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유압 시스템은 유압 펌프, 유압 밸브, 유압 모터, 유압 실린더와 같은 핵심 부품 없이는 작동할 수 없습니다. 누군가 이렇게 물어볼 수 있습니다: 물은 어디에나 흔하고 저렴하므로, 유압 오일 대신 직접 물을 사용할 수는 없을까요?
정답은: 이론적으로는 작동이 가능하지만, 그 결과는 그리 이상적이지 않습니다. 마치 일반 자전거로 트럭을 끌려는 것과 같습니다. 몇 차례는 움직일 수는 있지만, 성능이나 수명을 기대해서는 안 됩니다. 아래 다섯 가지 측면에서 그 이유를 살펴보겠습니다.
1. 윤활이 부족함
원리: 수압유는 금속 표면에 안정적인 기름 필름을 형성합니다 (유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유유 물은 거의 필름을 형성하지 않으며, 그 경계유유 능력은 0에 가깝습니다.
기준 척도: 20에서 물의 동적 점도 ° C ≈ 1 MPa · s: ISO VG 32 수압유의 동적 점도 40 ° C는 대략 25-30mPa입니다. · s (밀도에 따라 약간 변합니다.) 물은 일반적으로 사용되는 수압유보다 20-30배 가늘합니다.
문제점의 영역:
기어 펌프 옆판/치 표면 마모, 씹고 붙는
의 톱날 끝과 고정된 고리 사이의 마찰 표면은 긁혀서 파란색으로 변한다.
피스톤 펌프 플런저 실린더 구멍 짝짓기 표면, 기울어진 디스크 슬라이딩 신발 표면 건조 마찰;
밸브 코어와 밸브 바디 사이의 작은 클리어 션 (몇 가지 마이크로미터의 순서) 은 윤활을 잃어 버린 후 "파열"되고 붙어있을 수 있습니다.
예시
청정수로 25 MPa 저유량 플런저 펌프의 시운전을 실시할 경우, 무부하 상태에서도 수십 분에서 수 시간 이내에 급격한 온도 상승과 크고 비정상적인 소음이 발생할 수 있다. 점검 결과, 슬라이딩 슈(slide shoe) 표면에 긁힘 자국이 관찰되었으며, 플런저 말단면에는 검은색 및 청색 변색이 나타났다.
베인 펌프가 오일 필름을 잃게 되면, 몇 시간 운전 후 날카로운 휘슬 소음이 발생하고 압력이 정격값에 도달하지 못하게 된다. 분해 후 확인해 보면, 베인의 가장자리에 명확한 '홈(grooves)'이 형성되어 있다.
2. 부식 문제
원리: 물에는 용존 산소와 전해질이 포함되어 있어 전기화학적 부식이 쉽게 일어나며, 동시에 피팅 부식(pitting corrosion) 및 틈새 부식(crevice corrosion)을 촉진한다. 또한 물은 일반적인 밀봉재/탄성 재료(예: NBR, PU 등)에 흡수되어 팽윤되게 하여 노화를 가속화시킨다.
문제가 자주 발생하는 부위: 밸브 코어와 밸브 본체의 맞물림 면에서의 피팅 부식 → 붙어 있음 및 기어감; 오일 실린더 피스톤 로드의 크롬 도금층이 부식되어 씰링 립이 날카로워짐; 기어 펌프 케이싱의 사이드 플레이트 및 내벽 부식 → 마모성 입자가 순환계에 유입됨; 밀봉 요소(NBR/PU)가 수분을 흡수하여 경도가 감소하고 치수 변화를 겪어 누출량이 증가함. 예시: 야외 장비가 침수 후 적시에 배수 및 건조되지 않을 경우, 밸브 코어에 3~5일 이내 얕은 녹이 발생하여 작동 지연 및 시동 시 진동이 나타날 수 있음. 일부 사출 성형기에서 냉각수를 유압 회로에 잘못 연결함으로써, 실린더 배럴 내부에 며칠 이내에 녹 자국이 생기고, 이로 인해 피팅 부식(pitting corrosion)이 발생하여 씰링 립에 긁힘 상처가 생기고, 오일 누출량이 급격히 증가함.
3. 공동현상(cavitation) 위험
원리: 물은 끓는점이 낮고 증기압이 높다. 펌프 흡입구의 국부 압력이 물의 증기압보다 낮아지면, 물은 기포 형태로 기화된다. 이 기포는 고압 영역에서 즉시 붕괴되며, 미세 제트류와 충격파가 발생하여 사포질(sandblasting)과 유사한 움푹 패인 자국(공동현상 흔적)을 만든다. 참고 기준: 60℃에서 물의 증기압은 약 20 kPa로, 유압유의 증기압보다 훨씬 높다. 따라서 동일한 흡입 조건 하에서 공동현상이 발생할 가능성이 더 크다. ° 문제가 자주 발생하는 부위: 기어펌프의 톱니 끝–측판 흡입 영역, 베인펌프의 흡입실, 피스톤펌프의 분배판 흡입 창; 절류구 및 날카로운 모서리 근처의 국부 저압 영역.
예시
30 L/분 기어 펌프를 물로 작동할 때, 회전속도가 1500 rpm이고 흡입관이 길거나 정밀 필터 요소가 사용된 경우, '사포 소리/브러밍 소리'가 발생한다. 며칠 후 측면 플레이트에는 피팅(pitting) 및 초승달 모양의 함몰 흔적이 나타나며, 체적 효율은 90%에서 60~70%로 감소한다.
밸브의 작은 개구부는 수매체의 유량을 감소시킨다. 고온 조건에서는 바늘 모양의 피팅(pitting) 함몰 흔적이 밸브 코어와 시트에 흔히 관찰되며, 이로 인해 내부 누출량과 소음이 증가한다.
4. 점도 부족 원리: 유압 시스템의 밀봉 및 누출 제어는 매체의 점도에 크게 의존한다. 간단히 말하면, 틈새에서 발생하는 층류 누출량 Qleak은 기하학적 구조와 압력 차이가 고정되어 있을 때 대략적으로 1/μ에 비례한다. μ 1/μ μ (기하학적 구조와 압력 차이가 고정된 경우). 매체의 점도가 30 mPa·s에서 · 1 mPa·s로 변경되면 · 이론상 누출량은 수십 배까지 증폭될 수 있다.
5. 온도 민감성 원리: 물은 0℃에서 얼어붙는다. ° C에서 부피가 약 9% 팽창하여 얇은 벽면 부품/배관에 균열이 발생한다; 고온에서는 증발이 가속화되고 증기압이 상승하여 캐비테이션이 빈번해지고 압력 변동이 커진다. 유압유는 점도-온도 개선제 및 항산화제를 함유하여 넓은 작동 온도 범위를 갖는다.
현장 영향: 저온 — 동결 → 펌프 흡입구/케이스 균열; 시동 순간에 영향이 크며, 실링 립이 '찢어지는' 현상이 발생한다; 고온 — 캐비테이션 빈도 증가 및 펌프 흡입구 캐비테이션; 압력 리플과 소음 증가로 인해 작동 부품의 급격한 진동이 발생한다.
예시
북부 지역의 실외 장비가 밤새 영하로 떨어졌고, 배관 내 잔류수는 동결되었다. 다음 날 기어펌프 케이싱을 시동하자 미세한 균열이 발생하였다;
60–70°C 환경의 제철 연속주조 현장에서 ° C. 매체로 물을 사용하는 시험 회로는 고온에서 펌프 흡입측 소음과 압력 강하가 빈번하게 발생한다. 에틸렌 글리콜 혼합수로 다시 전환한 후에야 겨우 안정화되었다.
직접적인 결과: 체적 효율의 현저한 감소(고압 조건에서 더욱 두드러짐); 압력 상승 속도 저하 및 부하 크롤링 현상; 밸브 코어의 내부 누설이 증가하여 시스템 정압 차이가 발생하고, 발열이 증가함. 예시: 매체로 물을 사용할 경우, 정격 압력 20 MPa의 기어펌프는 무부하 상태에서는 여전히 회전이 가능하지만, 8–10 MPa의 부하에서는 압력을 상승시킬 수 없다. 동일한 펌프를 VG46 유류로 교체한 후에는 18–20 MPa까지 복원된다. 서보 비례 밸브와 같이 미세 간극에 극도로 민감한 부품은 점도가 낮은 매체로 교체 시 심각한 제로 위치 누설 및 드리프트가 발생하여 위치 제어 루프의 안정화가 어려워진다.
제가 제시한 관점에 기반하여, 유압 모터는 여전히 유압 오일과 더 높은 호환성을 보입니다.
다만, 산업 현장에서는 수성 유압 유체(HFA/HFB/HFC, 예: 물-에틸렌글리콜 혼합액)와 이에 특화된 펌프/밸브/실링 및 재료 시스템(스테인리스강/니켈 도금, 세라믹, EPDM/PTFE 등)이 존재한다는 점을 주의해야 합니다. 그러나 이는 전문적인 시스템 공학 분야에 속하며, 기존의 오일 기반 시스템을 단순히 물로 대체하는 것만으로는 충분하지 않습니다.