[논문]통합형 오일 정제 시스템의 개발

홍성호; 이경희; 정남화

doi:10.9725/kts.2022.38.4.121

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This study presents the development of an integrated oil purification system consisting of moisture removal, oil flushing, and oil filtering devices. In this system, the oil flushing device is combined with a micro-bubble generator. Oil purification is necessary for ensuring the high performance of ...

This study presents the development of an integrated oil purification system consisting of moisture removal, oil flushing, and oil filtering devices. In this system, the oil flushing device is combined with a micro-bubble generator. Oil purification is necessary for ensuring the high performance of the lubricant through the efficient removal of contaminants and thus enables good maintenance of mechanical systems. The developed purification system removes moisture, varnish, and solid particles. Moreover, during oil purification, the oil flushing device separates foreign materials and contaminants remaining in the lubricating oil piping or mechanical systems. The microbubble generator, which is combined with the oil flushing device, can separate harmful contaminants, such as sludge, wear particles, and rust, from piping or lubrication systems through the cavitation effect. Moisture is removed using a double high-vacuum chamber, while sludge and varnish are removed via electro-absorption using a high-voltage generator. Additionally, the total maintenance cost of the system is reduced through the use of domestically fabricated cartridge filters composed of glass fiber and cellulose. The heater, which maintains the temperature of the lubricant at 60℃, can process 41,000 L of lubricant simultaneously. Multiple tests confirmed that the proposed integrated purification system exhibits good performance in oil flushing and removal of water and varnish.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1. Contaminants of lubricant.
그림 Fig. 2. Application of oil purification.
그림 Fig. 3. Overall view of integrated oil purification system.
그림 Fig. 4. High voltage electro-adsorption filter system.
그림 Fig. 5. Varnish of journal bearing[2].
그림 Fig. 6. Microbubble generator[6].
그림 Fig. 7. Generation device of micro-bubble[6].
그림 Fig. 8. Presence of bubbles in the lubricant[6].
그림 Fig. 9. Double high vacuum chamber device.
그림 Fig. 10. Cartridge filter.
그림 Fig. 11. Evaluation of NAS 1638 with time for three cartridge filters.
그림 Fig. 13. Automatic leakage shut-off device.
그림 Fig. 12. Heater.
그림 Fig. 14. Monitoring and control panel.
그림 Fig. 15. Used oil and purified oil.
표 Table 1. Properties of used oil and purified oil of bench test
표 Table 2. Properties of used oil and purified oil of field test
표 Table 3. Evaluation of NAS 1638 and particle distribution with working time

AI 본문요약
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문제 정의

통합형 윤활유 정제 시스템에는 마이크로 버블 장치가 결합된 플러싱 장치, 고전압의 전기 흡착 장치를 이용한 슬러지 제거 장치, 이중 진공을 이용한 수분 제거 장치, 유리섬유와 셀룰로스가 결합된 카트리지 필터 장치가 포함된다. 본 연구에서는 각각의 장치에 대한 특징을 소개하고 전체적인 시스템에 대한 성능 검정의 결과를 보이고자 한다.
본 연구에서는 보전 전략 측면에서 윤활유를 효과적으로 유지, 관리하기 위해 통합적 윤활유 정제 시스템을 개발하였다. 통합적 윤활유 정제 시스템은 윤활유의 수분, 슬러지, 고형입자 같은 오염물 제거뿐만 아니라 카트리지 필터의 국산화 및 내구성 개선을 하였다.
따라서 원활하게 윤활유의 기능을 유지하고 기계시스템을 경제적이고 효과적으로 관리하기 위해서는 윤활유 정제 시스템 또는 정제 관련 기술이 필요하다. 본 연구에서는 윤활유 정제를 효과적으로 운영할 수 있는 통합형 윤활유 정제 시스템을 개발하였다. 통합형 윤활유 정제 시스템에는 마이크로 버블 장치가 결합된 플러싱 장치, 고전압의 전기 흡착 장치를 이용한 슬러지 제거 장치, 이중 진공을 이용한 수분 제거 장치, 유리섬유와 셀룰로스가 결합된 카트리지 필터 장치가 포함된다.

제안 방법

실험에 사용된 사용유는 bench 테스트에서 사용한 윤활유와 동일한 SK Turbine 32이고 실험에 사용한 윤활유의 양은 약 40,000 L이다. 실험은 초기 시료를 채취하여 분석 후, 32시간 동안 통합 적 윤활유 정제 시스템을 가동하고 최종 시료를 채취하여 비교 분석하였다. 현장 테스트에서 윤활유의 정제 목 표(target) 물성 값뿐만 아니라 사용유(used oil)와 정제된 윤활유(purified oil)의 물성 값들은 Table 2에 보여준다.
윤활유의 효과적인 유지 및 관리를 위하여 통합적인 윤활유 정제 시스템을 개발하였다. 이 윤활유 정제 시스템에는 여러가지 장치들로 구성되어 있고 이를 제어하는 시스템이 포함되어 있다.
그리고 카트리지 필터가 일정 압력이상에서 파열되어 내구성이 양호하지 않다. 이런 문제점들을 개선하기 위해 개발된 통합적 윤활유 정제 시스템은 오염에 대한 관리 기준 이하로 오일을 정제하는데 2일 이내로 시간 을 단축하고 이중 고진공 챔버를 이용하여 용해수분을 제거하며 카트리지의 내구성과 국산화로 경제성도 개선하였다.

대상 데이터

Bench 테스트는 발전 회사에서 제공된 SK Turbine 32라는 사용유를 대상으로 실시되었다. 이 검정 실험에 서 윤활유 물성의 정제 목표(target) 값뿐만 아니라 사용유(used oil)와 정제된 윤활유(purified oil)의 물성 값들 은 Table 1에 나타내었다.
사용유는 수분 오염과 오염도 등급이 상당히 나쁜 상태이다. 실험에 사용된 사용유는 800 L이고, 통합적 윤활유 정제 시스템을 4시간 가동 후에, 윤활유 분석은 윤활유 전문 분석 기관인 한국기계전기전자시험연구원에서 위탁 수행하였다. 오염된 사용유를 대상으로 통합적 오일 정제 시스템을 적용한 결과, 수분의 오염은 60 ppm으로 상당히 많이 제거되었고 오염도 등급 또한 4등급으로 상당히 개선되었다.
Bench 테스트는 실제 발전회사의 O/H(overhaul) 기간에 현장에 설치하여 실시하였다. 실험에 사용된 사용유는 bench 테스트에서 사용한 윤활유와 동일한 SK Turbine 32이고 실험에 사용한 윤활유의 양은 약 40,000 L이다. 실험은 초기 시료를 채취하여 분석 후, 32시간 동안 통합 적 윤활유 정제 시스템을 가동하고 최종 시료를 채취하여 비교 분석하였다.

데이터처리

통합적 윤활유 정제 시스템에 대한 검정 실험은 bench 테스트와 현장 테스트를 실시하였다.

성능/효과

그 외에도 마이크로 버블 발생장치를 결합한 오일 플러싱 장치는 이물질을 윤활벽면이나 기계시스템으로부터 잘 분리하여 효과적인 윤활유의 정제에 기여한다. 개발된 윤활유 정제 시스템은 bench와 현장 테스트를 통해 검정 한 결과, 기존의 윤활유 정제 시스템에 비해 윤활유의 오염 관리 기준까지 정제하는 시간이 줄어들고 용해 수분과 바니쉬의 제거에도 효과적이다. 앞으로 개발된 통합적 윤활유 정제 시스템이 발전 분야뿐만 아니라 중공업, 고속철, 풍력 터빈 등에 다양하게 적용하면서 현장에서 발생하는 문제점들을 보완하여 관련기술을 발전시키는 것이 필요하다.
통합적 윤활유 정제 시스템은 윤활유의 수분, 슬러지, 고형입자 같은 오염물 제거뿐만 아니라 카트리지 필터의 국산화 및 내구성 개선을 하였다. 그 외에도 마이크로 버블 발생장치를 결합한 오일 플러싱 장치는 이물질을 윤활벽면이나 기계시스템으로부터 잘 분리하여 효과적인 윤활유의 정제에 기여한다. 개발된 윤활유 정제 시스템은 bench와 현장 테스트를 통해 검정 한 결과, 기존의 윤활유 정제 시스템에 비해 윤활유의 오염 관리 기준까지 정제하는 시간이 줄어들고 용해 수분과 바니쉬의 제거에도 효과적이다.
실험에 사용된 사용유는 800 L이고, 통합적 윤활유 정제 시스템을 4시간 가동 후에, 윤활유 분석은 윤활유 전문 분석 기관인 한국기계전기전자시험연구원에서 위탁 수행하였다. 오염된 사용유를 대상으로 통합적 오일 정제 시스템을 적용한 결과, 수분의 오염은 60 ppm으로 상당히 많이 제거되었고 오염도 등급 또한 4등급으로 상당히 개선되었다. 그리고 산가는 0.
본 연구에서는 보전 전략 측면에서 윤활유를 효과적으로 유지, 관리하기 위해 통합적 윤활유 정제 시스템을 개발하였다. 통합적 윤활유 정제 시스템은 윤활유의 수분, 슬러지, 고형입자 같은 오염물 제거뿐만 아니라 카트리지 필터의 국산화 및 내구성 개선을 하였다. 그 외에도 마이크로 버블 발생장치를 결합한 오일 플러싱 장치는 이물질을 윤활벽면이나 기계시스템으로부터 잘 분리하여 효과적인 윤활유의 정제에 기여한다.

후속연구

개발된 윤활유 정제 시스템은 bench와 현장 테스트를 통해 검정 한 결과, 기존의 윤활유 정제 시스템에 비해 윤활유의 오염 관리 기준까지 정제하는 시간이 줄어들고 용해 수분과 바니쉬의 제거에도 효과적이다. 앞으로 개발된 통합적 윤활유 정제 시스템이 발전 분야뿐만 아니라 중공업, 고속철, 풍력 터빈 등에 다양하게 적용하면서 현장에서 발생하는 문제점들을 보완하여 관련기술을 발전시키는 것이 필요하다.

참고문헌 (7)

Hong, S. H., "Review of application cases of machine condition monitoring using oil sensors", Tribo. Lubr., Vol.36, No.6, pp.307-314, 2020, https://doi.org/10.9725/kts.2020.36.6.307

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Hong, S. H., Machine Condition Diagnosis Based on Oil Analysis, Chap. 2, Hanteemedia, Seoul, Korea, 2021. (ISBN 978-89-6421-426-8)
Katharina, M., Johannes, L., Hermann, N., "Removal of magnetite particles and lubricant contamination from viscous oil by high-gradient magnetic separation technique", Separation and Purification Technology, Vol.92, pp.122-128, 2012, https://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.07.035

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Hong, S. H., "Effective test of lacquer in marine diesel engines", International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, Vol.9, pp.199-208, 2017, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijnaoe.2016.10.002

원문보기 상세보기
Hong, S. H., "A literature review of lacquer formation in medium-speed and low-speed engines", Journal of Mechanical Science and Technology, Vol.30, No.12, pp.5651-5657, 2016, http://doi.org/10.1007/s12206-016-1134-1

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Hong, S. H., "Development of oil flushing system with microbubble generator", Tribo. Lubr., Vol.38, No.3, pp.109-114, 2022, https://doi.org/10.9725/kts.2022.38.3.109

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Murai, Y., Tasaka, Y., Oishi, Y., Ern, P., "Bubble fragmentation dynamics in a subsonic Venturi tube for the design of a compact microbubble generator", International Journal of Multiphase Flow, Vol.139, pp.103645, 2021, https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2021.103645

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