KR101199656B1 - 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치 및 방법 - Google Patents

펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치 및 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 펌프 회전축의 밀봉장치로서 사용되는 펌프 핵심장치인 메카니컬씰 고정링과 유체가 접촉하는 표면의 결함두께를 정밀하게 측정할 수 있는 결함두께 정밀측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR MEASURING WEAR THICKNESS OF PUMP MECHANICAL SEAL}
본 발명은 메카니컬씰에 광신호를 전달하고 반사되어 돌아온 광신호를 검출하는 감지부와, 상기 감지부에서 검출된 광신호의 강도에 대응하여 변환된 전압신호에 포함된 잡음을 제거하고, 신호를 증폭한 후, A/D 변환부로 변환하여 메모리에 설정된 데이터와 비교하여 메카니컬씰 고정링과 유체가 접촉하는 표면의 결함두께를 정밀하게 측정할 수 있는 결함두께 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발전소 및 화학플랜트 등 산업설비에는 수많은 펌프(pump)들이 사용되고 있으며, 이러한 펌프를 구성하는 주요 부품의 하나인 메카니컬씰은 접촉식 밀봉장치로 펌프 회전축(shaft)에 수직된 2개의 섭동면(고정링, 회전링)으로 구성되어 한 면이 회전축과 함께 회전하며 스프링의 장력 혹은 유체의 압력으로 회전부의 밀봉을 지속적으로 유지하는 펌프의 핵심 부품으로서, 메카니컬씰은 회전축의 누설방지에 절대적으로 필요한 장치이다.
또한 메카니컬씰은 펌프 회전축의 밀봉장치로서 사용되고 있으며, 펌프의 사용 중 고장원인의 대부분이 밀봉장치인 메카니컬씰에서 발생하고 있으며, 마모발생이 대다수를 차지하고 있다.
이러한 메카니컬씰의 결함에 따른 빈번한 고장발생은 고가인 메카니컬씰의 교체비용 문제뿐만 아니라 고장으로 인한 시간, 장치분해, 부품교환 및 전력손실 등에 의하여 경제적 손실이 발생하게 된다.
특히, 원자력발전소 등 안전성 측면에서 사용되는 펌프 메카니컬씰의 고장은 냉각기능 상실, 유독물질 및 방사성 물질의 방출 등 막대한 손상과 사고를 초래하게 된다.
또한, 회전기기인 펌프는 고속, 고압화가 되는 추세에 따라서 한층 신뢰성이 우수한 메카니컬씰의 등장을 바라는 산업현장의 요구가 많으며, 한 공장에서도 다양한 메카니컬씰을 사용함에 따라서 수리보전 및 재고관리가 복합적으로 운영되고 있기 때문에 수명예측 등을 통한 보전업무의 체계화가 필수적이다. 이러한 메카니컬씰의 수명을 정확하게 예측하기 위해서는 메카니컬씰의 결함두께를 정밀하고 정확하게 평가할 수 있는 기술 및 장치가 필요하다.
그러나, 현재까지 메카니컬씰의 결함두께를 정밀하게 진단하고 파악하는 기술 및 장치가 없어 대부분 주기적으로 교체하거나 사고 발생시 교체하는 실정이다. 따라서 상태와 관계없이 주기적으로 교체하는 방법은 대부분 90% 이상이 잔여수명을 갖는 메카니컬씰을 교체함으로써 낭비요인을 발생시키며, 사고발생시 교체할 경우 메카니컬씰 교체비용보다 더욱 더 큰 경제적 및 안전적 측면의 손실이 발생하게 되므로 이를 해결할 수 있는 개선책 마련이 필요한 실정이다.
메카니컬씰의 결함두께를 측정할 수 있는 기술로는 마이크로미터, 버어니아 캘리퍼스, 레이저 측정기, 와전류 측정기, 초음파 측정기 및 정전 용량 측정기 등이 있으나, 이들 방법들은 측정 대상체의 수직방향 두께를 측정하는 방법으로만 활용되고 있다. 그러나, 발전소 및 화학 플랜트에서 메카니컬씰 결함 측정에 있어서는 씰 표면의 원주방향 평균 결함두께도 정밀하게 측정할 수 있어야 하므로, 씰 표면 굴곡부도 측정 가능한 장치 개발이 필요하고 일반 측정기기로 측정 불가능한 씰 크기의 결함두께도 측정 가능하고 다양한 형태의 결함두께 측정이 가능해야 한다는 특수성이 있기 때문에 기존 방법에 의한 메카니컬씰 결함두께측정 방법 및 장치는 기술적 면에서 문제점이 많다.
본 발명이 해결하려는 과제는 광센서 및 각도조절부를 사용하여 펌프 회전축의 밀봉장치로서 사용되는 펌프 핵심부품인 메카니컬씰 고정링과 유체가 접촉하는 표면의 결함두께를 정밀하게 측정할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 작은 마모발생 상태에서도 분해점검 시 측정이 가능하고, 메카니컬씰 표면 굴곡부에 따른 불규칙한 두께 변화를 고려하여 원주면을 따라 정밀하게 측정할 수 있도록 구성하여 수명평가를 위한 측정결과의 정확도 및 신뢰도를 향상시키는데 있다.
본 발명의 과제 해결 수단은 광섬유를 이용하여 메카니컬씰에 광신호를 전달하고 반사되어 돌아온 광신호를 검출하는 감지부와, 상기 메카니컬씰의 표면네서 반사되어 광센서에서 검출된 광신호의 강도에 대응하여 변환된 전압신호에 포함된 잡음을 제거하고 증폭한 후, 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 변환부와 상기 A/D 변환부에서 디지털 신호로 변환된 데이터를 전송받아서 연산하고, 연산된 데이터를 모니터에 출력하고, 광센서에서 측정한 전압신호를 표시하는 신호처리 부를 포함하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제 해결 수단은 광섬유를 이용하여 메카니컬씰에 광원을 이용하여 광신호를 전달하고, 메카니컬씰 표면에서 반사되는 광신호를 감지하는 단계를 거쳐서, 광센서에서 검출된 반사 광신호의 강도에 대응하여 변환된 전압신호를 증폭한 후 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 단계를 거치고, A/D 변환부를 거쳐서 나온 디지털 신호를 바탕으로 결함두께를 연산하고, 연산된 데이터를 모니터에 출력, 선형구간 최소, 최대 및 중앙점 표시, 광센서에서 측정한 전압신호를 표시하는 신호처리 단계를 포함하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제 해결 수단은 광센서로부터 측정된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 변환부와, A/D 변환부를 거쳐서 나온 디지털 신호를 바탕으로 결함두께를 연산하고, 연산된 데이터를 모니터에 출력, 선형구간 최소, 최대 및 중앙점 표시, 광센서에서 측정한 전압신호를 표시하는 신호처리 부를 구비한 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제 해결 수단은 볼베어링을 이용하여 각도를 조절하면서 메카니컬씰 결함두께를 측정하기 위하여 원주면 각 위치에서 수평방향으로 1°씩 이동하면서 결함두께 정도를 측정하여 신속하고 정확한 측정이 가능한 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 광센서 및 각도조절부를 사용하여 펌프 회전축의 밀봉장치로서 사용되는 펌프 핵심장치인 메카니컬씰 고정링과 유체가 접촉하는 표면의 결함두께를 정밀하게 측정할 수 있는 유리한 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 미량의 마모발생 상태에서도 분해점검 시 측정이 가능하고, 메카니컬씰 표면 굴곡부에 따른 불규칙한 두께변화를 고려하여 원주면을 따라 정밀하게 측정할 수 있도록 구성하여 수명평가를 위한 측정결과의 정확도 및 신뢰도를 향상시키는데 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 원주면 표면의 조도에 의한 영향을 최소화하고, 원주면 각 위치에서 수평방향으로 1°씩 이동하여 각도 변화에 따라 결함두께를 정밀하고 정량적으로 측정할 수 있도록 하는데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치의 세부 구성도
도 3은 펌프 메카니컬씰의 결함 위치를 나타낸 개략도
도 4는 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 방법을 설명하기 위한 순서도
도 5는 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정에서 측정각도 분할, 데이터 취득방법 및 각도조절 측정방법을 설명하기 위한 개략도
도 6은 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치의 외부 형태를 촬영한 사진
도 7은 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치의 전체 외부 형태를 나타내는 사진
도 8은 본 발명에 따른 하나의 실시 예로 설계 제작된 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치의 제원을 나타낸 도면
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 대하여 살펴본다. 본 발명은 광원과 광섬유를 이용하여 메카니컬씰에 광신호를 조사하고, 반사되어 돌아온 광신호를 검출하는 감지부와, 메카니컬씰의 표면에서 반사된 광신호를 상기 광센서에서 검출하고, 광센서에 의하여 검출된 빛의 강도에 대응하는 전압신호로 변환되어 전압신호를 증폭한 후, 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D 변환부와, 상기 A/D 변환부에서 디지털신호로 변환된 데이터를 전송받아서 결함여부를 연산하고, 연산된 데이터를 모니터에 출력하거나 광센서에서 측정한 전압신호를 표시하는 신호처리 부를 포함하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 결함두께 측정 장치에서 메카니컬씰에 광센서 및 광섬유를 이용하여 광신호를 메카니컬씰에 조사하고, 메카니컬씰 표면에서 반사되는 광신호를 검출하는 단계를 거쳐서, 광센서에서 검출된 반사 광신호를 빛의 강도에 대응하는 전압신호로 변환하여 광신호를 증폭한 후, 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 단계를 거치고, A/D 변환부의 데이터 수신 및 연산, 연산 데이터를 모니터에 출력, 선형구간 최소, 최대 및 중앙점 표시하거나 광센서에서 측정한 전압신호를 표시하는 신호처리 단계를 포함하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 방법을 제공하는데 있다. 본 발명에 따른 구체적인 실시 예에 대하여 살펴본다.
<실시 예>
<실시 예1>
본 발명에 따른 구체적인 실시 예1을 도면에 기초하여 살펴본다. 실시 예1은 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치(100)에 관한 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치(100)의 구성을 블록으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치(100)는 신호발생기(110), 감지부(120), 신호처리부(130), 측정결과 표시부(140), 측정각도 조절부(160), 측정거리 조절부(150)를 포함한다.
신호발생기(110)는 광원을 발광시키기 위하여 광원에 전류를 인가하기 위한 것이며, 광원에서 빛을 발생하도록 하기 위하여 12～24V의 전원을 공급하도록 구성되어 있다.
감지부(120)는 광신호 송신기(transmitter), 광신호 수신기(receiver) 및 광신호 수신기에서 측정한 신호를 증폭하기 위한 광신호 증폭기(amplifier)를 내장하고 있다.
보다 구체적으로, 상기 감지부는 광섬유 및/또는 집광렌즈를 이용하여 광원에서 발생한 빛을 메카니컬씰 표면까지 전송하는 광신호 송신기와, 메카니컬씰 표면에서 반사된 광을 수신하기 위하여 광센서와 광섬유 및/또는 집광렌즈를 이용하여 광신호 수신기를 구성할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 감지부는 빛을 발생하는 광원과, 광원에서 발생한 빛을 광섬유 및/또는 집광렌즈 등을 이용하여 메카니컬씰 표면에 조사하고, 메카니컬씰 표면에서 반사된 빛을 수신하기 위하여 광센서와 광섬유 및/또는 집광렌즈로 구성할 수 있다.
감지부의 광신호 수신기에 해당하는 광센서는 광섬유 반사보상형 센서(optic fiber reflectance compensated type sensor)이며, 광원(light source)은 파장 800nm 이상의 LED를 사용하며, 측정범위(range)는 0~5 mm이고, 감도(sensitivity)는 130 mV/mm 이상으로 구성되어 있다.
상기 광센서에서 수신한 신호는 RS 232에 의해 신호 분석장치인 PC 또는 메모리가 탑재된 마이크로프로세서로 전송하게 되어 있다.
컴퓨터 또는 메모리가 탑재된 마이크로프로세서에는 본 발명에 따라 설계된 제어 및 분석을 위한 실행프로그램이 탑재되어 있다.
본 발명에 따른 메카니컬씰 결함두께 측정 장치의 신호처리부(130)의 전단에는 측정대상체로부터 감지된 빛의 세기에 대응하여 측정되는 전압신호에 포함된 잡음을 제거하기 위한 잡음제거필터를 구비하며, 잡음이 제거된 미세한 전압 신호를 증폭하기 위한 신호증폭기를 거치고, 잡음이 제거되고 증폭된 신호를 사용하여 결함두께를 측정하여 신뢰도를 높이고 진단의 정확도를 높이도록 구성되어 있다.
상기 신호증폭기 및/또는 잡음제거필터는 감지부에 포함시켜 구성하거나 별도로 구성하여 연결하거나 신호처리부에 포함시켜 구성할 수 있다.
신호처리부(130)는 상기 신호증폭기에서 증폭된 아날로그 전압 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환부를 구비하고, 변환된 디지털 신호를 이용하여 신호강도의 보정이 가능하며, A/D 변환부는 신호처리부의 전단에 설치하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 신호처리부로 보낼 수도 있다.
상기 광센서에서 검출된 반사 광신호를 빛의 강도에 대응하여 해당하는 전압신호로 변환하고, 변환된 전압신호에서 잡음을 제거한 후, 증폭하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성되어 있다.
본 발명에 따른 메카니컬씰 결함두께 측정 장치에는 부품의 정상여부, 설정 값 입력 및 측정결과 등을 표시하기 위한 표시부(140)를 구비하고, 표시부(140)는 측정값인 결함두께, 측정신호의 최대 및 최소값(peak to peak) 및 출력신호의 크기 등을 나타낸다.
메카니컬씰 결함두께 측정장치에는 측정각도 조절부(160)가 설치되어 있으며, 측정각도 조절부(160)는 측정각도(spot size)인 광신호 조사각도를 조절하는 수단 및 기능을 가지며, 조절부(160)의 수단 및 기능을 이용하여 메카니컬씰의 원주면 각도 측정이 가능하고, 조절수단을 이용하여 측정각도를 미세하게 조절할 수 있다.
메카니컬씰 결함두께 측정 장치에는 측정거리 조절부(150)가 설치되어 있으며, 측정거리 조절부(150)는 측정거리를 미세하게 조절할 수 있고, 메카니컬씰 표면까지의 거리를 조절하여 신호발생장치와 광센서를 이용하여 효율적으로 빛을 검출 측정할 수 있도록 구성되어 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예1에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정장치(100)의 세부 구성도이다. 도 2를 참조하면, 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치(100)는 신호 분석장치(1), 신호 케이블(2), 광센서(3), 센서 고정장치(4), 메카니컬씰(5), 메카니컬씰 고정장치(6), 메카니컬씰 고정 하우징(7), 직선이동 조절부(8), 회전 조절 핸들(9), 회전축(10), 회전 베어링(11), 각도 조절부(12), 감지부 이송가이드(13), 베어링 지지대(14) 및 시험장치 테이블(15)로 구성되어 있다.
상기 신호 분석장치(1)는 측정된 신호를 처리하는 신호처리부(130)와 측정결과를 표시하는 표시부(140)로 구성되어 있고, 광센서로부터 취득한 전압신호를 디지털 신호로 변환한 후, 변환된 디지털 데이터에 기초하여 결함두께를 분석한다.
보다 구체적으로, 메카니컬씰 원주면 평균 결함두께, 측정거리, 측정각도, 광센서로부터 취득한 출력전압(전압신호) 등의 데이터를 취득하고, 연산하여 표시부에 표시하도록 구성되어 있다.
신호 케이블(2)은 광센서(3)에서 취득한 신호를 신호 분석장치(1)로 전송하는 기능을 담당한다.
광센서 고정장치(4)는 광센서(3)를 고정시켜 회전 및 거리조정이 가능하도록 구성되어 있다. 메카니컬씰 고정장치(6) 및 메카니컬씰 고정 하우징(7)은 메카니컬씰 결함두께를 정밀하게 측정하고 손으로 측정할 경우의 광센서의 흔들림을 예방하기 위해 메카니컬씰(5)을 고정시키도록 구성되어 있다.
직선이동 조절부(8)는 광센서(3)를 직선방향으로 이동시킬 수 있는 장치이며, 회전 조절 핸들(9)은 메카니컬씰의 원주면 각도 측정이 용이하도록 회전축(10), 회전 베어링(11) 및 베어링 지지대(14)를 이용하여 광센서(3)를 회전시킬 수 있도록 구성되어 있다.
각도 조절부(12)는 회전 조절 핸들(9)을 회전시킬 때 각도를 판독할 수 있도록 구성되어 있다. 감지부 이송가이드(13)는 감지부를 직선이동이 가능하도록 가이드 역할을 하며, 시험장치 테이블(15)은 시험장치 전체의 하중지지 및 메카니컬씰을 고정하도록 구성되어 있다.
도 3은 펌프 메카니컬씰의 결함두께 위치를 찾기 위한 기본적인 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 펌프 메카니컬씰은 도 3에 도시한 바와 같이, 면 접촉식 밀봉부품으로서 회전축(shaft, 16)에 수직하여 고정링(20) 및 회전링(18)의 2개로 구성되는 섭동면(seal face)(19)으로 이루어져 한 면이 회전축(16)과 함께 회전하며 스프링(17)의 장력 혹은 유체의 압력으로 회전부의 밀봉을 행하도록 구성되어 있다.
펌프 메카니컬씰은 회전축(16)의 누설방지에 절대적으로 필요한 것이며, 섭동면(seal face)(19)의 윤활은 자체적으로 형성되는 유체막에 의해 이루어지고, 성능저하가 발생하는 위치에 해당된다. 메카니컬씰에서의 결함은 섭동면(40)에서 발생하며, 마모에 따른 밀봉파괴로 유체 누설을 발생시킨다.
상기 메카니컬씰의 결함두께(Dwear)는 메카니컬씰로부터 측정거리에 대응하여 광센서로부터 얻은 전압신호와 컴퓨터 메모리에 저장된 설정 값과 대비하여 자동 연산된다. 이러한 연산은 본 발명에 따른 메카니컬씰의 결함두께 측정 장치 및 방법을 수행하기 위하여 설계되어 컴퓨터에 탑재된 실행프로그램에 의하여 이루어진다.
도 4에서, 본 발명에 따른 실시 예1은 선형구간의 출력 전압(광센서에서 측정한 전압신호)에 대한 펌프 메카니컬씰의 결함두께(Dwear)를 연산하여 최종 펌프 메카니컬씰의 결함두께를 연산하여 결과 값을 출력하는 수단을 가진다.
여기서, 실행 프로그램에 의하여 광센서에서 측정한 전압신호 및 측정거리의 표시에서, Dmax는 선형구간 최대 측정거리이며, Dmin는 선형구간 최소 측정거리이고, Vmax는 선형구간 최대 출력전압이며, Vmin는 선형구간 최소 출력전압이고, Dcenter는 선형구간 중앙점 거리이며, Vcenter는 선형구간 중앙점 출력전압이고, Dwear는 결함두께로 각각 정의한다.
본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정장치(100)는 컴퓨터의 메모리에 미리 저장 설정된 측정거리에 따른 출력전압 기준 설정 값들과 비교하여 0.3~3.0 mm의 결함두께를 정확하게 측정할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 하나의 실시 예로 설계 제작된 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치의 제원을 나타낸 것이다. 제원에 표시된 수치는 당업자가 필요에 의하여 언제든지 변형시킬 수 있으며, 이 또한 본 발명의 보호범위에 속한다.
<실시 예2>
본 발명에 따른 구체적인 실시 예2를 도면에 기초하여 살펴본다. 실시 예2는 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 방법에 관한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 방법을 나타낸 순서이다.
본 발명의 실시 예2에 따른 메카니컬씰 결함두께 측정 방법은 결함두께 측정 장치에서 메카니컬씰에 광원 및 광섬유를 이용하여 광신호를 조사하고, 메카니컬씰의 표면에서 반사되는 광신호를 광섬유 및 광센서로 검출하여 측정하는 단계를 포함되며, 광센서에서 검출된 반사 광신호를 빛의 강도에 대응하는 전압신호로 변환하고, 광신호를 증폭한 후, 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 A/D 변환부에 의하여 변환된 디지털 데이터를 이용하여 결함두께를 연산하고, 연산 데이터를 모니터에 출력, 선형구간 최소, 최대 및 중앙점 표시, 광센서에서 측정한 전압신호를 표시하는 신호처리 단계를 포함한다.
도 4에서, 단계 S110은 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치(100)를 이용하여 측정하고자 하는 펌프 메카니컬씰에 광신호를 조사하고, 조사된 광신호가 메카니컬씰에서 반사된 광신호를 광센서로 측정하는 것이다. 단계 110에서는 광센서의 최대 측정거리인 0~12 mm 범위내에서 거리에 변화에 따른 변환된 신호크기로 모든 신호를 측정한다. 상기 측정된 신호는 컴퓨터의 메모리에 저장되고, 필요한 데이터는 화면에 표시된다.
도4의 단계 S120은 상기 단계 110에서 광센서에 의하여 측정된 거리에 따른 전체 신호곡선에서 선형구간(linear range)을 컴퓨터에 탑재된 실행프로그램에 의하여 자동으로 연산 체크하여 표시된다. 이때, 선형구간의 좌표인 최대(Dmax, Vmax), 중앙(Dcenter, Vcenter) 및 최소점(Dmin, Vmin)을 컴퓨터에 탑재된 프로그램에 의하여 확인할 수 있다.
도4의 단계 S130에서는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정을 위한 선형구간이 결정되고, 이때, 선형구간에서 최대(Dmax), 중앙(Dcenter) 및 최소점(Dmin)을 컴퓨터에 탑재된 프로그램에 의하여 확인할 수 있다.
도4의 단계 S140에서는 선형구간의 출력 전압별에 대한 펌프 메카니컬씰의 결함두께(Dwear)를 연산하여 최종 펌프 메카니컬씰의 결함두께 결과값을 출력하여 화면에 표시하게 된다.
이때 펌프 메카니컬씰의 결함두께(Dwear)는 메카니컬씰로부터 측정거리에 대응하여 측정된 전압신호와 컴퓨터 메모리에 저장된 설정 값과 대비하여 자동 연산된다. 이러한 연산은 본 발명에 따른 메카니컬씰의 결함두께 측정 장치 및 방법을 수행하기 위하여 설계되어 컴퓨터의 메모리에 탑재된 실행프로그램에 의하여 이루어진다.
여기서, 실행프로그램에 의한 광센서에서 측정한 전압신호 및 측정거리의 표시에서, Dmax는 선형구간 최대 측정거리이며, Dmin는 선형구간 최소 측정거리이고, Vmax는 선형구간 최대 출력전압이며, Vmin는 선형구간 최소 출력전압이고, Dcenter는 선형구간 중앙점 거리이며, Vcenter는 선형구간 중앙점 출력전압이고, Dwear는 결함두께로 각각 정의한다.
본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 방법은 컴퓨터의 메모리에 미리 저장 설정된 측정거리에 따른 출력전압 기준 설정 값들과 비교하여 0.3~3.0 mm의 결함두께를 정확하게 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정에서, 측정각도 분할, 데이터 취득방법 및 각도조절 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 5에서, 측정각도 분할 및 데이터 측정방법에 있어서, 원주면 데이터 취득을 위하여 광센서를 90도 간격으로 회전 측정하여 4분면 각각의 결함두께를 평균하는 단계를 포함한다.
이와 같이 측정하는 이유는 원주면 표면의 조도(surface roughness)에 의한 영향을 최소화하기 위한 것이다. 또한, 각도 조절을 위한 메카니컬씰의 각도 측정은 원주면 각 위치에서 수평방향으로 1°씩 이동하여 각도 변화에 따라 결함두께를 정밀하고 정량적으로 측정할 수 있다. 이는 도 1의 측정각도 조절부(150)에 의해 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치(100)의 외부 형태를 설명하기 위한 사진이다.
도 6에서, 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치(100)는 센서 고정장치(4), 메카니컬씰 고정하우징(7), 직선 이동조절부(8), 각도 조절핸들(9) 및 회전 베어링(11)으로 구성되어 있다.
도 7은 본 발명에 따른 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치(100)의 전체 외부 형태를 촬영한 사진이다. 도 7에서, 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치(100)는 데이터 취득, 신호발생기(110), 감지부(120), 신호처리부(130), 측정결과 표시부(140), 측정각도 조절부(160) 및 측정거리 조절부(150)로 구성되어 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면에 기초하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 앞서 기술한 본 발명의 실시 예를 바탕으로 다양하게 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 이러한 수정 및 변형 역시 본 발명의 보호범위에 속한다.
본 발명은 펌프 회전축의 밀봉장치로서 사용되는 펌프 핵심장치인 메카니컬씰 고정링과 유체가 접촉하는 표면의 결함두께를 정밀하게 측정할 수 있는 결함두께 정밀측정 장치 및 방법에 제공하여 수명평가를 위한 측정결과가 정확하고 신뢰도를 향상시키므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

Claims (13)

  1. 발전소 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치에 있어서,
    상기 메카니컬씰에 조사할 광을 생성하는 신호발생기;
    상기 신호발생기에서 출사되는 광을 상기 메카니컬씰에 전달하는 광신호 송신기와, 상기 메카니컬씰에서 반사되는 광을 수신하는 광신호 수신기를 구비하는 감지부;
    상기 감지부가 수신한 광신호를 전압신호로 변환하고, 상기 변환된 전압신호를 디지털 데이터로 변환하며, 상기 디지털 데이터의 신호 강도를 보정하고 연산 처리하는 신호처리부;
    상기 신호처리부에서 연산된 데이터 또는 광센서에 측정한 전압신호를 표시하는 측정결과 표시부; 및
    상기 메카니컬씰의 원주면의 4분면 각각의 결함두께를 측정하기 위하여 상기 광신호 수신기의 광센서를 90도 간격으로 회전시키고, 각도 변화에 따라 결함두께를 측정하기 위하여 상기 광센서의 각도를 상기 원주면 각 위치에서 수평방향으로 1°씩 이동시킬 수 있는 각도조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호발생기는 파장 800nm 이상의 LED를 광원으로 사용하며,
    상기 광 센서는 800nm 이상의 파장 영역을 감지하며 130 mV/mm 이상의 감도를 가지는 것을 특징으로 하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광센서에서 검출된 전압 신호에 포함된 잡음을 제거하기 위한 잡음제거필터; 및
    상기 잡음제거필터에 의하여 잡음이 제거된 전압 신호를 증폭하는 신호증폭기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호처리부는 상기 디지털 신호의 선형구간 최소, 최대 및 중앙점을 상기 측정결과 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광센서는 광섬유 반사보상형 센서로 구성되고, 측정범위가 0~5 mm인 것을 특징으로 하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    광신호의 조사 및 측정 각도를 조절하여 측정 효율을 높일 수 있도록 상기 광신호 수신기의 광센서 각도를 조절할 수 있는 측정각도 조절부를 구비하는 것을 특징으로 하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 메카니컬씰 표면까지의 거리를 미세하게 조절하여 수신 감도를 높일 수 있는 측정거리 조절부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측정결과 표시부는, 상기 메카니컬씰 원주면 평균 결함두께, 측정거리, 측정각도, 광센서에서 측정한 전압신호를 취득하여 표시하는 것을 특징으로 하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광센서를 직선방향으로 이동시키는 직선이동 조절부(8); 및
    상기 메카니컬씰의 원주면 측정이 용이하도록 광센서(3) 및 센서 고정장치(4)를 회전시키기 위해 회전축(10)에 연결되고, 상기 회전축(10)은 회전 베어링(11) 내부에서 회전하며, 회전조절 핸들(9)과 동일 축으로 연결되며 회전 베어링(11)을 고정하기 위해 베어링 지지대(14)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 장치.
  11. 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 방법에 있어서,
    광원을 이용하여 펌프 메카니컬씰에 광신호를 조사하고, 광센서를 이용하여 상기 메카니컬씰에서 반사되어 나온 반사 광신호를 측정하는 단계;
    상기 광센서에 의하여 측정된 거리에 따른 신호곡선에서 선형구간의 좌표인 최대, 중앙 및 최소점을 컴퓨터에 탑재된 프로그램에 의하여 표시하는 단계;
    상기 메카니컬씰의 결함두께 측정을 위한 선형구간이 결정되고, 상기 선형구간의 출력 전압에 대응하는 메카니컬씰의 결함두께(Dwear)를 연산하여 메모리에 저장된 설정 값과 비교하여 최종 펌프 메카니컬씰의 결함두께 결과값을 출력하는 단계; 및
    각도조절부를 이용하여 상기 광센서를 90도 간격으로 회전시켜 측정하여 4분면 각각의 결함두께를 평균하고, 상기 광센서의 각도를 원주면 각 위치에서 수평방향으로 1°씩 이동하여 각도 변화에 따라 결함두께를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 메카니컬씰에서 반사되어 나온 반사 광신호를 측정하는 단계에서 측정된 전압신호에서 잡읍제거필터로 잡음을 제거하는 단계; 및
    잡음이 제거된 상기 전압 신호를 신호증폭기로 증폭하는 단계를 더 구비한 펌프 메카니컬씰 결함두께 측정 방법.
  13. 삭제
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원전 펌프 메카니컬씰 결함평가, 한국소음진동공학회 창립 20주년 기년 2010년 춘계학술대회논문집*

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