1. 측정항목

What to Measure

 

무엇을 측정할 것인가에 대한 결정은 어느 정도는 기계 자체에 달려 있다. 육중하고 견고한 케이싱(그림 4-1a)내에서 상당히 가벼운 회전체가 운전될 때 회전체에 의해 발생된 대부분의 힘은 축과 베어링 사이의 상대 운동으로 방산된다. 케이싱과 회전체의 무게의 비가 약 30:1인 고압 원심압축기와 같은 형식의 기계에 있어서는 비접촉 Probe로 측정된 축과 베어링 사이의 상대변위가 회전체 상태를 나타내는 최고의 척도이다.

정반대의 구성으로, 탄성 구조물(그림 4-1b) 상에서 지지되는 견고한 베어링 내에서 회전하는 육중한 회전체인 경우는 회전체에 의해 발생된 힘의 대부분은 구조적 운동으로 방산 된다. 이러한 기계류 (즉, Fan이나 가스터빈, 구름 베어링으로 조립된 기계류)에서는 가속도계로 측정된 Casing 진동측정이 가장 좋은 상태 측정 방법이다.

a. 축진동 측정시:

b. 케이싱 진동 측정시:

그림 4-1 기계의 구조와 베어링의 형식은 최적의 진동측정 형식을 결정한다.

 

최대의 효과를 위해서는 상태를 나타내는 측정은 기계 상태의 변화에 대한 응답에 따라 가장 큰 변화를 나타내야 한다. 예로써 추력 베어링에 대한 부하와 기계상태에 관련된 세 가지 측정대상 즉, 축방향 위치, 추력 베어링의 배유 온도 및 금속 온도를 조사해 보자. 이 세 가지 측정대상 중에서 베어링 금속 온도는 부하 변화에 대하여 가장 민감하다. 축방향 위치와 배유 온도는 무부하에서 전부하까지 각각 2~3 mils (50~75 ㎛)와 5 ℉(3 ℃)정도만 변화하는데 반해 베어링의 금속 온도는 100 ℉(55 ℃)의 증가를 보이는 것이 보통이다. 그러므로 고려 대상이 과부하만 이라면 금속 온도가 필요하고 또한 유일한 최상의 측정항목이다.

그러나 일반적으로 터보 기계류의 상태 측정은 이와 같이 단순하지 않고 또한 단 하나의 측정 위치에서 단 하나의 측정변수만으로 보호 계통이 보장되지 않는다. 추력 베어링의 상태 측정에 있어서 가장 좋고 보편적인 접근법은 축의 축방향 위치 변화를 감지하여 경보를 발생시키기 위한 축방향 위치 측정방법과 베어링이 받고 있는 부하를 나타내는 금속온도 측정방법을 조합하는 것이다. 정전하(Electrostatic Discharge)로 인한 Etching이나 윤활유 내의 불순물에 의한 Wiping과 같은 요인과 추력 베어링 문제의 원인이 될 수 있는 터빈 날개의 손상은 베어링 온도와 축방향 위치 측정을 조합하여 판명해야 할 것이다.

상태의 완전한 상황을 파악하기 위하여 감시되어야만 하는 주파수의 범위는 변환기와 측정할 최적 변수의 선택에 큰 영향을 가지고 있다. 어떤 경우에는 전 범위 적용을 위해 변환기들의 조합이 필요하다 (그림 3-1). 한 예로서 기어와 구름 베어링을 가진 기계의 효과적인 감시를 위해서는 회전 주파수의 80~100배에 이르는 넓은 주파수 범위에 걸친 감시를 필요로 한다. 이러한 형식의 적용에 있어, 진동 가속도계가 필요한 모든 정보를 제공해 주는데, 제지 기계나 소형 펌프, 공작 기계 등이 그 예이다. 고속 기어와 산업용 가스터빈과 같은 또 다른 적용에서 전통적인 관례는 고주파수 감시는 가속도계, 저주파수 감시는 축변위 검출기에 의존한다.

제 3장(진동 변환기)에서 기술한 바와 같이 설비운전 조건에 맞는 변환기나 진동 측정 방법을 선택하기 위해서는 기계 구조, 응답 특성, 측정 형식, 상태변화에 대한 응답 특성, 상대 측정이냐 절대 측정이냐, 관심 주파수 영역 등과 같은 기계 상태를 최적으로 나타내기 위한 많은 요소들이 고려되어야 한다.

증기터빈 발전기는 의심할 여지없이 가장 크고 고가이며, 로터 무게만도 150 Ton이 넘는 아주 중요한 회전기계이다. 물론 이 기계에서는 성능이나 임박한 문제점에 대한 경고를 반영하는 중요 인자들의 측정 및 감시가 절대적으로 필요한 것이다. 터빈 감시기구(Turbine Supervisory Instrumentation, TSI) 시스템은 중요 인자들의 측정 및 감시를 위하여 여러 가지 검출기와 기구를 사용하고 있으며, 다음 항부터는 이들 성능 매개변수들의 각각을 측정하는데 사용되는 기본 기구와 기술에 대하여 설명한다.

 

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