KR20110052074A - 윤활유 열화상태 감지 센서 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중 대형 공장이나 선박에 사용하는 기계 및 엔진 윤활유의 열화정도를 전기적 방법을 사용하여 실시간으로 측정/표시하고, 그 측정값에 근거하여 공작기계/선박엔진에 공급되는 윤활유의 열화정도를 사전에 감지하는 장치에 관한 것으로서, 세라믹 센서는 기공성 세라믹과 그 기공성 세라믹의 양측에 전원을 가하기 위한 전극판을 포함하여 구성되고: 기계용 윤활유 감시 장치는 윤활유 관 주위에 설치하여 윤활유 열화로 인해 발생되는 잔존물 중 탄소성분이 함유된 도전성분에 의거 그에 상응하는 누설전류가 센서에 의해 발생되면 그 누설전류를 계측기에 의거 그에 상응하는 도전성분의 크기로 윤활유 열화정도를 감지할 수 있다. 상기 산출된 잔존가스의 성분량에 의거 윤활유 열화정도를 경보로 표시하거나 데이타를 컴퓨터에 전송되므로서 원격에서 윤활유 상태를 감지할 수 있는 시스템을 구성할 수 있다.
누설전류법, 기공세라믹 센서, 전원 공급용 전자기판, 열화상태 감지 표시등, 윤활유 상태 감지시스템
Description
본 발명은 기간산업체의 기계설비 및 선박엔진에 사용되는 윤활유 사용 상태를 조기 진단하여 마찰 마모로 인해 발생되는 손실을 줄이고, 윤활유의 적정관리를 통하여 자재보관관리, 설비개선의 정비, 조업중단에 의한 검사, 유분석, 유압기기 불량여부 판단을 통해 하고 있으나 본 발명은 윤활유의 열화 상태를 다공성세라믹(Porous Ceramic Sensor)센서를 이용한 표시등 및 온라인 진단 시스템을 개발하여 실 산업체에 적용하도록 하는 윤활유 열화상태 감지센서 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 기간산업체의 기계설비 및 선박엔진에 사용되는 윤활유 사용 상태를 조기 진단하여 마찰 마모로 인해 발생되는 손실을 줄이고, 윤활유의 적정관리를 통하여 자재보관관리, 설비개선의 정비, 조업중단에 의한 검사, 유분석, 유압기기 불량여부 판단을 통해 하고 있으나 본 발명은 윤활유의 열화 상태를 다공성세라믹(Porous Ceramic Sensor)센서를 이용한 표시등 및 온라인 진단 시스템을 개발하여 실 산업체에 적용하도록 하는 윤활유 열화상태 감지센서 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 중. 대규모 공장의 기계설비나 선박엔진에 공급되는 윤활유 상태 를 조기에 감지하므로써 기계의 마모를 방지하고, 수명을 장기간 유지할 수 있다는 점에서 기계부품구입비, 교체비용, 윤활유 사용량을 줄일 수 있다. 아울러 기계의 마찰손실을 줄임으로써 에너지 손실량을 저감 시킬 수 있고 윤활유의 대량폐기에 따른 환경오염을 줄일 수 있다. 현재 국내에서는 오염분석법에 의거 윤활유에 함유된 마모입자를 샘플링 하여 분석하는 방법에 의존하고 있으나 샘플링 타임이 간헐적인 진단만으로는 불안정할 뿐만 아니라 여러 가지 해석의 복합적 적용은 미미한 실적이고 형태 성분이 불분명하고 측정치가 불안정하다. 대부분의 현장에서는 주기적인 사이클을 주고 교환하는 방식을 취하고 있어 데이터의 신뢰도가 떨어지고 있다. 외국에서는 온도법에 의한 진단법을 채택하고 있는데 취급이 간단하고 가격이 저렴한 장점이 있지만 방열시 온도변화가 적고 열전달 시간이 느린 결점이 있다. Ferrograph법은 미국인 Seifert에 의해 개발된 방법으로 윤활유 식별이 뛰어난 방법으로 윤활유 열화 시 발생된 미립자 형태를 광파이버를 통하여 농도의 정도와 부위를 측정할 수 있다. 단점으로 가격이 비싸다는 점과 고도의 숙달된 기능이 필요하며 비철입자에 대해 감도가 약한 결점이 있다. SOAP(Spectrometic Oil Analysis Program)법은 검출기능이 뛰어나다는 점과 금속원소 농도로 윤활유 상태를 추정하는 방식으로 가격이 비싸고 큰 마모입자에 대한 검출능이 저하되고 샘플링 처리에 따른 측정절차가 복잡하다. 고주파 진동법은 접촉 축수에 부착하가가 용이하나 노이즈에 약하며 고도의 신호처리가 필요하고 고가의 비용이 든다. 저주파 진동법은 유막이 불안정하고 진동검출이 뛰어난 반면 파형해석에 고도의 해석이 필요하고 고가의 단점이 있다. (도 1) 본 발명은 이러한 단점을 보완하여 저가의 전기적 진단 법을 채택한 것으로 윤활유 열화로 인하여 발생되는 도전성 가스(주성분은 탄소)를 고압 전원장치가 인가된 기공세라믹 센서에 전극을 삽입하여 그 저항치의 변화 상태를 감지하므로써 윤활유의 열화 상태를 감지할 수 있다.
[ 종래기술의 문헌정보 ]
[문헌1] Griffo, A., Marszalek, A. and German, R. m., " Statistical Analysis of Lubricant Particle Size Effects on Ferrous P/M Alloys", International Journal of Powder Metallurgy, vol.34, no.5, pp. 55-65, 1998. [
[문헌2] 공호성, 권오관, 한흥구, "분광분석법을 이용한 윤활유 오염물 및 마모입자 분석에 있어서의 문제점 고찰", 한국윤활학회지, vol.17, no.1, pp.16-21, 2001
[문헌3] 안효석, "마찰, 마멸과 윤활유 분석에 의한 기계상태 진단", 대한기계학회지, vol.32, no.11, pp.917-926, 1992
[문헌4] 全永甲. 高橋恪. 堀康彦. 泉邦和"세라믹센서를 이용한 變壓器 絶緣由劣化 診斷裝置의 開發" 일본전력중앙연구소, 한국전기연구원, 한국전력공사 공동연구, 1998.
본 발명은 윤활유 열화정도를 측정하기 위한 세라믹 센서 및 그를 이용한 표시등에 관한 것으로서 보다 상세하게는 윤활유 공급배관에서 발생되는 열화된 가스 를 화학적 방법 대신 전기적 방법을 사용하여 실시간으로 측정/표시하고, 그 측정값에 근거하여 기계설비 및 선박 엔진에 공급되는 윤활유의 양부를 판정할 수 있는 세라믹 센서 및 그 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 윤활유가 열화되었을 때 발생되는 가스 중 도전성분을 지닌 탄소, 산성분, 기타 분해된 가스의 도전성분을 감지하기 위하여 세라믹 센서를 도 4와 같이 구성한다. 센서에 사용되는 세라믹은 일정 크기의 기공을 형성하고, 상기 기공에 흡착되는 도전성분이 병렬저항으로 작용하기 위하여 기공세라믹의 구조; 기공 세라믹과 전극간의 절연을 위해 일정한 간격으로 전극판을 지지하도록하고 삽입된 전극판과 절연충전체는 한 쌍의 리드선이 삽입된다.; 상기 한 쌍의 전극판에 연결된 리드선은 외부에서 인가되는 전원장치 연결선 ; 인가된 전압에 의해 변화된 전류신호를 출력하기 위한 전자기판 및 그 터미널 ; 상기 각 리드선간을 상호 이격 절연하는 절연성 뚜껑이 포함된 것을 특징으로 한다.
기계 및 선박 엔진에 사용되는 윤활유의 적정 관리가 경제적 효과로 볼 때 현 산업계에서 중요한 현안으로 대두되고 있는 실정에서 본 발명품을 사용하였을 때 윤활유 열화 상태를 정확히 파악한다면 기계의 마모를 방지하여 기계수명을 연장시킬 수 있다. 또한 기계의 마찰 손실을 줄이므로써 에너지 손실량을 저감할 수 있고 부품교환 비용을 절감할 수 있을 뿐만 윤활유의 다량폐기에 따를 환경오염을 줄일 수 있다.
본 발명에서 기준이 되는 목적물질로서 탄화수소(Hydrocarbon)를 설정하였다. 현재 사용되는 모든 원유는 액체상 탄화수소의 혼합물로서, 소량의 황화합물과 질소산화물 및 산소화합물로 구성되어 있으며, 이러한 원유의 각 조성을 무게％(중량 백분율)로 나타내면 탄소 83～87％, 수소 11～14％, 황 5％ 이하, 질소 0.4％ 이하, 기타 금속(회분) 0.5％이하의 범위로 나타낼 수 있다.
윤활유가 원유에서 나온 액상체이기 때문에 상기와 같은 성분을 가지고 있다. 상기 조성별 백분율에서도 알 수 있듯이, 윤활유에는 다량의 탄화수소가 함유되어 있으므로 이것을 기준물질로 하여 윤활유가 열화 되어 분해된 가스상 물질을 검출할 수 있다. 그 성분 중 탄화수소가 대부분을 차지하고 있다. 탄화수소의 전기적 물성치를 살펴보면 입자 반경 0.16 Å, 저항율 0.0019(Ω), 전류밀도 9.5 A/cm2 의 전도성 원소이다.
상기와 같은 탄소성분의 목적물질을 검출하기 위해서 기공세라믹 센서를 사용하는데, 기공의 크기가 일정한 오픈 포어 셀(Open Pore Cell)내의 기공(氣孔)사이에 가스상 물질이 침투되었을 때, 외부에서 전계를 가하면 상기 가스상 물질이 이온화 되면서 체인(Chain)처럼 배열되어 이곳을 통과하는 도전성가스로 인하여 미세한 전류가 흐르게 되는 원리, 그리고 이때 동일한 크기의 전계를 가하더라도 상기 가스상 물질의 성분에 따라 검출되는 전류의 크기가 변화하는 원리를 이용한 것이다.
본 발명에 따른 윤활유 분해가스를 측정하기 위한 기공세라믹 센서는 도전성 성분이 통과하는 순간 기공이 형성된 센서에 전기적 회로를 구성시키면 일정하게 인가된 전압에 따라 병렬저항 회로가 구성되어 I=V/R(R=병렬저항), 전압 V를 일정하게 인가할 경우, 저항 R (윤활유 분해가스)이 변화함에 따라 센서에서 유기되는 누설전류 I가 변한다.
기공세라믹 센서는 여러 종류의 무기화합물로 제조될 수 있으나, 본 발명에서는 도 2와 같이 격자모양이 면심입방체(FCC)인 코런덤(Corrundum) 구조를 가지고 있어서 내화학성이 특히 우수한 알루미나 (Alumina)재질을 사용한다. 기공세라믹 센서의 제조방법으로는, 먼저 세라믹 분말(Ceramic Powder)를 콜로이드(Colloid) 상태의 슬러리(Slurry)로 만들어, 포리우레탄 폼(Polyurethane Form)에 함침시켜 일정한 두께로 도포한 후, 과잉의 슬러리를 제거하여 건조시킨 다음, 이후에는 기존의 세라믹 제조 공정에 따라 제조하는 방법을 사용한다. 센서재료로서 도 3과 같은 전하밀도와 이동도가 적은 분체층 모델을 사용한다.
센서에 삽입된 두 전극은 평행한 두 전극의 단위면적을 사용하여 컨덕턴스(Conductance)가 계산된다. 상기와 같이 제작된 기공 세라믹 센서를 윤활유가 통과하는 부위 액상에 삽입하여 놓으면 포터블(Portable)계측기나 원격조정 계측기에 의해서 항시 실시간으로 윤활유의 도전성분을 실시간으로 표시등 혹은 컴퓨터 전송으로 감시 판정할 수 있다.
측정된 값이 판정 기준치 이상으로 올라갔을 때 표시등에 의한 감시도 가능하다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 세라믹 센서의 외형도로서, 일정 크기의 기공이 형성된 원기둥형 기공세라믹(11): 상기 기공 세라믹(11)의 하면을 지지하는 원형 링의 절연지지판(12); 상기 기공세라믹의 상면에 형성된 원기둥형의 절연 충전체(充塡體)(13): 상기 기공세라믹(11) 및 절연충전체(13)내에 종방향으로 삽입되어 그들(11),(13)을 3등분하는 2개의 전극판(14, 14a)의 타단이 외부로 노출되도록 하여 상기 절연 충전체(13)의 상면을 덮되 상기 각 리드선간을 상호 이격 절연하는 절연성 뚜껑(15); 및 상기 절연 충전체의 외면에 일체로 형성된 숫나사 형태의 결합부(16)와 상기 결합부(16a)의 상단에 형성된 나사 머리부(17)를 가진 결합나사(17a)로 구성되어 있다.
상기 한 쌍의 전극판(14, 14a)은 에칭(Etching)도금된 스테인리스강의 재질로 제작하고 가로 1m/m x 세로 1m/m의 메쉬(Mesh)를 가지되, 메쉬의 가공은 전자빔으로 에칭(Etching)하여 표면이 매끄럽도록 하며, 상기 결합나사(17)는 내열성이 강한 재질을 사용하여 제작한다. 또한 상기 전극판(14,14a)은 센서 자체의 내전압 절연거리에 적합하게 거리를 유지시켜 상기 충전체에 의해 지지 절연되도록 하고, 상기 리드선(16, 16a)도 상기 절연 뚜껑(18)에 의해 지지 고정되어 상호 내전압 절연거라가 유지되도록 한다.
도 5(a)는 상기 세라믹 센서를 작용하는 윤활유 속에 삽입했을 때 동작하는 센서의 작용 원리도로 축 방향으로 연결된 센서 몸체에 열화된 윤활유가 통과할 때 도 5(b)와 같은 전기저항의 변화 상태를 나타낸다. 도 6은 도 4와 같이 구성된 세라믹 센서(10)를 이용한 윤활유 열화상태를 측정하는 측정 장치의 블록도로써, 상기 센서(10)에 전압을 인가하여 누설전류를 측정, 출력하는 DC고압 발생부(30)로부 터 출력되는 누설전류 및 별도 설치된 온도센서(20)로부터 윤활유 온도가 측정된다.
윤활유 열화 가스성분은 전기적인 신호가 제어부(40)에 연결되어 열화된 가스 농도를 간접적으로 측정할 수 있다. 상기 DC 고압 발생부(30)로부터 누설전류치와 온도센서에 의거한 온도는 일단 증폭기(Ampli- fier)(41, 42)에 의해 각각 증폭된 후, 마이크로 프로세스(Micro Processor)(43)의 아날로그/디지털(A/D) 컨버터에 의한 디지털 데이터로 변환 출력되거나 경보표시등으로 나타낼 수 있다.
이때, 상기 증폭기(41,42)는 누설전류를 측정함에 있어서 상기 DC 고압발생부(30)와 상기 마이크로 프로세서(43)간의 공통접지의 문제점을 해결하기 위하여 절연(Isolation)증폭기를 사용한다.
이어서 CPU(45)는 자체 내장된 램(RAM)에 의해 미리 저장한 프로그램에 따라, 상기 증폭 입력된 누설전류 데이터와 온도 데이터를 저장하여 수시로 출력할 수 있게 한다. 키(Key)조작부(48)는 상기 측정치를 저장, 전송할 수 있도록 사용자의 명령을 입력하는 기능을 수행하며, PC용 시리얼 포트(Serial Port)(49)는 현장에서 측정된 데이터(Data)를 일시적으로 저장하는 램(RAM)과 영구적으로 소프트 웨어를 저장하는 롬(ROM)기능, 데이터(Data)전송을 위한 통신 포트 기능을 갖춘 프로세스를 사용하였으며, 이와 같은 마이크로 프로세스와의 신호 입출력은 키보드(KEY-BOARD)기능을 가진 키패드(KEY-PAD)에 의하여 이루어진다. 원격 감시 시스템의 경우에는 도 6과 같은 측정장치의 외함에 전송용 모뎀(Modem)을 설치한 후 일반 전화 통신회로를 통하여 감시반에 연결되면, 원거리에 위치한 사무실에서 윤활유의 열화 상태를 모니터링 할 수 있다.
도 1는 윤활유 상태 감지 장치 비교도
도 2는 윤활유 열화상태 감지 센서의 내부구조도
도 3은 윤활유 열화상태 감지 센서의 개념도
도 4는 윤활유 열화상태 감지 센서의 구성도
도 5는 윤활유 열화상태 감지 센서의 작용 원리도
도 6은 윤활유 열화상태 감지 시스템의 블록 다이아그램
도 7은 윤활유 열화상태 감지 센서 및 시스템의 종합 구성도
Claims (3)
- 일반 공장 기계장치 및 선박엔진의 윤활유 열화 상태를 실시간으로 감지하는데 있어, 상기 기공세라믹에 열화된 윤활유의 가스성분이 일정크기의 기공을 통과할 때 그 도전성 물질이 병렬저항으로 작용하기 위한 기공 세라믹과, 기공세라믹의 절연을 위한 절연 지지판과, 기공세라믹에 장치된 전극간의 절연을 위한 절연 충전체(充塡體) 기공세라믹 및 상기 절연 충전체내에 종방향으로 각각 일정간격을 두고 삽입되어 충전체에 의해 지지 절연하기 위한 한쌍의 전극판을 구비한 것을 특징으로 하는 윤활유 열화상태 감지 센서 및 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 한 쌍의 전극판에 각각 연결되어 외부에서 변화된 전류신호를 출력 할 수 있는 전자기판. 상기 DC 고압발생부(30)로부터 누설전류치와 온도센서에 의거한 온도는 일단 증폭기 (Amplifier)의 기능과, 마이크로 프로세스(Micro-Processor)(43)의 아날로그/디지털(A/D) 컨버터에 의 디지털 데이터로 변환 출력되거나 경보 표시등. CPU(45)는 자체 내장된 램(RAM)에 의해 미리 저장한 프로그램에 따라, 누설전류 데이터와 온도 데이터를 저장하여 수시로 출력할 수 있는 기능을 특징으로 하는 윤활유 열화상태 감지 센서 및 시스템.
- 제1항에 있어서, 원격 감시 시스템을 외함에 전송용 모뎀(Modem)을 설치한 후 일반 전화 통신회로를 통하여 감시반에 연결되면, 원거리에 위치한 사무실에서 윤활유의 열화 상태를 모니터링 할 수 있는 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 윤활유 열화상태 감지 센서 및 시스템.
Priority Applications (1)
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| KR1020090108961A KR20110052074A (ko) | 2009-11-12 | 2009-11-12 | 윤활유 열화상태 감지 센서 및 시스템 |
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| KR20110052074A true KR20110052074A (ko) | 2011-05-18 |
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ID=44362250
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| KR (1) | KR20110052074A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160098616A (ko) | 2015-02-09 | 2016-08-19 | 현대중공업 주식회사 | 선박 엔진 윤활유 상태 진단 시스템 |
-
2009
- 2009-11-12 KR KR1020090108961A patent/KR20110052074A/ko not_active Application Discontinuation
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