2.5 과열

Overheating

 

과열에는 두 가지 손상 형태가 있는데, Babbitt 성분 중의 하나가 연화점(Softening Point) 이상의 온도에 노출되어 생기는 손상과, 과도한 열적 변화에 의해 Babbitt에 Crack이 발생되는 손상이 그것이다.

2.5.1 過熱 損傷 發生 過程 (Mechanisms)

고온은 베어링 손상의 직접적인 원인이 될 수도 있고, 간접적인 원인이 될 수도 있다. 첫 번째 범주는 Babbitt의 강도 특성이 감소되어 생기는 문제들이다. 온도가 올라가면 Babbitt의 표면은 물결 모양으로 변형되고 Wiping이 일어나기 쉽게 된다. 온도가 충분히 올라가면 베어링의 일부가 용융된다. 합금의 한 성분이 용융되어 조직에서 새어나오게 될 때, “Sweating”이 발생했다고 말한다.

열적 피로라고도 불리는 간접적인 손상 형태는 재료의 이방성(방향에 따라 탄성 등의 성질이 달라지는 것) 때문에 발생된다. Tin-based Babbitt를 포함하여 이방성을 가지고 있는 재료들은 각각의 결정 방향(Crystal Axis)에서의 열팽창 계수가 다르다. 열응력이 생기면 이러한 이방성에 의해 입계의 변형(Grain Distortion)이 생긴다. 반복적으로 열에 노출되면 베어링 표면에 얼룩반점이 생기는데 이것은 보통 베어링 성능에 나쁜 영향을 주지는 않는다. 그러나 입계 변형이 극심하게 되면 입계의 경계면을 따라 베어링 표면에 균열이 발생되는데, 이러한 열적 균열의 형태(열적 피로형태)를 “Ratcheting”이라고 부른다 (그림 3-89).

그림 3-89 과열로 인한 Thrust 베어링의 Ratcheting

 

2.5.2 過熱의 確認 (Visually Identifying Overheating)

과도한 열에 의한 베어링 손상은 손상 표면과 그 주변 지역이 검게 되고, 코우크스화 되며, 광택이 나기 때문에 육안으로 확인될 수 있다. 이러한 표면의 두 가지 예가 그림 3-90과 3-91에 나타나 있다. 더 심한 경우에는 운전되는 동안에 Babbitt가 충분히 연화되어 간극이 큰 부분으로도 확산될 수 있다.

그림 3-90 외경 8.0 in(20 ㎝)의 Thrust Pad에서의 과열

 

그림 3-91 작은 hmin 때문에 생긴 Thrust Pad의 과열

 

온도가 충분히 올라가게 되면 베어링의 일부가 실제로 용융된다. 앞에서 언급한 바와 같이 합금에서 한 성분만 용융되어 조직으로부터 새어나간 상태를 Sweat 되었다고 말한다. 압력이 낮은 부분 주변에 작은 Babbitt 방울이 있다면 Sweating의 증거이다. 보통 이러한 부분은 물결 모양이 나있다. 종종 Sweat 알맹이들은 Oil Groove나 Pocket의 한쪽 끝을 따라 발견되기도 한다.

원인이 무엇인지 알려주는 또 하나의 특징은 큰 온도 변화가 계속해서 발생했을 때 표면에 발생되는 Babbitt의 Ratcheting-Cracking이나 얼룩 반점이다. 단면을 관찰해보면 Ratcheted 표면은 편평하지 않고 물결 모양을 하고 있을 것이다. 온도 변화가 충분히 크면 표면 균열은 큰 Babbitt 덩어리를 탈락시킬 수도 있다. 이러한 탈락 현상은 과열로 인해 강도가 감소했을 때 발생되는데, 유막을 통해 전달되는 수직 전단력에 의해 Babbitt가 변형되고 균열이 발생된다. 이러한 과정은 보통 수하부에서 발생되며, 탈락된 Babbitt 덩어리는 유막의 흐름을 따라 움직여 부하를 받지 않는 베어링 부위에 부착된다. 이러한 상황이라고 Wiping이 반드시 발생하는 것은 아니다.

때때로 베어링에서의 고온은 윤활유 부족 때문에 발생되며, 이 경우 베어링은 손상된 표면을 가지고 있는 것 이외에도 윤활유의 질이 저하되어 부착되는 광택제(Varnish)로 덮여 있다. Babbitt가 연화점 근방(즉, 용융점에 가까운)까지 온도가 올라가게 되면, Babbitt 합금의 재결정이 일어난다. 압력이 높은 부위에서는 베어링 입자 사이의 결합 상태가 심하게 뒤틀리고 파괴될 수도 있다.

2.5.3 過熱의 可能 原因 (Possible Causes of Overheating)

발생상황을 넓은 범위의 연속 분포도(Wide Spectrum of Conditions)로 나타내 보면 과도하게 온도가 올라가는 Point를 감지할 수 있으며, 많은 사람들은 이것을 간접적인 방법으로 알아낸다. 또한 작은 부분에서일지라도 온도가 과도하게 올라가면, 일반적인 온도 수준(온도 상승, Tout - Tin)이 크지 않더라도 손상이 발생된다. 그러나 그 정도까지 저널과 Thrust 베어링에서의 과도한 Tmax가 발생되는 상황과 Mechanism을 완전하게 기술하려면 이 책의 한계를 훨씬 초과하게 된다. 그러나 주요 원인과 발생 경로는 다음과 같은 것들이 포함된다; 즉 불충분한 윤활이나 Oil의 부족, 이방성, 변형(Warping), 베어링의 기하학적인 결함, 과도하게 작은 최소 유막 두께, 과도한 급유(Flooded Lubrication), 과열 또는 너무 높은 점성의 Oil 공급, 외부에서부터 베어링으로의 열전달, Misalignment 등이다.

 

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