Transcript 2. 윤활기초

윤활의 기초
 윤활유의 기능
 윤활용어
 윤활관리(사용유 분석)
윤활의 정의
윤활이란 ?
서로 상대운동을 하는
두 표면간에 발생되는 마찰을
줄이는 것
(두 접촉면 사이의 마찰을 줄이는 것)
윤 활 제 란?
• 마찰을 줄여주는 모든 물질
• 마찰되는 부분을 윤활하여
1. 마찰을 적게하고, 마모를 방지하며
2. 동력소모를 줄여 장비효율을 증가
윤활제의 기능(1)
윤활작용
냉각작용
세척작용
부식 방지
윤활제의 기능(2)
밀봉작용
분산작용
절연작용
열매체작용
윤 활 제
윤활제
윤활유(오일)
그 리 스
윤활제구성
윤활유
윤활 기유
첨가제
그리스
증주제
기 유(Base Oil)
 광유(Mineral)
– 파라핀계 기유
– 나프탄계 기유
 합성유
– PAO, PAG, Silicon, Ester
 지방유
첨가제(Additive)
 요구되어지는 성질을 부여하거나, 부족한
성능을 보강하기 위한 화학적 첨가물
–
–
–
–
–
산화방지제,
청정분산제,
유성향상제,
극압제,
부식방지제,
방청제
소포제
점도지수향상제
유동점강하제
유화제
윤활유 & 그리스 윤활 비교
회전속도
회전저항
냉각효과
누
설
밀봉장치
순환급유
먼지여과
교
환
세부윤활
윤활유
모두적용가능
작 다
크 다
많 다
복 잡
용 이
용 이
용 이
용 이
그리이스
초고속 곤란
회전초기 크다
작 다
적 다
용 이
곤 란
곤 란
곤 란
곤 란
윤 활 용 어

점 도 (Viscosity)
흐름에 대항하는 액체 자체의 저항력을 수치화 한것.
– 점도는 윤활유의 가장 중요한 물리적성상
– 점도는 윤활막 형성의 가장 중요한 인자이고
따라서 윤활유의 내하중성능을 결정한다.
– 같은 조건하에서는 저점도의 액체가 고점도의
액체보다 훨씬 쉽게 흐른다.
– 점도의 표시는 산업용의 경우 Centistokes
자동차용은 SAE 번호로 표시한다.
ISO 점도 등급



산업용 윤활유의 점도 등급은 ISO에서 정한 등급을
사용한다.(ISO VG)
각 점도등급은 동점도의 일정범위를 나타낸다.
– 센티스톡(Centistokes, cSt)의 단위를 사용한다
– 40ºC에서 측정된 수치를 이용한다.
각 등급의 중간값은 상,하위것과 50%의 수치가
차이가 난다.
A COMPARISON OF DIFFERENT VISCOSITY SCALES
Kinematics
viscosity
centistokes
5 6 7 8 9 10 125 15 20 25 30 35 40 50 75 100 150 200 250 300 500 750 1000
Redwood
No. 1
seconds
Saybolt
Universal
seconds
Engler
degrees
38 40
40
45
1.35 1.4
45 50 55 60 70 80 90 100 125 150 200 300 500 700 1000 2000
50
55 60 70 80 90 100 125 150 200 300 500 750 1000
2000
5000
5000
1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.5 3 3.5 4 5 6 8 10 12.5 15 20 30 40 50 75 1000 5
ISO 점도 등급
등급
2
3
5
7
10
15
22
32
46
68
100
150
220
320
460
680
1000
1500
중간점도
(cSt @ 40ºC)
2.2
3.2
4.6
6.8
10
15
22
32
46
68
100
150
220
320
460
680
1000
1500
최소
1.98
2.88
4.14
6.12
9.0
13.5
19.8
28.8
41.4
61.2
90
135
198
288
414
612
900
1350
점도 범위
최대
2.42
3.52
5.06
7.48
11.0
16.5
24.4
35.2
50.6
74.8
110
165
242
352
506
748
1100
1650
SAE VISCOSITY GRADES FOR ENGINE OILS 1
(SAE J300MAR93)
Viscosity (cP) at Temp (oC), Max.
SAE
Viscosity
Grade
Cranking
Viscosity4
(cSt)
at 100oC
Pumping
Min.
OW
5W
10W
15W
20W
25W
20
30
40
50
60
3,250 at -30
3,500 at -25
3,500 at -25
3,500 at -15
4,500 at -30
6,000 at -30
30,000 at -35
30,000 at -30
30,000 at -25
30,000 at -20
30,000 at -15
30,000 at -10
Max.
3.8
3.8
4.1
5.6
5.6
9.3
5.6
9.3
12.5
<9.3
<12.5
<16.3
16.3
21.9
<21.9
<26.9
Polymer Thickening
Multigrades Are Polymer-Thickened, Which Reduces Rate of
Viscosity Reduction with Increase in Temperature
Normal Base Oil
Viscosity
Polymer-Thickened Oil
Temperature
The Polymers Used for Multigrades Are Called “Viscosity Improvers”
SAE VISCOSITY GRADES (GEAR OILS)
SAE
Viscosity
Grade
75W
80W
85W
90
140
250
Maximum Temperature
for Viscosity of
150,000 cP, oC
- 40
- 26
- 12
----------------
Viscosity @ 100oC
Minimum
Maximum
cSt
cSt
4.1
7.0
11.0
13.5
24.0
41.0
---------<24.0
<41.0
----
A COMPARISON OF VISCOSITY CLASSIFICATIONS
Kinematics
Viscosity
(cSt at 40oC)
2000
1000
800
600
500
400
300
200
ISO Viscosity
Grades
1500
1000
880
460
320
220
150
100
80
100
60
50
40
46
30
22
20
15
10
8
6
5
4
3
2
68
32
10
SAE Viscosity
SAE viscosity
grades - engine oils Grades - gear oils
50
40
250
140
30
90
20
10W
85W
80W
7
5
3
2
5W
75W
점 도 지 수 (Viscosity Index)
 오일의 점도가 온도에 어떤 영향을 받는가를
수치로 나타낸 것이다.
1. 액체의 점도는 온도변화에 따라 변화한다.
2. 온도가 올라가면 점도는 낮아진다(묽어진다)
3. 점도지수가 높은 오일은 온도변화에 따른
점도변화가 작음을 의미한다
4. 광범위온도 영역에서 운전되는 기계의
윤활시에 필수적으로 고려해야할 사항이다.
온도에 따른 점도변화
점도지수
1600
1400
1400
1200
Shell Tellus 46
동 점 도
1000
800
600
609.54
557.3
Shel Tellus TX46
400
312.55
255.94
200
175.2
132.07
105.77
74.96
67.
95
0
-10 ℃
0℃
10 ℃
20 ℃
30 ℃
46.00
40 ℃
온
32.
55
30.10
50 ℃
도
23.
92
20.79
60 ℃
18.
15
15.00
70 ℃
14.
16
11.25
80 ℃
8.70
11.
31
90 ℃
9.
6.22
91
100 ℃
주
도(Penetration)
 그리스의 묽고 단단한 정도를 수치로
표현한 것
 혼화주도:1분간 60회 혼화한 후 측정
 불혼화주도:혼화하지 않고 측정
주
도(Penetration)
주
NLGI
액상 Class
고상
Worked Penetration
도
Description
Typical Application
(0.1 mm ,25 C)
000
445 - 475
fluid
밀폐기어
00
400 - 430
semi fluid
밀폐기어
0
355 -385
very soft
중앙급지시스템
1
310 - 340
soft
중앙급지시스템
2
265 - 295
medium soft
볼, 롤러 베어링
3
220 - 250
medium
고속베어링
4
175 - 205
stiff
고속 저하중 베어링
5
130 - 160
very stiff
개방기어
6
85 - 115
block
개방기어
적
점(Dropping Point)
 그리스의 온도가 상승하여 반고체상태에서
액체상태로 변하는 최초온도
 적점의 60~70%를 최고사용한계온도로
본다
전단안정성 (Shear Stability)
 영구적인 점도 상실에 저항하는 오일의 능력을
의미한다.
– 고온에서 매우 심한 기계적 응력을 받는 오일의 경우
점도 및 점도 지수가 영구적으로 손상될 수 있다.
– 긴 고분자물질을 포함하는 오일(다급 점도
엔진오일)의 경우 기계적응력에 의해 고분자물질이
파괴되어 잘게 부서질 수 있다.
– 윤활유의 기유(Base oil)을 선정할 때 매우 중요하다.

유동점(Pour Point)
– 오일의 흐름성을 유지하는 최저온도를
의미한다.(왁스형성)
• 저온에서 운전되는 기계의 윤활에 중요하다.

인화점(Flash Point)
– 불꽃에 의해 오일증기가 점화되는 최저온도를
의미한다.(오일증기의 발화 혹은 자연발화와는
직접연관은 없다)
• 물질의 인화성에 따라 법적 규제 대상이 되기도 한다.

발화점(Fire Point)
– 불꽃에 의해 오일증기 지속적으로 점화되는 최저온도
 산화안정성(Oxidation Stability)
– 산화현상에 저항하는 오일의 능력을 의미한다
• 광유계 오일은 공기중의 산소와 반응한다.
• 산성물질, 카본, 슬럿지, 바니쉬 및 라커상의 물질이 생성된다
• 오일의 수명 또는 보관기간 등을 예측하는데 매우 중요하다.
 산화 (Oxidation)
– 윤활유 주성분인 탄화수소가 산소와 결합하여
제3의 물질로 변하는 현상
– 산화원인
• 공기, 열, 촉매(철,구리,녹,먼지), 수분
– 산화결과
• 부식성 산 및 슬러지를 형성 =>사용수명 단축
 전산가(Total Acid Number,TAN)
– 1g의 오일시료에 포함된 산성물질을
중화시키는데 필요한 KOH량을 측정
– 투여된 KOH의 량과 같은 당량의
산성물질이 시료에 포함되어 있음을
의미한다.(mgKOH/g)
 항유화성(Demulsibility)
– 오일에 혼합된 물을 분리하는 능력을
나타낸다.
• 물의 혼입에 의해 영향을 많이 받는 터어빈,콤푸레셔 및 유압장비에 매우
중요한 성상
 방기성(Air Release)
– 유면밑에 잡혀있는 공기방울(bubble)을
유면위로 내보내는 오일의 능력을 나타낸다.
• 시료의 부피가 0.2%줄어들때까지, 유면내에 잡혀있는 공기방울이
빠져나가는데 필요한 시간(분)으로 나타낸다.
• 국부적인 오일막손상,과열 및 동력손실 등을 방지하는데 매우 중요하다.
 기포성(Foaming)
– 유면위에서 오일 및 공기에 의해 형성되는
거품(foam)의 형성정도를 나타낸다.
• 과도한 교반이나 air leak에 의해 발생할 수 있다.
• 외부로 부터 수분이나 기타 불순물 혼입에 의해 악화된다.
• 펌프,기어 및 비산급유에 의해 윤활되는 기계장치에 윤활불량 또는
기계적 망실을 가져올 수 있다.
 상용성(Compatibility)
– 오일이 문제를 일으키지 않으면서 다른
물질과 혼합되는 성질을 나타낸다.
• 사용윤활유는 고무재질의 씰 및 호스와 상용성이 있어야 한다.
• 그외 플라스틱, 접착제 혹은 페인트와의 상용성도 매우 중요하다.
• 일부 합성유의 경우 금속표면을 공격하기도 한다.
상용성 (Compatibility)
광유계 상용성 페인트표면 영향
페인트와의 적합성
광유계
수
없음
수
PAO, 알킨벤젠
수
없음
수
폴리글리콜
불가
중
인산에스텔
양
있음
사용유 분석
사용유 분석은 장비 보전의 최우선 방법이다.
왜 사용유 분석을 하는가?
오일의 상태를 분석
더 사용할 수 있는가 판단
문제발생시
해결책을 찾고자
사용유 분석으로 얻을 수 있는 이점

설비 유지 비용 감소

설비 가동 비율 증가

설비 안전도 증가

Oil Drain 간격 연장

장비수명 연장
비용절감
사용유 분석의 구성
사용유 분석
장비 상태 파악
윤활유 상태 파악
금속분 함량 체크
물리적/화학적 체크
사용유 분석
동점도
TBN/TAN
수분
인화점
불용해분
----------금속분 함량
점도 (Viscosity)
• 윤활유의
가장 중요한
특성으로 사용유 분석의 기본
• 점도의 증가/감소 확인으로
판단
점도 (Viscosity)
• 자동차용
윤활유
• 40℃ : 신유대비 +/- 20%
•산업용 윤활유
• 40℃ : 신유대비 +/- 10%
점도 증가의 원인 및 영향
Viscosity
점도증가
영향



유동 저항성 증가
열 분산력 감소
불용해분 증가
산화
수분 함량
저온 유동성 감소
이종오일 혼입
Time
부적절한
오일 사용
점도 저하의 원인 및 영향
(점도 증가보다 위험성이 큼)
연료유 혼입
첨가제 고갈
Viscosity
낮은 점도
영향
• 윤활막 감소
• 마모율 증대
• 씰링기능 감소
이종 오일 혼입
부적절한
오일사용
Time
수
분(Water Content)
영향
접촉면의 오일을 제거 => 마모 & 손상
녹발생 => 산화촉진
불순물이나 열화생성물과 결합 => 슬러지 생성 => 산화
촉진
-----------
수
분(Water Content)
관리
선박용 윤활유 => 0.2~0.5 wt% 이하
산업용 윤활유
유압유, 터빈유, 냉동기유 : 0.2 wt% 이하
기어유, 습동면유 : 1.0 wt% 이하
-----------
수
분(Water Content)
Crackle Test란?
오일 속에 수분이 혼입되어 있는지 알아 보는 간이 시험
법
Positive : 수분 혼입으로 판단
=> 정밀 테스트
Negative : 수분 혼입이 없슴
-----------
전산가 (Total Acid Number)
윤활유내에 포함되어 있는 산성성분의 양
Acid
TAN
Acid
정제도가 잘 된 윤활유에는 유기산이나 무기산이 없다.
전산가 (Total Acid Number)
관리치
유압유,기어유, : 1.3 mg/KOH 이하
터빈유 : 0.3 mg/KOH 이하
Acid
전
산
가
운전시간
TAN
Acid
전염기가 (Total Base Number)
•오일이 산에 대하여 어느 정도 방어능력이 있는지를 나타내는 수치
(산중화능력 ) => 자동차용/선박용 엔진오일
•이수치가 높을수록 산에 대한 방어능력이 크다.
전
염
기
가
운전시간
인화점 (Flash Point)
열을 가하여 증기상태로 되는 오일에 불을 붙였을 경우
순간적으로 불이 붙는 온도
인화점이 30℃ 정도 감소하면 연료유 혼입여부를 확인
인화점 감소(연료유혼입)
연료유 혼입
영향
마모율 증가
윤활막 감소
씰링 기능 감소
연료소모 증가
불완전 연소
링 마모
과도한
연료공급
라이너 마모
불용해분(Insoluble)
 사용유에 포함되어 있는 용제에 녹지
않는 이물질
– 펜탄 : 산화생성물+금속마모분
– 벤젠 : 금속마모분
불용해분
불용해분
외부유입물질
검 댕
산 화
마모분
영향
 오일의 고점도화
 마모
침점물 생성
필터 막힘
불용해분(Insoluble)
 관리치
– 선박용 : 1.5 wt% 이하
– 산업용 :
• 유압유 : 0.2 wt% 이하
• 기어유 : 1.0 wt% 이하
금속 마모분 (Metal Content)
금속 마모분 발생 추이
금속마모분
( ppm )
Break
In
Normal
가동시간
Accelerated
Wear
금속마모분 발생원인
원소성분
원인
칼슘(Ca), 바륨(Ba)
첨가제 (분산제 etc.)
인(P), 황(S)
첨가제 (극압첨가제)
실리콘(Si)
먼지 -> 에어필터 확인
알루미늄(Al)
피스톤, 베어링
철(Fe)
피스톤링, 실린더라이너,
크랭크 및 캠샤프트
크롬(Cr)
피스톤링, 실린더
구리 (Cu)
베어링, 부싱, 오일쿨러
납 (Pb)
베어링
주석 (Sn)
베어링, 캠샤프트 부싱
CYLINDER LINERS
(Fe, Si)
CAM FOLLOWER
(Fe,Cr)
PISTONS
(Sn PLATED
MALLEABLE IRON)
CAMSHAFT BEARING
(Cu,Pb,Sn,Zn)
CAMSHAFT
(Fe)
UPPER CONNECTING
ROD BEARING
(Cu,Pb,Sn)
BLOWER
ROTORS
(Al,Si)
CRANKSHAFT
(Fe)
CONNECTING ROD
BEARINGS
AND MAIN BEARINGS
(Pb,Sn,Cu)
PISTON RINGS FIRE
AND COMPRESSION
(Cr PLATED )
OIL CONTROL
(Fe)
Detroit Diesel Allison
CRANKSHAFT AND
CAMSHAFTS
(Fe)
Oil Condition Change During Service
점도
TBN
금속분
불용해분
가동시간
사용유 분석의 기본

왜 하는지? ==> 정확한 목적

적절한 테스트 법

잘 채취된 샘플

정확한 분석

Action
샘플링 시 주의사항
 정상가동상태에서 샘플링 할 것
순환되고 있는 오일을 샘플링 할 것
전과 동일한 방법으로 샘플링 할 것
전과 동일한 장소에서 샘플링 할 것
오일 교환 후 바로 샘플링 하지 말 것
많은 신유 보충 후 샘플링 하지 말 것
샘플링 용기를 깨끗이 세척할 것
사용유의 현장시험 방법
•색 : 투명한 유리병에 담아 신유와 색상대비
*크림색 : 수분의 혼입으로 판단
•수분 : 뜨거운 칠판위에 떨어뜨려 탁탁튀면
0.1 % 이상수분 함유
•침전물, 악취, 투명도, Spot Test
Q&A
AOB