13.3 전기적 측정오차

Electrical Runout

 

13.3.1 殘留 磁氣 (Residual Magnetism)

일반적으로 Proximity Transducer는 자계가 균일하거나 대칭적이면, 자장이 있는 곳에서도 만족스럽게 동작한다. 축 표면의 특정 부위에서 자장이 크고, 잔여 표면에서는 자장이 없거나 아주 작으면 전기적 Runout 상태에 있게 된다. 이것은 Proximity Transducer로부터 가해진 자장으로 인해 축 표면에 미치는 감도가 변화하기 때문이다.

Oscilloscope 상에서 이러한 Runout 상태를 관찰해 보면 정현적인 운동이 나타난다. 그러나 정현파는 찌그러지고 4각 파형이 되려고 한다. 잔류자기에 대한 최종점검은 소형 휴대용 자기 강도계측기를 사용하면 된다. 축 표면 위에 이러한 계기를 고정하고 로터를 손으로 돌리면 자장의 변화 유무를 확인할 수 있다.

잔류자기로 인한 Runout 문제가 발생하는 경우는 드물다. 그러나 제작 과정중에 적용된 여러 가지 물리적인 검사 기술로 인하여 잔류자기 문제를 일으킬 수 있다. 잔류자기가 생성 될 수 있는 가장 일반적인 검사 기술은 Casting, 또는 용접부 또는 다른 제작 과정 이후에 균열을 점검하기 위한 자분탐상 검사이다. 이러한 검사를 하는 중에 로터에 유기된 자장은 검사 과정이 완료된 후에 중성화되어야 한다. 이렇게 하기 위해서는 극성을 바꾸고 검사시 사용되었던 바와 같은 크기의 전압 전류를 통과시켜야 한다. 이 절차로 로터의 자기특성을 중성화시켜야 한다. 어떤 경우에는 극성의 반전이 이루어지지 않는다. 즉, 잔류자기가 남는다.

교정 조치로는 잔류자기 시험을 하여 전기적 Runout을 생기게 할만큼 충분한 크기가 있음이 발견되면 로터를 탈자시킨다.

 

13.3.2 金屬의 偏析 (Metallurgical Segregation)

전형적으로 축 재질로써의 합금강은 여러 가지 합금재료를 포함하고 있다. 일반적으로 이들 합금의 최종적인 금속학적 성분은 균질의 혼합물이다. 어떤 회전체에서는 합금강의 미시적인 편석이 일어 날수 있다. Proximity Transducer는 특정 금속에 따라 다른 전압 출력으로 응답하기 때문에 축의 원주 주위에 균질의 금속학적 성분이 결여되면 전기적인 출력이 변화하게 된다.

이런 모양의 Runout을 Oscilloscope에서 관찰하면 전형적으로 높은 전압과 파형상에 고주파수 Spike가 중첩된 다소의 정현파형을 나타낸다.

교정조치로써는 금속학적 근원으로부터 Runout을 제거할 수 있는 몇 가지 표면 처리 기술이 있다. 이에 관해서는 다음 항목에서 언급할 것이다.

 

13.3.3 殘留 應力 集中 (Residual Stress Concentrations)

통상적인 Rotor 제작 과정중에 다양한 기계가공 및 표면 처리로 인해 소량의 국부적인 응력 집중이 생길 수 있다. 응력부위가 Rotor의 기계적 특성에 나쁜 영향을 미치지는 않지만 Proximity Transducer로부터 전기적인 Runout을 일으킬 수 있다. Transducer로부터 전압 출력에 영향을 끼치는 변수 중의 하나는 관찰한 축 표면의 저항성이기 때문에 축 원주 주위의 저항의 어떠한 편차도 전압 변화를 생기게 할 수 있다.

Oscilloscope상에서 이러한 Runout 형태를 살펴보면 파형상에 고주파수 Spike가 중첩되고 높은 전압을 가지는 정현파형을 불수 있다.

교정조치로써는 이런 근원으로부터 생기는 Runout을 제거할 수 있는 몇 가지 표면처리 기술이 있다. 이에 관해서는 다음 항목에서 언급할 것이다.

 

13.3.4 鍛造한 軸 (Forged Shafts)

단조한 축은 잠재적인 전기적 Runout 문제를 나타낼 수 있다. 또 원자재의 질과 단조과정도 중요하다. 열간 단조의 취급도 Glitch 성능에 영향을 미칠 수 있다. Probe 부위의 뜨거운 축을 들어올리는 관례는 부분적으로 축을 급냉 시킴으로써 Glitch를 생기게 할 수 있다. 2중 Tempering한(증기터빈에서 사용된 바와 같은) 단조한 축은 Glitch가 생길 가능성이 더욱 낮다. 이것은 아마도 강의 보다 균일한 Tempering 때문일 것이다. 축은 야금학적 균일성을 확실히 하는 "초음파 검사"와 같은 규정이나 시험 절차는 Glitch 성능을 개선하게 할 것이다.

축의 균일한 열처리는 Glitch를 개선할 수 있으나 비균일한 열처리는 Glitch를 야기 시킬 수 있다. Glitch를 최소화하기 위해서는 Tempering이 균일하게 되어야 한다. 이러한 관점에서 열처리하는 동안 축을 회전하면 도움이 된다. 어떤 경우에는 경화기술이 Glitch를 야기 시킨다.

 

13.3.5 精削 節次 (Finishing Procedures)

축 반경의 최종 10 mils(250 ㎛)에 대한 정삭절차는 전기적 Runout에 큰 영향을 미칠 수 있다. 황삭가공후 동심도 확보를 위한 습식 연마는 어려움이 거의 없을 것으로 생각된다. 특히 최종 5 mils(125 ㎛)를 정삭하는 동안은 Hotspot이나 Chattering이 생기지 않도록 정삭 이송거리와 냉각 속도가 충분히 제어되는가를 확인한다. 이 가공 절차가 완료되면 25~35 microinch 정삭가공 상태가 된다. 이 단계에서 몇 가지 최종 정삭가공 절차중 하나가 사용되는데 이중에는 "Micro" 또는 "Super" Grinding, Honing 또는 Burnishing 등이 있다. Microgrinding은 Glitch를 유발시킨다. Honing은 일반적으로 보다 좋은 방법이다. Burnishing 특히 Diamond Burnishing은 모든 경우에 있어 실질적으로 기존의 Glitch를 감소시킨다. 기계 가공후 탈자 시키는 것은 Glitch를 감소시키는 방법으로 알려져 왔으며 일반적으로 Grinding 이후는 이것이 필요하다.

 

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