9. 베어링 온도감시

Bearing Temperature Monitoring

 

9.1 베어링 溫度 測定의 利用 (Use of Bearing Temperature Measurements)

베어링의 하중과 성능을 나타내는 측정 매개변수 중에서 온도는 측정하고 이용하기에 가장 쉬운 것이다. 오래 동안 배유 온도는 베어링 상태의 외적인 지시를 제공할 것으로 기대되어 왔으나 배유 온도의 변화는 베어링 자체에 무엇이 일어나고 있는지에 대한 정확한 지시가 아닐 수도 있다는 것이 여러 시험에서 나타났다. 이전의 예를 인용하면 추력 패드에 묻혀 있는 열전대로 측정한 베어링의 금속 온도가 과부하로부터 고장에 이르는 동안 100 ℉(56 ℃) 상승했다. 그 때에 배유 온도와 축방향 로터 위치는 각각 5 ℉(3 ℃)와 0.002 인치(0.05 ㎜)만 변화했다. 그러므로 무엇인가 일어나고 있다는 것을 제대로 나타낸 것은 3개의 측정 매개변수 중에서 추력 베어링의 금속 온도뿐이었다.

베어링에 묻혀진 온도 변환기(열전대나 RTD)로 측정한 금속온도는 베어링 상태와 성능에 대한 정확한 정보를 제공하는 응답이 빠르고 측정이 쉬운 매개변수임이 증명되었다.

특히 기동․정지시와 같이 변화가 일어나기 쉬운 때에는 최적의 결과를 얻기 위해서 베어링의 온도가 기록 및 경향 관리되어져야 한다. 추력온도의 변화는 아마도 잠긴 커플링의 최적 표시중 하나로써 추력 베어링에 부하를 많이 지우고 기계의 추력균형을 변경시키는 비정상 운전 상태를 경고할 수 있다. 저널 베어링의 온도가 Wiping이 일어날 때 가끔 스파크를 일으킬 수 있다. 그러나 그 상태는 온도가 연속적으로 기록되지 않는다면 관찰되지 않을지도 모르게 아주 일시적일 수 있다 (가끔은 몇 분간 지속될 수도 있음). 베어링의 Wiping은 전형적으로 갑작스런 온도 상승을 수반하여 일어난다.

9.2 推力베어링의 溫度 (Thrust Bearing Temperature)

추력 베어링의 금속 온도 측정은 열전대나 RTD가 추력 베어링의 금속 접속선으로부터 약 0.030 인치(0.75 ㎜) 정도로 추력 패드에 박힌 두 개 또는 그 이상의 온도 변환기로 이루어진다. 보통 온도 변환기는 그림 4-13과 같이 추력 패드 폭과 회전방향으로의 원주상 75%에 위치되어 있다. 이 75-75 위치는 대략 베어링 부하의 중심에 접근하고 패드의 가장자리로부터 충분히 멀리 떨어져 있어 패드와 베어링 주위에서 순환하는 공급 윤활유와의 온도 구배에 의해 영향을 받지 않는다.

그림 4-13 베어링 온도 센서를 위한 추천된 75%-75%의
위치를 보여주는 추력 베어링의 Pad

 

과부하에 의한 추력 패드(그림 4-14)에서 가장 높은 온도 부분이 측정되어야 한다면 박힌 온도 센서의 위치 이동의 필요성을 나타낸다. 이 특정 패드에서의 가장 큰 하중을 받는 점은 검게된 면적으로 보이는 부분으로 폭으로 52% 정도에, 회전 방향으로 원주상 76% 부근에 중심이 있다. 추천된 온도센서 위치와 이 특정 패드의 실제 최대 하중점 사이의 약간의 폭의 편차에도 불구하고 추천된 위치에 설치된 센서는 검게 된 부분 안에 만족스럽게 있어 과부하 상태를 조기에 경보할 수 있도록 베어링 최대 부하점에 접근되어 있다.

그림 4-14 최대 하중점을 나타내는 변색된 추력 Pad

 

최선의 보호를 위하여 3~4개의 온도 변환기가 추력 베어링의 Active측 Tilting Pad에 같은 간격으로 설치되어야 한다. Inactive 측에는 1~2개 온도 변환기가 참조 기준으로 사용되고 만일 기계에 Inactive 추력이 작용될 때를 위해서도 유용하다. 만일 2개의 온도 변환기만 설치된다면, 추력 베어링이 약간 기울어져 부등 부하분포가 되는 경우에는 90°떨어져 설치해야 한다.

추력 베어링 금속 온도는 일반적으로 부하와 더불어 직접적으로 변화한다. 대부분의 제작자들은 베어링 금속 온도 경보치는 250 ℉(120 ℃), 비상 정지치는 270 ℉(130 ℃)로 규정하고 있다. 실제로 경보 및 정지치 들은 베어링 제작사로부터 얻어져야 하고 허가 없이 초과시키지 말아야 한다. 보통 추력 베어링의 온도가 200~210 ℉(90~100 ℃)에 이르면 주의를 해야 한다. 부하를 받는 Active측에서 20~30 ℉(10~15 ℃)의 차이는 종종 관찰 확인된다. 또한 1~2개의 패드가 나머지 패드보다 약간 높은 온도 편차는 온도 변환기 깊이의 차이에 기인할 수 있다.

온도 감지 와이어는 다소 타이트한 간극 영역에 있는 베어링 주위로 루트가 정해져야 되기 때문에 케이싱 바깥으로 인도하는데 주의를 해야 한다.

9.3 Thrust Gap 電壓 調節 (Setting Thrust Gap Voltage)

축방향 위치 Probe의 Gap 전압 조절에는 많은 주의를 해야 한다. 추천된 방법이 비록 많이 있지만 그 기본적인 목적은 로터가 추력 베어링 간극의 중앙에 있을 때 Probe가 선형 범위의 중앙 가까이 있는지 확인하는 것이다.

그림 4-15에서 총 추력 움직임이 0.018 인치이고 Probe의 선형 범위는 -3 V DC에서 -19 V DC까지 0.080 인치이라고 가정하고 정(+) 추력방향을 Probe 안쪽으로 가정하자.

이 예에서는 선형 범위의 중앙은 축이 전후 양측으로 0.009 인치 움직일 수 있도록 -11 V DC이다. 200 mV/mil인 Probe라면 0.009 인치는 1.8 V 움직임과 같다. 일반적으로 추력 베어링에 상대하여 추력의 정(+)방향으로 축방향 Probe를 조절하는 것이 최선이다. 이런 다음 축방향 Probe Gap 전압을 -9.2 V DC [-11-(-1.8)]과 같게 조절하라. 마지막 확인 사항은 거리로 변환되는 조절 Gap 전압과 선형 범위의 끝 사이의 차는 작은 Wiping으로 인해 Probe가 선형 범위를 벗어나지 않도록 추력 베어링의 금속 두께보다 더 커야 한다. 이 예에서 Probe가 선형 범위를 벗어나기 전에 0.031 인치가 Active 방향으로 남는다. 이것은 적절하다. 만일 적절하지 않다면 Probe Gap은 약간 증가되어야 한다.

추력 간극이 큰 경우에는 회전자가 정(+)의 추력방향으로 최고로 움직였을 때 남게 되는 선형 범위는 적어도 0.015에서 0.020 인치(0.4에서 0.5 ㎜) 있는 것을 확인하라. 남아 있는 선형 범위는 추력 베어링의 문제 발생 동안, 추력 베어링의 문제 즉, 고장이 정(+)의 추력 방향으로 있더라도 Probe가 계속 작동되는 것을 보장해 준다.

그림 4-15 축방향 위치 측정 - 전형적인 Gap과 경보 조정

 

대부분의 축방향 위치 감시 시스템은 조정 가능한 중앙 영점에 대한 축방향 위치를 감시한다. 선호되는 방법은 감시기의 중앙 영점을 추력 움직임의 한가운데에 회전자가 일치하도록 조절하는 것이다. 그러므로 이전 예에서는 Probe가 일단 적절히 조절된다면 추력 감시 시스템의 영점 제어는 추력 베어링의 Active 즉 정(+)의 방향측에 축이 있기 어렵도록 0.009 인치 더해진(+) 측정된 값이 되도록 조정된다. 이러한 추력위치 감시 시스템 방법으로 움직임과 경보의 Threshold는 중앙 영점을 중심으로 대칭이다. 이 시스템은 결코 계기 고장을 나타내는 값인 영점을 읽지 않는다.

9.4 저널 베어링 溫度 (Journal Bearing Temperature)

저널 베어링의 금속 온도는 종종 Misalignment 상태를 나타낸다. 베어링에 박힌 온도 변환기로 측정된 금속 온도는 베어링 성능은 물론 하중을 나타내는 쉽게 측정되고 응답이 빠른 매개변수이다.

온도 변환기는 최대 하중 영역이 있는 하부 베어링에 설치되어야 한다. 이것은 일반적으로 수직 중심선상에서 회전 방향으로 약 20°벗어나 있다. 여러 베어링 형식에 대한 상세 추천 사항은 API 670 규격에 포함되어 있다. 추력 금속 온도 측정을 위하여 앞부분에서 언급한 것과 같은 설치 방법의 고려 사항과 온도 제한이 저널 베어링 온도 측정에도 적용된다.

 

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