1. 그리스의 정의 및 윤활특성
그리스는 액체윤활유,즉 기유에 증주제라고 불리는 미세한 고체를 분산시켜 반고체상으로 한 윤활제이다.
반고체상이라는 의미는 보통의 상태에서는 느낌이 고체보다는 부드럽고
액체보다는 단단한 중간상태로서 어떤 조건에서는 고체로서,
또 다른 조건에서는 액체로서 작용하게 된다.
즉, 정지한 상태에서는 스스로 형태를 유지하며 흐르지 않는 고체로서
행동하지만 강하게 휘저으면 연화하여 액체에 가까워진다.
그리스는 이 성질을 살린 윤활제로서 오래 전부터 사용되어 왔다.
예를들어 구름베어링에 적용되면 베어링이 정지해 있을 때는
베어링 내부에 부착되어 유출되지 않고 머물러 있지만,
베어링이 회전하여 전단을 받으면 유동화하여 거의 기유의 상태가 되어 윤활에 관여한다.
그리고 회전이 정지하면 다시 본래의 경도를 회복하여 베어링 내에 부착된다.
이 성질 때문에 액체윤활제와 비교하여 다음과 같은 장˙단점이 있다.
그리스 | 액체윤활제 |
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|
그리스에 의한 윤활을 윤활유에 비교하면 다음과 같은 장점이 있다.
- 간단한 실기구에서 윤활부에 유지할 수 있는 장시간 소량의 윤활제만 보급하여
윤활할 수 있다. (그 중에서 가장 두드러진 것이 밀봉구름 베어링) - 그리스 자체가 실의 역할을 하기 때문에 이런 의미에서도 실기구를 간략화할 수
있다. - 윤활부분의 가장 가까이에 부착한 그리스에서 소량씩 분리하는 그리스 또는 기유에
의해 윤활되기 때문에 조건에 따라서는 운전토크를 낮게, 또 사용온도범위를 넓힐
수 있다. - 休止기간이 긴 사용에서도 필요한 부분에 부착하여 녹 등을 방지한다.
그러나, 또 다음과 같은 결점도 있다. - 윤활부분 또는 고온부분에 순환하여 냉각을 할 수 없다.
- 油膜의 修復性이 나빠 캐비테이션을 일으키기 쉬우므로 고속조건이 어려운 부분에는
사용할 수 없다. 유막의 연속성을 전제로 한 미끄럼베어링에는 사용하기 어렵다. - 혼입된 물과 異物을 사용중에 제거할 수 없다.
이와 같은 그리스윤활의 특징은 基油 속에 增稠劑의 구조를 만듬에 의해 고의로 준
특이한 유동특성에 의존하고 있다. 즉, 베어링 등의 윤활부분에서는 전단속도가
105~106S-1 또는 그 이상에 달하므로 그리스 점도는 그 온도에서의 기유점도 가까이
까지 저하하고 윤활은 거의 기유상태에서 된다. 따라서, 윤활면에서 본 기유선정은
기유를 그대로 윤활유로서 사용하는 경우에 준해도 좋다. 한편, 베어링이 정지하면
重力程度의 외력으로는 유동하지 않는 정도로 경화되어 베어링 내에 머문다. 稠度는
기유점도 보다도 增稠劑量의 종류에 따라 정해지지만, 윤활부분의 상황과 급유방법에
맞는 것을 선정하게 된다.
그리스 윤활의 또 하나 특징은, 예를 들면 구름베어링 등에 사용했을 경우, 운전초기에
대부분의 그리스는 옆으로 밀리게 되며 윤활부분은 말려든 소량의 그리스, 또는 분리된
기유에 의해 윤활된다. 이런 상황을 Channeling이라고 하지만 Channeling型의 그리스는
정상운전에서는 토크가 낮고 온도상승도 적은 데다, 대부분의 그리스는 교란을 받지 않고
온존되므로 劣化를 입는 일도 적다. 이 성질은 그리스의 유동특성인 전단속도의존성과
시간의존성이 강할수록 현저하고, 증주제의 종류에도 좌우되지만 주도가 작아져도
이 성질이 증가하므로, 경우에 따라서는 딱딱한 그리스를 사용하는 편이 운전토크가
낮은 일도 있다.
또, Channeling의 정도는 그리스의 충전량에도 좌우되며 베어링에 넣는 양을 적게 하면
Channeling상태가 실현된다. 따라서 그리스의 경우, 적정한 충전량을 지키는 것이 중요
하며 보통 베어링내 공간이 1/3~2/3인 것이 적당하다고 한다.
3. 그리스의 내열성과 열화
그리스의 성질은 기유와 증주제로 정해지지만 그리스윤활을 특징지우고 있는 특이한
유동특성은 또 증주제의 3차원적 구조에 의하므로 그리스의 내열성과 열화에는 성분의
안전성 외에, 증주제구조의 온도에 의한 변화에도 큰 영향이 있다. 일반적으로 사용
되는 비누계 그리스의 경우, 증주제의 금속비누 결정은 기유가 공존하는 常溫에서
융해하여 액화될 때가지의 온도범위에 몇가지 전이점이 있고, 그 때마다 그리스의
성질이 변화한다. 전이점은 基油, 비누의 종류와 양에 따라 변화할 뿐 아니라 유리
지방산의 존재에 의해서도 영향 을 받는다. 그리스의 내열성표준이 되는 적점은
그리스가 액화되는 液晶 또는 용융상태로의 전이점에 상당하는 것이며, 그 보다도
낮은 온도에서 結晶Ⅱ 또는 왁스상태로의 이전이 일어나도 그리스는 회복불능의
변화를 일으켜 사용할 수 없게 된다.
이런 중간단계의 相移는 공존물질의 영항을 받을 뿐아니라, 그 온도로 유지되는 시간과
이력의 영향도 받으므로 평가가 어려우며, 연속사용의 온도상한으로서는 적점인 70~80℃
이하를 취하는 것이 보통이다. 내열성을 개량하기 위해 고온용 그리스에는 콤플렉스
비누와 비누계의 증주제가 사용되지만, 그 물질자체의 내열성과는 별도로 상호 결합
상태의 변화가 일어나 軟化되거나 硬化되거나 하는 일이 있기 때문에 주의가 필요하다.
물론 장기에 걸친 사용에서는 물리적변화 외에 성분의 화학적변화에 의한 열화가
진행된다. 특히 기유의 열화수명이 중요하지만 증주제가 산화의 촉매가 되는 일이
많으므로 오일 단독으로 사용할 경우보다 수명이 짧은 것이 보통이다. 고온으로 장기간
사용하는 것에는 합성계 기유가 사용된다. 또 산화방지제는 윤활유의 경우와 같이
유효하다.
이와 같이 그리스의 내열성과 열화수명은 물리적·화학적 변화가 조합되어 복잡하므로
적점과 산화안정도 뿐만 아니라, 베어링시험 등에서 종합적으로 성능을 평가하는 것이
필요하다.
4. 그리스의 저온사용한계
저온에서는 기유의 점도가 그리스의 유동특성을 지배하게 된다. 그러나 전단속도가
작은 점에서는 非뉴턴성도 남으므로 유동특성의 측정치에 대한 고찰이 필요하게 된다.
또 베어링에 있어서 저온시동토크는 미끄럼베어링의 경우, 회전 2중원통점도계라
생각하여 계산한 결과를 거의 적용할 수 있다. 구름베어링에서도 시동시에 그리스가
충만해 있을 때는 그리스의 유동 특성, 특히 저온에서 기유점도에 의한 영향이 크다.
그러나 어느 정도의 회전속도에 달한 후는 Channeling을 일으켜 토크가 저하된다.
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그리스 윤활
그리스는 윤활유에 유지를 가하여 반고형상으로 만든 윤활제이다. 반고체 윤활제인 그리스는 덩어리로 나눌 수 있을 정도로 경하고 또한 도관을 통하여 유동할 수 있을 정도로 연하다. 그리스 윤활의 특징은 베어링에 충전된 그리스가 기계의 움직임에 따라 뒤섞이고 묽어져 윤활면에서는 윤활 기유의 점도에 가까운 상태에서 윤활작용을 하고, 정지되면 다시 반고체형의 그리스로 되돌아 오는 복원성을 가지고 있는 점이다. 따라서 그리스는 이러한 독특한 성질 때문에 액상의 윤활유에서는 얻을 수 없는 여러 가지 특징을 가진다.
윤활제로서 그리스는 누설비산에 의한 손실의 염려가 있는 경우, 급유 및 보수가 곤란한 경우, 먼지나 부식성가스 등과 접촉할 염려가 있는 경우에 많이 사용되고 있다. 예를 들면 시멘트 밀(Cement Mill), 소형 저속용 구름 베어링, 제지기계, 섬유기계와 같이 오일로 인하여 제품이 오염될 우려가 있는 경우 그리스를 사용한다.
그리스 윤활의 장점
- 급유기간이 길다. 즉 비산 유출되지 않아 장기간 사용이 가능하다.
- 유동성이 나쁘기 때문에 누설이 적다.
- 저속, 충격하중 등에 양호한 윤활성을 갖고 있기 때문에 내하중성이 크다.
- 유막이 장기간 유지되므로 녹이나 부식을 방지한다.
- 흡착력이 강하므로 고하중에 잘 견딘다.
- 기계의 설계가 간편하고, 비용이 적게 든다.
- 급유횟수가 적어 경제적이고, 급유가 곤란한 부분에 적합하다.
- 자체 밀봉기능을 갖고 있으므로 먼지, 물, 고형물질, 가스 등의 침입이 잘 안된다.
그리스 윤활의 단점
- 냉각효과가 작아 온도상승 제어가 어렵다.
- 그리스 급유, 교환, 세정 등이 어렵다.
- 초고속에는 부적합하다.
- 초기 회전시 회전저항이 크다.
- 급유량 조절이 곤란하다.
그리스 공급방법
그리스의 공급방식은 기계장치의 크기, 복잡성, 중요도 및 사용되는 그리스의 종류와 소비량, 급유개소의 수, 급유주기, 급유작업의 난이도에 의해 선정된다. 또한 건설시의 설비비 및 가동시의 급유 보전비 등의 경제성, 작업자의 숙련도나 안전성, 신뢰성 등도 공급장치 선정시에 중요한 요소가 된다.
보통 그리스를 윤활부위에 공급하는 방법에는 손을 이용하여 공급하는 방법, 수동식 기계 장치를 이용하여 간헐적으로 공급하는 방법, 펌프를 이용하여 연속적으로 동시에 많은 곳에 그리스를 공급하는 세가지 방법으로 분류할 수 있다.
1. 손 급유법(Hand Greasing)
손을 이용하여 그리스를 윤활부위에 발라주는 형태의 급유법으로 보통 기계를 조립할 때 많이 사용된다. 베어링이나 기어에 손으로 그리스를 발라 주어 조립된 기계가 먼지나 녹으로부터 보호될 수 있도록 한다. 손으로발라주기가 곤란한 경우 그리스를 녹여서 공급하는 형태로 이루어 진다.
2. 그리스 컵(Grease Cup)
그리스의 성질상 보통 사용온도 범위내에서는 윤활부위에 잘 유입되지 않으므로 스프링의 힘을 이용하여 그리스에 압력을 가하여 윤활부위에 밀어 넣는 방식이 좋다.윤활부위에 접촉한 그리스는 마찰면의 열에 의하여 그리스가 녹아 윤활작용을 한다.
3. 그리스 건(Greas Gun)
이 형식은 그리스를 윤활부위에 간편하게 압입할 수 있는 휴대용으로 그리스 공급이 연속적이 아니어도 좋고, 1회 공급으로 오랜 시간동안 운전해도 지장이 없는 경우에 널리 사용하고 있다. 그리스 건은 고압으로 그리스를 윤활면에 확실하게 공급할 수 있고, 급유가 곤란한 부위에는 배관을 이용하여 용이하게 이용할 수 있다. 그리스 건에는 푸시 그리스건(Push Grease Gun)과 레버 그리스 건(Lever Grease Gun)의 두가지 형태가 있다. 푸시 그리스 건은 노즐을 베어링의 그리스 구멍에 대고 핸들을 눌러서 그리스에 가압함으로써 소량의 그리스를 베어링에 급유하는 방식이다. 레버 그리스 건은 레버를 이용하여 그리스를 그리스 구멍에 펌핑함으로써 그리스를 윤활부위에 압입한다.
4. 중앙집중식 그리스 공급장치 (Centralized Grease System)
중앙집중 그리스 공급장치는 일반적으로 1대의 그리스 펌프를 이용하여 다수의 윤활부위에 동시에 강제적으로 일정량의 그리스를 확실히 공급하는 방법으로 다음의 조건을 만족해야 한다.
- 확실한 정량분배의 급유
- 작동의 보증
- 1개소당 급유량의 임의 조정 또는 선택
- 배관계의 간소화
- 보다 긴 배관계와 보다 많은 급유개소
위와 같은 조건을 만족시키기 위해 중앙집중식 공급장치의 구성요소는 펌프, 분배밸브,공급관, 제어 및 지시장치로 이루어진다. 일반적으로 관계의 그리스는 관계가 길기 때문에 도중에 막히는 것을 고려하여 보통 60~70kg/cm2의 고압으로 유지된다. 또한 그리스는 유동저항이 크기 때문에 보통 300이상의 주도를 갖는 그리스를 선택한다.
펌프 - 중앙집중식 그리스의 공급장치의 펌프는 수동펌프와 전동펌프가 있다. 그리스는 그리스 저장탱크로부터 페로어플레이트의 스프링 작동에 의하여 그리스 펌프로 이송된다. 그리스 펌프는 메인 피스톤과 파일럿 피스톤을 구비하고 있으며, 캠에 의해 교대로 어떤 위상 차이를 갖고 구동된다. 메인 펌프는 그리스의 흡입과 압송을 담당하고, 파일럿 피스톤은 이에 맞게 밸브로서의 기능을 발휘한다.
분배밸브 - 그리스 압력에 의해 작동되며, 수동식에서는 분배밸브 전체가 작동완료 후 일정압력이 될 때까지 운전을 계속하고, 규정압력이 되면 펌프의 벤트밸브가 개방되어 펌프는 공전하게 된다. 전동식에서는 분배밸브 전체가 작동완료 후에도 일정압력이 될때까지 운전을 계속하며, 압력스위치에 의해 모터가 정지되어 벤트밸브가 열리고 시스템내의 압력이 해소되게 된다.
배관 - 급유배관에는 그리스 펌프와 분배밸브를 연결하는 공급주관과 분배밸브와 급유 개소를 연결하는 급유지관이 있다. 일반적으로 공급주관에는 강관이 사용되고, 급유지관에는 동관이 사용된다. 특히 물 등에 의해 부식되기 쉬운 장소에서는 스테인레스 강관을 사용하기도한다. 배관은 고온이나 방사열원에 가깝게 부착해서는 안된다. 이것은 그리스 가장시간 고온에 노출되면 심하게 산화를 받아 윤활기능을 잃기 때문에 또한 동관을 사용한 경우에는 처음에 접촉된 그리스는 동의 촉매작용에 의해 산화되어 최초의 5cm 정도의 그리스는 버리게 된다. 그러나 한번 그리스로 코팅되면 동표면은 불활성이 되므로 문제가 없다. 공급주관은 점검, 수리하기 쉬운 위치에 설치하고 바닥으로부터 100mm이상 사이를 두며 통로를 가로 지나는 경우는 홈에 넣거나 보호판으로 덮어서 중량에 의한 찌그러짐과 파손이 없도록 한다.
또한 분배밸브와의 접속부는 유니온 커플링을 사용하고, 25A 이상의 배관접속에는 플랜지 커플링을 사용한다. 그리스 공급주관의 곡관부나 직관부에는 적당한 위치에 4~6cm 간격으 로 지지대를 설치하여 파이프 크램프로 고정시킨다. 급유지관은 4m 이하가 되도록 하고 튜브 커플링, 튜브 유니온 등으로 접속시킨다. 진동이 있는 개소의 급유지관에는 고압 호스를 사용하고, 분해 조립이 빈번한 개소는 착탈이 용이한 셀프씰링 커플링(SelfSealing Coupling)이 부착된 고압호스를 사용하고 회전부분에는 회전커플링을 사용한다.
제어 및 경보장치 - 공급주관의 그리스 압력이 설정압력까지 상승되면 파일럿 피스톤을 이동시켜 메인피스톤을 반대측으로 이동시킨다. 동시에 메인 피스톤 지시봉의 캠에 의해 제한 스위치를 작동시켜 그 신호를 전기제어기로 보낸 전기회로의 자기보호를 풀고 펌프를 정지시킨다. 사용 예로 전자변환 밸브를 보면 공급주관의 그리스 압력이 관로의 발단에 설치된 압력제어밸브의 설정압력 이상이 되면 피스톤을 이동시켜 운동되고 있는 캠이 제한 스위치를 변환시킨다. 이에따라 제한 스위치가 변환되면 전기제어밸브의 릴레이가 작동하여 펌프를 정지시키고 전자변환밸브는 자력이 소멸된다. 전기제어기의 타이머를 조정함에 따라 임의의 펌프휴지시간을 얻을 수 있고 이 휴지시간의 합계가 윤활 사이클 시간이 된다. 펌프 작동시간 내에 그리스 펌프가 정지되지 않는 경우는 경보기가 울리며, 그리스펌프를 정지시킨다. 또한 탱크 내의 그리스가 부족한 경우나 모터에 이상이 발생되었을 때도 경보가 울리며 펌프를 정지시킨다.
**** 퍼온곳: 이득 윤활유***
