1. 왕복동 압축기 부품 이완

Internal Looseness in a Reciprocating Compressor

 

1.1 振動特性 (Vibration Characteristics)

본 사례는 왕복동 공기 압축기에 설치된 가속도계 시스템을 사용하여 압축기의 내부 이완을 검출한 경우이다. 공기 압축기의 설치 구성요소는 712 rpm으로 운전되며, 2000 HP 전동기로 구동되는 왕복동 압축기는 4개의 실린더가 있고 원격 운전방식이다 (그림 4-1). 이 기계는 일정한 속도로 운전되기 때문에 부하는 여러 개의 실린더에 있는 흡입 밸브를 개폐하는 Unloader에 의해 조절된다.

Proximity Probe는 전동기 베어링에 XY 형태로 90˚의 간격으로 떨어져 설치되어 있다. 단 한 개의 가속도계가 두개의 실린더 하우징 사이의 압축기 Crankcase의 중간부에 수평으로 설치되어 있다.

정상 운전 중에 압축기의 가속도 진폭은 약 3.5 g~4.0 g로 일정하였다. 문제 발생시에는 가속도계의 준위는 6 g를 넘어 증가하였는데 이것은 원격 제어 조정실에서 경보를 발하는 값이다.

그림 4-1 기계 배열도

 

1.2 問題點 分析 (Problem Analysis)

이 문제의 원인분석과 문제의 정도를 알기 위하여 Dow Chemical 사의 진동 전문가들이 초대되었다. 그들은 가속도계의 진폭이 부하에 따라 5.5g에서 7.8g까지 변화되는 것을 발견하게 되었다. 이런 증가는 비정상적인 것이었다.

오실로스코프를 가속도계 감시기의 변환기 출력 단자에 연결하여 시간기준 파형을 본 결과 발전소 직원들은 분명하고 깨끗한 화상을 보게 되었다.

그림 4-2, 4-3, 4-4는 각각 50, 75, 100% 부하에서의 가속도 진폭이다. 변화하는 가속도 진폭을 주목하라. 그림 4-2와 4-3은 피스톤의 각 행정 끝에서 한 사이클 내에서 간헐적인 추가 이상 진폭을 수반하는 현상이 발생했다. 이들 부하에서 이러한 간헐적인 이상 진폭은 매 사이클마다 일관되지는 않았다. 100%부하에서(그림 4-4) 가속도 값이 최대로 7.8g가 됐을 때 사이클 중에 발생한 간헐적인 이상 진폭이 우월한 상태가 되었다. 모든 이러한 형태는 압축기에서 피스톤과 크랭크 샤프트간의 문제가 있다는 확실한 특징이다. 따라서 압축기를 정지하고, 의심되는 문제의 근원을 찾아내기 위하여 내부점검을 수행하여야만 했다.

그림 4-2 50%부하. 가속도=6.2 g 그림 4-3 75%부하. 가속도=5.8 g

 

그림 4-4 100% 부하. 가속도=7.8 g 그림 4-5 수리후 100%부하. 가속도=3.5 g

 

1.3 點檢 (Inspection)

 

점검결과 피스톤 로드 중 체결 너트하나가 이완된 것이 발견되었다. 이 너트는 피스톤을 피스톤 로드에 체결시키기 위한 것으로 특정 토크 값으로 조여졌다. 이 너트가 이완되어 Piston이 Rod에서 이완되게 된 것이었다. 이 현상이 오실로스코프에서 보여 졌던 이상 진폭의 원인이었다. 다행히 이 점만 제외하고는 어떤 손상도 발생하지 않았다. 다른 부분의 점검과 동시에 이 너트는 다시 조여졌고, 압축기는 다시 기동되었다.

그림 4-5는 압축기가 완전히 수리된 후에 100% 부하에서의 시간기준 파형이다. 이상 진폭 즉 이완의 징조 없이 완전히 다른 형태가 나타났다. 또한 가속도 값이 3.5g에서 4.0g의 범위로 회복되었다.

가속도계가 이완을 어떤 방법으로 검출하였는지 아는 것은 매우 흥미로운 일이다. 시간기준 파형을 보면 많은 양의 고 주파수 소음을 볼 수 있다. 그러나 비정상적인 충격이 있었을 때마다 그 영향은 분명하다.

그림 4-2, 4-3, 4-4와 그림 4-5를 비교하라. 비정상적인 진폭이 1회전 당 2회 증가하였다. 이것은 피스톤이 방향을 바꿀 때마다 문제점이 있음을 의미한다.

 

1.4 結論 (Conclusion)

이 압축기는 감시 시스템에 의거 매우 효과적으로 감시되었고, 이러한 감시로 인해 실질적인 물리적 손상으로부터 기계를 보호하여 주었다.

감시 시스템이 효과적이기 위해서는, 감시 장비의 구조에 관한 깊은 지식을 가지고 있어야 한다. 또한 장비가 운전될 때 발생할 수 있는 기계적 문제 형태에 관한 지식도 아울러 겸비하여야 한다. 이점이 바로 왕복동 압축기 및 기타 회전기계에 대한 감시 시스템을 잘 활용하는 것이다.

 

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