API 원심 펌프 베어링 하우징 윤활을 위한 모범 사례

점점 더 많은 공장에서 석유, 석유화학 및 천연 가스 산업에 사용되는 원심 펌프를 포함하여 회전 장비의 평균 수리 간격(MTBR)을 연장하는 데 초점을 맞추고 있습니다. API 프로세스 펌프의 윤활 효과를 극대화하는 것은 이 목표를 달성하는 데 크게 기여할 것입니다.

이 기사에서는 디스크 대 오일 링 윤활, 적절한 수준 유지 및 오염 제어에 대한 데이터를 포함하여 API 프로세스 펌프에서 베어링을 윤활하는 최적의 방법에 대해 학습합니다. 최소한의 오염으로 적절하게 윤활된 베어링은 더 낮은 온도에서 더 오랜 시간 동안 작동합니다.

소개

이 기사는 수평 원심 API(American Petroleum Industry) 프로세스 펌프에 초점을 맞추고 있지만 많은 주제/개념이 ANSI 펌프에도 적용될 수 있습니다. 구름 요소 베어링이 조기에 고장나는 이유에 대해 다양한 연구가 수행되었으며 일관되게 1번 원인은 윤활 불량에 기인할 수 있습니다. 한 특정 연구에서는 손상의 50%가 윤활 불량으로 인해 발생한다고 밝혔습니다. 불량하거나 결함이 있는 윤활은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

• 잘못된 윤활제

• 윤활제의 잘못된 양

• 오염된 윤활제

• 윤활유 열화

그림 1:일반적인 베어링 고장 원인

API 표준 610은 연속 작동 및 정격 조건에서 25,000시간의 최소 베어링 수명(L10)을 요구하고 최대 부하 및 속도에서 최소 16,000시간을 요구합니다. L10 수명은 동일한 조건에서 동일한 베어링 그룹의 90%가 피로 파손의 첫 징후가 발생하기 전에 견딜 수 있는 회전 수입니다. 연간 실행 시간이 80%(연간 292일)라고 가정하면 최소 예상 베어링 L10 수명은 각각 3.5년 및 2.2년입니다.

위에서 언급한 바와 같이 윤활이 불량하면 피로의 징후가 나타나기 전에 베어링의 50%가 고장납니다. 이러한 고장은 설치 후 몇 시간 이내에, 1년 후 또는 피로 직전에 발생할 수 있습니다. 피로가 발생하기 전 어느 시점에서 이 베어링이 고장나는지 5R의 윤활(적절한 윤활제, 적절한 양, 적절한 위치, 적절한 시간 및 적절한 품질)에 따라 확장할 수 있습니다.

많은 회사에서 새 펌프를 구입할 때 40,000시간(5.7년)의 L10 수명 등급을 요구하고 있지만 여전히 잘못된 윤활 방식을 해결하는 것이 중요합니다.

잘못된 윤활제

공정 펌프의 마찰 방지 베어링은 그리스, 광유 또는 합성유로 윤활될 수 있습니다. 오일 또는 그리스의 오일 성분의 주요 목적은 롤러 요소와 궤도면 접촉면을 분리하고 베어링 내부의 슬라이딩 표면을 윤활하며 부식 방지 및 냉각을 제공하는 것입니다.

점도는 윤활제의 가장 중요한 특성입니다. 속도, 작동 온도 및 부하에 대해 정확한 점도 윤활제를 사용하면 회전 부품 사이에 완전한 유막이 형성됩니다. 잘못된 점도를 사용하면 윤활유의 하중 전달 능력에 부정적인 영향을 미칩니다.

오일은 표면 사이에 침투하기에는 너무 두꺼워 희생적 접촉을 방지하기에 오일 공급이 적절하지 않을 수 있는 지점까지 저하됩니다. 점도는 하중, 온도, 물, 오염 물질 및 화학 변화의 영향을 받습니다. 점도에 대한 권장 사항은 OEM 사용 설명서를 참조해야 하지만 온도가 증가함에 따라 점도가 감소하기 때문에 오일 섬프 작동 온도를 측정하는 것도 중요합니다.

표 1:펌프의 볼 베어링에 대한 SKF 권장 사항

오일 인 프로세스 펌프는 일반적으로 ISO 등급 46, 68 또는 100입니다. 이 수치는 센티스토크 단위의 동점도와 관련이 있습니다. 오일은 일반적으로 탄화수소 오일이지만 합성 오일은 특정 윤활 용도로 사용되기도 합니다.

합성유의 점도는 온도 변화에 덜 민감하며 온도 변동이 있을 때 더 널리 사용됩니다. 온도도 섭씨 100도(화씨 212도)를 초과하는 경우 광유의 산화 속도가 더 높은 온도에서 더 빠르게 가속되기 때문에 합성 제품을 권장합니다.

잘못된 양의 윤활유

적용 분야에 적합한 윤활제를 선택하는 것이 첫 번째 단계이며, 다음 단계는 초기에 정확한 양을 적용하고 유지 관리하는 올바른 양을 결정하는 것입니다. 베어링 하우징 어셈블리의 설계, 특히 설계된 오일 레벨을 이해하는 것이 중요합니다.

오일 레벨 – 디자인

수평 공정 펌프에서 구름 요소 베어링을 윤활하는 가장 일반적인 방법은 다음과 같습니다.

• 그리스

• 기름 튀김(직접 접촉, 링 또는 플링거)

• 순수 오일 미스트

• 퍼지 오일 미스트

그리스의 사용은 주로 매개변수가 전동체 베어링의 크기와 속도 범위에 있는 저마력 펌프로 제한됩니다. 오일 스플래쉬 윤활은 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. 오일 스플래쉬 디자인에는 직접 접촉, 오일 링, 플링거 디스크 또는 각각의 조합이 포함됩니다.

직접 접촉 시 샤프트가 회전함에 따라 베어링의 롤링 요소가 오일 레벨과 접촉합니다. 베어링은 가장 낮은 전동체 또는 볼 직경의 1/2 이상으로 오일에 잠기지 않아야 합니다(그림 2). 오일 링은 속도나 하중이 요인이고 오일이 베어링과 직접 접촉하지 않는 경우에 사용됩니다.

오일 링은 오일과 접촉하고 베어링에 직접 접촉하지 않고 스플래시 유형 윤활을 제공합니다. 플링거 디스크는 오일이 베어링과 직접 접촉하지 않는다는 점에서 오일 링과 유사합니다. 디스크는 오일과 접촉하여 스플래쉬 유형의 윤활을 제공합니다. 오일 링은 침수 깊이에 비해 샤프트 속도에 더 의존하지만 가장 깊은 지점에서 8분의 3인치를 사용하는 것이 좋습니다.

플링거 디스크는 회전축에 직접 부착되어 있고 약 3/8인치가 오일에 잠겨야 하기 때문에 과도한 윤활 문제에 덜 취약합니다. 결합 디자인은 금속 디스크와 직접 접촉을 통합합니다. 베어링이 오일과 직접 접촉하고 디스크가 냉각을 위한 추가 스플래쉬 윤활을 제공합니다.

그림 2:펌프 단면 – 기름 튀김/직접 접촉

오일 미스트 윤활 시스템의 기본 개념은 오일 에어로졸을 베어링 하우징으로 분산시키는 것입니다. 공기는 오일을 1~3마이크론의 입자 크기로 분무합니다. 기류는 이러한 작은 오일 입자를 배관 시스템을 통해 베어링을 통해 흐르는 펌프 하우징으로 운반합니다.

중앙 집중식 저압 윤활 시스템입니다. 순수한 미스트 윤활에서 오일/에어 미스트는 압력을 받아 하우징에 공급됩니다. 하우징에 오일 저장고가 없고 오일 링이 사용되지 않습니다. 퍼지 미스트 윤활은 순수 미스트와 동일한 원리를 사용하지만 하우징에 오일 저장소가 있습니다. 슬링거/플링거 디스크 또는 오일 링을 사용하여 스플래쉬 윤활을 제공할 수도 있습니다.

낮은 수준

낮은 수준의 작동 조건에서 베어링은 적절한 피막 강도에 필요한 윤활유를 충분히 공급받지 못합니다. 마찰을 방지하기에 충분한 오일이 없으면 강철 베어링에 열 폭주가 빠르게 발생할 수 있습니다.

베어링의 온도가 상승하면 볼과 레이스가 모두 팽창하여 더욱 밀착됩니다. 이것은 온도를 더욱 증가시키고 주기는 계속해서 급속하고 치명적인 고장을 일으키게 됩니다.

낮은 수준의 오일은 모든 유형의 오일 스플래쉬 윤활에 영향을 미칩니다. 직접 접촉하면 필름 강도가 충분하지 않고 링이나 디스크가 베어링을 윤활하기에 충분한 오일을 흡수하지 못할 수 있습니다.

높은 수준

높은 수준의 작동 조건에서 윤활유의 휘저어짐이 발생하여 과도한 공기와 높은 온도로 인해 산화 속도가 가속화됩니다. 특히 오일 섬프 윤활과 관련하여 더 많은 것이 더 낫다고 믿는 것은 일반적인 실수입니다. 너무 많은 오일은 오일 링, 플링거 및 직접 베어링 접촉의 작동에 영향을 줄 수 있습니다.

높은 윤활 수준의 또 다른 결과는 씰 누출입니다. 오일 레벨이 너무 높으면 링이 물에 잠기고 더 이상 오일을 슬링하지 않습니다. 플링거 디스크는 샤프트에 직접 부착되기 때문에 이에 덜 민감합니다.

적절한 수준 유지

오일 섬프 윤활은 적절한 베어링 하중을 위해 특정 수준을 유지할 필요가 없으며, 오일 수준이 매우 낮거나 높은 지점에 도달하지 않으면 됩니다(그림 3).

그림 3. 일반적인 오일 레벨 상태

적절한 양의 윤활유를 유지하는 것이 윤활 수명과 효율성을 높이는 가장 쉬운 방법일 것입니다. 권장되는 오일 레벨, 최적의 윤활 장비 및 선호하는 방법에 대해서는 장비 제조업체 또는 사용 설명서에 문의하십시오. 대부분의 장비에는 하우징에 주입되거나 태그가 부착되는 적절한 오일 레벨에 대한 외부 표시가 있습니다.

베어링 하우징에서 적절한 수준의 윤활유를 유지하기 위해 가장 널리 사용되는 방법 중 하나는 일정 수준의 오일러입니다(그림 2). 일정 레벨 오일러는 씰, 벤트 및 다양한 연결부를 통해 누출로 손실된 오일을 보충하고 베어링 하우징의 플러그를 꽂습니다. 적절한 레벨이 설정되면 저장소의 오일을 교체하는 것만으로 유지보수가 필요합니다. 뷰 포트(과녁 모양)를 사용하여 적절한 오일 레벨을 확인할 수도 있습니다.

일정한 레벨의 오일러에는 장비의 적절한 오일 레벨과 일치해야 하는 "제어 지점"이 있습니다. 오일러가 장비에 설치되고 오일이 적절한 수준으로 채워집니다. 모든 일정 수위 급유기가 제대로 작동하려면 공기가 필요합니다. 섬프 내의 오일 레벨이 낮아지면 제어 지점의 씰이 파손되어 공기가 저장소로 들어가고 씰이 다시 설정될 때까지 오일이 변위됩니다. 일정 수준 급유기가 올바르게 설정되고 저장소에 오일이 있는 경우 장비는 항상 섬프 내에서 최적의 오일 수준을 유지합니다.

오염된 윤활제

윤활 품질은 조기 베어링 고장의 큰 원인인 오염의 영향을 받습니다. 주요 유형의 오염 물질은 미립자, 습기, 비호환성 유체 및 공기 동반입니다. 입자는 윤활제 성능을 방해하고 부품에 압력을 가하여 결합 표면 표면에 찌그러짐, 피로, 박리 및 마모를 유발합니다. 물은 윤활유가 적절한 유막을 제공하는 능력에 영향을 미쳐 조기 고장과 과도한 마모를 일으킵니다.

부식, 캐비테이션, 조기 산화 및 오일의 필터 막힘은 수질 오염의 다른 증상입니다. 공기 오염은 오일 압축성에 영향을 미치고 열 전달 불량, 필름 강도 손실, 산화 및 캐비테이션을 유발합니다.

이러한 오염 물질의 출처는 다음과 같습니다.

• 생성된 오염

• 오염 물질의 외부 침입

• 유지 보수 유도

오염 발생

입자 오염은 길들이기 또는 펌프 작동 중에 생성될 수 있습니다. 오일 링은 일반적으로 청동으로 만들어지며 샤프트의 수평, 속도 및 오일 레벨에 민감합니다. 이러한 감도로 인해 건너뛰거나 전화를 끊고 다른 구성 요소와 접촉하는 경향이 있습니다. 링이 마모되어 더 부드러운 재료가 되고 입자 파편이 생성됩니다. 이 작은 입자는 전동체와 궤도 사이의 임계 영역을 관통하여 마모를 일으킬 수 있습니다.

오염 물질의 외부 침입

장비 하우징과 주변 대기 사이의 압력 차이는 오염 침투의 주요 원인입니다. 빈번한 on/off 작동 조건, 공정 유체 온도 변화, 실외 사용 및 펌프 위의 공기 흐름 중에 하우징 온도 변동이 발생하는 펌프 작동은 압력이 균일해짐에 따라 이러한 대기 교환을 생성합니다. 이 공기 교환 동안 주변 환경의 오염 물질(먼지, 물 등)이 통풍구, 씰 및 오일러를 통해 오일 섬프로 "호흡"됩니다.

오일러, 씰 및 통풍구를 포함한 하우징 구성 요소는 적절하게 지정되면 오염을 방지하는 데 매우 효과적일 수 있습니다. 수년 동안 일정한 수준의 오일러는 오일 수준을 유지하는 데 사용되었습니다. 이들 대부분은 주변 대기로 배출되어 하우징 섬프로 오염이 침투할 수 있습니다. 통풍이 되지 않는 오일러로 전환하고 통풍 플러그를 제거하면 침입을 크게 줄일 수 있습니다.

베어링 아이솔레이터는 윤활유 누출 및 오염 물질 침투를 방지하는 데 사용됩니다. 미로형 베어링 아이솔레이터는 수평 펌프에 가장 널리 사용됩니다. 베어링 아이솔레이터는 정상적인 펌프 작동으로 인해 생성된 증가된 압력이 씰을 통해 배출되도록 하며 오염 침투를 줄이는 데 매우 효과적인 것으로 입증되었습니다.

로터와 스테이터가 접촉하지 않기 때문에 마모를 방지하면서 환기가 가능하여 씰의 수명이 연장됩니다. 마그네틱 또는 페이스 씰은 오염 및 윤활유 누출로 인한 베어링 손상을 방지하는 데 사용됩니다. 페이스 씰은 광학적으로 평평한 고정 면과 자기력 또는 스프링에 의해 함께 하중을 받는 회전 면이 특징입니다.

유지 보수 유도

장비에 넣기 전에 오일에 오염이 있을 수 있습니다. 새 오일이 깨끗하다고 가정할 수 없습니다. 오일과 적절한 디스펜싱 용기를 적절하게 보관하면 물이나 기타 오염 물질이 베어링 하우징에 들어갈 가능성도 줄어듭니다. 펌프 재건 과정에서 오염이 제대로 제거되도록 적절한 주의를 기울여야 합니다.

윤활유 열화

모든 윤활유는 시간이 지남에 따라 성능이 저하되므로 오일을 교체해야 합니다. 윤활유의 품질을 유지함으로써 이러한 변화의 빈도를 늘릴 수 있습니다.

상승된 작동 온도는 오일 산화의 주요 원인입니다. 공기, 미립자 및 수질 오염과 결합하여 오일 산화의 연쇄 반응이 시작됩니다. 첨가제가 먼저 영향을 받고 그 다음이 베이스스톡에 영향을 미치므로 기계 및 구성요소 표면 마모와 피로가 발생합니다. 오일 작동 온도가 8°C(18F) 증가할 때마다 산화율이 두 배로 증가합니다.

이는 펌프 작동 온도가 60C(140F)에 가깝거나 그 이상인 경우가 많다는 점을 고려할 때 중요할 수 있습니다. 오일의 작동 온도를 50C(122F)로 낮추면 산화율이 50% 감소하여 오일의 유효 수명이 두 배로 늘어납니다.

낮은 오일 작동 온도를 낮추거나 유지하는 가장 기본적인 방법은 다음과 같습니다.

• 정확한 점도의 오일을 사용하십시오.

• 고급 오일을 사용하십시오.

• 적당량의 기름을 사용하십시오.

• 오일을 깨끗하게 유지하십시오.

공기 동반은 오일의 산화 실패에서 주요 산소 공급원입니다. 새 오일은 대기압에서 최대 10%의 공기를 포함할 수 있습니다. 플링거 링 또는 슬링거를 사용하는 스플래쉬 유형 베어링 하우징은 모두 폭기 경향이 있는 응용 분야입니다. 과도한 폭기는 산가(AN), 오일 색상, 필름 강도 및 점도에 부정적인 영향을 미칩니다. 또한 공기 유입은 표면 부식을 가속화하고 작동 온도를 높이며 오일 바니싱을 유발할 수 있습니다.

작동 온도는 각 윤활 방법 유형에 따라 다를 수 있습니다. 아래 그래프는 시작부터 온도가 안정될 때까지 오일 섬프의 작동 온도를 측정한 실험실 테스트를 기반으로 합니다. 두 가지 테스트는 ISO 68 중량 오일과 3,600rpm의 작동 속도를 사용하여 실행되었습니다.

하나의 테스트는 가장 낮은 롤링 요소의 볼 중간 부분에 오일 레벨이 있었고 다른 테스트는 오일 레벨이 아래로 떨어졌고 스플래쉬 윤활을 제공하기 위해 유연한 플링거 디스크가 설치되었습니다. 유연한 플링거 디스크 작동 온도는 직접 접촉 작동 온도보다 9F 낮습니다. 위에서 언급했듯이 이러한 온도 감소는 산화 속도를 25% 감소시킵니다.