속도제어 펌프로 에너지 비용을 절감한 폭스바겐

폭스바겐은 독일 잘츠기터시에 위치한 엔진공장에서 사용할 고순도의 윤활유와 냉각유(LCF) 필요했습니다. 호닝시스템의 LCF 필터 기술을 최신식으로 업그레이드 하기 위해, 폭스바겐은 LCF 공급 펌프를 그런포스의 변속펌프인 NK 모델로 교체하였습니다. 결과, 에너지 절감과 나은 고품질의 윤활유 생산이 가능해졌습니다.

Heinz Maier, 산업부, 자동화 전문 매니저. 그런포스 스페이서 커플링

32만 제곱미터 넓이의 잘츠기터시 엔진공장은 하루 최대 7천대의 엔진을 생산합니다. 이곳에서 폭스바겐은 370 종류 이상의 디젤 엔진과 가솔린 엔진을 비롯하여 각종 산업용 엔진과 선박용 엔진, 열병합 발전용 엔진을 생산합니다. 3-16실린더 엔진을 포함하여 55 kW -736 kW 출력의 엔진을 생산합니다.

잘츠기터시 공장은 다양한 종류의 엔진을 생산하기 위해 약 6,200대의 공작기계를 가동하고 있습니다. 공작기계들은 운반된 주철과 잉곳을 엔진 블락, 실린더 헤드, 캠샤프트, 크랭크샤프트로 만드는 밀링, 보어링, 터닝, 그라인딩 작업을 진행합니다. 이 공장은 또한 흡입 매니폴드, 오일 팬, 플라이 휠, 오일/물 펌프와 같은 다양한 엔진부품을 제조하며, 이들은 12가지의 생산 라인을 거쳐 엔진이 됩니다.

NK 시리즈 두 대가 분당 1000리터의 냉각윤활유를 처리할 수 있는 호닝시스템을 제공함

NK 시리즈 두 대가 분당 1000리터의 냉각윤활유를 처리할 수 있는 호닝시스템을 제공함

운활유 냉각: 호닝시스템에 필수적임

Nils-Stefan Bang씨는 지난 11년간 공장의 엔진생산계획 부서에서 근무해왔습니다. 그의 주 업무는 가공기계에 냉각수, 냉수, 압축공기, LCF가 균일하게 공급되는지 확인하여 금속조각들로 가득한 유화제와 기름의 원활한 처리를 돕는 것입니다.

공장의 윤활유 냉각 시스템 120대는 기계 가공 시 약 600만리터의 냉각 윤활유를 순환시킵니다. 또한, 매일 100톤의 금속조각도 처리되어야만 합니다.

Nils-Stefan Bang씨는 단순한 LCF 시스템 교체보다 좀 더 큰 변화를 구상했습니다. 그의 업무는 노후된 기술의 업데이트는 물론 기존 시스템을 새로운 규정과 엔진 설계에 맞게 조정하는 것과 관련이 있기 때문입니다.

4실린더 크랭크실을 생산했던 호닝시스템은 최근 이러한 업그레이드 과정을 거쳤습니다. 실린더 크랭크실은 조립 이후, 엔진 실린더와 크랭크샤프트가 작동되는 엔진의 중심 부품이기 때문에 고품질의 표면이 요구됩니다. 표면을 호닝작업으로 마무리하면 엔진 내의 마찰 손실을 줄여줄 수 있습니다. 초미립자의 크로스 그루브 타입은 추후 공정 시 모터 오일이 잘 부착되어 오일 필름이 잘 떨어지지 않도록 도와줍니다.

호닝에 사용되는 냉각 윤활유의 순도를 높이는 것이 주 목적이었습니다. 냉각 윤활유의 상태가 엔진 품질의 향후 성능이나 비용 효율성 등에 간접적인 영향을 미치기 때문입니다. 연마 상태가 좋으면 마찰 손실이 적어지며 저항이 낮아집니다.

냉각 윤활유의 질을 향상시키기 위해 폴리스필터가 자동역세척 여과 장치로써 설치되었습니다. 또한, 빠르게 회전하는 원심분리기는 미세한 입자까지 제거하기 위해 우회모드로 설정되었습니다.

이러한 LCF 시스템 내 변화는 설치될 LCF 펌프의 종류에도 영향을 미칩니다. 예를 들어, 원료 가공 시 생성되는 회주철 입자가 무거울 경우 재빨리 가라앉기 때문에 냉각관을 막아버리기도 합니다. 이러한 이유로 냉각은 반드시 고압과 고속 상태에서 이루어져야 합니다.

“공급 기술자로서, 우리는 호닝시스템을 ‘블랙박스’와 같이 다룹니다. 에너지를 최소한으로 사용하면서 요구되는 특징에 부합하는 냉각 윤활유를 제공하는 것이 우리의 중점임무입니다.”라고 Niels-Stefan Bang씨가 말합니다. 이 경우, 성능시방서에 25°C일 때, 3.5바의 토출압력과 분당 1,000리터의 유량이라는 조건이 기재되었습니다.

유연성을 제공하는 속도제어 기능

2011년 5월, 폭스바겐은 교체 목적으로 공장에 그런포스 변속펌프와 표준 NK펌프 두 대를 설치했습니다. 그런포스 CUE 인버터 (37Kw)와 PLC 컨트롤에 연결된 Profibus 탑재 CIU150 통신 유닛 또한 설치되었습니다.

왜 이 펌프들에 속도제어 기능이 제공될까요?

“경험상 시스템이 ‘숨을 쉴 수’ 있으면 훨씬 이점이 있습니다. 변속펌프는 유량과 배출압력 모두에 있어 유연하다는 특징을 가집니다. 펌프는 항상 입력된 속도에 따라 작동하며, 다양한 공장에서 사용될 수 있고 재사용 역시 가능합니다. 인버터 제어펌프를 사용한 이후로, 다양한 작동 상태에서 운영하거나 시험해보는 것이 한결 편해졌습니다. 그런포스 펌프를 사용하지 않았더라면, 막대한 양의 에너지가 냉각 윤활유에 삽입되는 열의 형태로 사라져버렸을 겁니다.” 그가 덧붙입니다.

이 경우, 다량의 윤활유를 사용하고 고압을 이용하거나 덕트 혹은 공기를 이용하여 공작기계 작업의 찌꺼기를 제거합니다. 작업은 10-15분 간격으로 설계되었습니다.

NK/NKG 펌프에는 kick 방지 커플링가드가 기본으로 설치되어 있음

NK/NKG 펌프에는 kick 방지 커플링가드가 기본으로 설치되어 있음

기타 장점

변속펌프는 또한 주말 가동 시 이점이 있습니다. 냉각윤활유가 사용되지 않을 때, 움직이지 않고 정체되어 있으면 미생물 번식의 위험이 있습니다. 변속펌프에는 공정 설정 기능을 가지기에, 시스템이 에너지를 낭비하거나 액체가 오염되는 경우가 없습니다.

폭스바겐에 설치된 약 10%의 필터 시스템은 변속펌프로 이루어져 있습니다. Nils-Stefan Bang씨는 시스템의 약 30%를 변속펌프로 교체하는 것이 경제적으로 이득이라고 생각합니다. 인버터 장착 펌프는 정속 펌프와 비교하여 에너지 절감뿐 아니라 다양한 이점이 있기 때문입니다.

  • 인버터로 인해 간단한 배선 작업이 가능합니다. (특히, 통합형 인버터를 장착한 최대 22Kw의 그런포스 MGE모터 사용 시 해당됩니다.)
  • 더 이상 운전점 설정을 위해 에너지 소비가 심한 transfer ports, 라인 쓰로틀, 밸브 조절이 불필요합니다.
  • 생산라인 변경 시, 새로 조정할 필요가 없어 시간단축이 됩니다.
  • 그런포스 R100 인프라 레드 리모콘과 파라미터 조정 장치가 각 펌프를 감시하며 현재 작동상태를 변경, 저장합니다.
  • 안정적인 시동 기술로 인하여 시스템 예열 시 압력서지가 발생하지 않아 tool의 수명이 보장됩니다.
  • 이미 설정된 운전값의 변경이 손쉽게 조정됩니다.

표준형 vs 편흡입 펌프

두 종류의 펌프 중, 표준형 펌프가 선택되었습니다. 사용자는 표준형 펌프 사용 시 언제라도 서비스, 예비부품, 유지보수의 혜택을 누릴 수 있습니다. 공정설계는 펌프 하우징 또는 파이프를 분해할 필요없이 커플링, 베어링 브라켓, 임펠라의 간단한 제거를 가능하게 합니다.  미케니컬 샤프트씰은 EN12756 표준에 충족합니다.

스페이서 커플링은 NK/NKG 펌프에 기본적으로 장착되며 (back full-out) 유지 보수가 간편하다는 장점이 있음

스페이서 커플링은 NK/NKG 펌프에 기본적으로 장착되며 (back full-out) 유지 보수가 간편하다는 장점이 있음

그런포스는 유럽급수표준인 EN733을 따라 NK 표준펌프와 NB편흡입 펌프를 공급합니다. 유럽의 화학 표준인 EN22858을 따른 NKG와 NBG 펌프 또한 공급합니다. 다양한 하우징 재료 (회주철, 스테인리스 스틸, 듀플렉스)와 가스켓 옵션을 이용하고 있습니다.

표준형 NK/NKG 펌프에는 스페이서 커플링이 기본 장착되어 있습니다. 펌프나 가스켓의 유지보수 시, 엔진이 하부 바닥판에 부착된 상태로 있다는 것이 장점입니다. 또한, 커플링은 엔진의 분해 없이도 제거가 가능합니다. 펌프 하우징으로부터 샤프트와 임펠러 유닛 전부를 제거할 수 있는 충분한 공간을 만든 후, 유지보수를 위해 재설치 할 수 있습니다. 이것은 직원 한 명이 크레인을 사용하여 충분히 작업할 수 있습니다. 스페이서 커플링으로 펌프 샤프트와 드라이브 유닛을 조정할 필요가 없어 고장으로 인한 발생 비용을 줄여줍니다.

에너지 절약이 핵심이다

요코하마 고무 주식회사에서 시행된 펌프 진단을 통해 오래된 오버사이즈의 펌프를 교체함으로써 잠재적인 전력비용의 50%이상이 절감됨을 입증하였습니다.

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