2.7 베어링 고장 진단 시험기법

Laboratory Techniques for Diagnosing Bearing Failures

 

본질적으로, 베어링 고장을 초래한 특정 손상을 확인하는데 유용한 두 가지 일반적인 접근 방식이 있다. 첫 번째는 이미 언급한 것과 같이 손상된 표면을 육안, 가능하면 현미경으로 관찰하고, 손상 Mode별로 분류된 사진 목록과 그 모양을 비교하는 것이다. 다른 하나는 간단한 수공구를 사용하는 것에서부터 고도로 복잡한 진단 절차에 이르기까지 다양한 실험실 기법들이다. 이러한 실험 절차는 진보된 물리, 화학적인 기법, 예를 들어 분광기, 레이저, 원자 검사 등을 포함한다. 베어링 손상의 본질을 알아내기 위한 이러한 실험 기법중의 하나(윤활유 Ferrography, 윤활유에 침전된 마모 입자를 분석하는 방법)가 아래에 기술된다.

Ferrography

수십개의 설비에서 사용중인 Ferrography는 오염 물질을 확인하는 가장 최신 방법중의 하나이다. 운전 원리(그림 3-96)는 자극(Pole of Magnet) 사이로 일정량의 Sample Oil을 연속적으로 느리게 Pumping하는 것이다. 유체가 경사진 현미경의 슬라이드판 위를 흘러 내려가는 동안, 이물질들은 점성의 Net 효과와 입자에 작용하는 자력에 의해 크기별로 분류된다. 입자가 클수록 먼저 침전되고, 입자가 작을수록 더 하류쪽까지 이동된다. 침전된 입자의 조직 구조에 대한 정보는 동시에 적색 광선 반사와 녹색 광선 투과를 사용하는 Bichromatic 현미경을 사용하여 얻어진다. 1 ㎛ 정도로 작은 금속 입자는 적색 광선을 반사시키고, 녹색 광선을 봉쇄하여 적색만 나타나게 한다. 화합물로 이루어진 입자들은 녹색광선을 더 많이 통과시켜 녹색이 나타나게 하거나, 입자가 비교적 굵다면 노란색이나 녹색으로 나타난다.

서로 다른 마모 Mechanism에 의해 생긴 입자들은 각각의 특정한 Mechanism을 확인할 수 있는 특징들을 가지고 있다. 대부분의 기계 윤활유에서 발견되는 Rubbing으로 인해 생성된 마모 입자들은 작은 판의 형상을 가지고 있고, 허용할 수 있는 정상적인 마모임을 나타낸다. Cutting이나 연마되어 생긴 마모 입자들은 기계 가공시 생기는 절삭 부스러기와 유사한 작은 나선형, 고리형, 구부러진 선의 형상을 가지고 있다. 이러한 입자들이 많으면 극심한 연마 마모 작용이 일어난다는 징후이다. 화합물로 이루어진 입자들은 산화작용이나 부식성 환경으로부터 생긴다.

그림 3-96 Ferrograph 분석기의 개략적인 표현

 

미끄럼 접촉에서 생기는 입자의 특성별로 분류하여 여러 가지 유형(Regime)으로 표 3-5에 나타내었다. 특징적인 입자를 만들어내는 Rubbing 마모의 여섯 가지 유형이 확인되었다. 유형 1과 2는 유체 역학적 경계 윤활에 해당되는 정상적인 마모상태를 나타낸다. 다른 유형(3, 4 또는 5)들이 한 개 또는 그 이상 나타나면 시스템의 어떤 매개변수가 바람직하지 못하게 변화하고 있다는 것을 나타낸다. 유형 6이 발생되면 손상이 임박했다는 것을 나타낸다. 자유롭게 돌아다니는 금속 입자는 유형 1, 2, 3, 6에서 만들어지며, 이러한 마모 유형들은 입자의 크기에 의해 확인될 것이다. 유형 4에서의 강의 마모 입자는 가벼운 산화 마모의 형태가 지배적이고, 대부분의 마모 입자는 적철광이다. 유형 5는 검은 색의 철산화물이 생성되며 극심한 산화 마모의 형태를 나타낸다.

 

표 3-5 마모 유형(Regime)

유 형

(Regime)

입자에 대한 설명과 대다수 입자의 크기

표면에 대한 설명

1

보통 5 ㎛ 이하의

Free Metal 입자.

광택과 매우 거친 경우 사이에서 변

화한다; 반대 표면은 생성된 채로 남

아있는 반면, 한쪽 면은 광택이 날

수도 있다.

2

보통 15 ㎛ 이하의

Free Metal 입자.

 

 

Oil내의 입자 수에 따라 몇 개의

Groove를 가진 안정되고, 매끄럽고,

전단 혼합된 층(Shear-mixed Layer)

의 표면을 가지고 있다.

3

보통 150 ㎛ 이하의

Free Metal 입자

표면 균열과 소성 유동(Plastic Flow)

의 흔적이 있음.

4

뭉쳐져 있거나 각각의

크기가 150 ㎛에 이르는 적색 산화 입자.

표면에 산화 흔적이 있음.

5

뭉쳐져 있거나 각각의

크기가 150 ㎛에 이르는 흑색 산화 입자.

표면에 산화 흔적이 있음.

6

크기가 1 ㎜에 이르는

Free Metal의 입자.

심하게 거친 소성 유동과 문질러진

흔적이 있음

 

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