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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김병희
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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본 연구에서는 수소 연료전지용 캔트 타입 전동식 워터 펌프에서 사용이 가능 하도록 개발된 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene sulfide:PPS) 베어링에 대한 성능 검증을 실시하였다. H사와 M사가 개발한 PPS 베어링의 경우 기존에 캔트 타입 전동식 워터 펌프용으로 많이 사용 되었던 카본 그라파이트(Carbon graphite:CB) 와 실리콘 카바이드(Silicon carbide:SiC) 베어링은 마모에 의한 카본 물질이 금속 분리판에 영향을 미치고 제작 단가로 인해 사용이 불가하여 수소연료전지 차량용 캔트 타입 전동식 워터 펌프용으로 개발한 제품이다.
기존의 마찰력 시험기, 베어링 성능시험기로는 수소 연료전지 차량용 캔트 타입수중펌프에 사용 가능성에 대한 시험이 불가하여 새로운 수중베어링 성능 시험기를 설계 및 제작하였다. 사용되어는 수중베어링의 실재구동환경을 모사하고 와이어 장력을 이용하여 수중에서의 마찰계수를 측정하며 시럼 전후 베어링의 무게, 내경, 마찰계수 등을 이용하여 성능평가 실시하였다. 제작된 성능 시험기의 세부 조건은 90°C 이상의 온도의 프로필렌글리콜(propylene glycol:PG)과 물을 50:50 비율로 희석된 냉각수 환경에서 작동해야 하며 최대 6000rpm의 축 회전 속도와 축 방향 하중을 최대 4kgf, 반경방향 하중 최대 6kgf까지 인가 할 수 있도록 제작하여 성능평가를 진행 할 수 있도록 제작 하였다.
제작된 수중베어링 성능 시험기를 통해 새로 개발된 PPS 베어링과 기존의 CB 베어링 및 SiC 베어링의 성능을 검증 하였다. 검증방법은 실재 가동 환경에서 측정 된 마찰계수와 시험 전후에 시험한 베어링의 내경 및 무게를 측정하고, SEM(scanning electron microscope) 촬영, EDS(energy dispersive x-ray spectroscopy) 측정 및 3D Scan을 통해 마모량 등을 확인하여 검증에 대한 신뢰도를 증가 시켰다.
실험 결과 마찰계수의 경우 PPS 베어링이 모든 하중과 축 회전속도 영역에서 CB기준 최소21.7%(2kgf/6000rpm)이상 감소하였으며 최대 58.1%(6kgf/6000rpm)까지 감소된 것을 확인 할 수 있었다. 베어링 내경 측정 결과 CB > SiC > PPS 순으로 역시 PPS가 낮은 마모율을 보였지만 편마모가 발생하여고 그 이유는 축 직경의 측정 특성 상 측정오차(원시편의 형상 정밀도 영향포함)을 때문으로 추론 하였다. 축에 대한 외경 측정 결과 CB 베어링과 SiC 베어링은 축 직경이 감소한 반면 PPS 베어링은 변화가 없음을 확인 하였다. 베어링 중량 측정 결과 무게 변화량 기준 CB베어링과 SiC 베어링은 무게가 증가 하였고 PPS 베어링은 감소하였다. EDS 측정 이후 실험 전후를 비교 해나 3종의 베어링 모두 O, Fe 원자가 증가됨을 확인 하였고 O는 PG냉각수, Fe는 축(STS304)에서 나와 베어링에 흡착이 발생했다. 특히 Fe 원자의 증가량에 따라 베어링의 무게가 증가함을 확인 하였다.
결과 적으로 PPS 베어링은 기존의 CB 베어링과 SiC베어링의 대체가 가능한 베어링임을 검증 하였다. 제작한 수중베어링 성능 시험기이용 하여 다양한 재료와 형상을 가지는 수중베어링의 성능 시험 성능을 정량적으로 평가 할 수 있을 것이라 예상한다.
기존의 마찰력 시험기, 베어링 성능시험기로는 수소 연료전지 차량용 캔트 타입수중펌프에 사용 가능성에 대한 시험이 불가하여 새로운 수중베어링 성능 시험기를 설계 및 제작하였다. 사용되어는 수중베어링의 실재구동환경을 모사하고 와이어 장력을 이용하여 수중에서의 마찰계수를 측정하며 시럼 전후 베어링의 무게, 내경, 마찰계수 등을 이용하여 성능평가 실시하였다. 제작된 성능 시험기의 세부 조건은 90°C 이상의 온도의 프로필렌글리콜(propylene glycol:PG)과 물을 50:50 비율로 희석된 냉각수 환경에서 작동해야 하며 최대 6000rpm의 축 회전 속도와 축 방향 하중을 최대 4kgf, 반경방향 하중 최대 6kgf까지 인가 할 수 있도록 제작하여 성능평가를 진행 할 수 있도록 제작 하였다.
제작된 수중베어링 성능 시험기를 통해 새로 개발된 PPS 베어링과 기존의 CB 베어링 및 SiC 베어링의 성능을 검증 하였다. 검증방법은 실재 가동 환경에서 측정 된 마찰계수와 시험 전후에 시험한 베어링의 내경 및 무게를 측정하고, SEM(scanning electron microscope) 촬영, EDS(energy dispersive x-ray spectroscopy) 측정 및 3D Scan을 통해 마모량 등을 확인하여 검증에 대한 신뢰도를 증가 시켰다.
실험 결과 마찰계수의 경우 PPS 베어링이 모든 하중과 축 회전속도 영역에서 CB기준 최소21.7%(2kgf/6000rpm)이상 감소하였으며 최대 58.1%(6kgf/6000rpm)까지 감소된 것을 확인 할 수 있었다. 베어링 내경 측정 결과 CB > SiC > PPS 순으로 역시 PPS가 낮은 마모율을 보였지만 편마모가 발생하여고 그 이유는 축 직경의 측정 특성 상 측정오차(원시편의 형상 정밀도 영향포함)을 때문으로 추론 하였다. 축에 대한 외경 측정 결과 CB 베어링과 SiC 베어링은 축 직경이 감소한 반면 PPS 베어링은 변화가 없음을 확인 하였다. 베어링 중량 측정 결과 무게 변화량 기준 CB베어링과 SiC 베어링은 무게가 증가 하였고 PPS 베어링은 감소하였다. EDS 측정 이후 실험 전후를 비교 해나 3종의 베어링 모두 O, Fe 원자가 증가됨을 확인 하였고 O는 PG냉각수, Fe는 축(STS304)에서 나와 베어링에 흡착이 발생했다. 특히 Fe 원자의 증가량에 따라 베어링의 무게가 증가함을 확인 하였다.
결과 적으로 PPS 베어링은 기존의 CB 베어링과 SiC베어링의 대체가 가능한 베어링임을 검증 하였다. 제작한 수중베어링 성능 시험기이용 하여 다양한 재료와 형상을 가지는 수중베어링의 성능 시험 성능을 정량적으로 평가 할 수 있을 것이라 예상한다.
목차
목 차목차 iList of Tables iiiList of Figures ivAbstract v1. 서론1.1 연구배경 11.2 수소 연료전지 차량 11.2.1 캔트 타입 전동식 워터펌프 21.2.2 수중 베어링 31.3 기존 베어링 성능 시험 방법 31.4 연구목적 51.5 이론적 배경 52. 수중베어링 성능시험기2.1 개발 목적 72.2 설계 및 제작 72.2.1 마찰력 측정 방법 82.2.2 설계 및 제작 103. 수중 베어링 성능 시험 결과3.1 시험 방법 123.2 시험 방법 검증 133.3 시험 결과 144. 요약 및 결론 19참고문헌 20List of Tables 25List of Figures 30
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