7.5 로터 문제

Rotor Problems

 

진동 분석으로 감지할 수 있는 로터 문제들은 다음과 같다.

• 절단/균열이 발생된 Rotor Bar 혹은 단락환

• Rotor Bar와 단락환 사이의 고저항 이음매(Joint)의 불량

• 로터 층간 단락

• End Ring과 접촉 불량을 유발시키는 헐겁거나 Open된 Rotor Bar

이들 문제들에서는 다음과 같은 특징들이 나타난다.

① 절단 혹은 균열된 Rotor Bar의 경우 주 관심 영역인 1×RPM과 그 조화 성분들 부근에 극 통과 주파수의 측대파가 존재하는가 이다 (2극 전동기의 경우 이들 측대파는 2× Slip 주파수가 될 것이며 4극기일 경우 4× Slip 주파수가 될 것이다). 그림 11-54는 심각한 회전자 문제들을 갖고 있는 2극 전동기의 전형적인 스펙트럼들이다. 처음에 500 ㎐ 광대역으로 나타낸 스펙트럼(그림 11-54의 A)은 외관상 여러 개의 회전속도 하모닉으로 기계적인 헐거움이 있다는 것을 보여주기는 하나 심각한 문제들을 거의 나타내 주지 않았다. 그러나 좀더 세밀히 관찰한 그림 B-D의 Zoom 스펙트럼들은 1×, 2×, 3×RPM 부근에 뚜렷한 극 통과 측대파를 보여주고 있다. 이들 스펙트럼들은 모두 균열되거나 절단된 Rotor Bar 혹은 단락환에 문제가 있거나 층간단락의 징후를 나타내는 것이다.

그림 11-54 균열 또는 깨진 Rotor Bar 또는 단락환 문제를 가지고 있는 전동기에서의 Wideband 및 Zoom Spectrum

 

② 그림 11-54에 나타난 것처럼 Rotor Bar가 절단되거나 균열된 경우 혹은 고저항 이음매 불량의 경우 1×RPM 부근에서뿐만 아니라 2차, 3차, 4차, 5차를 포함한 회전속도의 고차 조화파 부근에도 극 통과 측대파가 나타난다. 분해점검 결과 이 전동기에서 4개의 균열이 발생된 Bar와 각 단락환의 Scoring(과열에 기인한 것으로 보이는)이 발견되었다.

③ Loose/Open Rotor Bar에 기인한 진동에 대한 주 관심 영역은 Rotor Bar Pass Frequency (RBPF)와 이의 하모닉과 같은 고주파에 있다.

④ 여기서, 관심은 전동기가 적어도 60~70%이하 부하로 운전되고있는 상황에서 Rotor Bar Pass Frequency(RBPF)나 더 높은 고조파(2 RBPF 혹은 3 RBPF)에서 약 0.06 in/sec을 초과하는 진동의 존재 여부이다. 하지만 2×RBPF 혹은 3×RBPF가 2000 ㎐를 초과하면 이 경보치는 감소되어야한다. 또한 RBPF와 그 고조파 부근에 있는 측대파는 정확히 계통주파수의 2배(2FL)가 될 것이다. 주의하여야 할 것은 RBPF 자체가 허용치 이내에 있다 하더라도 주파수 범위를 넓혀보면 RBPF의 진동 진폭의 10배이상 진동이 발견되기도 한다는 것이다 (특별히 Rotor Bar와 End Ring 사이에 Arching이 발생할 경우에 그러하다). 예를 들어 그림 11-55는 2개 이상의 Rotor Bar가 Open된 전동기의 스펙트럼이다. 이 전동기에는 57개의 Rotor Bar가 있으며 1793 rpm으로 회전하므로 기본 RBPF는 약 102,200 cpm이며, RBPF에서 진동 진폭이 0.203 ㎜/sec임을 나타내었다. 그렇지만 2×FBPF에서 나타난 것은 완전히 달랐다. 그림 11-56의 Zoom Spectrum은 2×RBPF인 3,406.3 ㎐에서 8.636 ㎜/sec의 과도한 진동진폭이 나타났다 (1×RBPF 값의 약 28배 이상 높다). 유의할 사항은 만약 최대주파수를 기본 RBPF 진동만 측정 가능한 정도로 하여 진동 측정을 시행하였다면 이러한 문제점은 전혀 발견되지 않았을 것이다. 중요한 사실은 2× RBPF에서 높은 진동 진폭이 존재하며 이것의 부근, 정확히 120 ㎐(2FL) 간격으로 측대파가 존재한다는 것이다.

⑤ 때로는 RBPF나 그 고조파의 진동 진폭이 가장 높지 않을 수도 있다. 대신 전력계통 주파수의 2× 주파수 부근에 있는 측대파중 하나의 진폭이 최대일 수 있다. 2×전력계통 주파수 (통상 120 cpm FL을 가지는 60 ㎐) 간극마다의 측대파중 하나가 가장 높을 것이다. 이런 주파수의 배열은 RBPF와 정확히 2FL 측대파를 포함하고 있으며 Loose 혹은 Open Rotor Bar (60 ㎐ FL이라면)이거나 공극이 변하고 있음을 나타낸다.

 

그림 11-55 1× Rotor Bar Pass Frequency에서는 탐지되지 못하고 2× RBPF에서 탐지된 심각한 Rotor Bar 문제

 

그림 11-56 2× RBPF에서 탐지된 심한 Rotor Bar 문제

 

참고 : 90. 6. 10일 전동기 수리공장에서는 전동기를 교체해야 할 정도로 2개 이상의 Open Rotor Bar가 생겼다고 확인 전화하였음.

 

⑥ 비록 1× Rotor Bar Pass Frequency 범위에서 관심 진폭이 대부분의 전동기에서 약 1.524 ㎜/sec로 높을지라도 우선 수행해야할 업무는 이러한 문제점을 탐지하고, 분해정비를 시행하도록 경솔히 결정하기 전에 그 경향을 분석하는 것이다. 만약 스펙트럼 상의 값들이 실제 변화하지 않으면 RBPF 진동 진폭이 2.54~3.81 ㎜/sec이라도 실제 손상은 진행되지 않는 것으로 보아도 된다. 반면, 만약 측정시마다 증가율이 커진다면 긴급 정비를 요할 만큼 상태가 급속히 악화되는 것이다.

⑦ 상태감시 프로그램에서 전기적인 문제점들을 감지하기 위하여 각 전동기의 진동 측정시 다음의 두 가지 특별한 경우를 각각 고려하여 분석하여야 한다.

 

a. 저주파수의 전동기 자체의 전기적인 문제점

FMAX = 200 ㎐ ; 3,200 FFT Lines ; 2 Ave 및 50% Overlap Processing. 이렇게 함으로서 전동기 회전속도 고조파에서와 2FL에서 실제 진폭을 구별할 수 있다. 이는 또한 극 통과 주파수(FP)가 1×RPM 이나 심각한 Rotor Bar 문제점인 것을 나타내는 조화파 주변에 있는가를 알 수 있게 한다 (주파수 폭이 오직 200 ㎐인 400 Line 스펙트럼은 거의 이들 극 통과 주파수를 보여주지 못하며, 대신 이것은 3개 혹은 그 이상의 피크대신에 이들 회전속도의 고조파에서 단순히 하나의 피크만 보여준다. 다시 말하면 400 Line 스펙트럼으로 측정하였을 때 각 회전속도의 고조파에서 오직 하나의 피크로 나타난 경우에도 실제로는 3개이상의 피크가 존재할 수 있다).

b. 고주파의 Rotor Bar Pass Evaluation의 관점

FMAX = 6,000 ㎐ ; 1,600 FFT Lines ; 8 Ave (2극 이상의 전동기에 대하여는 FMAX가 4,000 ㎐만 되어도 1×와 2× RBPF 둘 다 측정 가능하다). 이렇게 함으로서 RBPF와 그 수 배수에서 잠재적인 문제들을 탐지할 수 있다. 비록 Rotor Bar의 개수가 알려져 있지 않다 하더라도 정확히 2FL(120 ㎐)과 일정한 간격을 유지하는 다른 주파수를 찾아보아야 한다. 그림 11-57은 좋은 예이다. 경보1(1.524 ㎜/sec)과 경보2(2.54 ㎜/sec)영역에 들어간 RBPF의 고진폭 피크에 유의하라. 또한 120 ㎐(2FL) 측대파가 RDPF를 둘러싸고 있는 것에 유의하여야 한다. 측정자는 만약 그가 2극 전동기에서 이들의 높은 주파수 진동을 측정한다면 응답 특성이 6,000 ㎐에 충분한 진동 변환기를 선택하여야 하며 또한 이를 잘 고정하여야 한다.

그림 11-57 6극 복수펌프 전동기 (1180 rpm)에 대한 6 스펙트럼 Alarm Band의 전형적인 설정

 

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