1.1 축정렬의 중요성

The Importance of Shaft Alignment

정렬(Alignment)이란 기계부품들을 서로 조정하여 가지런히 놓는 행위를 말한다. Alignment는 터빈, 발전기, 압축기, 펌프, 왕복동 압축기 등 고속 및 저속의 모든 회전기계를 다루는 사람들에게는 필요 불가결한 것이다.

완벽한 Alignment 시행을 강조하는 이유는 Alignment가 잘못되었을 때 발생하는 진동 때문이다. 회전기계의 진동문제의 상당부분이 바로 Misalignment에 의한 것이다.

Misalignment된 회전기계가 전 산업현장에서 미치는 재정적 손실은 매우 엄청나다. 지난 40년간 Misalignment로 인한 에너지 손실, 기계의 손상 등으로 인하여 얼마나 많은 돈을 낭비했는지 정확하게 계산해본 사람은 없다. 오늘날 발전소, 정유공장, 유조선, 복합 사무실 등 모든 산업분야에서 사용되는 회전기계를 고려하면 실로 엄청난 규모의 금액일 것이다. 통계학적으로 볼때 이들 회전기기의 반 이상이 심각한 Misalignment로 운전되고 있고 아마 곧 정지되거나 16개월 이내에 교체나 수리를 해야하는 것이 태반이다. 그리고 나머지 절반은 매우 잘 운전되고 있고 앞으로 80개월간은 큰 고장 없이 잘 운전될 것이다.

지금도 산업현장에서는 회전체의 정확한 축정렬을 가진다는 것은 드문 일이다. 여러해동안 축정렬에 관한 책임은 기계설치공에게 있었다. 대부분의 기계설치공들은 정확한 축정렬 기법에대해 충분한 훈련을 받지 못하였고, 측정과 기계를 움직이는 도구가 부적절한 상태로 정렬 작업을 시행해 왔다. 설비운영 조직 내에서도 대형 회전체에만 관심이 있고 소형 회전체에 대해서는 상대적으로 관심이 작아 베어링, 축, 누설장치. 커플링에서 많은 문제점을 나타내고 있다.

회전체 축정렬에 대하여 누가 책임을 질 것인가? 축정렬은 경영자, 엔지니어, 기계주임, 정비원 모두가 관심을 가져야한다. 이들 각자는 산업 분야에서 맡아야할 역할이 나누어져있다. 축정렬이 잘못되었다고 다이얼 게이지나 레이저, 쉼, 베이스 볼트, 파이프, 베어링, 씰, 축, 커플링을 탓하지 말라. 축정렬의 진정한 문제는 거의 ‘인적 요소’로 요약되어진다.

정비원의 역할은 다음과 같은 축정렬의 일차적인 단계를 수행하는 데 있다. 축의 위치를 측정하여 축정렬 허용범위내에서 이동량을 계산하고 수행하며 최종 축정렬 값과 축정렬 과정중의 문제점에 대해 감독자와 의논하는 것이다.

감독자의 역할은 축정렬을 잘 수행할 수 있는 정비원을 선임하고 축정렬에 적절한 공구를 확보해놓고 작업지시를 내린다. 작업에 필요한 충분한 시간을 주고 축정렬을 하면서 일어날 문제점에 대하여 설명하고 정비원이 갖고있는 의문점에 답한다. 그리고 일어나는 여러 문제점에 대하여 경영자와 엔지니어들과 정보교환을 하고 관련 기록을 유지한다.

엔지니어는 축의 위치를 측정하는 공구의 올바른 사용법을 상세히 설명하고 신 장비를 추천한다. 전문적 기술을 제공하고 회전하는 기계의 움직임을 측정할 수 있는 방법, 파이프나 덕트의 움직임을 최소화 할 수 있는 방법 등을 모색한다. 현재의 축정렬 방법에 대하여 검토하고 새로운 방법을 제시하고 사고난 회전체의 원인이 Misalignment로 인한 것인지 분석검토하고 축정렬에 대한 문제점 보고서를 검토 회신하고 정비원에 대한 축정렬 교육을 담당한다. 더 나아가 실제 축정렬 작업방법에서 문제점과 개선책을 찾아내어 더욱 정밀한 축정렬이 되도록 한다.

공장 경영자의 책임은 일에 필요한 장비를 구입하는데 필요한 자금을 지원하고 축정렬에 관한 정확한 이해가 되도록 훈련을 시키고 지원하는데 있다.

여러분들이 관리하고 있는 회전체가 축정렬이 잘되어 원활하게 운전되는 것은 여러분의 지식, 능력, 정성이 결합되어 이루어지는 것이다. 설비상태를 감시하고 축정렬을 잘하면 6년 내지 60년이상 사용할 수 있는 것을 이 작업시간 6시간을 투자하는 것을 꺼려 기계가 6개월 내지 16개월도 못 가서 고장나는 것을 원하는 사람은 아무도 없을 것이다. 과거 30년동안 진동, 적외선 열 그래프, 오일 분석 등 이 분야의 괄목한 기술성장으로 기계를 분해하지도 않고 결함을 탐지하는 기법이 마치 핀셋으로 문제점을 집어내는 듯한 수준이 되었다. 진동 신호와 온도, 설비의 성능데이터를 분석하여 고장원인을 식별하는 기술은 현재 가장 빠른 속도로 성장하는 기술의 한 분야가 되었다. 기계의 문제점 분석기술은 사람의 손 감각에서 베어링 위에 진동 계측장비를 고정 설치하는 순으로 발전하여 왔다. 많은 회사들이 설비의 상태 감시에 기반을 두고 FFT분석기, Spike Energy 분석기 등을 이용하여 회전체의 동적 응답을 이해하기 위한 여러 노력을 기울이고 있다. 이들 새로운 계측 설비와 기법은 굉장히 효과적이지만 기계의 문제점을 찾는 것과 기계의 문제점을 고치는 것에는 확실한 차이가 있다.

이들 새로운 기계 성능 분석 기술의 빠른 발전에도 불구하고 축의 Misalignment 상태에서 운전될 때 발생하는 힘으로 인한 기계의 동적 거동을 완전히 이해하는데는 아직도 부족한 점이 있다. Misalignment일 때 기계에서 일어나는 축의 회전속도의 1, 2배 주파수에서 높은 진폭과 축방향 진동값이 높은 값을 가리키는 현상이 항상 올바른 진단의 기준은 아니다. 불행하게도 축이 Misalignment 되었을 때 일어나는 여러 현상을 연구하는 기관은 매우 적고 대부분 회사 경영자의 관심과 재정적 후원없이 각 개인의 관심 속에 이루어지는 경우가 대부분이다.

놀랍게도 현재 운전되고 있는 기계의 99%가 Misalignment 상태로 운전되고 있다. 이 말은 굉장히 과장되게 느끼게 될지도 모르지만 현실적으로 완벽한 축정렬은 거의 불가능하다. 사실 미세한 Misalignment는 별로 나쁘지 않다. 기어 타입 커플링과 Universal Joint의 경우에는 회전중 힘을 전달하는 시점에 윤활을 유지하도록 하기 위해서는 어느 정도의 Misalignment가 요구된다. 따라서 우리가 축정렬을 할 때마다 기계의 움직임을 아는 것은 매우 중요하다. 축정렬 허용값이 적절한 상태에 있었더라도 이에 걸맞지 않은 위치가 있을 수 있다.

이 문제를 좀더 확장하여 생각해보면 회전체는 결코 한 지점에 정지한 상태로 있지 않는다. 축은 회전체가 회전함에 따라 정지해 있던 위치에서 여러 광범위한 요인에 의해 움직이게된다. 예컨대 베어링의 마찰로 인해 케이싱에서 발생된 열, 윤활유 저장조의 가열 시스템, 유체의 이동, 가스의 압축, 기초대의 움직임 등 이 모든 것이 설비를 편안한 위치로 움직이게 한다. 많은 사람들이 축이 정상 운전 조건에서 비선형으로 움직이는 것을 알고 놀라워한다. 따라서 이들 움직임을 고려하여 설비가 운전되기 전에 정확한 위치로 조정해 놓아야 한다 (즉 의도적 Misalignment 시행). 설비가 위치한 상태에서 축의 움직임을 측정하는 것은 매우 중요하다. 제작자가 계산한 열팽창량이나 실험 설비에서 측정된 데이터가 비록 실측한 값이라도 너무 신뢰하지 마라. 현재 설치된 설비는 실험실 조건과는 다르게 파이프 또는, 기초와 연결되어 있다. 대부분의 얼라이먼트를 책임지고 있는 사람들 중 20%정도만이 설비가 정지상태로부터 운전상태 사이에서 움직임이 있고 또 이중 반수만이 설비가 수직, 좌우로 움직인다는 사실을 알고 있었다. 자신의 안전을 위해서라도 기계의 거동에 관심을 갖고 이들을 측정하는 것이 바람직하다.

 

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