윤활 급유법

윤활 급유법

1. 윤활 급유법 선정의 사전검토 항목

(1) 윤활 개소의 조건

윤활장치를 결정하려면 윤활 개소가 요구하는 윤활 작용, 윤활 개소의 수가 중요한 요소로 된다. 윤활 개소의 수가 적어서 단지 마찰과 마멸을 감소시키려고 할 경우에는 수동급유 또는 자기순환급유(自己循環給油)와 같이 구조가 간단하고 염가인 급유장치만으로도 충분하다. 윤활 접촉면의 온도가 높고, 냉각을 필요로 하는 경우에는 순환급유장치가 적당하다.

그러나 윤활 접촉면의 상황 및 환경 조건에 의하여 윤활유를 사용할 수 없는 경우에는 윤활 접촉면의 냉각 방법과 윤활 접촉면의 재질을 고려한 내열 그리스의 수동급유 또는 집중급유장치를 선정한다. 동일 기계 또는 설비에 다수의 윤활 개소가 있을 경우에는 순환급유장치, 집중급유장치와 같은 강제 순환방법을 선정한다.

(2) 윤활제

베어링 이외의 대부분의 윤활 개소에는 윤활유를 사용하고 있고, 자기순환급유 방법 또는 강제윤활 방법이 채용되고 있다. 구름 베어링은 마찰계수가 작고, 규격화되어 있어 손질, 취급 및 보수관리가 용이하기 때문에 기계의 베어링에 많이 사용되고 있다.
일반적으로 미끄럼 베어링은 윤활유를, 구름 베어링에는 그리스를 사용하고 있다. 그러나 베어링에 고속회전에서 그리스를 사용하게 되면 온도상승, 녹아붙음(Seizure) 등의 문제가 발생하기 때문에 윤활유를 사용하지 않으면 안 된다.

구름 베어링의 윤활제 선정 기준으로는 일반적으로 한계 dn값이 사용되고 있는데, 실제 선정에는 베어링 제조업체의 기술자료를 참조하는 것이 좋다. 허용 회전수를 넘으면 고속의 경우에는 급유방법, 윤활제를 바꾸는 것으로만 해결할 수 없고, 베어링 재질과 베어링 구조 등을 바꾸어야 되므로 베어링 제작회사와 상의하여 급유방법과 윤활제를 결정할 필요가 있다.

(3) 급유위치

크레인 등과 같이 윤활부위가 높은 곳에 있는 기계나, 위험하기 때문에 운전 중에 가까이 접근할 수 없는 기계의 급유에는 자동급유장치 또는 급유 빈도가 적은 급유방법을 채용한다. 그러나 급유장치는 가능한 한 점검 및 윤활제의 공급이 용이한 위치에 설치한다. 윤활유 또는 그리스를 수동급유로 공급하는 경우, 직접 윤활 개소에 급유하기 어려운 곳은 배관을 사용하고, 윤활제를 공급하기 쉬운 장소에는 공급구를 설치한다.

(4) 급유빈도와 윤활개소

윤활제를 연속적으로 또는 간헐적으로 공급해야 하는가는 윤활 부분의 구조와 사용개소에 의하여 결정된다. 미끄럼 베어링, 기어 및 고속회전의 구름 베어링 등은 윤활유의 연속급유가 필요하고, 윤활유의 발열이 적은 경우에는 적하급유 또는 자기순환급유로도 좋다.
그러나 발열량이 많은 경우에는 강제순환 급유장치가 필요하게 된다. 저·중속의 구름 베어링에서는 그리스 급유가 주체로 되는데, 밀봉장치의 구조, 사용환경에 의하여 급유빈도가 1일 이하의 경우에는 수동급유장치를 사용하는 것이 바람직하다.

(5) 기타 급유장치와의 관계

강제윤활장치를 설치할 경우 종류가 다른 급유장치를 많이 사용하면 급유장치의 관리, 취급, 예비부품의 관리면에서 바람직하지 못하다. 따라서 동일계통의 급유장치, 예를 들면 그리스의 집중급유장치에 대해서는 파벌형 급유장치로 통일하여 설치하면 급유장치가 고장났을 때, 장치사이에서 예비부품을 교환할 수가 있어 예비부품의 보유수를 적게 할 수가 있다.

이상의 항목을 종합적으로 검토하여 설치비와 유지비가 저렴하고 충분한 신뢰성과 구조가 간단한 급유장치를 선정한다.

(6) 급유 방법의 검토

1) 급유방법의 확립

급유방법의 확립과 개선을 중점으로 한다. 기계의 급유개소에 정해진 기름을 정해진 방법과 양으로 확실히 급유하기 위해서는 적정한 급유장치, 방법, 분담을 확립하지 않으면 안 된다. 그것을 종합해 보면 <표 1>과 같이 된다.

<표 1> 급유법의 종류와 특징

(주) ◎:특히 바람직한 것, ○:바람직한 것, ×:바람직하지 못한 것, △:○,×의 중간

<표 1>에서 일반적으로 전손식(全損式)의 부분은 오퍼레이터가 시동 전에 적량급유 혹은 급유량 조절을 분담한다. 반복사용의 부분은 오일맨이 정기적 점검이나 보충, 갱유를 담당한다. 특히 급유구나 조절부가 기계의 뒷 면이나 손이 닿지않는 곳에서는 잊거나 버려둘 염려도 있다. 보기 쉬운 장소, 확실히 급유할 수 있다고 하는 것은 중요한 조건이다.

이와 같은 점은 오일 맨에도 꼭 들어 맞는다. 때로는 기름값보다 급유의 인건비가 비쌀 경우도 있어서 간단한 집중급유장치를 연구해서 부착하거나 어느 정도 비용을 들여 장치를 구입해서 부착해도 충분히 수지가 맞을 경우도 있으므로 다시 한번 생각해 본다.

또 유종의 틀림을 방지하기 위한 연구도 중요하다. 큰 회사의 윤활유 메이커의 대부분은 유종 상품명을 표시하는 레이블을 준비하고 있으며 유저에 제공하고 있는 곳이 있으므로 급유구, 급유기기, 유조 등에는 이 종류의 레이블을 첨부해서 틀린 급유를 방지하는 것도 좋은 방법이다.

급유 방법은 다양하여 마찰면의 윤활에 가장 효과적인 것을 선정하여 낭비가 없는 효율적인 방법을 쓰지 않으면 안 된다. 아무리 훌륭한 급유장치라 하더라도 그 취급을 그르치면 아무런 효과도 없을 뿐 아니라 대형 사고의 위험이 있으므로 급유방식과 특징, 그 취급과 보전을 철저하게 익히지 않으면 안 된다.

급유방식은 크게 나누면 전손식(全損式) 급유방식과 반복사용식 급유방식이 있어 그 특징, 사용 사례를 <표 2> 및 <표 3>에 제시한다.

<표 2> 전손식(全損式) 급유방식

윤활 방식	그 림	특 징	사용 예
손급유		사람의 손에 의하여 주유관을 사용하여 급유한다.	방적용 기계, 인쇄기, 공작기계 등 회전속도가 느린 것
적하 급유		유리용기에 오일을 넣어두고 급유량을 조절하면서 급유한다	엔진, 펌프, 컴프레서, 공작기계 등
심지 급유		심지가 한쪽 끝에서 빨아올리고, 동시에 다른 한쪽에서 적하하는 작용을 이용한 것	기관차. 소형 전동기 등
기력 급유		가시 적하급유기에서 중편에 의하여 적하된 오일을 펌프플런저에 의하여 송유관에 보낸다.	실린더 내연기관 컴프레서 등 송유관에 의해 먼저 압력이 가해지고 있는 특별한 경우에 사용
상부 패킹 급유		축상부의 오일이 괴는 곳에서 털실을 드리워서 급유한다	개방식의 반 베어링에 사용된다
분무 급유		미스트 급유라고도 하며, 분무기에 의하여 마찰면을 적실 정도로 소량의 오일을 다량의 공기와 함께 보낸다	고속구름베어링, 저속구름베어링 등
Needle Valve급유		윤활유의 적하량을 Need Valve로 조절, 급유하는 방법.	베어링 윤활
핀형 급유		거꾸로 설치된 병에 윤활유를 넣어 진동핀을 통하여 베어링에 직접 급유하는 방법	베어링 윤활
접촉 급유		털실 또는 무명실 뭉치에 윤활유를 적셔서 축과 접촉하게 하여 급유하는 방법	미끄럼 베어링 윤활

<표 3> 반복사용식 급유방식

윤활 방식	그 림	특 징	사용 예
하부 패킹 급유		오일 속에 침지된 섬유의 모세관작용에 의해 오일 내부에 스며 마찰면에 접촉 윤활한다	차의 베어링 등에 쓰인다
유환(링) 급유		체인, 또는 링의 회전에 의해 오일을 튕겨 접촉면에 급유한다	저속. 중하중의 압축기의 크랭크케이스, 공작기계, 주축대기어,그 밖에 일반기계의 수평형스퍼베어링 등
유욕식 급유		윤활개소의 일부가 유욕(oil bath)에 들어가 윤활되는 방법	저, 중속의 밀폐기어, 감속기 내의 베어링, 하징 등
순환 급유		오일통 속의 오일을 펌프에 의해 마찰면에 보내고, 윤활작용을 한 오일은 다시 오일통에 돌아와서 순환한다. 발생한 열을 오일에 의해서 제거한다	스팀터빈, 다이젤기관, 압연기의 모고일베어링, 스크린, 감속기 등 대형설비에 사용된다
비산 급유		윤활유속에 회전체의 일부가 들어가 윤활유를 튀겨 윤활되도록 하는 방법	기어 윤활

2) 오일탱크(Oil tank)

오일을 저장하는 용기로 오일 속에 포함된 공기를 분리시키고, 물과 고체 불순물이 중력에 의하여 침강될 수 있도록 충분한 체류시간을 제공하는 용기로, 또한 배관 및 부속품을 지지해 주는 구조물 역할을 겸하고 있다.

오일 탱크의 유면은 운전전이나 운전 중에 확인하고, 항상 정상적인 유면을 유지하도록 하여야 한다. 일반적으로 최고 유면은 펌프 정지시에 탱크유량의 90%이하 최저 유면은 펌프 운전시에 탱크 용역의 50% 이상을 유지시켜야 한다.

윤활유 탱크의 구조는 일반적으로 밑바닥부분에 오목한 경사를 주어 이 부분에 수분과 슬러지형의 물질을 침강시키고, 드레인 콕(Drain cock)을 통하여 제거할 수 있는 구조로 만든다. 또한 가능하면 높이가 높은 탱크로 만들어서 공기와의 접촉면을 적게 하여 산화를 방지하는 동시에 침전물이 재순환되지 않도록 해야 한다. 윤활유의 보급은 보통 펌프가 멈출 때에 실시하고, 1회의 보급량은 탱크 용량의 10~20%가 적당하다.

윤활유의 점도는 온도에 의하여 변하므로 일정온도로 유지하는 것이 중요하다. 탱크의 온도는 40℃±5℃로 관리하는 것이 바람직하고, 최고온도는 55℃를 넘지 않도록 한다. 설비가 장시간 멈추고 있을 경우에는 유온이 떨어지므로, 탱크 온도를 40~50℃로 가열하여 배관내의 유온을 높인 후 기계의 운전으로 들어가야 한다. 펌프의 유온이 15℃이상이면 운전이 가능하나, 배관이 말단에서는 충분한 유량을 공급할 수가 없어서 유량부족에 의한 설비고장이 발생할 수도 있다.

3) 펌프(Pump)

윤활시스템의 펌프는 전체 압력과 모든 베어링, 기어, 유압장치, 기계요소 등에서 필요로 하는 유동량을 고려하여 선정되어야 하고, 작동온도의 변화에 따른 점도의 변화, 펌프의 흡입량도 고려되어야 한다. 펌프에서 필요로 하는 동력 및 흡입양정은 오일공급, 펌프의 압력상승, 펌프효율 등에 의하여 결정된다. 일반적으로 펌프의 용량은 펌프의 최대유동량보다 약20% 크게 설정하는 것이 안전하다. 펌프 운동전 개시직후 및 운전 중에 흡입압력과 배출압력이 정상인가를 확인한다. 펌프 본체는 운전 중에 그랜드, 케이싱, 이음부분에서의 누설 유무를 눈으로 보아 점검하는 동시에 손으로 접촉하여 진동의 유무, 베어링의 온도를 정기적으로 점검하고, 이상이 확인될 때에는 즉시 수리를 해야 한다.

4) 필터(Filter)

윤활시스템의 윤활제를 흔히 오염시키는 물질로 물, 먼지, 탄화물질, 산화물질 등이 주종을 이루고 있는데, 이것들을 오일로부터 분리시키기 위하여 사용되고 있는 것이 여과기이다. 산업체에서는 일반적으로 50~150μm크기의 불순물을 제거하는 작업이 많다.

운전 중에 필터의 흡입측 및 출구측의 압력을 점검하고 차압이 허용 기준을 넘는 경우에는 예비 필터로 바꾼다. 보통 차압의 허용범위는 0.3~0.5kg/cm² 정도이나 때로는 1kg/㎠ 전후의 것도 있다. 압력계가 부착되어 있지 않는 설비는 정기적으로 청소점검을 해야 한다. 청소주기는 설비에 따라 다르나 보통2~4주 정도이다.

5) 냉각기(Cooler)

오일의 온도를 항시 일정하게 유지시키면 오일의 유동율 및 압력을 일정하게 제어할 수 있기 때문에 윤활시스템에서 냉각기 설비는 중요한 의미를 갖는다. 대부분의 기계설계자들은 오일의 작동 온도를 40℃로 유지시킬 것을 권장하고 있고, 오일의 작동온도가 60℃이상으로 유지되면 오일 수명이 크게 단축된다. 냉각매체로 물과 공기가 가장 많이 사용되고 있고, 냉각수로 물을 사용하는 경우는 물의 청정도, 부식특성, 경도(Hardness)는 냉각기의 재질 선택 시 고려되어야 한다. 운전 중에 윤활유와 냉각수의 흡입부와 배출부의 온도를 각각 확인하고 다음과 같이 조정한다.

윤활유의 토출부의 온도는 35~40℃로 조정한다. 흡입측과 토출측의 윤활유 온도차가 3℃이하일 때는 냉각수량을 증가시킨다. 냉각수의 조정은 흡입측 밸브로 하고, 토출측의 밸브는 항상 개방해 놓는다. 윤활유의 온도가 40℃를 넘을 때에는 탱크의 히터(Heater)가동을 중지시키고, 20℃이하로 될 때에는 냉각기 가동을 중지시킨다.

6) 제어·경보장치

제어장치는 규정압력 및 온도에서 오일이 유동 할 수 있도록 충분히 제어하고 계측하여 윤활시스템의 원활한 운영을 도와주는 장치이다. 저장조에서 오일의 높이를 항시 적정선으로 유지시키기 위하여 간단한 유량게이지의 설치, 펌프를 제어함으로써 오일 유동률 및 압력을 제어하게 되고, 압력 변화를 이용하여 오염된 필터의 청소내지는 교체 시기를 파악하는 장치들이 이에 속한다.

경보장치는 윤활시스템에서 윤활부분에 이상이 생겼을 때 자동적으로 경보하여 긴급조치를 취할 수 있도록 작동하는 장치로 시각을 이용한 방법과 청각을 이용한 방법이 있다. 경보장치기능의 점검은 정기적으로, 즉 3개월 주기로 행하여 정상적인 작동을 할 수 있도록 보수해야 한다.

* 유면경보장치 : 경보(표시램프, 유면지시계 및 벨)가 울리게 되는 최하한 유면까지 플로트(Float)를 내려서 경보 장치의 작동을 확인한다.

* 유온경보장치 : 유온을 높여서 경보장치의 작동을 확인한다.

* 압력경보장치 : 압력의 하한치는 펌프를 운전하거나, 정비할 때 언제든지 확인할 수 있다.

2. 그리스 급유법

(1) 손급유

손으로 기어나 롤러 등의 윤활면에 도포하는 방법

(2) 그리스 컵 급유

컵에 담겨진 그리스를 스프링이나 나사의 압력으로 급유하는 방법

(3) 그리스 건(Grease Gun) 급유

그리스 건이라고 하는 급유기를 사용하여 급유하는 방법으로서, 그리스 건에는 레바형, 압입형 또는 스크류형 등의 종류가 있다. 카트리지형의 그리스와 전용 그리스 건을 사용하면 그리스 충진시의 오염이나 먼지의 혼입을 방지할 수 있다.

(4) 집중 그리스 급유

진보된 그리스 급유법으로 그리스는 펌프에 의해 각 그리스 윤활개소에 압송되어 진다. 급유되기 어려운 윤활 개소의 급유, 혹은 하나의 급유기로 여러 개의 윤활개소에 동시에 급유할 수 있는 특징이 있다.

3. 강제순환 급유방법

자동화, 시스템화된 기계장치에서 많이 사용되고 있는 방법이다. 강제순환방식은 위에서 설명한 방식과는 달리 펌프를 이용하여 윤활이 필요한 기계가 한 대이든 여러 대이든 관계없이 모든 마찰지점에 윤활제를 동시에 공급하고, 윤활작용이 끝난 윤활제는 재사용하기 위하여 펌프로 별도의 저장조에 회수시켜 여과 및 냉각 과정을 거친 후 반복 사용하는 방식이다.

<그림 2> 강제순환 급유장치의 예

출처 : 설비윤활기술 출판사 : KSA 윤활전문과정
저자 : 품질기술사 권오운

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