에너지 비용이 중요한 제조 산업에서 약간의 노력으로 이를 줄일 수 있다. 바로 전기 모터 드라이브에 에너지 효율적인 벨트를 사용하는 것이다. 이는 비용 증가 없이 생산 시설에서 에너지 절감을 달성할 수 있는 간단하고 비용효율적인 방안이다. 적절한 유지 관리와 최신 구동 벨트 기술, 그리고 에너지 절약 모범 사례에서의 접근 방법을 결합하면 에너지 소비를 줄일 수 있다. 이는 또한 드라이브 성능을 향상시키고, 최종 생산품의 가격경쟁력을 강화하며, 이익 증대에 기여한다.
오늘날 산업 및 상업용 애플리케이션에 사용되는 전기 모터의 1/3은 벨트 드라이브를 사용하고 있다. 드라이브의 대다수가 벨트와 시브 그루브 사이의 마찰에 의존하는 V-벨트로, 동력을 전달하는 것이다. 그런데 상대적으로 저렴한 V-벨트는 제한된 미끄러짐을 허용하도록 설계되어 에너지 손실이 발생한다. 문제 상황에서 미끄러짐은 안전 퓨즈 역할을하여 값비싼 구동 장치의 손상을 방지할 수 있지만, 이는 에너지 효율을 저해하는 요소로 작용하게 된다.
이러한 V-벨트 환경에서는 정기적인 유지 보수가 중요하다. 유지 보수가 제대로 이뤄지지 않게 되면, 이러한 벨트 구동 장치는 정상 작동 중에도 과도하게 미끄러져 효율을 떨어뜨리는 동시에 에너지 비용을 증가시키게 된다. 조사에 따르면, 올바르게 설치된 V-벨트 드라이브는 설치 직후에는 95~98%의 효율을 보이지만, 정상 작동 중에도 93%로 감소하며, 주기적인 인장 유지 보수가 이뤄지지 않을 경우에는 효율성이 급격히 떨어지면서 관련 부품이 더 빨리 마모되는 문제를 일으키게 된다.
실제 현장에서는 벨트 드라이브 장력 유지보수에 주의하지 않고 무시하고, 파손될 경우에만 유지보수를 진행하는 경향이 있다. 하지만 벨트 장력을 주기적으로 살피어 적절한 조절을 진행한다면 벨트의 수명을 늘려 중단 횟수를 줄일 수 있다.
● 언더 텐션
언더 텐션Under-tensioning은 가장 일반적으로 볼 수 있는 장력 문제이다. 하지만 V-벨트의 언더 텐션은 효율 저하뿐 아니라 미끄러짐으로 인한 파워 손실 및 벨트 수명 단축은 물론 소음 증가와 조기 마모의 원인이 될 수 있으므로 주의를 기울여야 한다. 특히 언더 텐션은 높은 에너지 손실을 가져올 수 있으므로, V-벨트의 장력을 유지는 매우 중요한 사항이다.
언더 텐션이 발생한 V-벨트를 식별하는 간단한 방법은 ‘유약 효과’의 여부를 살피는 것이다. 벨트 측면에서 광택이 난다면, 이는 미끄러짐으로 인해 V-벨트가 다른 구동 요소들과 다르게 독립적으로 움직이고 있으며, 드라이브 효율이 감소하고 있음을 의미한다.
열과 먼지도 언더 다른 텐션을 나타내는 징후이다. 열은 미끄러짐으로 인해 발생하는데, 이는 에너지 낭비는 물론 벨트의 균열까지 가져오게 된다. 과도한 고무 먼지 역시 벨트의 마모를 보여주는 현상이다.
동기식 벨트에서는 소음 증가로도 확인할 수 있다. 동시 벨트에서의 언더 텐션은 벨트를 어긋나게 해 눈에 띄는 소음을 발생시키며, 이는 벨트의 손상을 의미하므로 빠른 교체가 요구된다.
● 오버 텐션
벨트 드라이브의 과도한 인장Over-tensioning 역시 언더 텐션과 마찬가지로 바람직하지 않은 현상이다. 증가된 하중으로 인해 모터·벨트·샤프트·베어링에 과도한 스트레스가 가해져 관련 부품들이 정상보다 훨씬 빨르게 마모되기 때문이다. 또한 오버 텐션은 드라이브 트레인 효율을 감소시켜 전력 소모를 증가시키고 열을 증가시킨다. 열은 벨트를 경화시키는 요소로 벨트 수명에 악영향을 미친다.
오버 텐션의 분명한 징후는 벨트의 망가짐이다. 벨트 파괴는 증가된 부하와 잘못 정렬된 풀리로 인해 발생하며, 시스템의 효율을 저하킨다. 또한 이는 베어링에 대한 부담을 증가시켜 베어링 조기 교체를 불러으키게 된다.
● 풀리 정렬
다른 한편으로, 에너지 효율적인 시스템을 만들기 위해서는 풀리를 양호한 상태로 유지시키는 것도 중요하다. 정렬이 잘못되었거나 마모된 풀리는 비효율적인 작동과 가동 중단 시간을 증가시켜 중요한 고비용 고려 사항으로 연결된다.
풀리의 올바른 정렬은 효율 증가와 유지관리 감소에도 기여하는 바가 크다. 풀리의 정렬 불량이 발생할 경우, 벨트를 빠르게 마모시켜 작동 수명을 단축시키고, 다른 구동 구성 요소에 손상을 입힐 수 있는 것. 오정렬은 벨트가 풀리 안에서 굴러 움직이거나 한쪽으로 치우쳐 벨트 손상의 원인이 되며, 풀리 자체의 수명도 단축시킨다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 풀리에 대한 정기적인 점검이 필요하며, 이는 드라이브의 수명과 효율성을 높이는 조치가 된다. 풀리가 제대로 정렬되어 있는지를 확인하는 가장 간단한 방법은 자를 대보면 된다. 이때 자 모서리가 드라이브와 피동 풀리의 4개 지점에서 접촉하면 올바른 정렬이다. 또 V- 벨트가 예상보다 빨리 소모된다면, 풀리의 오정렬이나 마모를 의심할 수 있다.
제대로 설치된 풀리라도, 시간의 흐름에 따른 마모가 발생한다. 풀리의 마모가 진행되면, 표면 접촉이 감소되어 마찰이 제한되고, 원치 않는 미끄러짐이 발생한다. 이는 에너지 소비의 증가 요인이 되는 동시에 V-벨트에 더 많은 열을 발생시켜 수명을 단축시킨다. 따라서 V-벨트 교체 시마다 폴리의 마모 정도를 파악해야 하며, 약간의 마모도 큰 영향을 줄 수 있기 때문에 육안 점검이 아닌 게이지를 통한 정확한 검토가 요구된다.
● 벨트 고려 사항
미국 에너지부US Department of Energy에서는 벨트 드라이브의 에너지 효율성을 높이기 위한 방안으로 톱니 모양의 V-벨트, 동기식 벨트 등 검증된 벨트 드라이브 솔루션을 권고하고 있다. 표준 V-벨트에서 톱니 벨트로 업그레이드하면 효율성이 평균 2% 증가하며, 동기식 벨트를 사용하면 V-벨트에 비해 평균 5%의 효율을 향상시킬 수 있다. 2~5%의 증가가 크지 않게 보일 수 있지만, 제조 현장에서 사용되는 다수의 드라이브, 그리고 사용 시간을 고려하면 단 1%의 절감이 주는 비용 절감 효과는 적지 않다.
