3. 3300/16 XY 진동 감시장치

3300/16 XY Gap Monitor

 

3.1 Gap Alarm 機能을 가진 Dual Vibration Monitor (Dual Vibration Monitor with Gap Alarms)

(1) 유체 유막 베어링(Fluid Film Bearing)에서의 축 진동은 고체와 유체의 상호 작용에 의한 진동 현상이 존재하게 되므로 일반적으로 단일 방향성이 아니며 복잡 다단한 양상을 보이게 된다. 따라서, 전체 회전 축의 움직임을 제대로 관측하기 위해서는 X, Y 방식으로 변환기를 90°분리시켜 2개의 Proximity Probe를 설치하여야 하고, 이 경우 신호를 합성하여 평면상에서 움직임 감시가 용이한 방식을 구현할 수 있다. 일반적으로 X, Y 위치 결정에 사용되고 있는 방법은 기계를 바라볼 때 구동측 (Driver) 쪽에서 피 구동측 (Driven)쪽으로 보는 방향이다. 예를 들면 증기터빈의 경우, 증기 터빈 앞에서 발전기를 바라보는 방향을 의미한다. 각도를 결정하는 경우에 0°는 기계의 수평면 위가 기준이 되며 이를 기점으로 오른쪽과 왼쪽 방향으로 측정한다. 관례적으로 45°오른쪽의 Probe를 "X" 혹은 수평 Probe라 부르고, 45°왼쪽 Probe를 "Y" 혹은 수직 Probe라 한다. 이러한 규약은 강제적인 사항은 아니나 전 세계적으로 관습적으로 채택하여 적용함으로서 모두 동일한 개념을 이용하게 되어 진동 감시 및 분석에 매우 편리하게 적용되고 있다.

(2) 베어링 간극내에서 축 반경 방향의 움직임에는 두 가지 성분이 있다.

① 첫째 성분은 변위 측정용 변환기에서 검출되는 DC성분으로 축 중심선의 반경 방향 평균 위치(Average Radial Position)를 나타내는 정보이다. 축 중심선 위치는 베어링의 안정도, 축 정렬과 축 상의 반경 방향에 가해지는 힘에 대한 유용한 정보를 제공한다. X/Y Gap Monitoring은 반경 방향 위치와 진동 측정값을 감시, 기록하며 설정 값을 능가시에 경보를 발생 시킨다. 동적인 움직임과 Gap를 측정하는 두 Proximity Probe가 Mointor에 정보를 제공한다.

② 둘째 성분은 AC성분으로서 축의 진동을 나타낸다. 감지할 수 있는 기계적인 조건은 회전축의 오정렬, 베어링의 마모, 축 균열과 마찰 등이다.

(3) 전면 패널

전면 패널에는 64개의 소자로 된 LCD가 있다. 전면 패널의 좌측이 수직 변환기 채널(Y)이고, 우측은 수평 변환기 채널(X)이다.

(4) Dip Switch에 의한 설정치 조정

DB(Danger Bypass)는 Monitor의 두 채널로부터 Danger Relay 기능을 제거한다. 하지만, 나머지 모든 감시 기능과 감시 능력은 유효한 상태를 유지한다. 이 스위치는 두 채널의 빨간색 Bypass LED를 점등시키게 되며 반면에 푸른색 OK LED는 계속 켜져 있다 (선택 가능한 Jumper를 조작하여 Enable시킨 후 DB를 조작하여야 작동된다).

BA(Bypass Channel A)는 계통으로부터 A 채널을 제거한다. Bypass된 채널은 기계 보호 기능을 제공하지 못한다. A 채널 밑에 Bypass라고 표시된 붉은 LED는 켜지고, 푸른색 OK LED는 꺼진다.

BB(Bypass Channel B)는 계통으로부터 B 채널을 제거한다 (상기 BA참조).

AA(Adjust Channel A)를 선택하면 왼쪽 채널은 조정 모드로 바꾸며 모든 LCD가 깜박거리며 조정 모드임을 나타낸다. A채널에는 4개의 설정 값이 있다. 즉 진동 경계 경보(Alert), 진동 위험 경보(Danger), Gap 상한치 경계 경보와 Gap 하한치 경계 경보이다. 이들은 "Alert", "Danger"나 "Alert"와 "Gap" 스위치 모두를 눌러서 설정 값을 지시하게 할 수 있다. System Monitor의 증, 감 화살표시가 있는 스위치를 이용하여 설정 값을 조정하며, 해당 경보 스위치를 누르고 있는 동안에만 경보 값이 조정된다.

AB (Adjust Channel B)

B 채널에 대하여 AA와 동일 방법으로 설정 값을 조정한다.

O/U = Over/Under Gap Adjust (3300/16에만 있음)

AA나 AB가 선택되고 Gap 경보가 "Enable" 상태일 때, 이 스위치는 상, 하한 Gap 경보 제한치를 설정한다. Gap 경보 설정치를 확인하려면 "Gap"과 "Alert" 스위치를 둘 다 동시에 눌러야 한다.

 

3.2 各 채널의 個別 警報値 (Individual Alarms on Each Channel)

(1) 각 채널은 계속해서 감시되는 두 개의 경보치를 갖는다. 그 값들은 전체 측정 범위의 0%에서부터 전체 측정범위의 100%까지 임의의 값을 설정할 수 있다. 첫 번째가 경계 경보(Alert)이며 Alert 스위치를 누르면 두 채널에 대한 현재의 경계 경보 설정치를 동시에 표시한다. 위험경보(Danger)값을 점검하기 위해서는 Danger 스위치를 누르면 액정판에 두 채널에 대한 위험 경보 설정치를 동시에 보여준다.

(2) Gap 스위치와 Alert 스위치를 같이 누르면 Gap Level 경보 설정치를 보여준다. Gap 경보는 상한 치와 하한 치의 두 가지 설정 값이 있다. 허용되는 정상 Gap 영역은 상한 치와 하한 설정치 사이이다. Gap과 Gap/Alert 기능을 사용할 때, 중앙의 눈금 값을 이용하여 수치를 읽는다.

(3) 실제 Gap 전압이나 Gap Level을 점검하려면 Gap 스위치만 누르면 된다. 이것은 중앙 눈금 값을 이용하여 읽으며, 직류 전압으로 표시된다.

 

3.3 後面 패널의 Input Module (Rear Panel Input Module)

(1) 패널 뒷면에는 현장에서 온 케이블의 연결 단자대가 있다. Proximitor로부터의 출력신호가 모니터로 입력되며 여러 경로로 나누어지며 이 신호 모듈에서 다른 여러 기능들이 수행된다. 각 변환기("X"와 "Y")는 전원이 필요하며, 이 모듈이 변환기에 필요한 전원을 공급하는 곳이다. 각 채널에는 그 자체의 전원, Common 및 Input 단자가 있으며, 이 단자에 연결된 신호선들 중 한 선이 단락 혹은 단선되면 해당 채널은 "Not OK"가 되고, Bypass 상태로 바뀐다.

(2) 뒷면 쪽의 Buffered Output(BUF)은 앞면에서와 같은 정보를 제공한다. 이 Buffer는 외부 요인들로부터 Monitor가 영향을 받는 것을 방지해주는데 도움을 준다. 현장으로부터 직접 입력되는 데이터(Raw Data)를 관측할 필요가 있을 경우에는 BUF를 사용해야만 한다.

(3) Strip Chart Recorder와 같은 기기에 연결할 기록용 출력단자도 있다. 3300/16 X/Y Gap Monitor는 기록계용 출력으로 세 가지 옵션이 있다. 선택된 기록 선택사양은 두 채널 모두에 적용된다.

① +4 to +20 mA

② 0 to -10 Vdc

③ +1 to +5 Vdc

(4) 입력 모듈에는 계전기 (Relay)가 없을 수도 있으며 계전기와 입력 모듈은 별개의 기능을 수행한다. 입력 모듈과 계전기는 패널 뒷면의 공간을 이용하여 설치된다.

또한 감시기도 성능 검증이 필요하며, Bently Nevada는 이 성능 검증을 NIST (National Institute of Standards and Technology)의 관리기준에 의한 장비를 사용하여 임의의 값을 입력시켜 수행한다.

 

3.4 性能 檢證 (Performance Verification)

(1) 알려진 값을 사용하여 기계의 조건, Gap, 진동의 가상 신호를 인가하며 이를 토대로 출력 치의 확인 작업을 거쳐서 모든 조정을 수행할 수 있다. 먼저, 변환기 계통의 현장 결선은, 신호 발생기(Function Generator)와 직류 전원 공급장치로 대체하여 설치한다. 다음은 그 순서이다.

① Setup Diagram을 이용하여 현장 케이블을 분리하고, A 채널의 뒷면 패널을 다시 결선한다.

② B 채널을 Bypass시킨다.

Full Scale RMS =

MS = Meter Full Scale [mil]

SF = System Scale Factor [mV/mil]

③ 상기의 공식을 이용하여 Full Scale 입력치를 계산한다.

④ Full Scale RMS 값을 입력시킨다.

Full Scale RMS =

707 mVrms = 0.707 Vrms

위의 예는 10 mil의 Full Scale과 200 mV/mil의 SF를 갖는 변환기 계통을 사용한 것이다.

⑤ 전압계를 A채널의 시험 단자 TA와 COM 단자에 연결하고 적절한 Full Scale 전압을 얻기 위해 A채널의 이득 조정기 GA를 조정한다. 다음은 감시기의 옵션에 따른 적절한 전압이다.

No Trip Multiply = + 5.00 Vdc

2 × Trip Multiply = + 2.50 Vdc

3 × Trip Multiply = + 1.67 Vdc

⑥ B채널의 Bypass를 해제한다.

(2) ①에서 ⑥까지의 과정을 B채널에서 반복한다.

(3) 두 채널을 성능 검증한 다음에는 OK 제한치를 점검할 필요가 있다. 이는 직류전압만을 사용하여 수행한다. XY 진동 Monitor에 입력되는 신호는 직류성분에 교류성분이 중첩되어있다. 이 감시기의 OK 제한치는 직류 성분만을 입력으로 사용하는 감시기의 OK 제한치보다 좁다. 예를 들면, Thrust Monitor는 직류 성분만을 사용한다. OK 제한치는 직류 Gap에 중첩된 교류 성분의 증가가 선형구간 내에 있을 때에만 유효하게끔 한다. 3300/16 XY/Gap Monitor의 OK 제한치는 상한 치가 -15.8 Vdc~-16.8 Vdc이며, 하한 치는 -2.7 Vdc ~ -3.3 Vdc이다.

 

3.5 警報値 設定 (Setting Alarm Levels)

 

3.5.1 振動 警報 (Vibration Alarms)

(1) 전면 패널을 열고 오른쪽으로 밀어낸다. 스위치 4(AA)를 왼쪽(ON)으로 놓고, A채널의 경보 값을 조정한다. LCD상의 A채널 막대 그래프가 깜박거려야 한다.

(2) 패널 앞면에 있는 "ALERT" 스위치를 눌러서 경보 값을 조정한다. System Monitor의 ↑↓ 화살표를 사용하여 경계 경보 설정치를 Full Scale의 25%에 맞춘다.

(3) "DANGER" 스위치를 눌러 위험 경보 설정치를 조정한다. 위험 경보 설정치는 Full Scale의 50%에 설정한다.

(4) 아래 항목을 변경하고 위의 (1)부터 (3)까지의 단계를 반복하여 B채널을 조정한다.

• 스위치 4 대신 스위치 5

• B채널의 막대 그래프가 깜박임

• B채널의 경계 경보 (Alert) 설정치는 Full Scale의 33%

• B채널의 위험 경보 (Danger) 설정치는 Full Scale의 66%

 

3.5.2 Gap 警報値 設定 (Setting Gap Alarm Levels)

(1) 스위치 4를 왼쪽으로 (B채널은 AB) 선정한다.

(2) 스위치 6은 오른쪽으로 선정한다.

(3) A채널의 막대 그래프가 깜박인다.

(4) Gap과 Alert 스위치를 모두 누른다.

(5) System Monitor상의 Up, Down 화살표를 사용하여 하한치 (Under)값 설정을 할 수 있다. "Under"를 -5 Vdc에 설정한다.

(6) 스위치 6을 왼쪽에 놓는다.

(7) 같은 화살표 (↑↓)를 사용하여 상한 치 (Over) 값을 조정할 수 있다. "Over" 값을 -15 Vdc로 설정한다.

(8) 스위치 4와 6을 오른쪽으로 되돌린다. LCD의 깜박임이 멈출 것이다.

(9) B채널에 대해 "AB"를 사용하여 반복한다.

 

3.5.3 Gap Full Scale Range 選擇 仕樣 (Gap Full Scale Range Option)

3300/16 XY/Gap Monitor에는 추가된 Gap Full Scale Range 선택사양이 있으며 이 기능 이용 시에는 영점 조정(Zero Position Adjustment)을 할 수 있다. 영점 조정은 Voltage(0~19 Vdc) Gap Full Scale Range Option을 선택한 경우에는 해당되지 않는다. 영점 조정은 단지 점퍼로 선택할 수 있는 공학적 단위[mils나 ㎛]와 같이 사용할 수는 있으며, 이 경우 지시판 눈금도 바꾸어야 한다. 이 지시판의 중앙눈금은 Thrust Monitor Scale과 유사한데, 이 눈금은 0을 기준으로 상하로 mil 단위의 값을 갖는다. Gap 스위치는 눌렀을 때 전압을 나타내지 않고 Thrust Monitor와 같이 0점으로부터 축 중심선 위치의 평균값을 mil로 나타낸다. Probe가 적당한 간격으로 조정되었을 때, 영점 조정 기능은 지시계 눈금상 0으로 Gap 전압이 고정되도록 한다. 영점 조정을 하기 위해서는 AA Dip 스위치를 왼쪽으로 옮기고 Gap 버튼을 누른 상태에서 자가 진단 핀을 단락 시킨다. 이렇게 하면 현재의 Gap값이 영점으로 조정된다. 이 값으로부터의 변이가 영점이나 중심 눈금으로부터의 움직임으로 지시된다. 이 과정이 완료되면 스위치 "AA"를 오른쪽으로 이동한다. 이렇게 하면 새로운 영점 값이 저장된다. 채널 B에 대해서는 "AB"로 대치하고 위의 절차를 반복한다. 예를 들어, Gap Full Scale Range Option을 15-0-15 mils로 선택한다. 이는 현장에서 프로그램 할 수 있는 옵션 사양이다(Jumper 사용). 이 옵션으로 한 번 선택되면 Gap Monitor는 영점 조정이 가능하다. "AA"스위치를 왼쪽으로 하고 Gap을 누른다. A채널의 LCD가 깜박일 것이다. 자가 진단 핀을 단락 시킨다. 이 상태에서는 Monitor가 자가 진단을 실행하지는 않으며 다만 핀이 단락 되었을 때 현재 측정된 값이 Gap Zero로 저장된다. Monitor를 취외하여 프로그램 할 수 있는 선택사양을 확인 및 기록하고 동시에 성능과 경보들을 점검한다. 성능 검증은 기록계 출력신호의 확인까지를 포함한다는 점을 잊지 말아야 한다.

 

3.6 시스템 檢證 (System Verification)

첫째 : 신호 발생기를 100 ㎐ 정현파로 조정하고, DC Bias 전압은 -10 Vdc로 조정한다. 진폭을 경보 설정값 이하로 조정한다.

둘째 : OK LED가 켜지고, Alert, Danger와 Bypass LED가 꺼졌는지 확인한다.

셋째 : 신호 발생기의 진폭이 가장 낮은 설정 값을 미세하게 초과하도록 조정한다. 가장 낮은 설정 값을 갖는 채널을 확인하고, 그 채널의 LED가 켜졌는지 여부와 지연 시간을 확인한다.

넷째 : 신호 발생기의 진폭을 Full Scale로 증가시켜 감시기의 Danger 설정 값을 초과하도록 하고 Danger LED가 켜졌는지 확인한다. 셋째 단계에서 수행했던 점검사항을 수행한다. 기록계로 연결되는 출력 값이 정확한지 확인한다.

다섯째 : 신호 발생기의 진폭을 Full Scale의 50%로 감소시켜 Monitor가 Danger 설정치 이하 값을 읽도록 하고, Alert와 Danger LED를 관찰한다. Latching 혹은 Non-Latching을 설정했는가를 확인한다. 계통 감시기의 "Reset"을 눌러 Latching 경보를 환원시킨다. 기록계 출력이 Full Scale의 50%에 있는지 점검한다.

여섯째 : 진폭을 가장 낮은 설정 치로 감소시키고 다섯째 단계를 반복한다. LED와 기록계의 출력이 정확한지 확인한다. 최종적으로 Gap 경보치가 -5 Vdc에서 -15 Vdc사이의 Setpoint Window를 갖는다. Gap(신호 발생기상의 Offset)을 -7.5 Vdc에 설정한다. Gap 스위치를 누르고 -7.5 Vdc를 지시하는지 확인한다. 신호 발생기상의 DC Offset을 천천히 변경하면서 Gap 스위치를 누른다. Gap이 최소 6초간 Setpoint Window를 초과할 때 Alert가 발생된다. 두 채널의 Setpoint Window의 상한 치와 하한 치를 확인한다.

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