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윤활유의 중요성 4 – 오일 청결성 측정

소개

윤활제의 주요 기능은 마찰을 줄이기 위해 표면을 분리하는 것입니다. 윤활유의 미립자는 금속 표면 사이의 유체역학적 또는 탄성유체역학(EHD) 윤활막을 파괴하여 금속 표면의 조기 마모를 유발할 수 있습니다. 윤활 필름의 손실 또는 파손으로 인해 금속 대 금속 또는 입자 대 금속 접촉이 존재하는 경우 접착제 및 연마 마모가 발생합니다. 이것은 오일을 더 오염시키는 더 많은 마모 입자를 생성합니다.

미립자의 출처

고체 미립자 오염은 마모 파편, 먼지(실리카), 씰, 개스킷 재료 및 저장소 및 오일 저장 용기의 스케일/녹 제품으로 인해 발생할 수 있습니다. 고체 오염 물질의 종류에 관계없이 미립자의 크기가 금속 마찰 표면 사이의 간격보다 크면 금속 표면의 마모가 발생합니다.

(독자는 저자의 LUBRICATION ENEMY NO.1, MER 12/2014를 참조하여 미립자 오염에 대한 자세한 내용을 확인할 수 있습니다.)

유압 부품의 일반적인 물리적 간극 기어, 베인, 케이싱, 밸브, 로터, 유압 펌프 및 모터, 압축기, 베어링 등과 같은 모든 유형의 오일 윤활 기계 구성 요소는 다양한 표준 맞춤 및 클리어런스로 만들어집니다. 롤링 엘리먼트 베어링과 같은 정밀 회전 부품은 접촉하는 금속 표면 사이의 간격을 훨씬 더 가깝게 제조합니다.

구성 요소클리어런스 μm
기어 펌프
기어 펌프
사이드 플레이트
기어 하우징

0.5 – 5
0.5 – 5
0.5 – 5
베인 펌프
베인 팁
베인 표면

0.5 – 5
5 – 13
피스톤 펌프
피스톤 보어
밸브 플레이트 실린더

5 – 40
1.5 – 10
자동 귀환 제어 장치 벨브
제어 피스톤
배플 플레이트

18 – 63
2.5 – 8
제어 밸브
제어 피스톤
콘 밸브

2.5-23
13 – 40
그림 1. 일부 유압 부품의 피팅 공차(Fitting Tolerances of some hydraulic components) (Ref. 1)

시료 내 입자 수 정량화

오일 내 고체 미립자 오염의 양과 크기를 정량화하기 위해 ISO는 ISO 4406 표준을 개발했습니다. 이 표준(그림 2 참조)은 고체 미크론 크기와 오일에 존재하는 해당 크기의 미립자의 양을 기반으로 오일 청정도를 표현하는 방법을 제공합니다. 이러한 청정도 표준은 오일 ml당 발견되는 고체 입자의 양에 따라 ≥ 4, ≥6 및 ≥14미크론(R4/R6/R14로 표시)으로 측정되는 고체 입자의 식별과 관련이 있습니다.

오일 청결도 측정
그림 2. ISO 4406 청정도 코드

미립자의 크기 및 수에 대한 허용 가능한 한계

각 장비 유형에 대한 마찰 표면 사이의 간격은 마모가 발생하기 전에 오일에 허용될 수 있는 최대 미립자 크기를 결정합니다. 기어 및 로터와 같은 더 큰 구성 요소 및 어셈블리의 간극 외에도 동일한 윤활유가 훨씬 더 미세한 간극을 가진 샤프트 베어링 및 씰을 윤활할 수 있습니다. 고압 유압 시스템 구성 요소, 스크류 압축기는 훨씬 더 엄격한 간극을 가지고 있습니다. 롤링 엘리먼트 베어링 클리어런스도 매우 미세합니다. 시스템의 모든 구성 요소에 있는 클리어런스를 고려해야 하며 시스템에 필요한 오일 청결도 수준을 결정할 때 가장 작은 클리어런스에 해당하는 청정도 수준을 사용해야 합니다(그림 3 참조).

ISO 코드 번호 R4/R6/R14시스템 유형민감한 구성 요소
23/21/17간극이 큰 저압 시스템램 펌프
XX/20/17WinGD 엔진 오일(20미크론 > 입자에 대한 기타 제한) 
20/18/15기름 제조자의 신선한 유압 기름의 전형적인 청결도. 저압 중공업 시스템 유량 제어 밸브.
실린더
19/17/14Med Pressure 일반 기계 및 모바일 장비기어 펌프 & 모터
XX/19/16MAN, 엔진 앞의 엔진 오일  
18/16/13고품질의 신뢰할 수 있는 시스템.
일반적인 HSD 청정도 표준
고압 펌프 및 모터. 방향 & 압력 제어 밸브
XX/16/13MAN, 서보필터 후 엔진오일(ME Engines)  
17/15/12하이드로스테틱 변속기 & 정교한 제어 시스템비례 밸브
16/14/11고압 Long-Life 시스템 및 서보 밸브산업용 서보 밸브
15/13/09먼지에 매우 민감하고 높은 신뢰성이 필요한 지나치게 중요한 시스템고성능 서보 밸브
그림 3. 권장 오일 청결도 수준(참조 1, 2)

시료 내 입자의 수와 크기 측정

실험실에서 오일 샘플의 샘플 수를 측정하기 위해 일반적으로 사용되는 두 가지 기술은 현미경 검사와 레이저 광 차단입니다.

광학 현미경(ISO 4407)

광학 현미경
그림 4. 광학 현미경

유압 시스템에 사용되는 액체의 미립자 오염 수준을 결정하는 원래 방법은 광학 현미경을 사용하여 멤브레인 필터 표면에 침전된 입자의 수를 계산하는 것이었습니다. 이 방법으로 2μm ≥ 입자 크기를 측정하고 계수할 수 있습니다. 느리고 비용이 많이 들지만 가장 정확한 입자 계수 방법이며 자동화 방법의 일부 제한 사항에 영향을 받지 않습니다. MAN은 Mn Eng의 입자 계수를 위해 이 방법을 사용할 것을 권장합니다. 유압 오일.

그림 5. MAN, 주 엔진 오일 청결도 및 PC 측정에 대한 권장 사항(Ref.2)

자동 광학 입자 계수(ISO 11500) 윤활유 청결도를 결정하는 데 가장 널리 사용되는 방법은 자동 광학 입자 계수기를 사용하는 것입니다. 레이저 기반 APC 기기에서는 레이저 빔의 병렬 특성으로 인해 입자가 기기를 통과할 때까지 방해받지 않는 레이저 빔의 광 산란이 최소화됩니다. 레이저 빔이 모세관을 통해 샘플과 함께 흐르는 입자에 부딪히면 빛이 산란되어 광전지에 부딪힙니다. 입자의 크기와 관련된 광전지 양단의 전압 변화가 있습니다. 윤활유 샘플의 입자는 일반적으로 구형이 아니기 때문에 알고리즘은 입자에 대한 “등가 구형 직경”을 생성합니다. 자동 입자 계수기는 어두운 윤활제 또는 미사 또는 그을음으로 심하게 오염되거나 유화된 윤활제에서는 잘 작동하지 않습니다.

광 산란 입자 계수기
그림 6. 광 산란 입자 계수기 (Light Scattering Particle Counter) (Ref 3)

ISO 4407에 명시된 대로 광학 현미경을 사용하여 입자를 측정하면 입자의 크기가 가장 긴 치수와 동일한 것으로 설정되는 반면, 광학 입자 계수기는 단면적에서 등가 구형 입자의 크기를 도출하며, 대부분의 경우 현미경으로 측정한 값과 다른 값을 사용합니다.

PC 결과 표현

현미경 또는 레이저 방법으로 측정한 입자 크기/수치는 ISO 4406 코드 번호로 표시됩니다. 아래 예를 참조하십시오.

ISO 코드 번호: ml당 입자 수
최대 및 포함 이상
222000040000
211000020000
20500010000
1925005000
1813002500
176401300
16320640
15160320
1480160
134080
122040
111020
10510
92.55
81.32.5
70.641.3
년건 건명명
예: 파티클 카운트
미크론입자 수 ≥ 크기, ml 당
46205
61854
10732
14387
2094
5027
757
1001
그림 7: 측정된 샘플의 입자 수에서 ISO 4406 입자 코드 번호 측정의 예.

이 기사의 버전은 처음 게재되었습니다. 2021년 10월, Vol. XV; 출판하다. XI of Marine Engineers Review(인도)

참조:

  1. Rexroth 오일 청결도 소책자
  2. MAN Diesel & Turbo, 서비스 레터 SL2017-644/JERA, 2017년 3월
  3. 유체 오염 제어를 위한 자동 입자 계수기, Practicing Oil Analyst, 2002년 2월
  4. TLT(Tribology & Lubrication) 매거진, STLE(다양한 이슈)
  5. Machinery Lubrication 매거진, Noria Corporation (각종호)

저자 소개:

산지브 와지르(Sanjiv wazir) 해양 기술 고문

산지브 와지르 LUKOIL Marine Lubricants의 기술 고문입니다. 그는 IIT-봄베이 출신의 기계 엔지니어입니다. 그는 해양 엔지니어이자 해양 엔지니어 협회(Institute of Marine Engineers)의 회원입니다. 그는 미국 STLE(Society of Tribologists & Lubrication Engineers)의 공인 윤활 전문가이며 인도 마찰 학회(Tribological Society of India)의 회원입니다. 그는 과거에 해양 윤활 개발에 대해 MER에 기여했으며, 이전에는 “Lube Matters”에서 오일 오염 문제에 대해 기여했습니다.

그는 sanjiv@lukoil.com 에서 연락 할 수 있습니다.

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