외적 기어 펌프

오늘은 기어펌프 중 외접 기어 펌프에 대해 알아보도록 하자.
외접 기어 펌프는 두 개의 맞물린 기어치 사이로 유체를 옮김으로써 유동을 형성시킨다. 두 개의 기어 중 하나는 원동기에 연결된 구동축에 연결되어 있다. 두 번째 기어는 구동 기어와 맞물림으로써 움직인다. 오일 챔버는 기어치와 펌프 몸체, 측면 마찰판 사이에 형성된다. 흡입 측인 맞물린 기어치가 풀리는 쪽이며, 이곳에서 체적이 늘어나 대기압보다 압력이 낮아진다. 오일탱크가 대기로 열려있기 때문에, 유체는 대기압에 의해 이 빈 공간으로 밀려들어 간다. 토출 측은 기어치가 맞물려 들어가는 쪽이며, 여기서 맞물리는 기어치 사이의 체적이 줄어든다. 펌프는 누유에 대비하여 내부 씰이 있기 때문에, 오일은 출력포트로 능동적으로 배출된다.
기어치 끝과 펌프 하우징 사이에는 작은 간극이 있어야 한다. 그 결과로 토출 포트의 오일 일부가 다시 흡입 포트 쪽으로 누출되어 되돌아올 수 있다. 이것은 실제 유량이 이론 유량보다 작다는 것을 뜻한다. 이론 유량은 배제 용적과 펌프 속도로부터 얻어진다. 펌프 슬리피지라고 하는 이 내부 누유는 용적효율이라는 용어로 나타낼 수 있다. 용적효율은 용적식 펌프의 경우 설계압력에서 작동할 때 대량 90%에 달한다. 내부 누유가 압력에 비례하여 증가하기 때문에, 토출압력이 클수록 용적효율은 낮아진다. 펌프 생산업체들은 흔히 펌프의 정격압력에서의 용적효율을 표시해 놓는다. 용적식 펌프의 정격압력은 그 이하의 압력에서는 과도 압력으로 인하여 펌프에 기계적인 손상이 발생하지 않으며 오랜 작동수명을 보장하는 압력이다. 너무 높은 압력은 지나친 누유를 일으킬 뿐 아니라, 몸체를 뒤틀거나 축 베어링에 과도한 부하를 주어 펌프에 손상을 입힐 수 있다. 이런 사실은 과도 압력에 대해 보호를 해야 할 필요성을 다시 일깨워 준다. 높은 압력은 작동기의 큰 부하나 펌프 출구 측의 밸브 닫힘 시에 발생하는 큰 유동저항이 있을 때 발생한다.
유압회로에서 정 용량형 펌프를 표시하는 도면기호도 나타나 있다. 외접기어펌프는 스퍼기어를 사용하는데, 높은 속도에서는 시끄럽다. 소음을 줄이고 부드러운 작동을 위해서 헬리컬 기어를 사용하기도 한다. 그러나 헬리컬 기어펌프는 헬리컬 기어의 작용으로 인해 과도한 끝단 추력을 생성하기 때문에 저압의 경우에만 사용할 수 있다. 헤링본 기어펌프는 끝단 추력 작용을 없앨 수 있어서 고압을 생성하는 데 쓰일 수 있다. 헤링본 기어는 기본적으로 한 개의 기어에 두 줄의 헬리컬 기어치를 둔 것이다. 기어의 기어치 중 한 줄은 오른쪽으로 감겨 있으며, 다른 한 줄은 왼쪽으로 감겨 있어서, 축 방향 추력을 상쇄시키게 된다. 헤링본 기어펌프는 헬리컬 기어펌프만큼 부드럽게 동작하며, 큰 유량을 생성하는 데도 상당히 작은 맥동을 일으킨다.