KR102479114B1 - 윤활유의 염기도 변화를 모니터하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

윤활유의 염기도 변화를 모니터하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장비(M)에서 순환하는 윤활유의 염기도 변화를 모니터하기 위한 장치(2)에 관한 것으로서, 이것은 윤활유를 순환(F1)시키는 적어도 하나의 파이프(4) 및, 윤활유의 염기도 인덱스를 판단하는 적어도 하나의 센서(48)를 포함하고, 상기 파이프는 상류측에서 장비(M)에 연결되고 하류측에서 오일 팬(6)에 연결된다. 장치는 또한 파이프(4) 안의 윤활유의 순환(F1)을 제어되게 중단시키는 제 1 밸브(20), 윤활유를 축적하기 위한 버퍼 탱크(26), 제 1 밸브(20)로부터 상류측으로 파이프(4)에 연결되고 버퍼 탱크(26)에 연결된 제 1 바이패스 라인(28)를 더 구비한다. 장치는 또한 제 1 바이패스 라인(28)에서의 윤활유의 순환을 제어되게 중단시키는 제 2 밸브(32), 제 1 바이패스 라인(28)으로부터 하류측에 배치되어 버퍼 탱크(26)로부터 오일 팬(6)으로 윤활유를 배출하기 위한 제 2 라인(42) 및, 제 2 배출 라인(42)에서의 윤활유의 순환을 제어되게 중단시키는 제 3 밸브(44)를 포함한다. 센서(48)는 제 2 배출 라인(42)상에 배치되고 버퍼 탱크(26)의 유출부에서 윤활유의 염기도 인덱스를 판단할 수 있게 한다.

Description

윤활유의 염기도 변화를 모니터하기 위한 장치 및 방법{Facility And Method For Monitoring The Variation In The Basicity of A Lubricant}
본 발명은 선박 엔진과 같은 장비의 일부에서 순환하는 윤활유의 염기도 변화(evolution)를 추적하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 윤활유의 염기도의 변화(evolution)를 추적하기 위한 방법에 관한 것이다.
상업용 선박에서 사용되는 내부 연소 기관 분야에서, 상기 기관에서 순환되는 윤활유를 분석함으로써 엔진의 상황이 모니터되는 것이 알려져 있다. 그러한 분석은 엔진에서 발생되는 경향이 있는 마모 또는 부식 현상을 검출할 수 있는 가능성을 제공한다. 과거에는, 엔진의 작동이 상대적으로 안정화되었으며, 유지 관리 작용이 수행될 것으로 예상되는 요청이 있는 동안 단 한번의 방식(one-off way)으로 윤활유의 품질을 제어하는 것으로 충분하였다. 오늘날, 엔진은 점증적으로 정교해지고 마모 및 부식 현상에 민감하여, 해상에서 분석이 수행되어야 하며, 특히 엔진 오일의 BN 또는 염기 값(Base Number)를 추적하기 위하여 분석이 수행되어야 한다. 이것은 인원의 훈련과 탑재된 정교한 장비에 부하를 부과하며, 상기 장비의 작동은 훈련된 선원도 상대적으로 제어하기가 곤란하다. 더욱이, 이것은 인원의 작업 부담을 증가시킨다.
이러한 구조에서, TBN(Total Base Number　; 전체 염기 값)을 분석하는 시스템의 제공이 Ben Mohammadi 등의 저술인 <<해양 엔진용 윤활 오일의 온 라인 오염 모니터링을 위한 저가형 중적외선 센서(A low cost mid-infrared sensor for on line contamination monitoring of lubricating oils in marine engines)>> 에 공지되었으며(Optical Sensing and Detection Conference　-Brussels　-　12-15.4.2010), 이것은 조사되어야 하는 윤활유의 샘플이 위치되는 센서에 의한 전체 염기 값에 대응한다. 사용된 장비의 일부는 정교하며 그것의 취급은 복잡하다. 만약 그러한 장비의 일부가 선박에 탑재되어야 한다면, 그것의 적용은 측정 샘플을 형성하도록 의도된 오일의 양에 대하여 선박 엔진에서의 규칙적인 샘플 채취를 필요로 한다. 이것은 시간이 오래 걸리고 복잡하다.
국제 출원 공개 WO-A-03/073075 는 윤활유의 염기도를 분석하는 방법을 개시하며, 분석하는 동안 제어되어야 하는 윤활유의 샘플에 수행된 측정치는 기준 윤활유의 샘플에 수행된 측정치와 비교된다. 이러한 접근 방식은 실험실에서의 작용을 위해 제공되며 자격 있는 작업 인력을 필요로 한다.
국제 출원 공개WO-A-2010/046591 는 탑재된 시스템의 사용을 제공하며, 여기에서는 엔진으로부터 밖으로 유동하는 오일이 측정 시스템과 관련된 기능적 구성 요소를 향하여 지향되어 염기도 값을 판단할 수 있는 가능성을 제공한다. 실제에 있어서, 엔진을 떠나는 오일 유량은 낮으며, 엔진의 유출부에서의 유동은 액적으로 이루어져서, 기능적 구성 요소에 충분한 오일 유량이 제공됨으로써 기능적 구성 요소가 수행하는 측정이 정확한지 여부가 확실하지 않은 정도로 액적이 도관 안에 똑똑 떨어진다.
미국 출원 US-A-2007/0084271 은 전류 센서와 결합된 신호 발생기에 의하여 윤활유의 염기도 인덱스를 판단하는 것을 개시한다. 사용된 장비를 고려하면, 이러한 접근 방식은 적용이 복잡하고 섭동(perturbation)에 민감하다.
이러한 문제점들은 선박의 2 행정 또는 4 행정 추진 엔진에 제기될 뿐만 아니라 선박에 탑재된 다른 2 차적인 엔진에도 제기되며, 예를 들어 호이스트 유형(hoist type)의 액세서리에도 제기된다. 그러한 문제점들은 조류 터빈 또는 풍력 터빈과 같이, 고정된 장치 또는 선박 탑재 장비용 기어 박스에 대해서도 제기된다. 일반적으로, 윤활유의 염기도를 모니터링하는 것은 모든 윤활된 장비에 대해서 중요하며, 공지된 기술들은 자동화에 매우 적절하지 않다.
이들은 본 발명이 특히 치유하고자 하는 단점들로서, 장비의 일부에서 순환되는 윤활유의 염기도 변화를 추적하는 신규한 장치를 제안함으로써 치유되며, 상기 장치는 간단하고 자동화된 방식으로 작동하도록 적합화된 것이고 특히 선박에 탑승된 작업원이 반복적이고 수고스러운 임무에서 벗어나게 한다.
이러한 목적을 위하여, 본 발명은 장비의 일부에서 순환되는 윤활유의 염기도 변화를 추적하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 윤활유를 순환시키는 적어도 하나의 도관을 포함하고, 상기 도관은 장비의 관련 부분에 상류측에서 연결되고, 윤활유를 회수하기 위한 팬(pan)에 하류측에서 연결되며, 상기 장치는 윤활유의 염기도 인덱스를 판단하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 장치는 도관에서의 윤활유의 순환을 차단하기 위한 제 1 제어 밸브 및, 윤활유를 축적하기 위한 버퍼 탱크를 더 포함한다. 본 발명에 따르면, 장치는 제 1 바이패스 라인, 버퍼 탱크로부터 회수 팬으로 윤활유의 배출을 위한 제 2 라인, 제 2 배출 라인에서 윤활유의 순환을 차단하기 위한 제 3 제어 밸브를 포함하고, 상기 제 2 라인은 제 1 바이패스 라인으로부터 하류측으로 위치한다. 또한 센서는 제 2 배출 라인상에 위치되며 버퍼 탱크의 유출구에서 윤활유의 염기도 인덱스의 판단을 가능하게 한다.
본 발명에 의하여, 버퍼 탱크는 염기도 인덱스 센서의 적절한 공급을 허용하기에 충분한 윤활유의 양을 축적하는데 이용된다.
본 발명과 관련된 윤활유는 적어도 하나의 윤활 염기성 오일을 포함한다. 일반적으로, 윤활 염기성 오일은 미네랄, 합성 또는 식물성 오일과 그것의 혼합물 오일일 수 있다. 일반적으로 사용되는 미네랄 오일 또는 합성 오일은 아래에 요약된 API 분류에서 정의된 부류에 따른 그룹 I 내지 V 중 하나 ( 또는 ATIEL 분류에 따른 등가물)에 속한다. API 분류는 American Petroleum Institute 1509 "Engine oil Licensing and Certification System" (제 17 판, 2012 년 9 월) 에 정의되어 있다. ATIEL 분류는 "The ATIEL Code of Practice" (number 18, 2012 년 11 월)에 정의되어 있다.
포화된 물질의 함량 황 함유량 점성도 인덱스
그룹 I 미네랄 오일 < 90 % > 0.03 % 80 ≤VI < 120
그룹 II 수소화분해된 오일 ≥90 % ≤0.03 % 80 ≤VI < 120
그룹 III
수소화분해되거나 또는 수소 이성질화(hydro-isomerized) 오일		 ≥90 % ≤0.03 % ≥120
그룹 IV PAO (폴리알파 올레핀(Poly alpha olefins))
그룹 V 그룹 I 내지 그룹 IV 의 염기에 포함되지 않은 다른 염기 및 에스테르
그룹 I 의 미네랄 오일은 선택된 나프탄 또는 파라핀 원유를 증류하고 다음에 솔벤트에 의한 추출, 솔벤트에 의한 디-왁싱(de-waxing) 또는 촉매 디-왁싱, 수소 처리(hydrotreatment) 또는 하이드로제네레이션(hydrogenation)과 같은 방법에 의하여 얻어지는 증류물의 정화에 의하여 얻어질 수 있다. 그룹 II 및 그룹 III 의 오일은 보다 정교한 정화 방법에 의하여 얻어지는데, 예를 들어, 수소 처리, 수소 크래킹, 하이드로제네레이션 및 촉매 디왁싱으로부터 선택된 처리의 조합에 의해 얻어진다. 그룹 IV 및 그룹 V 의 합성 염기 오일의 예는 폴리이소부텐, 알킬벤젠 및, 폴리부텐 또는 다른 에스테르와 같은 폴리-알파-올레핀을 포함한다.
윤활유에서, 윤활용 염기 오일은 단독으로 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 미네랄 오일은 합성 오일과 조합될 수 있다.
2 행정 해양 엔진을 위한 실린더 오일은 ASTM D445 표준에 따라서 측정된 바로서, 16.3 내지 21.9 mm2/s 사이에 포함된 섭씨 100 도에서의 동적 점성도와 등가인, 점성도 등급 SAE-40 내지 SAE-60 을 특징으로 하고, 일반적으로 SAE-50 을 특징으로 한다. 등급 SAE-40 의 오일은 ASTM D445 표준에 따라서 측정된 바로서 12.5 내지 16.3 cSt 사이에 포함된 섭씨 100 도에서의 동적 점성도를 가진다. 등급 SAE-50 의 오일은 ASTM D445 표준에 따라서 측정된 바로서 16.3 내지 21.9 cSt 사이에 포함된 섭씨 100 도에서의 동적 점성도를 가진다. 등급 SAE-60 의 오일은 ASTM D445 표준에 따라서 측정된 바로서 21.9 내지 26.1 cSt 사이에 포함된 섭씨 100 도에서의 동적 점성도를 가진다. 본 발명에서 사용되는 윤활유는 바람직스럽게는 ASTM D445 표준에 따라서 측정된 바로서 12.5 내지 26.1 cSt 범위의 섭씨 100 도에서의 동적 점성도를 가진다. 그러한 점성도를 얻기 위하여, 상기 윤활유들은 하나 또는 몇가지의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 전형적으로, 예를 들어 2 행정 엔진들과 같은 해양 엔진용 윤활유의 통상적인 조성은 (SAE J300 분류에 따라서) 등급 SAE-40 내지 SAE-60 이고, 바람직스럽게는 SAE-50 이고, 해양용 엔진에서 사용되기에 적합화된, 미네랄, 합성 원료(synthetic origins) 또는 그것의 혼합물의 윤활유 염기 오일을 중량으로 적어도 40 % 포함한다. 예를 들어, API 분류에 따라서, 그룹 I 의 윤활용 염기 오일은 실린더 윤활제를 조성하도록 이용될 수 있다. 그룹 I 의 윤활용 염기 오일은 80 내지 120 범위의 점성도 인덱스(Viscosity Index, VI)를 가진다; 그들의 황 함유량은 0.03 % 보다 크고, 포화된 탄화수소 화합물의 함량은 90 % 보다 작다.
윤활유는 과염기성 청정제(overbased detergent) 또는 중성 청정제로부터 선택된 첨가제를 더 포함할 수 있다. 청정제는 통상적으로 음이온 화합물로서, 긴 친유성 탄화수소 사슬(chain) 및 친수성 헤드(head)를 포함하고, 관련된 양이온은 통상적으로 알칼리 토금속 또는 알칼리 금속의 금속 양이온이다. 청정제는 석탄산염 뿐만 아니라, 나프테네이트(naphthenates), 살리실산염, 술폰산염, 카르복실산의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속(특히 바람직스럽게는 칼슘, 마그네슘, 나트륨 또는 바륨)의 염으로부터 선택되는 것이 바람직스럽다. 이들 금속 염들은 청정제의 음이온 그룹(들)에 대하여 상대적으로, 거의 화학양론적인 양으로 금속을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 비록 이들이 어떤 염기성을 제공할지라도, 이들은 <<중성>> 청정제로 호칭되거나 과염기성이 아닌 것으로 호칭된다. 이러한 <<중성>> 청정제는, ASTM D2896 에 따라서 측정된 바로서, 통상적으로 청정제의 150 mg KOH/g 미만, 또는 100 mg KOH/g 미만, 또는 80 mg KOH/g 미만의 BN 을 가진다. 이러한 유형의 소위 중성 청정제는 일부에서 윤활제의 BN 에 기여할 수 있다. 예를 들어 칼슘, 나트륨, 마그네슘, 바륨과 같은 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 나프테네이트, 페네이트(phenates), 살리실산염, 술폰산염, 카르복실레이트(carboxylates)와 같은 유형의 중성 청정제들이 예를 들어 사용된다. 금속이 (청정제의 음이온 그룹(들)에 상대적으로, 화학양론적 양보다 큰 양으로) 과잉되면 소위 과염기성 청정제로써 처리하게 된다. 그들의 BN 은 높으며, 청정제의 150 mg KOH/g 보다 크고, 통상적으로 청정제의 200 내지 700 mg KOH/g 의 범위이고, 바람직스럽게는 청정제의 250 내지 450 mg KOH/g 범위이다. 청정제에 과염기성의 특성을 제공하는 과잉 금속은 오일에서 불용성인 금속염인 것으로 보이며, 예를 들어, 탄산염, 수산화물, 옥살산염, 아세트산염, 글루탄산염, 바람직스럽게는 탄산염이다. 동일한 과염기성 청정제에서, 이들 불용성 염의 금속들은 오일에서 용해 가능한 청정제의 것들과 같을 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 이들이 바람직스럽게는 칼슘, 마그네슘, 나트륨 또는 바륨에서 선택된다. 따라서 과염기성 청정제는 오일에서 용해 가능한 금속염으로서의 청정제에 의하여 윤활유에 현탁물로 유지된 불용성 금속염들로 이루어진 교질 입자 (micelles)인 것으로 보인다. 이러한 교질 입자는 청정제의 하나 또는 몇가지 유형들로 안정화된, 불용성 금속염의 하나 또는 몇 개의 유형들을 포함할 수 있다. 청정제에 용해 가능한 금속염의 단일 유형을 포함하는 과염기성 청정제는 상기 청정제의 소수성 사슬의 특성에 따라서 지정될 것이다. 따라서, 상기 청정제가 석탄산염, 살리실산염, 술폰산염, 또는 나프테네이트인지에 의존하여 석탄산염, 살리실산염, 술폰산염, 나프테네이트 유형으로 호칭될 것이다. 만약 교질 입자가 소수성 사슬의 특성에 의하여 서로 상이한, 몇가지 유형의 청정제를 포함한다면, 과염기성 청정제는 혼합된 유형인 것으로 호칭될 것이다. 과염기성 청정제 및 중성 청정제는 카르복실산염, 살리실산염, 나프테네이트, 페네이트(phenates) 및, 이러한 유형의 청정제들중 적어도 2 개에서 결합된 혼합 청정제로부터 선택될 수 있다. 과염기성 청정제 및 중성 청정제는 특히 칼슘, 마그네슘, 나트륨 또는 바륨, 바람직스럽게는 칼슘 또는 마그네슘으로부터 선택된 금속에 기초한 화합물이다. 과염기성 청정제는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 탄산염, 바람직스럽게는 칼슘 탄산염의 그룹으로부터 선택된 불용성 금속염으로 과염기화될 수 있다. 윤활제는 위에서 정의된 적어도 하나의 중성 청정제 및 적어도 하나의 과염기성 청정제를 포함할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 윤활유는 ASTM D-2896 에 따라서 정해진 BN 을, 윤활유의 1 그램 마다, 많아야 50 밀리그램, 바람직스럽게는 많아야 40 밀리그램, 유리하게는 많아야 30 밀리그램의 탄산칼륨(potash)으로 가질 수 있고, 특히 윤활유의 1 그램 마다, 10 내지 30 밀리그램의 범위, 바람직스럽게는 15 내지 30 밀리그램의 범위, 유리하게는 15 내지 25 밀리그램의 범위인 탄산 칼륨으로 가질 수 있다. 이러한 본 발명의 실시예에서, 윤활유는 금속 탄산염을 가진 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속에 기초한 과염기 청정제를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 윤활유는 적어도 50, 바람직스럽게는 적어도 60, 보다 바람직스럽게는 적어도 70, 유리하게는 70 내지 100 인, ASTM D-2896 표준에 따라서 정해진 BN 을 가진다.
윤활유는 분산제, 마모 방지 첨가제 또는 그 어떤 다른 기능성 첨가제로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 포함할 수 있다. 분산제는 특히 해양 분야에서 적용되기 위하여, 윤활유의 조성에서 사용되는 공지의 첨가제이다. 그것의 주요 역할은 엔진에서 사용되는 동안 윤활유 안에 나타나거나 또는 초기에 존재하는 입자들을 현탁 상태로 유지하는 것이다. 이들은 입체 장해(steric hindrance)에 작용함으로써 응집을 억제한다. 또한 중성화에 대한 시너지 효과(synergistic effect)를 가지기도 한다. 윤활유용의 첨가제로서 사용되는 분산제는 상대적으로 긴 탄화수소 사슬과 관련된 극성 그룹(polar group)을 보통 포함하는데, 이것은 일반적으로 50 내지 400 탄소 원자들을 포함한다. 극성 그룹은 통상적으로 적어도 하나의 질소, 산소 또는 인 요소(phosphorus element)를 포함한다. 숙신산(succinic acid)으로부터 유도된 화합물은 특히 윤활 첨가제로서 사용되는 분산제이다. 특히, 숙신 무수물 및 아민의 응축에 의해 얻어진 숙신이미드(succinimides)가 사용되고, 숙신 무수물(succinic anhydrides) 및 알코올 또는 폴리올(polyol)의 응축에 의해 얻어진 숙신 에스테르가 사용된다. 이들 화합물은 예를 들어 아연으로 블록킹(blocking)된 숙신이미드 또는 숙신이미드 붕산염(succinimide borates)을 생성하기 위하여 보론 또는 아연을 포함하는 화합물과 특히 황, 산소, 포름알데히드, 카복실산과 같은 다양한 화합물로 처리될 수 있다. 알킬 그룹으로 치환된 페놀, 포름알데하이드 및 제 1 또는 제 2 아민의 중축합(polycondensation)에 의해 얻어진 마니쉬 염기(Mannich bases)도 윤활유에서 분산제로서 사용되는 화합물이다. 본 발명의 실시예에서, 분산제의 함유량은 윤활유의 전체 중량에 기초하여 중량으로 0.1 % 와 같거나 그보다 크고, 바람직스럽게는 0.5 내지 2 % 이고, 유리하게는 1 내지 1.5 % 일 수 있다. 마모 저항 첨가제는 표면에 흡수되는 보호 필름을 형성함으로써 마찰을 겪는 표면을 보호한다. 현재 가장 많이 사용되는 것은 아연 디-티오포스페이트(zinc di-thiophosphate) 또는 DTPZn 이다. 이러한 카테고리에서, 다양한 인-함유, 황-함유, 질소-함유, 염소-함유 및 보론-함유 화합물도 발견된다. 다양한 마모 저항 첨가제들이 존재하지만, 가장 널리 사용되는 카테고리는 인-황-함유 첨가제로서, 예를 들어 금속 알킬티오포스페이트(metal alkylthiophosphates), 특히 아연 알킬티오포스페이트 및, 보다 상세하게는 아연 디알킬디티오프스페이트 또는 DTPZn 과 같은 것이다. 바람직한 화합물은 Zn((SP(S)(OR1)(OR2))2 의 화학식을 가지며, 여기에서 R1 및 R2 는 알킬 그룹으로서, 바람직스럽게는 1 내지 18 의 탄소 원자를 포함한다. DTPZn 은 윤활유의 전체 중량에 기초하여 중량으로 0.1 내지 2 % 정도의 함유량으로 보통 존재한다. 아민 인산염, 폴리설파이드(polysulfide), 특히 황-함유 올레핀도 통상적으로 사용되는 마모 저항 첨가제이다. 해양 엔진용 윤활유에서는 질소-함유 및 황-함유 유형의 극한 압력 및 마모 저항 첨가제도 존재하는데, 특히 몰리브데늄 디티오카바메이트(molybdenum dithiocarbamate)와 같은 것이다. 글리세롤의 에스테르도 마모 저항 첨가제이다. 예를 들어 모노-올레산염, 디-올레산염 (di-oleates) 및 트리-올레산염(tri-oleates), 모노팔미트산염 (monopalmitates) 및 모노미리스티산염(monomyristates)이 언급될 수 있다. 일 실시예에서, 마모 저항 첨가제 함유량은 윤활유의 전체 중량에 기초하여 중량으로 0.01 내지 6 % 범위이고, 바람직스럽게는 0.1 내지 4 % 범위이다.
다른 기능성 첨가제는 청정제의 효과에 반하여 진행하는 발포 저항 첨가제(anti-foam additives), 농화제(thickeners)로부터 선택될 수 있으며, 이들은 예를 들어 극성 폴리머로서, 폴리메틸실록산, 폴리아크릴레이트, 산화 방지제 및/또는 녹 방지 첨가제와 같은 것이고, 예를 들어 오가노-메탈 청정제(organo-metal detergent) 또는 티아디아졸(thiadiazoles)일 수 있다. 후자는 당업자에게 알려져 있다. 이들 첨가제들은 일반적으로 윤활유의 전체 중량에 기초하여 중량으로 0.1 내지 5 % 의 함량으로 존재한다.
유리하지만 필수적이지 않은 양상에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 다음의 특징들중 하나 또는 몇가지를 그 어떤 기술적으로 수용 가능한 조합으로 포함할 수 있다.
장치는 버퍼 탱크의 내측 체적의 기체 가압을 위한 수단을 포함한다.
기체 가압 수단은 압축 공기의 소스 및 밸브들의 세트 또는 버퍼 탱크의 내측 체적을 압축 공기 소스 또는 주위 대기와 선택적으로 소통하게 하는 공압 분배기를 포함한다.
장치는 버퍼 탱크의 윤활유 레벨을 검출하기 위한 수단을 포함한다.
탱크 안의 윤활유 레벨을 검출하기 위한 수단은 버퍼 탱크의 내측 체적에 있는 기체 압력 센서를 포함한다.
장치는 버퍼 탱크 안에 존재하는 윤활유의 용해된 철 함유량 센서뿐만 아니라, 제 2 배출 라인상에 위치된 밀도, 점성도(viscosity), 습도 및 온도 센서를 더 포함한다.
더욱이, 본 발명은 위에서 언급된 장치에 의하여 장비의 일부에서 순환되는 윤활유의 염기도 변화를 추적하기 위한 자동화된 방법에 관한 것이다. 상기 방법은:
(a) 제 1 밸브를 폐쇄하는 단계;
(b) 제 1 밸브로부터 상류측으로 도관내에 축적된 윤활유의 양으로부터 버퍼 탱크에 윤활유를 공급하도록 제 2 밸브를 개방하고 제 3 밸브를 폐쇄하는 단계;
(c) 버퍼 탱크에 존재하는 윤활유를 제 2 배출 라인을 통하여, 윤활유의 염기도 인덱스를 판단하는 센서와 접촉시켜서 순환시키도록 제 3 밸브를 개방하는 단계;
(d)　 윤활유의 염기도 인덱스를 판단하기 위한 상기 센서의 출력 신호를 이용하는 단계;를 포함한다.
유리하게는, 상기 방법은 다음의 특징들중 하나 또는 몇 개를 기술적으로 수용할 수 있는 조합으로 포함할 수 있다.
- 장치가 버퍼 탱크의 내용물을 기체 가압하기 위한 수단을 포함할 때, 상기 단계(b) 이후와 상기 단계(c) 이전에 단계 (e)를 제공하고, 상기 단계(e)는 6 내지 12 bar 사이에 포함되는 압력으로, 바람직스럽게는 7 내지 10 bar 사이의 압력으로, 더 바람직스럽게는 7 bar 와 같은 압력으로, 버퍼 탱크를 기체 가압하는 것으로 이루어진다.
- 단계(c)는 윤활유의 잔류량이 버퍼 탱크 안에 남아 있는 동안 중단된다.
- 상기 방법은 단계(d) 이후에 단계(f)를 포함하며, 이것은 버퍼 탱크로부터 윤활유를 순환시킴으로써, 제 1 배출 라인에 통합된 필터의 막힘을 해제시키는 것으로 이루어진다.
본 발명은 또한 선박에 탑재된 장비의 일부의 작동을 추적하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 위에서 언급된 자동화된 방법을 적용함으로써 장비의 관련 부분의 윤활유의 염기도 인덱스를 선박에서 판단하는 것으로 이루어진다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 이루어지고 하나의 예로서만 주어진, 본 발명의 원리에 따른 장치의 3 가지 실시예들에 대한 상세한 설명에 비추어 이해될 것이며 그것의 장점들이 보다 명백해질 것이다.
도 1 은 선박에 탑재된 본 발명에 따른 장치의 원리에 대한 개략적인 도면이다.
도 2 는 사용의 제 1 구성에서 도 1 의 장치의 유체 부분을 축소 축척으로 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5 는 장치가 사용의 제 2, 제 3 및 제 4 구성에 있을 때 도 2 와 유사한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장치의 도 1 과 유사한 도면이다.
도 7 내지 도 11 및 도 13 내지 도 18 은 사용의 상이한 구성들에서 도 6 의 장치에 대하여 도 2 와 유사한 도면이다.
도 12 는 도 11 의 세부(XII)에 대한 확대 축척의 도면이다.
도 19 는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 장치의 도 1 에 유사한 도면이다.
도 2 내지 도 5 및 도 7 내지 도 18 에서, 장치의 일부에서 순환하거나 존재하는 윤활유는 회색 칼러로 도시되어 있다.
도 1 내지 도 5 에 도시된 장치(2)는 몇 개의 실린더들, 예를 들어 12 개 또는 14 개의 실린더들을 포함하는 엔진(4)에 의해 도 1 에 도시된 바와 같이 선박에 탑재된다. 도관(4)은 윤활유를 회수하기 위하여 엔진(M)을 팬(pan, 6)에 연결한다. 실제에 있어서, 엔진 오일은 1.1 내지 6 bar absolute 사이에 포함된 압력(P4)으로 도관(4)에 중력에 의하여 유동한다. 도관(4)내 오일 유량은 오일이 상기 도관의 내측 벽에서 똑똑 떨어지는 정도로 낮을 수 있다.
도관(4)은 상부로부터 저부로, 엔진(M)으로부터 팬(P)을 향하여 수직으로 연장된다. 이러한 실시예에서, 도관(4)에서 유동하는 오일은 엔진(M)의 적어도 하나의 실린더로부터 유래된다.
캡이 있는(capping) 오리피스(8)는 도관(4)상에 제공되고, 상기 오리피스에는 수동 제어 밸브(10)가 설치되는데, 상기 수동 제어 밸브는 자체로서 알려진 접근 방식에 따라서 이화학적 분석(physico-chemical analyses)을 수행하기 위하여 엔진(M) 밖으로 유동하는 오일의 양을 샘플링(sampling)할 수 있는 가능성을 제공한다.
장치(2)는 도관(4)상에 장착된 정지 밸브(20)를 포함하는데, 이것은 팬(6)을 향하여 도관(4) 안으로의 오일 유동을 선택적으로 차단할 수 있는 가능성을 제공한다. 정지 밸브(20)는 전기 유닛(22)에 의하여 전기 신호(S20)로 제어된다.
도 1 에서 전적으로 볼 수 있는 바와 같이, 장치(2)는 축선 표시로 도시된 케이싱(24)을 포함하는데, 그 내부에는 구성 요소들이 위치되어 있으며, 도관(4)에 통합된 정지 밸브(20)의 부분은 제외되어 있다.
장치(2)는 버퍼 탱크(25)를 포함하며, 이것은 케이싱(24) 안에 위치되고 제 1 바이패스 라인(28)에 의하여 도관(4)에 연결된다.
라인(28)의 입구는 282 로 표시되어 있다. 이러한 입구는 도관(20)상에서 밸브(20)로부터 상류측에 위치된다. 제 1 바이패스 라인(28)에는 그것의 입구(282)로부터 버퍼 탱크(26)에 있는 개방 입구(284)에 이르기까지, 필터(30), 정지 밸브(32) 및 태핑 오리피스(tapping orifice, 34)가 설치된다. 필터(30)는 제 1 바이패스 라인(228)으로 너무 크기가 큰 불순물이 유동하는 것을 방지하는데 이용된다. 정지 밸브(32)는 제 1 바이패스 라인(28)을 선택적으로 폐쇄하거나 또는 소거(clearing)할 수 있는 가능성을 제공한다. 밸브(32)는 전자 유닛(22)에 의하여 전기 신호(S32)로써 제어된다. 태핑 오리피스(34)는 제어 밸브(36)를 통하여 압력 공기 소스(12)로 연결되며, 압력 공기 소스는 장치(2)의 일부가 아니지만 선박의 표준적인 장비에 속한다.
실제에 있어서, 가압 공기 소스(12)는 선박에 탑재된 콤프레서이고, 이것은 장치(2) 이외의 장비에도 사용되는 압축 공기 네트워크(compressed air network)를 제공한다. 대안으로서, 가압 공기 소스(12)는 장치(2)에 전용된 펌프일 수 있다.
장치(2)는 탱크(26)에 연결된 태핑 오리피스(38)를 더 구비하는데, 태핑 오리프스에는 정지 밸브(40)가 장착되고 태핑 오리피스는 탱크(26)의 내측 체적(V26)을 주위 대기와 소통되게 둘 수 있는 가능성을 제공한다.
이러한 실시예에서, 태핑 오리피스(34,38)들은 독립적이다. 대안으로서, 제 1 라인(28)에 연결되거나 또는 탱크(26)에 직접 연결된 단일의 태핑 오리피스에 의하여 대체될 수 있으며, 태핑 오리피스들에는 밸브(36,40)들이 병렬로 장착되어 있으면서, 압력 공기 소스(12) 및 주위 대기에 각각 연결되어 있다. 이러한 경우에, 밸브(36,40)들은 단일의 3 웨이 밸브(3 way valve)로서 조합될 수 있다.
밸브(36,40)들은 전자 유닛(22)에 의하여 개별의 전기 신호(S36, S40)로써 제어된다.
장치(2)는 탱크(26)의 내측 체적(V26)으로부터 회수 팬(6)으로 윤활유를 배출하기 위한 제 2 라인(42)을 포함한다. 제 2 배출 라인(42)은 따라서 윤활유의 유동 경로상에서 제 1 바이패스 라인(28) 및 탱크(26)로부터 하류측에 위치한다. 실시예에서, 제 2 배출 라인(42)은 탱크(26)로부터 도관(4)으로 연장된다. 그것의 입구(422)는 탱크(26)의 하부 부분에 위치되는 반면에, 유출구(424)는 도면에 도시된 바와 같이 정지 밸브(20)로부터 하류측에서 도관(4)상에 위치되며, 이는 측정 단계들이 발생되는 동안 정지 밸브(20)가 도관(4)에서의 오일 칼럼(oil column)을 발생시키기 위하여 폐쇄될 수 있기 때문에, 분석 사이클의 기간을 감소시킬 수 있는 가능성을 제공한다. 대안으로서, 제 2 라인(42)의 유출구(424)는 정지 밸브(20)로부터 상류측에 위치하며, 이것은 필터(30)를 비우는 단계(emptying) 및 차단 해제(unblocking)시키는 단계를 동시에 수행할 수 있는 가능성 및 선택적으로 장치(2)의 비용을 저감시키는 가능성을 제공한다.
제 2 라인(42)에는 전자 유닛(22)에 의하여 전기 신호(S44)로써 제어되는 정지 밸브(44)가 설치된다.
2 개의 센서(46,48)들은 밸브(44)로부터 상류측에서 라인(42)상에 위치된다.
센서(46)는 제 2 라인(42)에서 유동하거나 또는 존재하는 액체의 밀도(D), 점성도(V), 습도(H) 및 온도(T)를 측정할 수 있는 가능성을 제공한다. 이러한 센서는 AVENISENSE 에 의하여 Cactus 라는 이름으로 판매되는 제품중의 일 유형일 수 있다. 대안으로서, 센서(46)는 다른 유형일 수 있거나, 위에서 언급된 파라미터들중 단일의 하나 또는 일부의 측정만을 허용할 수 있다.
센서(48)는 염기도 인덱스 센서(basicity index sensor) 또는 BN 으로서, 이것은 때때로 알카리성 인덱스로 호칭된다. 이것은 중간 적외선에서 적외선 기술로 작동되는 센서일 수 있거나, 또는 윤활유의 BN 의 판단에 적합화된 그 어떤 다른 센서일 수 있다.
장치(2)는 제 1 레벨 센서(54) 및 제 2 레벨 센서(56)를 포함하며, 이것은 각각 탱크(26) 안의 오일량이 제 1 레벨(N1) 또는 제 2 레벨(N2)을 달성하는 때를 검출할 가능성을 제공한다. 센서(54,56)로부터의 출력 전기 신호(S54,S56)는 유닛(22)으로 전달된다.
대안으로서, 센서(54,56)는 압력 센서와 같은 단일 센서로 대체될 수 있으며, 이것은 오일이 탱크(26) 안에서 2 개의 레벨(N1, N2)들 각각을 달성하는 때를 검출할 수 있는 가능성을 제공한다.
도 2 내지 도 5 는 도 1 의 장치(2)에 의하여 가해지는 자동화된 방법의 연속적 단계를 개략적으로 도시한다. 이러한 방법은 유닛(22)의 제어하에 그 어떤 사람의 개입도 없이 부분적으로 또는 바람직스럽게는 완전하게 수행될 수 있다는 점에서 자동화된다. 본 발명의 제 2 실시예와 관련하여 이후에 설명되는 방법에도 동일한 것이 적용된다.
디폴트(default)로써, 샘플링 단계 밖에서, 엔진을 떠난 오일은, 다른 밸브들이 폐쇄되는 동안 개방 또는 통과 상태(through-configuration)에 있는 밸브(20)에 의하여 유지되지 않으면서, 엔진(M)으로부터 회수 팬(6)으로 도 1 의 화살표(F1) 방향으로 도관(4)을 향하여 유동한다.
엔진(M)을 떠나는 오일의 염기도 인덱스(또는 염기 수)가 판단되어야 할 때, 유닛(22)은 밸브(20)가 폐쇄되도록 구동함으로써, 도 2 에서 음영 부분(L)으로 도시된 바와 같이 저장부가 도관(4) 안에 생성되며, 그곳에 오일의 양이 축적되고, 즉, 윤활유가 축적된다.
도 2 의 구성에서, 도관(4)은 디캔테이션 칼럼(decantation column)으로서 이용되어 불순물(l)이 도관(4) 안의 윤활유 량(L)의 하부 부분에서 밸브(20)에 인접하여 축적된다.
도 2 의 구성에 도시된 제 1 단계에서, 밸브(32,40)들이 개방되는 반면에, 밸브(36,44)들은 폐쇄된다.
도관 또는 칼럼(4)내의 윤활유 레벨(L)이 입구(282)에 도달될 때, 오일은 제 1 바이패스 라인(28)을 통해 유동하기 시작하며, 보다 상세하게는 탱크(26)의 내측 체적(V26)에 이르기까지 필터(30) 및 밸브(32)를 통하여 유동하는데, 여기에서 오일은 중력에 의하여 유동한다. 실제에 있어서, 제 1 라인(28)의 유출구(284)는 탱크(26)의 상부 부분에 위치되며, 오일은 탱크(26)의 벽을 따라서 유동할 수 있다. 밸브(44)가 폐쇄되면, 오일은 밸브(44)로부터 상류측에 위치되고 센서(46,48)들의 내측 체적을 포함하는 제 2 배출 라인(42)의 부분을 점진적으로 채우며, 또한 밸브(40)를 통하여 대기를 향하여 공기를 밖으로 구동함으로써 내측 체적(V26)을 채운다. 이러한 단계는 도 3 에 도시된 구성에 대응한다.
탱크(26) 내부에서 오일 레벨(N2)에 도달하였다는 것을 센서(56)가 검출할 때, 유닛(22)은 도 4 의 구성에 의해 도시된 새로운 단계로 장치(2)가 전환하도록 하는데, 여기에서는 밸브(20)가 개방 구성으로 통과되어, 밸브(20)로부터 상류측에 존재하는 윤활유 양(L)의 나머지와 불순물(I)을 회수 팬(6)으로 지향시킴으로써 디캔테이션 칼럼을 비울 수 있게 한다. 따라서 화살표(F1) 방향으로의 유동은 팬(6)으로까지 계속된다. 더욱이, 밸브(32,40)들은 폐쇄되고 밸브(36)가 개방되며, 이것은 윤활유에 의해 점유되지 않은 체적(V26)의 부분, 즉, 레벨(N2) 위에 위치된 상기 체적(V26)의 부분을 공기 소스(12)의 압력과 같은 공기 압력(P1) 하에 둘 수 있는 가능성을 제공하며, 이러한 예에서 상기 압력은 7 bar absolute 의 값을 가진다.
상기와 같이 이루어지면, 밸브(44)가 개방되고 다른 밸브들이 도 4 의 구성 상태를 유지할 때, 유닛(22)은 도 5 의 구성에 의해 도시된 바와 같이 장치(2)가 다음의 단계로 전환되게 한다. 이러한 경우에, 체적(V26)의 상부 부분에 있는 공기의 압력(P1)은 센서(46,48)들을 통하여 제 2 배출 라인(42)으로 오일을 미는 효과를 가지며, 이것은 센서들이 검출하였던 파라미터들을 나타내는 신호(S46, S48)들을 유닛(22)에 제공할 수 있는 가능성들을 상기 센서들에 부여한다.
필요하다면, 신호(S46, S48)들은, 특히 기준 윤활유에 대한 공지된 값들과의 비교에 의하여, 제어 파라미터들의 값들을 판단하기 위하여 유닛(22)에서 프로세싱될 수 있다.
신호(S46, S48) 또는 상기 신호로부터의 외삽 신호(extrapolated signal)는 결합 신호(conjugated signal, S2)로서 장치(2)의 외부에 제공될 수 있으며, 이것은 엔진(M)을 제어하기 위하여 중앙 프로세싱 유닛에 의해 이용될 수 있다.
실제에 있어서, 염기도 인덱스 센서(48)의 통과 섹션은 대략 3 mm x 0.1 mm 이고, 이러한 통과 섹션에는 염기도 인덱스의 측정을 수행하기 위하여 충분한 시간 동안 충분한 유동이 제공될 수 있어야 한다. 탱크(26)를 가진 장치의 구조는, 도 4 의 구성에서 탱크(26) 안에 포함된 오일(L1)의 양으로서, 오일 <<버퍼(buffer)>> 를 형성하는 저장부를 발생시킬 수 있는 가능성을 제공한다. 오일 저장부(L1)의 일부는 연속적으로 또는 순차적으로 제 2 배출 라인(42)으로 부어질 수 있어서, 센서(48)는 충분한 양의 오일이 분석되게 한다.
도 5 의 구성으로부터, 밸브(44)를 개방되게 유지하고 밸브(36)를 통한 압축 공기의 주입을 계속함으로써 차후 단계에서 탱크(26) 및 제 2 배출 라인(42)의 전체를 계속 비울 수 있다.
대안으로서, 제 2 배출 라인(42) 안의 오일의 양(L2)을 영구적으로 유지하기 위하여, 특히 오일과 접촉하는 활성 부분들이 건조될 위험성이 없도록 센서(46,48)들에서 오일의 양을 유지하기 위하여, 오일 레벨이 레벨(N1)을 달성할 때 탱크(26)를 비우는 것을 정지할 수 있다. 이러한 제 2 접근 방식이 선택된다면, 미리 제 2 배출 라인(42)을 세정하고 다음의 측정을 교란시키지 않도록 하기 위하여 특정량의 오일이 다음의 측정 동안 사용되어야 한다.
도 6 및 다음에 도시된 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예들에서, 제 1 실시예의 요소들과 유사한 요소들은 동일한 도면 번호로 표시되어 있다. 다음에서, 이들 실시예들이 이전의 실시예와 구분되는 것이 주로 설명될 것이다.
도 6 내지 도 18 의 실시예에서, 도면 번호 28 및 42 에 대한 제 1 및 제 2 라인들은 T 형상 접합부(29)에서 접한다. 따라서, 제 1 바이패스 라인(28)의 유출구(284)는 제 2 배출 라인(42)의 입구(422)와 일치한다. 탱크(26)와 접합부(29) 사이에 위치된 라인 세그먼트(line segment)는 제 1 및 제 2 라인(28,42)에 대하여 공통적이다. 이러한 라인 세그먼트는 탱크(26)의 하부 부분에 개방됨으로써, 도관(4)으로부터 탱크(26)로 유동하는 오일은 상기 탱크의 하부 부분으로 직접 도달한다.
3 개의 레벨(N1, N2, N3)들이 탱크(26)에 정의되는데, N1 및 N2 레벨들은 제 1 실시예의 레벨들에 필적한다.
이러한 제 2 실시예에서, 레벨 센서(54,56)들과 일치하는 레벨 센서들이 사용되지 않지만, 압력 센서(58)가 사용되며, 그것의 출력 신호(S58)는 전자 제어 유닛(22)으로 제공된다. 더욱이, 레벨 센서(60)는 밸브(20)로부터 상류측에서, 즉, 밸브(20)의 위에서 도관(4) 내에 장착된다.
더욱이, 제 1 실시예의 태핑 오리피스(34,38) 및 밸브(36,40)는 단일의 태핑 오리피스(38')에 의해 대체되며, 태핑 오리피스(38')에 압력 센서(58) 및 3 웨이 및 3 오리피스 분배기(62)가 연결되고, 3 웨이 오리피스 분배기(3 way orifice distributor)는 한편으로 압력 공기 소스(12)에 연결되고 다른 한편으로 주위 대기에 연결된다. 분배기(62)는 유닛(22)에 의하여 전용 전기 신호(S62)로써 제어된다.
장치(2)는 제 3 센서(50)를 포함하며, 이것은 탱크(26)의 상부 부분에 장착되고, 탱크(26) 안에 존재하는 윤활유의 양과 상기 양 위에 존재하는 공기 사이의 인터페이스(I26)를 목표로 위치된다. 센서(50)는 LIBS(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy; 레이저 유도 방전 현상 분광법) 기술을 이용하는 센서이다.
보다 상세하게는, 도 12 에 도시된 바와 같이, 센서(50)는 제어 유닛(50A), 화살표(F2)로 표시된 바와 같이 인터페이스(126)를 향하여 지향된 레이저 비임의 에미터(emitter, 50B), 인터페이스(I26)로부터 반사되고 화살표(F2R)로 표시된 비임을 수신할 수 있는 리시버(receiver, 50C)를 포함한다. 에미터(50B)에 의해 조사된 레이저 비임(F2)은 윤활유의 양(L1)을 여기(excitation)시키고, 여기 감소(de-excitation) 동안에, 상기 윤활유의 양(L1)의 특성 스펙트럼의 조사는 반사되어 조사된 비임(F2R)으로서 발생된다. 센서(50)의 성분(50B, 50C)들은 탱크(26)의 상부 벽(262)에 통합되고 2 개의 와이어 연결(50d, 50E)을 통하여 유닛(50A)에 연결된다.
이러한 기술은 센서(50)가 탱크(26) 안에 포함된 오일의 용해된 철 함유량을 판단할 수 있게 하며, 특히 Fe2 + 및 Fe3 + 이온 함유량을 판단할 수 있게 한다. 이것은 오일과 접촉하고 있는 엔진의 부분들의 부식 정도를 판단할 수 있게 하고, 결과적으로 필요하다면 예방적이거나 또는 교정적인 유지 관리 작용을 개시할 수 있게 한다.
대안으로서, 탱크(26) 안에 포함된 오일의 용해된 철 함유량을 판단할 수 있게 하는 센서(50)의 다른 유형이 이용될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 센서는 제 2 라인에 통합될 수 있으며, 특히 염기도 인덱스 센서(48)로부터 하류측에 위치된다.
장치(2)의 작동은 다음과 같다.
디폴트로써, 밸브(20)는 개방되고 밸브(32,44)들은 폐쇄되는 반면에, 분배기(62)는 도 6 에 도시된 구성으로 있음으로써 탱크(26)의 내측 체적(V26)은 압축 공기 소스(12) 및 주위 대기로부터 절연된다.
엔진(M)을 떠나는 오일의 염기도 인덱스의 판단이 수행되어야만 할 때, 제 1 단계에서 유닛(22)은 신호(S20)로써 밸브(20)를 활성화시켜서 밸브를 도 7 에 도시된 폐쇄 구성으로 가져간다. 이러한 구성에서, 이후에 설명되는 바와 같이, 이전에 수행된 필터(30)의 플러그 해제 작동 때문에, 필터(30)와 밸브(32) 사이의 제 1 바이패스 라인(28)에 오일이 존재한다.
이러한 구성에서, 밸브(32,44) 및 분배기(62)는 폐쇄된다.
레벨 센서(60)는, 밸브(20)로부터 상류측에서 도관(4) 안에 유지된 오일 칼럼(oil column)이 상기 센서에 의해 검출된 바로서 도 8 에 도시된 바와 같이 레벨(N0)에 도달할 때, 윤활유의 미리 결정된 양(L')이 입구(282) 위에 존재하도록 위치된다. 예를 들어, 윤활유의 미리 결정된 양은 100 ml 와 같을 수 있다. 이러한 레벨(N0)이 도관(4)내에 도달된 것을 레벨 센서(60)가 검출할 때, 탱크(26)의 내측 체적(V26)은 그것을 도 8 의 구성으로 가져가기 위하여 분배기(62)를 작동시킴으로써 대기압으로 설정된다.
이러한 구성으로부터, 유닛(22)은 다음의 단계에서 도 9 의 구성으로 도시된 바와 같이 오일의 양(L')이 도관(4)으로부터 탱크(26)로 이전되는 것을 달성하도록 밸브(32) 및 분배기(62)를 제어한다. 이러한 구성에서, 밸브(32)가 개방되는 반면에, 분배기(62)는 폐쇄된다. 도관(4)으로부터 버퍼 탱크(26)로의 오일의 이전은 따라서 탱크(26) 내부의 공기 압력 증가를 수반한다. 탱크 안에 포착된 공기의 압축 레벨은, 캘리브레이션 이후에, 탱크(26) 안의 공기의 초기 체적(initial volume)에 관련될 수 있고, 이전된 오일의 체적에 관련될 수 있다.
예를 들어, 160 ml 와 같은 탱크(26) 안의 공기의 초기 체적 및 단열 압축(adiabatic compression)에 대하여, 탱크(26) 안의 압력은 50 ml 의 이전된 오일에 대하여 1.7 bar absolute 를 달성한다.
또한, 초기에 250 ml 의 공기를 포함하는 탱크(26)를 고려함으로써, 탱크의 상부 부분에서 1.7 bar absolute 와 동일한 공기 압력(P1)을 달성하기 전에, 80 ml를 탱크(26)로 이전할 수 있으며, 즉, 도 10 에 도시된 양(L1)을 탱크(26) 로 이전할 수 있다. 이는 다음에서 고려되는 예이다.
이러한 경우에, 오일의 레벨(N2)은 도 10 의 구성에 있는 장치(2)에 의해 도시된 단계에서 탱크(26)에 달성된다.
다음에 유닛(22)은 도 11 의 구성을 달성하기 위하여 밸브들 및 분배기를 자동으로 제어하며, 여기에서 탱크(26)는 체적(V26)을 압축 공기 소스(12)에 연결시킨 분배기(62)를 통한 압력하에 설정됨으로써, 탱크(26) 내부의 공기 압력(P1')은 7 bar와 같아진다. 이것이 발생될 수 있도록, 오일이 탱크(26)로부터 도관(4)으로 복귀되는 것을 회피하기 위하여 밸브(32)는 유닛(22)에 의하여 미리 폐쇄 구성으로 전환되었다. 더욱이, 이러한 단계에서, 밸브(20)는 유닛(22)에 의하여 개방 구성으로 전환됨으로써, 엔진(M)으로부터 회수 팬(6)으로의 오일의 유동은 화살표(F1)의 방향으로 다시 발생될 수 있다. 이러한 단계에서, 센서(50)는 탱크(26) 안에 존재하는 양(L1)의 용해된 철 함유량을 측정하도록, 특히 Fe2 + 및 Fe3 + 이온 함유량을 측정하도록 이용된다.
이를 수행하도록, 센서(50)는 탱크(26) 안의 레벨(N2)에 위치된 오일/공기 인터페이스(126)를 목표로 한다. 센서(50)의 출력 신호(S50) 또는 상기 신호로부터의 외삽 신호는 장치(2)의 출력 신호(S2)에 통합된다.
이러한 구성으로부터, 유닛(22)은 각각 분배기(62)를 폐쇄시키고 밸브(44)를 개방함으로써 도 13 의 구성을 달성하도록 신호(S62, S44)로써 밸브(44) 및 분배기(62)를 제어하며, 도 13 의 구성에서는 내측 체적(V26)의 상부 부분에 만연된 압력(P1) 때문에 탱크(26) 안의 오일 함유량은 점진적으로 탱크 밖으로 구동된다.
따라서 오일은 파라미터들을 검출할 수 있는 센서(46,48)들을 통하여 유동하는데, 제 1 실시예에서와 같이 센서들은 상기 파라미터들에 대하여 제공되어 대응하는 신호(S46, S48)를 유닛(22)으로 제공한다.
탱크(26) 안에 포함된 오일을 제 2 배출 라인(42)을 통하여 배출하는 것은 탱크 안에 포착된 공기 체적의 연속적인 팽창 및 공기 소스(12)로의 연속적인 연결들에 의하여 수회의 사이클에서 발생될 수 있다. 초기에 80 ml 의 오일을 포함하는 250 ml 의 탱크에 대하여, 예를 들어 공기 소스(12)로의 3 번의 연결이 이루어지면서, 7 bar 내지 6.2 bar 사이에서 3 번의 연속적인 팽창이 수행될 수 있다. 이것은 제 1 배출 라인(42)에서 50 ml 의 전체 체적의 이전을 허용하며 도 14 의 구성을 달성할 수 있게 하는데, 여기에서 윤활유의 30 ml 의 잔류량(L2)이 탱크(26) 안에 남아있으면서 6.2 바아와 같은 압력(P2)을 겪는다.
3 회의 연속적인 팽창은 분배기(62)의 적절한 명령에 의하여 7 bar 의 공기로 탱크(26)를 미리 그리고 연속적으로 채움으로써 발생된다.
이러한 3 회의 팽창은 3 번의 연속적인 단계들에서 센서(46, 48)들에 50 ml 의 윤활유를 순환시킬 수 있는 가능성을 제공하며, 이는 센서들이 신호(S46, S48)들의 3 가지 세트들 또는 조합된 신호들의 세트를 발생시킬 수 있게 하는데, 이는 유닛(22)을 위해서 의도된 것으로서 유닛(22)에 제공되고, 다음에 제 1 실시예에서와 같이 송신 및/또는 처리된다.
도 14 의 구성에서, 유닛(22)은 장치(2)가 도 15 의 구성으로 통과되게 하며, 여기에서 탱크(26)의 내측 체적(V26)은 밸브(44)가 폐쇄되어 있는 동안 분배기(62)의 적절한 명령에 대한 응답으로 7 bar 의 압력(P1')으로 다시 가압된다.
일단 이러한 작용이 완료되었다면, 유닛(22)은 밸브(32)가 개방되고 분배기(62)가 폐쇄되도록 명령하며, 이것은 탱크(26) 의 하부 부분에 존재하는 오일이 제 1 바이패스 라인(28)을 통하여 도관(4)으로까지 필터(30)를 플러그 해제시키는 방향으로 구동하는 효과를 가진다. 이러한 단계는 도 16 의 구성에 의해 도시되어 있다. 탱크(26) 안의 압력을 7 bar 로부터 6.2 bar 로 내림으로써, 탱크(26)의 대략 20 ml 의 양이 도관(4)을 향하여 순환될 수 있다. 이러한 단계의 끝에서, 탱크(26) 안에는 윤활유가 6.2 bar 의 압력(P2) 하에 10 ml 와 같은 양(L3)으로 잔류한다.
일단 이러한 필터의 막힘 제거(unclogging) 작용이 완료되었다면, 유닛(22)은 장치(2)가 도 17 의 구성으로 전환되게 하며, 여기에서 밸브(44)는 개방되고 분배기(62)는 체적(V26)에 가압된 공기를 공급하는 구성에 있으면서, 밸브(32)는 다시 폐쇄된다. 이것은 제 2 배출 라인(42) 및 센서(46,48)들에서 오일이 비워지고 공기로 채워지는 도 18 의 구성이 이루어질 때까지, 제 2 배출 라인(42) 및 센서(46,48)들에 존재하는 오일의 잔류 량을 배출시키는 효과를 가진다. 이것은 위에서 언급된 도 7 의 구성에 대응한다.
도 17 및 도 18 에서, 밸브(32)와 유출구(284) 사이에 위치된 제 1 바이패스 라인(28)의 일부는 탱크(26)로부터의 공기에 의해 비워지는 것이 주목되어야 한다. 이것은 실제에 있어서 밸브(32)가 접합부(29)로부터 바로 상류에 위치된다는 사실과 관련된다.
도 19 에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에서는 몇 개의 도관(4)들이 이용되는데, 이들 각각은 엔진(M)의 단일 실린더로부터 오일을 모으도록 제공된다.
각각의 도관(4)에는 전자 유닛(22)에 의해 제어되는 밸브(20)가 설치되며, 이것은 관련된 도관(4)에서 윤활유 흐름(F1)의 유동을 차단할 수 있는 가능성을 제공한다. 제 1 바이패스 라인(28)은 한편으로 밸브(20)로부터 상류측에서 각각의 도관(4)에 연결되고 다른 한편으로는 버퍼 탱크(26)의 유입부에 연결되는데, 이것은 제 1 실시예와 마찬가지다. 따라서 장치(2)는 도관(4)들이 있는 만큼 바이패스 라인(28)들을 포함한다. 입구(282)로부터 시작하여, 각각의 바이패스 라인(28)에는 필터(30) 및 정지 밸브(32)가 설치된다. 4 개의 제 1 라인(28)은 개별의 정지 밸브(32)로부터 하류측으로 접하고, 태핑 오리피스(34)는 버퍼 탱크(26)에 있는 유출구(284) 뿐만 아니라 4 개의 제 1 바이패스 라인(28)에 대하여 공통적이다.
제 1 실시예에 관하여 상기에 언급된 것과 병행하는 접근 방식에 따라서 태핑 오리피스(8)는 각각의 도관(4)상에 제공되고 태핑 오리피스에는 수동으로 제어하는 밸브(10)가 설치된다. 대안으로서, 오직 하나 또는 특정의 도관(4)들에는 그러한 태핑 오리피스(8)가 설치된다.
제 2 배출 라인(42)은 엔진의 모든 실린더들에 공통적이고, 탱크(26)로부터 하류측에서 모든 제 1 바이패스 라인(28)들로부터 오일을 수용한다. 제 2 배출 라인의 유출구(424)는 정지 밸브(20)로부터 하류측에서 도관(4)들중 하나에 위치된다.
이러한 제 3 실시예는 선박의 엔진 구획부 안에서 도관(4)들 및 그것의 경로의 크기를 최적화시킬 수 있게 한다. 이것은 제 1 실시예와 비교하여 공간의 이득을 허용한다.
도관(4)들 각각에 대하여, 제 1 실시예에 대하여 위에서 설명된 방법을 연속적으로 적용함으로써, 상기 제 3 실시예의 장치는 제 1 실시예의 것과 동일한 센서(48)에 의하여, 도관(4)이 연결된 엔진(M)의 실린더들중 각각의 유출부에서의 연료의 염기도 인덱스를 판단할 수 있는 가능성을 제공한다.
도 19 의 예에서, 4 개의 도관(4)들이 제공되며, 각각의 도관은 엔진(M)의 실린더에 전용된다. 대안으로서, 엔진(M)의 구성 및 도관(4)들을 하우징하기 위한 가용 공간에 따라서 장치(2)를 적합화시키기 위하여, 도관(4)들의 수는 상이한 반면에, 2 개와 같거나 또는 그보다 많게 유지된다.
실시예와 무관하게, 신호(S2)는 사람 또는 기계가 직접적으로 읽을 수 있기 때문에, 사용자측의 그 어떤 특정한 지식도 필요로 하지 않고 자동화될 수 있는 방법에 의하여, 엔진(M)을 떠나는 오일의 BN 또는 염기도 인덱스를 장치(2)가 효율적으로 측정할 수 있다.
실제에 있어서, 소스(12)의 압력에 의존하는, 탱크(26)의 내측 체적(V26)에 만연된 최대 압력(P1')은 7 bar 에 제한되지 않는다. 이것은 선박에서 이용 가능한 압축 공기 네트워크의 압력에 따라서, 6 내지 12 bar 사이에 포함되고, 7 내지 10 bar 사이에 포함된다. 7 bar 의 값은 그것이 우수한 실험 결과를 제공하고 현재 이용 가능한 압력 레벨에 대응하기 때문에 선호된다. 상기 압력(P1)은, 위에서 언급된 1.1 내지 6 bar 사이에 포함된 도관(4)내 오일의 압력(P4) 보다 더 큰 것이 중요하다. 실제로, 제 2 배출 도관(42)을 통한 오일의 유동을 보장하는 것은 압력(P1)과 압력(P4) 사이의 차이이다.
실시예와 무관하게, 실질적으로 케이싱(24) 안에 포함된 장치(2)는 선박에 탑재되게 설치하는 것이 용이하며, 도관(4) 안에서 밸브(20)의 장소로의 세팅(setting), 상기 도관상의 라인(28, 42)들의 접합 및, 전류와 가압된 공기의 공급을 필요로 하지 않는다. 따라서 장치(2)는 새로운 선박에 용이하게 설치될 수 있거나 또는 운용중인 선박의 개장(retrofitting)을 위하여 이용될 수 있다.
본 발명은 선박 추진 엔진을 위한 용도의 경우에 대하여 위에서 설명되었다. 그러나, 이것은 다른 장치의 부분들에 적용될 수 있으며, 예를 들어, 보조적이거나 부수적인 선박 엔진, 기어 박스, 특히 조류 터빈 또는 풍력 터빈에 적용될 수 있다.
상기에서 엔진 오일은 윤활유이기 때문에, <<오일>> 및 << 윤활유>> 라는 용어는 구분되지 않게 사용되었다. 그러나 본 발명은 트랜스미션 및 기어용 오일, 콤프레서용 오일, 유압 오일, 터빈 오일 또는 원심 분리기를 위한 다른 오일들과 같은 다른 윤활유에 적용될 수 있다.
상기에 설명된 실시예들 및 대안들의 특징은 본 발명의 새로운 실시예들을 구현하도록 조합될 수 있다.
4. 도관 10. 제 1 제어 밸브
26. 버퍼 탱크 28. 제 1 바이패스 라인
42. 제 2 배출 라인 48. 센서

Claims (13)

  1. 장비(M)의 일부에서 순환되는 윤활유의 염기도(basicity)의 변화를 추적하기 위한 장치(2)로서, 상기 장치는:
    상류측으로 장비의 일부에 연결되고 하류측으로 회수 팬(recovery pan, 6)에 연결되어, 윤활유를 순환(F1)시키는 적어도 하나의 도관(4);
    윤활유의 염기도 인덱스(basicity index)를 판단하기 위한 적어도 하나의 센서(48);
    도관(4) 안에서 윤활유의 순환(F1)을 차단하는 제 1 제어 밸브(20); 및
    윤활유를 축적하는 버퍼 탱크(buffer tank, 26);를 포함하고,
    상기 장치는:
    한편으로 제 1 밸브로부터 상류측에서 도관에 연결되고, 다른 한편으로 버퍼 탱크에 연결된 제 1 바이패스 라인(28);
    제 1 바이패스 라인에서 윤활유의 순환을 차단시키기 위한 제 2 제어 밸브(32);
    제 1 바이패스 라인(28)으로부터 하류측으로 위치되고, 버퍼 탱크로부터 회수 팬으로 윤활유를 배출하기 위한 제 2 라인(42); 및,
    제 2 배출 라인에서의 윤활유의 순환을 차단하기 위한 제 3 제어 밸브(44);를 더 포함하고,
    센서(48)가 제 2 배출 라인(42)상에 위치되어 버퍼 탱크(26)의 유출구에서 윤활유의 염기도 인덱스를 판단할 수 있는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화 추적 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    버퍼 탱크(26)의 내측 체적(V26)의 기체 가압을 위한 수단(12,22,36,40,62)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화 추적 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    기체 가압 수단은, 압축 공기(12)의 소스 및 밸브(36,40)들의 세트, 또는 버퍼 탱크(26)의 내측 체적(V26)을 선택적으로 압축 공기의 소스 또는 주위 대기와 소통시키는 공압 분배기(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화 추적 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    버퍼 탱크(26) 안의 윤활유 레벨을 검출하는 수단(54, 56;60)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화 추적 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    버퍼 탱크(26)의 내측 체적(V26)의 기체 가압을 위한 수단(12,22,36,40,62)를 포함하고, 탱크 안의 윤활유 레벨을 검출하기 위한 수단은 버퍼 탱크(26) 의 내측 체적(V26)에 있는 기체 압력 센서(58)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화 추적 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제 2 배출 라인(42)상에 위치되어 밀도(D), 점성도(V), 습도(H) 및 온도(T)를 측정하기 위한 센서(46); 및,
    버퍼 탱크 안에 존재하는 윤활유의 용해된 철 함유량을 측정하기 위한 센서(50);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화 추적 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 윤활유의 염기도 추적 장치(2)에 의하여, 장비(M)의 일부에서 순환되는 윤활유의 염기도 변화를 추적하는 자동화된 방법으로서,
    (a) 제 1 밸브(20)를 폐쇄하는 단계;
    (b) 제 1 밸브의 상류측에서, 도관(4)에 축적된 윤활유의 양(L;L')으로부터 버퍼 탱크에 공급되도록 제 2 밸브(32)를 개방하고 제 3 밸브(44)를 폐쇄하는 단계;
    (c) 버퍼 탱크에 존재하는 윤활유를 제 2 배출 라인(42)을 통하여, 윤활유의 염기도 인덱스를 판단하기 위한 센서(48)와 접촉되게 순환시키도록 제 3 밸브(44)를 개방하는 단계; 및,
    (d) 윤활유의 알칼리성(alkalinity)을 판단하기 위한 상기 센서의 출력신호(S48)를 이용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화를 추적하는 자동화된 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    버퍼 탱크(26)의 내측 체적(V26)의 기체 가압 수단(12,22,36,40,62)을 구비한 장치(2)를 가지고 적용되고,
    상기 단계 (b)의 이후와 상기 단계 (c) 이전에 포함되는 단계 (e)는:
    6 내지 12 bar 사이에 포함되는 압력(P1)으로 버퍼 탱크(26)의 내측 체적(V26)을 기체 가압하는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화를 추적하는 자동화된 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    단계 (e)에서, 버퍼 탱크(26)의 내측 체적(V26)은 7 내지 10 bar 사이에 포함되는 압력(P1)으로 가압되는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화를 추적하는 자동화된 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    단계 (e)에서, 버퍼 탱크(26)의 내측 체적(V26)은 7 bar인 압력(P1)으로 가압되는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화를 추적하는 자동화된 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    윤활유의 잔류량(L2)이 버퍼 탱크(26) 안에 유지되는 동안, 단계(c)가 중단되는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화를 추적하는 자동화된 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 단계 (d) 이후의 단계 (f)는,
    버퍼 탱크(26)로부터 도관(4)으로 윤활유를 순환시킴으로써 제 1 바이패스 라인(28)에 통합된 필터(30)의 막힘을 해제시키는 것을 특징으로 하는, 윤활유의 염기도 변화를 추적하는 자동화된 방법.
  13. 선박에 탑재된 장비(M)의 일부의 작동을 추적하는 방법으로서, 제 7 항에 따른 방법을 적용함으로써 선박에 탑재된 채로 장비의 일부의 윤활유의 염기도 인덱스를 판단하는 것을 특징으로 하는, 방법.
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