KR20070117832A - 윤활설비의 윤활유 상태 검사방법 - Google Patents

윤활설비의 윤활유 상태 검사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 윤활관리항목 중 윤활유의 수분함량, 점도 및 오염도를 윤활감시장치의 각 센서로부터 측정값을 입력받아 특정 알고리즘을 이용하여 사용목적에 따른 관리기준에 맞추어 예측진단이 가능하여 이를 윤활설비의 관리시스템에 사용하거나, 나아가 온라인상에서 윤활유 상태를 실시간으로 모니터링 하는데 기초자료가 되는 윤활설비의 윤활유상태 검사방법에 관한 것이다.
본 발명은 윤활유 배관으로부터 오일펌프를 구동시켜 오일탱크로 인입하는 윤활유 인입단계, 인입된 윤활유의 측정정확도의 향상을 위해 윤활 감시장치 내부에서 수 차례 순환시키는 윤활유 순환단계, 순환된 윤활유의 수분, 점도 및 오염도를 측정하여 변환기로 전달하는 센서측정단계 및 측정된 윤활유의 수분측정치, 점도측정치 및 오염도측정치를 기초로 윤활유의 수분상태, 점도상태 및 오염상태를 분석하고 결과를 출력하는 결과분석단계로 구성된 것을 특징으로 한다.
윤활설비, 윤활유, 윤활감시시스템

Description

윤활설비의 윤활유 상태 검사방법{METHOD FOR TESTING CONDITION OF LUBRICATING OIL}
도 1은 윤활감시시스템의 개략 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 윤활유의 포화습도 실험식에 의한 결과 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 윤활유의 점도 실험식에 의한 결과 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 윤활설비의 윤활유상태 검사방법을 이용한 온라인상의 윤활감시시스템의 모니터링 화면 예이다.
본 발명은 윤활설비의 윤활유상태 검사방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 윤활관리항목 중 윤활유의 수분함량, 점도 및 오염도를 윤활 감시장치의 각 센서로부터 측정값을 입력받아 특정 알고리즘을 이용하여 사용목적에 따른 관리기준에 맞추어 예측진단이 가능하여 이를 윤활설비의 관리 시스템에 사용하거나, 나아가 온라인상에서 윤활유상태를 실시간으로 모니터링 하는데 기초자료가 되는 윤활설비의 윤활유상태 검사방법에 관한 것이다.
발전설비 및 기기에 사용하는 윤활유는 사용 조건에 따라 차이가 있지만, 필연적으로 열화가 되거나 외부 이물질 혼입에 의하여 윤활 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있기 때문에 정기적으로 시료를 채취 및 분석관리 해야 한다. 특히, 오염도는 비정상적인 상태로 윤활설비가 운전될 경우 이들로부터 발생되는 금속 마모입자들의 발생경향을 감시할 수 있어 윤활설비의 안정적인 운전과 사고를 사전에 예방하는데 크게 도움이 될 수 있다.
윤활유내의 포화습도면에서 살펴보면 윤활유 냉각기의 누출 등에 의한 고장발생시에는 윤활유에 유입된 수분에 의해 짧은 시간 동안 윤활유 중의 자유수분(Free water)이 급격히 증가하여 윤활유가 유화(乳化)되어 점도의 변화를 일으켜 기기가 요구하는 적정 유막을 형성하지 못하여 기기를 손상시키며 심할 경우 기계장치 등에 심각한 고장을 유발할 수도 있다. 그리고, 수냉식(냉각수 사용 등) 기기나 수분의 유입 우려가 있는 설비의 윤활유 중에 수분은 지금까지 그랩 샘플링(Grap Sampling)에 의한 분석에 의존하여 조기에 발견하고 조치하는 것이 어려웠다. 또한, 종래의 비색관(比色管)이나 워터 트랩(Water Trap)을 이용하는 방법은 실시간으로 감시가 곤란하고, 수분농도가 대략 1,000ppm 이상의 고농도에서나 감지가 가능한 단점이 있었다.
이 밖에도 윤활관리 항목에는 윤활유의 점도 및 오염도 등이 있는데, 이들을 상시 감시할 경우 보다 안정적인 설비 운전은 물론 운영비 과다에 따른 경제적 손실이 최소화되고 기계/설비의 운영효율 또한 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 윤활관리항목 중 윤활유의 수분함량, 점도 및 오염도를 윤활 감시장치의 각 센서로부터 측정값을 입력받아 특정 알고리즘을 이용하여 사용목적에 따른 관리기준에 맞추어 예측진단이 가능한 윤활설비의 윤활유상태 검사방법을 제공하여 종래의 기술적 과제를 해결하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 윤활유 배관과 오일탱크 사이에 윤활유를 인입/배출하는 오일펌프와, 윤활유의 온도를 측정하는 온도센서와, 윤활유의 수분함량을 측정하는 수분측정용 센서와, 윤활유의 점도를 측정하는 점도측정용 센서와, 윤활유를 피드백 처리하여 오염도를 측정하는 오염도측정용 센서로 구성된 윤활 감시장치를 이용한 윤활설비의 윤활유상태 검사방법에 있어서, 윤활유 배관으로부터 오일펌프를 구동시켜 오일탱크로 인입하는 윤활유인입단계, 인입된 윤활유의 측정정확도의 향상을 위해 윤활 감시장치 내부에서 수 차례 순환시키는 윤활유순환단계, 순환된 윤활유의 수분, 점도 및 오염도를 측정하여 변환기로 전달하는 센서측정단계 및 측정된 윤활유의 수분측정치, 점도측정치 및 오염도측정치를 기초로 윤활유의 수분상태, 점도상태 및 오염상태를 분석하고 결과를 출력하는 결과분석단계로 구성된 것을 특징으로 하는 윤활설비의 윤활유상태 검사방법을 제공한다.
그리고, 상기 결과분석단계의 수분상태분석결과는, 윤활유의 온도, 상대습도 및 KF(Karl Fischer)방식에 의한 수분함량 측정단계, 상기에서 측정된 온도, 상대습도 및 KF방식에 의해 측정된 수분함량을 이용하여 절대온도(x)와 윤활유내 수분용해도(y)를 아래의 식으로 계산하는 단계
절대온도(x)=1/(273.1+온도)
오일내의 수분용해도(y)=Log[KF방식에 의해 측정된 수분함량/(상대습도/100)],
상기에서 계산된 절대온도(x) 및 오일내의 수분용해도(y)값을 이용하여 1차 선형식을 계산하는 단계 및
y = -1613.8x+7.2462,
상기 1차 선형식에 아래와 같이 윤활유내 수분용해도 계산식을 대입하여 윤활유내의 포화습도를 계산하는 단계
Log[KF방식에 의해 측정된 수분함량/(상대습도/100)] = -1613.8x+7.2462
상기에서 KF방식에 의해 측정된 수분함량=10(-1613.8x+7.2462) ×상대습도/100 를 거쳐 얻어진 결과이다.
또한, 상기 결과분석단계의 점도상태분석결과는, 현재온도에서의 점도를 측정한 후 전류값으로 출력하는 현재온도, 전류값 출력단계 및 상기 단계에서 출력된 현재온도에서의 점도를 사용관리규정에 따라 지정온도의 점도로 변환하기 위해 아래의 식으로 계산하는 단계
V지정온도 = 32 + Vc - Vs
(Vc : 현재온도에서 측정된 점도, Vs : 실험식에 의해 구한 점도) 를 거쳐 얻어진 결과인 것을 특징으로 한다.
이와 더불어, 상기 결과분석단계의 오염상태분석결과는 오염도측정치를 ISO 규격값으로 입력받아 NAS 1638 규격값으로 변환출력를 거쳐 얻어진 결과인 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은 상기 수분상태분석결과는 윤활유내 포화습도가 200ppm미만이 정상범위이며, 점도상태분석결과는 윤활유의 점도가 29.8cSt~35.2cSt가 정상범위이고, 오염상태분석결과는 NAS 1638 기준 등급의 7등급 이하를 정상범위인 것을 특징으로 한다.
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
첨부한 도면, 도 1은 윤활감시시스템의 개략 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 윤활유의 포화습도 실험식에 의한 결과 그래프, 도 3은 본 발명에 따른 윤활유의 점도 실험식에 의한 결과 그래프 및 도 4는 본 발명에 따른 윤활유상태의 검사방법을 이용한 온라인상의 윤활감시시스템의 모니터링 화면예이다.
일반적으로 운영되는 윤활 감시시스템에서 윤활 감시장치의 구성은 도 1에 나타난 바와 같이, 윤활유 배관과 오일탱크 사이에 윤활유를 인입/배출하는 오일펌프와, 윤활유의 온도를 측정하는 온도센서와, 윤활유의 수분함량을 측정하는 수분측정용 센서와, 윤활유의 점도를 측정하는 점도측정용 센서 및 윤활유를 피드백 처리하여 오염도를 측정하는 오염도측정용 센서로 구성된다.
상기 윤활 감시장치를 이용하여 본 발명은 윤활유 배관으로부터 오일펌프를 구동시켜 오일탱크로 인입하는 윤활유인입단계, 인입된 윤활유의 측정정확도의 향상을 위해 윤활감시장치 내부에서 수 차례 순환시키는 윤활유순환단계, 순환된 윤활유의 수분, 점도 및 오염도를 측정하여 변환기로 전달하는 센서측정단계 및 측정된 윤활유의 수분측정치, 점도측정치 및 오염도측정치를 기초로 윤활유의 수분상태, 점도상태 및 오염상태를 분석하고 결과를 출력하는 결과분석단계로 구성된다.
상기 결과분석단계의 수분상태는, 우선 윤활유에 얇은 중합체(Polymer)를 담가 윤활유의 일정 온도 간격으로 상대습도(RH : Relative Humidity)를 측정한다. 그리고, 수분 센서는 이렇게 측정된 상대습도를 전압의 형태로 출력하고, 칼 피쉬어(KF : Karl Fischer) 방식에 의해 수분함량을 측정한다. 일예로 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
Temp RH(%) KF(ppm)
35 25 26.384
40 22 23.603
45 17 28.553
50 15 26.954
55 13 28.774
60 11 25.574
65 9 27.282
상기에서 Temp : 온도, RH(%) : 상대습도, KF(ppm) : 칼 피쉬어 방식에 의해 측정된 수분함량이다.
상기 표 1의 측정값을 이용하여 x(절대온도)와 y(윤활유 내의 수분 용해도)를 계산하는데,
y(윤활유 내의 수분 용해도)=Log[KF값/(RH/100)]
x(절대온도)=1/(273.1+측정온도)
상기 식에 의한 계산된 값을 아래 표 2에 나타내었다.
y=Log[KF값/(RH/100)] x=1/(273.1+측정온도)
2.023401 0.003246
2.030545 0.003194
2.225203 0.003144
2.254532 0.003095
2.345057 0.003048
2.366406 0.003002
2.481634 0.002958
그리고, 계산된 x, y값을 이용하여 1차 선형식의 기울기 및 y절편을 구한다.
y = -1613.8x+7.2462
1차 선형식에 수분 용해도 식을 대입하여 오일의 온도와 상대습도를 이용하여 수분량을 계산한다.
Log[ppm/(RH/100)] = -1613.8/K+7.2462
ppm=10(-1613.8/K+7.2462) x RH/100
상기 실험식에 의한 윤활유의 포화습도결과는 도 2의 그래프에 나타난 바와 같다.
일반적으로 윤활유내의 포화습도가 200ppm미만일 경우는 정상범위로 운영하지만 200ppm 이상의 경우에는 윤활유에 유입된 수분에 의해 짧은 시간 동안 윤활유 중의 자유수분(Free water)이 급격히 증가하여 윤활유가 유화(乳化)되어 점도의 변화를 일으켜 기기가 요구하는 적정 유막을 형성하지 못하여 기기를 손상시키며 심할 경우 기계장치 등에 심각한 고장을 유발하기 때문에 경고처리하여 사고를 미연에 방지해야 한다.
이와 더불어, 상기 결과분석단계의 점도상태는, 점도 센서는 현재 온도에서의 점도를 측정하여 전류값으로 출력한다. 참고로, 발전소 관리규정은 40℃에서의 점도를 기준으로 관리한다. 가정하면, 현재 온도에서의 점도를 40℃에서의 점도로의 변환이 필요하다.
이에 사용될 변환식을 구하기 위해서, Off-line 상에서 장비에 사용되는 점도 센서를 이용하여 일정 온도 간격으로 점도를 측정하고, 일예로 측정한 결과를 표 3에 나타내었다.
온도(℃) 점도(cSt)
30.6 53.5
34.9 42.4
37.8 35.9
42 29.4
49.7 20
65.8 9.5
상기 표 3에 측정된 값을 이용하여 실험식을 구한다.
y = 231.7414 X 0.952331x
y : 점도(cSt), x : 온도(℃)
점도 센서에서 측정된 현재 온도에서의 점도와 실험식에 의한 현재 온도에서의 점도의 차를 40℃에서의 기준 점도 값을 더해서 현재 측정 윤활유의 40℃에서의 점도를 예측할 수 있다.
V40 = 32 + Vc - Vs
상기에서, V40 : 현재 상태에서 40℃ 기준 점도, Vc : 현재 온도에서 측정된 점도, Vs : 실험식에 의해 구한 점도이다.
도 3은 상기의 실험식에 의한 점도 실험 결과 그래프이며, 일반적으로 윤활유의 점도는 29.8cSt~35.2cSt 범위인 것을 점도의 정상범위로 하며, 그 이유는 점도가 29.8cSt미만일 경우는 윤활유가 너무 묽어서 윤활막 형성능이 떨어지고, 35.2cSt를 초과하면 점도가 너무 높아 과부하가 걸리는 문제가 발생하기 때문이다.
또한, 오염도 센서는 광원을 이용하여 단위 면적의 유로에 단위 시간당 오염원이 지나면서 광원에서 발생되는 빛을 차단하는 것을 감지하여 오염원의 갯수를 측정한다. 따라서 오염원을 측정하는 동안 센서에 균일하게 일정량 이상의 오일이 공급되어야 한다. 따라서 리저버(reservoir)에서 펌프를 이용하여 오염도를 측정하는 동안 순환 시킨다.
그리고, 오염도 센서의 측정은 ISO 4406 기준으로 오염원의 크기별로 전압의 형태로 출력한다. 이 전압 형태의 출력 값을 받아 오염원의 크기별로 갯수를 계산한다. 이렇게 계산된 오염원의 개수를 이용하여 발전소의 관리기준인 NAS 1638 기준의 등급으로 변환 출력한다.
여기서, 출력된 오염도가 NAS 1638 기준 등급이 0~12까지 총 13등급으로 나뉘는데, 7등급이하까지는 윤활설비운영에 정상등급으로 처리하고 7등급을 초과한 8등급부터는 경고등급으로 분류하여 조치를 취하는 것이 바람직하다. 이는, 외부 이물질 혼입에 의하여 윤활 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 특히, 오염도는 비정상적인 상태로 윤활설비가 운전될 경우 이들로부터 발생되는 금속 마모입자들의 발생경향을 감시할 수 있어 윤활설비의 안정적인 운전과 사고를 사전에 예방하는데 크게 도움이 될 수 있다.
상기와 같은 방법으로 윤활유의 상태를 검사하는 본 발명을 적용한 윤활감시시스템을 온라인상에서 모니터링하는 일 예를 도 4에 나타내었다. 실시간으로 윤활유의 상태가 각 관리항목별로 검사되어 모니터링 할 수 있으므로 효율적인 관리가 가능함을 알 수 있다.
본 발명에 따른 윤활설비의 윤활유상태 검사방법은 윤활관리항목 중 윤활유의 수분함량, 점도 및 오염도를 윤활 감시장치의 각 센서로부터 측정값을 입력받아 특정 알고리즘을 이용하여 사용목적에 따른 관리기준에 맞추어 예측진단이 가능하여 이를 윤활설비의 관리 시스템에 사용하거나, 나아가 온라인상에서 윤활유상태를 실시간으로 모니터링 하는데 기초자료로 사용하여 윤활설비의 안정적 운영과 운영비 감소 등 효과적인 윤활관리의 다양한 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 윤활유 배관과 오일탱크 사이에 윤활유를 인입/배출하는 오일펌프와, 윤활유의 온도를 측정하는 온도센서와, 윤활유의 수분함량을 측정하는 수분측정용 센서와, 윤활유의 점도를 측정하는 점도측정용 센서와, 윤활유를 피드백 처리하여 오염도를 측정하는 오염도측정용 센서로 구성된 윤활 감시장치를 이용한 윤활설비의 윤활유상태 검사방법에 있어서,
    윤활유 배관으로부터 오일펌프를 구동시켜 오일탱크로 인입하는 윤활유인입단계;
    인입된 윤활유의 측정정확도의 향상을 위해 윤활감시장치 내부에서 수 차례 순환시키는 윤활유순환단계;
    순환된 윤활유의 수분, 점도 및 오염도를 측정하여 변환기로 전달하는 센서측정단계 및
    측정된 윤활유의 수분측정치, 점도측정치 및 오염도측정치를 기초로 윤활유의 수분상태, 점도상태 및 오염상태를 분석하고 결과를 출력하는 결과분석단계로 구성된 것을 특징으로 하는 윤활설비의 윤활유상태 검사방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 결과분석단계의 수분상태분석결과는,
    윤활유의 온도, 상대습도 및 KF(Karl Fischer)방식에 의한 수분함량 측정단 계;
    상기에서 측정된 온도, 상대습도 및 KF방식에 의해 측정된 수분함량을 이용하여 절대온도(x)와 윤활유내 수분용해도(y)를 아래의 식으로 계산하는 단계
    절대온도(x)=1/(273.1+온도)
    오일내의 수분용해도(y)=Log[KF방식에 의해 측정된 수분함량/(상대습도/100)];
    상기에서 계산된 절대온도(x) 및 오일내의 수분용해도(y)값을 이용하여 1차 선형식을 계산하는 단계
    y = -1613.8x+7.2462 및
    상기 1차 선형식에 아래와 같이 윤활유내 수분용해도 계산식을 대입하여 윤활유내의 포화습도를 계산하는 단계
    Log[KF방식에 의해 측정된 수분함량/(상대습도/100)] = -1613.8x+7.2462
    상기에서 KF방식에 의해 측정된 수분함량=10(-1613.8x+7.2462) ×상대습도/100 를 거쳐 얻어진 결과인 것을 특징으로 하는 윤활설비의 윤활유상태 검사방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 결과분석단계의 점도상태분석결과는,
    현재온도에서의 점도를 측정한 후 전류값으로 출력하는 현재온도, 전류값출력단계, 및
    상기 단계에서 출력된 현재온도에서의 점도를 사용관리규정에 따라 지정온도의 점도로 변환하기 위해 아래의 식으로 계산하는 단계
    V지정온도 = 32 + Vc - Vs
    (Vc : 현재온도에서 측정된 점도, Vs : 실험식에 의해 구한 점도) 를 거쳐 얻어진 결과인 것을 특징으로 하는 윤활설비의 윤활유상태 검사방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 결과분석단계의 오염상태분석결과는,
    오염도측정치를 ISO 규격값으로 입력받아 NAS 1638 규격값으로 변환출력하여 얻어진 결과인 것을 특징으로 하는 윤활설비의 윤활유상태 검사방법.
  5. 청구항 2 에 있어서, 상기 수분상태분석결과는,
    윤활유내 포화습도가 200ppm미만이 정상범위인 것을 특징으로 하는 윤활설비의 윤활유상태 검사방법.
  6. 청구항 3 에 있어서, 상기 점도상태분석결과는,
    윤활유의 점도가 29.8cSt~35.2cSt가 정상범위인 것을 특징으로 하는 윤활설 비의 윤활유상태 검사방법.
  7. 청구항 4 에 있어서, 상기 오염상태분석결과는,
    NAS 1638 기준 등급의 7등급 이하가 정상범위인 것을 특징으로 하는 윤활설비의 윤활유상태 검사방법.
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