3. 로터 축방향 및 반경방향 위치

Rotor Position-Axial and Radial

 

3.1 軸方向 位置 (Axial Position)

축의 축방향 위치 감시의 목적은 축과 고정체간의 간극 변화를 측정하는 것이다. 측정은 추력 베어링의 Pad 간격에 대하여 로터의 위치변화를 구한다. 이것은 증기터빈과 원심 압축기에서 감시되는 가장 중요한 매개변수이다.

로터와 고정체간의 축방향 Rub에 대해 보호를 하는 축방향 위치 측정 시스템은 그림 4-5와 같이 Proximity Probe, Proximitor, 케이블 및 감시기로 구성되어 있다.

통상 Dual Channel Monitor가 사용되도록 추천되고 있으며 이러한 중복 감시 시스템 설치로 부품 손상으로 인한 잘못된 정지를 막을 수 있다. 어떤 Channel도 경계경보(Alert)와 위험경보(Danger)를 발생할 수 있지만 경계 경보는 "OR" 논리 회로를 통하여, 위험 경보는 “AND" 논리 회로를 통하여 동작한다.

그림 4-5 축방향 위치 측정 시스템

 

최선의 측정 결과를 얻기 위하여 축방향 위치 Probe는 온도 변화의 영향을 최소화하도록 가능한 추력 베어링 가까이 설치되어야 한다 [API 670에 의해 명시된 추력 베어링으로부터 Probe까지의 최대 거리는 12 인치 (300 ㎜)이다]. 축방향 위치 Probe는 열적인 과도 현상에 영향을 받지 않는 기계의 견고한 부분에 설치되어야 하며 축 또는 축과 일체인 추력 Collar를 감시해야 한다.

Noncontact Eddy-Current Probe로 측정하기 위해서는 Collar 표면이 매끈해야 하고, Collar 자체가 뒤틀려져 있지 않는 한 Collar Runout 측정은 축의 휨을 측정하는 가장 좋은 척도이다. 비일체(Non-integral) 추력 Collar로 만들어진 축의 축방향 위치 측정에 있어서 Collar가 이완되거나 축으로부터 이탈되어진다면 그 측정치가 회전자의 실제 움직임을 보여주지 않는다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 추력 Collar가 이완될 경우에 축의 움직임을 경고하기 위해 또 다른 축방향 위치감시 Probe는 축의 일체인 부분 즉 축의 끝이나 단이진 부분을 관찰해야 한다. 이런 식으로 구성되었을시 주의해야할 사항은 축방향 위치 감시가 Dual Voting 로직으로 구성되었다면 추력 Collar의 이완으로 수반된 축방향 움직임은 위험 경보나 자동 정지를 일으키지 않을 것이다.

축방향 위치 측정이 축 끝에서 취해질 때 추력 Collar와 축의 끝 사이에서 일어나는 축의 열적 팽창은 측정에 영향을 줄 것이다. 이러한 열적 팽창은 대기 온도에서 운전온도까지 사이의 위치 변화를 평가하는 경우에 고려되어야 한다.

축방향 위치 Probe의 정확한 위치 설정에 상관없이 축방향 진동측정은 Misalignment나 커플링 잠금 같은 문제들을 분석하는데 아주 중요하다. 그러므로 축방향 위치 Probe와 마주보는 표면은 반경 방향 Probe에서 요구되는 것과 같은 표면조도와 Runout 공차를 가져야 한다.

3.2 半徑 方向 位置 (Radial Position)

반경 방향의 위치는 베어링 금속의 점진적인 손상을 판단하는 가장 중요한 척도이다. 또한 축의 안정성(편심)과 축정렬 관련 부하 상태를 평가하는데 사용되어진다. 축 변위 Probe로부터 DC Gap 전압으로 측정된 반경 방향 위치의 경향을 관리하는 것은 기계 상태의 총체적인 평가를 위해서 아주 중요하다. 대부분의 수력학적 베어링의 고장은 진동에 의하거나, 진동의 동반으로 일어나지만 별다른 진동 변화 없이 일어나서 반경 방향 Gap 전압의 변화에 의해 인지된 점진적인 고장의 경우도 있었다.

또한 반경 방향 위치 감시는 아주 가치 있으며 윤활유 공급 중단에 따른 재기동시의 큰 손실을 방지해 왔다. 이러한 상황에서 반경 방향의 위치는 베어링 손상이 일어나고 있는지 아닌지에 대한 정확한 평가를 제공해 준다.

X-Y Proximity Probe를 사용하는 많은 사람들은 기계가 운전중일 때는 DC Output이 유용하다는 사실을 모르고 있다. DC Output은 Radial 베어링 간극에 대하여 축의 평균위치를 나타낸다. 따라서 정상적인 Preload가 존재할 때에도 정상적인 축의 반경방향 위치를 예상할 수 있고 기동중, 정지중, Slow Roll중 및 정상 운전중에 축 중심선의 위치 변화는 기계의 힘이나 기계상태의 변화에 의한 것임을 알 수 있다 (그림 4-6).

그림 4-6 축 중심선 위치변화

그림 4-7은 증기터빈의 기동시부터의 축 중심선의 평균 반경방향 위치를 나타낸 것이다. 기동전에는 축이 베어링 간극 내에서 하부 중심에 있었을 것이다. 기동후에는 이 위치로부터 비록 진동 진폭은 경보치 이하로 아주 낮았었지만 점차로 이동하여 축의 평균 반경방향 위치가 정상적인 베어링 간극밖에 있음을 보여주고 있다. 이 경우 기계 정지후 점검결과 Tilting Pad 베어링의 2개의 Pad가 마멸되었음이 드러났다.

Shaft Movement Vector = 8.38 mils∠139°

Bearing Clearance = 6.5 mils

  rpm Time DC Values (Volts)
Probe #1 Probe #2
1 0 1100 - 12.40 - 9.28
2 10000 1115 - 10.73 - 9.42

그림 4-7 축 중심선 반경방향 위치에 의한 Pad 손상사례 발견

 

TRAC Mark INCOSYS