모든 유압 시스템에서 열의 근본적인 원천은 에너지 손실입니다. 열은 펌프 자체에서 발생하는 것이 아니라 유압유가 시스템을 통해 흐를 때 발생하는 저항으로 인해 발생합니다. 실린더를 움직이거나 모터를 돌리는 것과 같은 유용한 작업을 수행하지 않고 유체 압력이 떨어질 때마다 손실된 에너지는 직접 열로 전환됩니다.
핵심 원리는 간단합니다. 원동기가 유압 시스템에 투입하는 모든 동력은 유용한 작업으로 전환되거나 열로 손실되어야 합니다. 이러한 에너지 손실의 주요 메커니즘은 압력 강하이며, 이는 밸브, 오리피스, 호스, 심지어 내부 부품 누출과 같은 제한을 통해 유체가 강제로 흐를 때 발생합니다.
근본 원리: 에너지 전환
열 발생을 이해하는 것은 열역학 제1법칙, 즉 에너지는 생성되거나 파괴될 수 없으며 형태만 변할 수 있다는 것에서 시작됩니다. 유압 시스템은 단순히 에너지 변환 기계입니다.
입력 동력에서 작업 및 열로
엔진 또는 전기 모터는 유압 펌프에 입력 동력을 제공합니다. 펌프는 이 기계적 에너지를 흐름과 압력 형태의 유압 에너지로 변환합니다.
이 유압 에너지는 두 가지 운명만 가질 수 있습니다. 유용한 작업(의도된 기능)을 수행하거나 비효율성으로 인해 손실됩니다. 이 "손실된" 에너지는 필연적으로 열에너지, 즉 열로 전환됩니다.
압력 강하가 주요 원인인 이유
압력 강하는 에너지가 소비되고 있음을 나타내는 핵심 지표입니다. 이 압력 강하가 액추에이터(실린더와 같은)에서 발생하면 작업이 수행됩니다.
그러나 릴리프 밸브, 부분적으로 닫힌 유량 제어 장치 또는 크기가 작은 호스에서 압력 강하가 발생하면 작업이 이루어지지 않습니다. 이 "낭비된" 압력 강하는 유압 에너지가 열로 직접 전환되는 것을 나타냅니다.
열 발생의 주요 원인
유압 회로의 모든 구성 요소는 총 시스템 비효율성에 기여하지만, 일부는 다른 구성 요소보다 훨씬 더 중요한 열원입니다.
파이프, 호스 및 피팅을 통한 흐름
모든 도체를 통해 흐르는 유체는 벽에 대한 마찰을 경험합니다. 이 마찰은 압력 강하를 생성하고, 따라서 열을 발생시킵니다.
이 효과는 크기가 작은 라인, 급격한 굽힘 및 과도한 길이로 인해 증폭되며, 이 모든 것은 난류와 흐름에 대한 저항을 증가시킵니다.
제어 부품의 작동
밸브는 종종 가장 큰 단일 열원입니다. 압력 릴리프 밸브 및 압력 감소 밸브는 시스템 압력을 제어하기 위해 의도적으로 큰 압력 강하를 생성하도록 설계되었습니다.
릴리프 밸브가 열리면 고압 오일을 저압 저장소로 직접 배출합니다. 작업이 이루어지지 않으므로 해당 압력 강하로 인한 에너지의 거의 모든 부분이 열이 됩니다. 니들 밸브를 통한 유량 조절도 동일한 효과를 가집니다.
내부 부품 누출
어떤 유압 부품도 완벽하게 밀봉되지 않습니다. 펌프, 모터 및 실린더는 모두 미세한 내부 간극을 가지고 있습니다.
고압 유체는 필연적으로 이러한 간극을 통해 저압 영역으로 누출되거나 "미끄러져" 들어갑니다. 이 내부 누출은 작업 없는 압력 강하의 한 형태로, 시스템이 유휴 상태일 때도 꾸준한 양의 열을 발생시킵니다. 부품이 마모됨에 따라 이 누출이 증가하고 열 발생도 증가합니다.
외부 환경 요인
시스템의 환경도 역할을 합니다. 높은 주변 공기 온도는 저장소의 자연적인 열 방출 능력을 감소시킵니다.
또한, 디젤 엔진과 같은 다른 열원 근처에 유압 부품을 배치하면 해당 외부 열이 유압유로 전달되어 내부 열 발생을 가중시킵니다.
과도한 열의 결과 이해
유압 시스템이 너무 뜨겁게 작동하도록 허용하는 것은 비효율성의 징후일 뿐만 아니라 시스템을 적극적으로 손상시키고 성능을 저하시킵니다.
오일 점도 감소
유압유가 가열되면 점도(점성)가 감소합니다. 묽은 오일은 윤활 효과가 떨어져 펌프 및 모터의 기계적 마모를 증가시킵니다.
또한 내부 누출을 악화시켜 다시 더 많은 열을 발생시켜 온도가 상승하고 효율이 떨어지는 악순환을 만듭니다.
오일 열화 가속화
고온(일반적으로 180°F 또는 82°C 이상)은 유압유의 산화율을 극적으로 가속화합니다.
산화된 오일은 슬러지, 바니시 및 산을 형성합니다. 이러한 오염 물질은 필터를 막고, 밸브를 고착시키고, 금속 부품을 부식시켜 조기 시스템 고장을 초래합니다.
씰 및 호스 손상
유압 시스템 전체에 사용되는 탄성 중합체 씰 및 호스는 특정 온도 범위에 맞게 설계되었습니다.
과도한 열은 씰을 경화시키고, 부서지기 쉽게 만들고, 균열을 일으킵니다. 이는 내부 및 외부 유체 누출을 유발하며, 이는 시스템 다운타임의 주요 원인입니다.
목표에 맞는 올바른 선택
열 관리는 에너지 손실 관리와 같습니다. 접근 방식은 시스템의 주요 목표에 따라 결정되어야 합니다. 최고 성능, 장기적인 신뢰성 또는 기존 문제 해결 등.
- 최대 효율성에 중점을 둔다면: 부하 감지 펌프와 같은 구성 요소를 사용하고 모든 라인과 밸브의 크기를 올바르게 조정하여 불필요한 압력 강하를 최소화하도록 시스템을 설계하십시오.
- 시스템 수명에 중점을 둔다면: 적절한 크기의 저장소와 열교환기를 통해 적절한 냉각 용량을 확보하여 유체 온도를 최적 범위(120-140°F 또는 50-60°C)로 유지하십시오.
- 과열 시스템을 문제 해결 중이라면: 유용한 작업을 수행하지 않는 가장 큰 압력 강하를 식별하십시오. 지속적으로 열려 있는 릴리프 밸브가 가장 흔한 원인입니다.
궁극적으로 에너지 전달의 관점에서 유압 시스템을 보는 것이 강력하고 신뢰할 수 있는 기계를 설계, 작동 및 유지 관리하는 핵심입니다.
요약표:
| 주요 열원 | 설명 | 영향 |
|---|---|---|
| 압력 릴리프 밸브 | 작업을 수행하지 않고 고압 유체를 탱크로 배출합니다. | 낭비되는 에너지와 열의 주요 원인. |
| 제한을 통한 흐름 | 파이프, 호스 및 피팅의 유체 마찰. | 압력 강하 및 열 발생. |
| 내부 부품 누출 | 펌프/모터의 마모로 인한 유체 미끄러짐. | 시스템이 유휴 상태일 때도 열 발생. |
| 높은 주변 온도 | 환경 또는 인근 엔진의 외부 열. | 시스템의 열 방출 능력 감소. |
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