8.2 냉간 및 열간 축정렬

Cold and Hot Shaft Alignment

 

Cold Alignment는 운전조건이 아닌 정지 상태에서 2개 이상의 축을 원하는 축정렬 값으로 조정하는 기법이다. 이 냉간 축정렬 작업은 50℃ 이하의 순환유만을 공급하는 것이 관례이다. 이와같이 하는데는 2가지 장점이 있는데 그 하나는 베어링이 너무 뜨겁거나 찬 공정 과정중의 열이 없는 아주 안정된 대기 온도 상태로 하기 위한 것이고 또하나는 축정렬 측정치를 얻기 위해 축을 회전시키는데 편리하기 위하여 사전에 윤활을 하기 위한 것이다.

앞의 2~5항에서 기술한 축정렬의 측정, 작도 및 계산기법(예를들면 Rim 및 Face 기법, 역 다이얼 인디케이터 기법, Double Radial 인디케이터 기법, 축과 커플링 스플 기법 및 Face 와 Face 기법 등)은 모두 Cold Alignment 작업을 위한 기법들이다.

실제로 모든 회전체는 기동시와 운전 과정중에 위치가 변화하여 축정렬에 영향을 미친다. 축이 정상적인 운전조건 하에서도 동일 직선상에서 운전되기 위해서는 축의 이동량과 방향을 측정하여 이를 냉간 축정렬 과정에서 보상하는 것이 바람직하다.

현존하는 회전기계의 약 60%는 이동량이 미미하여 무시할 정도이나 나머지의 경우는 원활한 운전을 하는 기계도 있는 반면에 이로인해 문제가 되어 골치를 썩이는 기계도 있다.

일단 기계가 가동되면 기계를 이동하게 하는 여러 가지 인자들이 있다. 가장 일반적인 원인은 기계 자체의 온도변화(가스를 압축할때나 베어링에서 마찰로 인해 윤활유가 가열될 때) 때문이며, 따라서 이를 일반적으로 열적 이동(성장) 이라고 한다. 그외 기계를 움직이게 하는 원인들로는 고정 볼트의 이완, 옥외 설치된 기계에 미치는 기후조건 변화, 콘크리트 페데스탈의 가열 및 냉각, 무부하로부터 부하상태까지의 운전조건의 변화 및 로터 회전시 원심력에 대한 케이싱 및 지지구조물의 반작용 등을 들 수 있다.

기동정지가 빈번하거나 운전중 부하가 급변하는 기계에 대해서는 특별한 관심을 가져야 한다. 이와 같은 경우에는 특정 상태에서의 지속시간, 기계 이동량의 최대 및 최소치의 변화량 및 커플링과 Alignment의 공차 등과 같은 인자들에 가중치를 두고 절충 운전을 하여야 한다. 이러한 변화를 잘 관찰하고 기록하기 위해서는 주기적인 점검을 해야하며, 연속적인 축 위치도 감시하여야 한다.

정지상태로부터 운전상태로 변함에 따라 회전기계의 이동량을 관찰 한다는 것은 얼른 보기에는 대단히 복잡한 것 같이 보일지 모르지만 이 측정은 기계가 정지 상태일 때의 회전 중심선들의 위치와 운전상태 일때의 회전중심선들의 위치를 비교하는 것에 불과하다. 따라서 자료를 정지중일 때(냉간상태)와 운전중일때(열간상태) 취해야 한다.

기계가 정지 상태에서 정상 운전 상태까지의 축정렬 변화량을 측정할 수 있는 방법으로는 기계정지 직후 측정하는 법, Water Stand 사용법, Optical Eguipment 이용법, Laser Beam 이용법, Proximity Probe 이용법 등 다양하지만 각각 장단점을 가지고 있기 때문에 2개 이상의 방법으로 측정한 결과를 비교하여 선정하는 것이 바람직하다.

증기터빈, 가스터빈, 원심펌프, 왕복동기계 및 변속기 등은 단위 기계간의 유체 온도 차이로 인하여 좌우 및 축방향의 열팽창 뿐만 아니라 상하(수직)방향으로 Thermal Growth 차이로 인해 베어링간의 부하 안배가 균등하지 못하여 Oil Whip에 의한 고진동이 발생하게 된다. 재질에 따라 열팽창 계수가 다르지만 통상적으로 강의 열팽창량은 물체의 길이가 1 m일때 100℃를 올리면 이 물체는 1내지 1.1 ㎜늘어난다(1 ㎜/m/100°≈0.6 mils/inch/100°F). 이 팽창량을 감안하여 냉간 축정렬시 이를 보상 하므로써 정상운전(열간 축정렬 상태)중에 Smooth Alignment(Face 및 Rim 모두 Zero인 축정렬)가 되도록 하는 것이다.

 

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