유분석에 의한 설비진단기술

순환사용의 윤활유 속에 혼입되는 마모분에는 윤활부의 상태를 나타내는 정보가 들어있고, 이것을 이용한 윤활계통과 유압계통의 진단법으로서 SOAP(Spectrometric Oil Analysis Program)법과 페로그래피(Ferrography Methodes)법이 실용화되어 있다. 이는 윤활계통과 유압계통 및 대형 전력용 급유기기의 진단에 유효하다.

SOAP법은 윤활유 속에 함유된 정량금속성분을 분석하여 윤활부의 마모를 초기에 검출하여 진단하는 방법이다. 이 방법은 미국에서 개발되는 항공계를 중심으로 발달해 온 방법인데, 최근에는 일반 산업계에도 적용되고 있다.

베어링, 기어장치, 실린더 등 윤활유 중에서 사용되어지고 있는 기계요소 및 절연유 중에 사용되고 있는 전기부품 등은 유분석에 의한 진단을 행한다. <그림 3>은 윤활유 중에 함유되어 있는 마모금속분의 형상을 표시한다.

이와 같이 윤활 중의 마모분의 크기, 형태, 수를 조사하면, 유중에 사용되어지는 기계요소(Oil-Wetted Component)의 진단이 가능하다.

<그림 4>는 SOAP법의 실시순서를 나타낸 것이다. 피진단 윤활계통으로부터 정기적으로 소량의 샘플유를 채취하여, 분광분석기에 의해 유중의 동, 철, 연 등 금속마모분의 양을 조사한다.

그림 아래 부분에 나타낸 것 같이, 성분별로 금속 마모분의 량을 경향관리함으로써, 윤활계통의 이상과 열화의 조기 발견이 가능하게 된다.

<표 4>는 SOAP분석의 예이다. 분석은 윤활부에 사용되고 있는 제료의 모든 성분원소에 실시하고, 이상이 어느 부분에서 발생하고 있는가를 진단한다. 정상인지 이상인지의 판별은 설비마다 경험적으로 정한 각 원소의 함유율을 토대로 한다.

<표 4> SOAP분석 예

<사진 1> 마모입자 분석

<사진 1>은 마모입자를 확대한 사진들이다. 마모의 형상을 보고 마모되는 원인을 간접적으로 확인이 가능하다.

텍스트 상자: Platelet(판상형) : 박편형 입자로서, 작은 박편들은 박리로 생성되고 큰 판상형은 구름 접촉면의 표면피로가 원인이 되어 발생한다.

<사진 2> Platelet(판상형) - Brass 성분

<사진 3> Platelet(판상형) - 왼쪽(철 성분), 오른쪽(구리 성분)

<사진 4> Chunky(덩어리형) - 왼쪽(구리 성분), 오른쪽(철 성분)

<사진 5> Spiral(나선형) - 철 성분

<사진 6> Spiral(나선형) – 왼쪽(철 성분), 오른쪽(스틸성분)

페로그래피는 윤활유 속에 함유된 소모분의 양과 형태를 분석함으로써 윤활부의 윤활상태를 진단하는 방법이다.

폐로그래피의 원리는 강한 자력에 의해 윤활유 속에 소모분을 분리하여 마모입자를 분석하는 것이다. 그 방법에는 정량페로그래피와 분석페로그래피의 두 종류가 있다.

정량페로그래피의 원리는 <그림 5>에 나타냈다. 시료가 흐르는 방향에 자석의 강도를 세게 하여, 큰 순으로 마모입자를 튜브 내에 배열한다, 이 큰 마모입자의 양과 작은 마모입자의 양을 정량적으로 측정하여, 양자를 비교해서 큰 마모입자가 많은 경우에는 이상으로 판단하는 방법이다.

분석페로그래피는 <그림 6>에 그 원리를 나타낸 바와 같이 자력구배를 갖는 자석 위에 유리판을 기울여 놓고, 여기에 시료를 흐르게 하여 마모분이 큰 순으로 배열시키는 방법이다.

이상과 같이 SOAP법, 페로그래피법 각각 단독으로도 진단이 가능하지만, 양쪽의 진단을 조합함으로써 부족 부분을 서로 보충하게 되어 보다 정확한 진단이 가능하다.

<그림 5> 정량페로그래피 원리도 <그림 6> 분석페로그래피 원리도