속도를 정확하게 조정해야 하는 경우에 사용한다. 대부분의 경우에는 옥외 및 부식성 연기, 폭발성 가스, 인화성 유체가 있는 곳에서 사용된다. 콘크리트 진동기, 스파이크 드라이버, 도료 혼합기, 접시머리구멍 뚫는 공구, 공기 크랭크 모터, 철도 노반(路盤) 다짐대, 밸브 연삭기, 손잡이 연삭기 등과 같은 여러 가지 이동식 특수 도구들도 있다.

착암기는 채광이나 암석굴착용으로 사용된다.

이러한 압축공기 공구로는 피스톤과 고탄소강 드릴로 이루어진 해머 드릴 또는 충격 해머가 있다. 드릴은 실린더의 한쪽 끝에 있는 척에 느슨하게 물려 있고, 압축공기로 자유롭게 움직이는 피스톤을 가격해서 드릴을 움직인다. 구멍이 아래로 뚫리므로 굴착부스러기·먼지·진흙 등을 제거하는 어떠한 방법이 있어야 한다. 중공(中空) 드릴이 종종 사용되는데, 물이나 공기를 드릴에 있는 구멍을 통해 흘려보내서 폐석을 제거하고 드릴 비트를 냉각시킨다.

드리프터 드릴(drifter drill)이라고 하는 다른 형태의 착암기는 채광이나 터널 공사에서 수평 구멍을 뚫는 데 사용한다. 이 드릴은 어떤 장치나 구조물에 설치되어 작업장으로 이동된다. 스토퍼 드릴(stoper drill)은 자동이송(自動移送) 특성이 있으므로 주로 천장구멍 또는 위로 향하는 구멍을 뚫을 때 사용한다.

보통 스토퍼는 자동회전 드릴 비트가 있고 공기압 피스톤의 작용을 이용해 자동 이송하는 해머 드릴이며, 트레일러의 트럭에 설치되는 대형 공기식 착암 드릴은 우물을 파거나 채석작업용 발파공을 뚫을 때 사용한다. 대용량 압축기는 드릴 공구에 동력을 줄 뿐만 아니라 구멍에서 공구를 끌어올리고 폐석을 밖으로 제거하기 위해 공기를 공급한다. 이런 기계는 지상의 급수가 시추기에 필요한 시추용 유체를 제공할 정도로 충분하지 않은 지역에서 사용된다.

수동식 공기압 도로포장 파쇄기는 보통 강철 드릴을 이용하며, 자동회전장치는 없다.

휴대용 도로포장 파쇄기에는 밸브가 작동하는 것과 밸브가 없는 것이 있다. 약 36㎏의 대형 기계는 콘크리트 도로포장, 기초, 큰 돌을 깨는 데 사용한다. 무게가 약 23~32㎏인 중형 파쇄기는 얇은 콘크리트 바닥, 동토를 부수는 데 사용한다. 무게가 23㎏ 이하인 소형 파쇄기는 마루·포장도로·벽돌벽 등을 부수는 데 사용한다. 대형 및 중형 파쇄기는 대못을 박는 데에도 사용할 수 있다. 압축공기는 페인트 분무용으로 좋은 특성을 가지고 있다.

분무기에서는 래커·에나멜·플라스틱 피막 등이 분무화되어 압축공기와 섞인다. 작동 원리는 제트 압축기와 비슷한데, 압축공기가 페인트를 혼합실로 밀어넣는 작동유체 역할을 한다. 분무도장(噴霧塗裝)은 보통 빌딩과 같이 비교적 넓은 표면을 칠하는 것을 의미하지만, 에어브러시(airbrush)는 페인트·보호피복·액체착색 등의 작업에 사용되는 섬세하고 작은 분무액을 만드는 기구이다.

에어브러시는 도면에 음영을 넣거나 사진을 수정하는 것과 같은 아주 섬세한 작업을 하는 데 사용하는 연필형 분무기이다. 공기압 컨베이어는 여러 가지 용도에 이용된다. 압력장치에서는 압축기의 출구가 컨베이어의 입구와 연결된다(운반관리). 진공장치에서는 압축기의 입구가 이 장치의 끝에 있다. 많은 장치에서 내부 공기압력차는 취급되는 재료에 따라 다르다. 여러 지역에서는 우편물을 공기압 수송 캡슐에 담아 관을 통해 한 곳에서 다른 곳으로 보낸다.

재나 시멘트에서부터 냉동식품·광물·땅콩·씨앗에 이르기까지 모든 종류의 재료를 압축공기장치로 수송할 수 있다. 압축공기 방식은 안전하고, 빠르며, 깨끗하고, 자동이며, 융통성이 있다.

최근에 개발된 어떤 운반체는 공기 쿠션으로 부양된다. 가장 성공한 공기부양선(空氣浮揚船)은 영국제 호버크래프트(Hovercraft)이다(호버크래프트사). 여객선이나 자동차 운반선으로 상업적으로 이용되고 있으며, 여러 척이 영국해협을 왕래했다.

실험적인 공기부양 열차는 많은 나라에서 개발되고 있지만, 아직도 상업적으로는 광범위하게 사용되지 못하고 있다. 많은 도시의 운송체계에서 480㎞/h까지 속도를 낼 수 있는 공기부양선의 사용계획이 제시되고 있다. 다른 특수한 형태의 공기부양선은 북극지방과 같은 거친 지역에서 사용되거나 다른 특별한 용도로 설계되고 있다. 열차와 버스, 그리고 대형 트럭의 제동기는 공기압력으로 작동한다. 공기 실린더의 피스톤 막대가 제동장치에 힘을 가한다.

철도차량의 제동장치는 압축기, 공기압 밸브, 조절장치, 관, 공기저장통 및 기타 부속장치로 구성되어 있다. 바퀴 테두리를 직접 누르는 제동자에 힘을 가하기 위해 레버, 실린더 외에도 기타 장치 등이 설치되어 있다. 여기에 여러 가지 자동제어 안전장치가 설치되어 기능장애 발생시 확실한 제동작동을 보장한다.