KR101225616B1 - 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법 - Google Patents

로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법에 관한 것으로, 베어링 대(pedestal)에 설치된 오일 디플렉터 접합부(fit)의 최하부에 측정점을 선정하는 측정점 선정단계(S1단계)와; 상기 측정점 선정단계(S1단계)에서 선정된 측정점에 측정대(staff)를 설치하는 측정대 설치단계(S2단계)와; 상기 측정점 선정단계(S1단계)에서 선정된 측정점에 타깃(target)을 설치하는 타깃 설치단계(S3단계)와; 측정장치를 이용하여 측정대(staff)의 높이를 측정하는 측정대 높이 측정단계(S4단계)와; 측정장치를 이용하여 타깃(target)의 높이를 측정하는 타깃 높이 측정단계(S5단계)와; 측정오차를 찾아 검증하여 보정값을 구하는 보정값 획득단계(S6단계) 및; 측정값을 보정값으로 보정하는 측정값 보정단계(S7단계)로 이루어져 베어링 대(pedestal)에 설치된 오일 디플렉터 접합부(fit)의 최하부에 측정점을 선정하고, 측정 지점에 타깃(target) 혹은 측정대(staff)를 설치하여 측정장치로 타깃(target) 혹은 측정대(staff)의 높이를 측정한 후 측정 오차를 찾아 검증하고 측정값을 보정하여 축 정렬 선도를 측정함으로써 로터가 없는 상태에서 축 선도를 용이하게 구하여 베어링의 위치를 수시로 수정할 수 있고, 특수장비를 필요로 하지 않고 간단하게 축 선도를 측정할 수 있으면서도 신뢰성 높은 측정이 가능한 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.

Description

로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법{Method for measuring of catenary curve without rotor}
본 발명은 터빈 축의 축 정렬 선도 측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베어링 대(pedestal)에 설치된 오일 디플렉터 접합부(fit)의 최하부에 측정점을 선정하고, 측정 지점에 타깃(target) 혹은 측정대(staff)를 설치하여 측정장치로 타깃(target) 혹은 측정대(staff)의 높이를 측정한 후 측정 오차를 찾아 검증하고 측정값을 보정하여 축 정렬 선도를 구하는 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법에 관한 것이다.
다축인 터빈 발전기에 있어서 축 정렬은 정비과정에서 가장 어렵고 정교하게 수행되어야 하며, 또한 장축이므로 고유한 특성을 지니고 있다.
따라서 터빈 발전기의 축을 정렬하여 안전하게 운전하는 것은 모든 종사자들의 바램인 동시에 발전설비 관리의 핵심이라고 할 수 있고, 여러 개의 축을 연결하여 하나의 장축으로 운전되려면 축 정렬(Alignment) 설계 기준인 축 선도를 관리해야만 한다.
이러한 축 정렬 선도(Rotor Catenary Curve) 관리는 발전설비의 정비 및 설비관리에서 가장 중요함과 동시에 가장 어려운 기술로 평가되고 있고, 이와 같은 대형 터빈 발전기의 축은 플렉시블(연성) 축으로 제작되므로 축 제작 특성을 이해하는 것은 통상적으로 접근하기 어려운 공학 분야라 할 수 있다.
일반적으로 터빈 발전기는 도 1에 도시한 바와 같이 4개의 축(HIP, LP1, LP2, GEN)이 서로 커플링(A, B, C, D)으로 직결되어 하나의 장축으로 연결된 설비이며, 도 1에 나타낸 바와 같이 축은 설계 특성상 8개의 베어링에 지지되고, 축 선도 형상이 마치 빨랫줄 같이 중간이 처지는 특성을 나타내며, 이러한 축을 탠덤(Tandem) 축이라 한다.
이와 같은 터빈 발전기의 축 정렬을 위해 산업설비 현장에서는 기술적인 자립을 위하여 수년간 연구과제를 지속적으로 수행하면서 현장 실무를 바탕으로 기본적인 축 정렬 선도 측정방법을 이미 개발되어 있다.
개발되어 있는 종래의 축 정렬 선도 측정방법에서 사용되는 측정장치는 디지털 레벨 트랜싯(Digital Level Transit)과 레이저 레벨(Laser Level) 측정장비를 비롯한 레이저 트래커(Laser Tracker) 장비를 활용하여야 가능한 것으로서, 항상 커플링(A, B, C, D)을 분리하여 림(Rim=Parallel)과 페이스(Face=Angle)를 디지털 레벨 트랜싯(Digital Level Transit)과 레이저 레벨(Laser Level) 측정장비, 다이얼 게이지 등 다양한 측정장치로 측정하였다.
따라서, 종래의 축 정렬 선도 측정방법은 광학적으로 일직선으로 측정이 가능한 특수장비를 이용하기 때문에 측정이 어렵고, 복잡할 뿐만 아니라 도 2에 도시한 바와 같이 로터의 외주연으로부터 길이(OH)를 측정하는 것이기 때문에 다축인 동시에 장축으로 구성된 터빈 발전기 축 선도를 로터가 없는 현장에서는 측정할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
최근에는 로터 저널 상부를 측정함으로써 커플링(A, B, C, D)이 분리되지 않는 상태에서 축 정렬 선도를 측정할 수 있는 방법이 국내최초로 이미 개발 완료되어 있다.
그러나, 이 방법 역시 모든 로터가 조립된 상태에서 측정이 가능하기 때문에 로터가 없는 현장에서는 축 정렬 선도를 측정할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 터빈 발전기의 축 정렬 선도 측정방법에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점 들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 베어링 대(pedestal)에 설치된 오일 디플렉터 접합부(fit)의 최하부에 측정점을 선정하고, 측정 지점에 타깃(target) 혹은 측정대(staff)를 설치하여 측정장치로 타깃(target) 혹은 측정대(staff)의 높이를 측정한 후 측정 오차를 찾아 검증하고 측정값을 보정하여 축 정렬 선도를 측정함으로써 로터가 없는 상태에서 축 선도를 용이하게 구하여 베어링의 위치를 수시로 수정할 수 있도록 하는 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 로터가 없는 상태에서 축 선도를 용이하게 구하여 특수장비를 필요로 하지 않고 간단하게 축 선도를 측정할 수 있으면서도 신뢰성 높은 측정이 가능한 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법은 베어링 대(pedestal)에 설치된 오일 디플렉터 접합부(fit)의 최하부에 측정점을 선정하는 측정점 선정단계(S1단계)와; 상기 측정점 선정단계(S1단계)에서 선정된 측정점에 측정대(staff)를 설치하는 측정대 설치단계(S2단계)와; 상기 측정점 선정단계(S1단계)에서 선정된 측정점에 타깃(target)을 설치하는 타깃 설치단계(S3단계)와; 측정장치가 읽는 절대 수평선을 설정하는 절대 수평선 설정단계(S4단계)와; 측정장치를 이용하여 측정대(staff)의 높이를 측정하는 측정대 높이 측정단계(S5단계)와; 측정장치를 이용하여 타깃(target)의 높이를 측정하는 타깃 높이 측정단계(S6단계)와; 측정오차를 찾아 검증하여 보정값을 구하는 보정값 획득단계(S7단계) 및; 측정값을 보정값으로 보정하는 측정값 보정단계(S8단계)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 베어링 대(pedestal)에 설치된 오일 디플렉터 접합부(fit)의 최하부에 측정점을 선정하고, 측정 지점에 타깃(target) 혹은 측정대(staff)를 설치하여 측정장치로 타깃(target) 혹은 측정대(staff)의 높이를 측정한 후 측정 오차를 찾아 검증하고 측정값을 보정하여 축 정렬 선도를 측정함으로써 로터가 없는 상태에서 축 선도를 용이하게 구하여 베어링의 위치를 수시로 수정할 수 있고, 특수장비를 필요로 하지 않고 간단하게 축 선도를 측정할 수 있으면서도 신뢰성 높은 측정이 가능한 각별한 장점이 있다.
도 1은 설계기준으로 설정된 터빈 축의 축 정렬 선도를 나타낸 도면,
도 2는 종래 방법과 본 발명 방법의 축 정렬 선도 측정점의 비교도,
도 3은 본 발명 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법의 실행 순서도,
도 4는 본 발명 방법에 따른 축 정렬 선도 측정원리를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명 방법에 따른 일실시예의 축 정렬 선도 측정시 측정점의 위치를 나타낸 도면,
도 6은 실제 설계상의 축 선도와 측정 축 선도의 비교도 이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 설계기준으로 설정된 터빈 축의 축 정렬 선도를 나타낸 도면, 도 2는 종래 방법과 본 발명 방법의 축 정렬 선도 측정점의 비교도, 도 3은 본 발명 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법의 실행 순서도, 도 4는 본 발명 방법에 따른 축 정렬 선도 측정원리를 설명하기 위한 도면, 도 5는 본 발명 방법에 따른 일실시예의 축 정렬 선도 측정시 측정점의 위치를 나타낸 도면, 도 6은 실제 설계상의 축 선도와 측정 축 선도의 비교도로서, 본 발명 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법은 베어링 대(pedestal)에 설치된 오일 디플렉터 접합부(fit)의 최하부에 측정점을 선정하는 측정점 선정단계(S1단계)와; 상기 측정점 선정단계(S1단계)에서 선정된 측정점에 측정대(staff)를 설치하는 측정대 설치단계(S2단계)와; 상기 측정점 선정단계(S1단계)에서 선정된 측정점에 타깃(target)을 설치하는 타깃 설치단계(S3단계)와; 측정장치가 읽는 절대 수평선을 설정하는 절대 수평선 설정단계(S4단계)와; 측정장치를 이용하여 측정대(staff)의 높이를 측정하는 측정대 높이 측정단계(S5단계)와; 측정장치를 이용하여 타깃(target)의 높이를 측정하는 타깃 높이 측정단계(S6단계)와; 측정오차를 찾아 검증하여 보정값을 구하는 보정값 획득단계(S7단계) 및; 측정값을 보정값으로 보정하는 측정값 보정단계(S8단계)로 이루어져 있다.
상기 측정점 선정단계(S1단계)는 베어링 대(pedestal)에 설치된 오일 디플렉터 접합부(fit)의 최하부 8곳에 측정점을 지정하고, 상기 측정대 설치단계(S2단계)에서의 측정대 및 타깃 설치단계(S3단계)에서의 타깃은 측정점에 수직으로 직립 설치하는 것이 바람직하다.
상기 측정대 높이 측정단계(S5단계)에서의 측정대 높이측정과 타깃 높이 측정단계(S6단계)에서의 타깃 높이측정은 마이크로미터로 동시에 측정하는 것이 바람직하다.
또한 상기 보정값 획득단계(S6단계)는 각각의 측정점에서 측정한 측정값(H1 ∼ H8)에서 각각의 저널반경(d/2)과 디플렉트 피트(Deflector Fit) 사이의 거리인 레이디얼 포지션(Radial Position)을 제하여 로터 중심위치 값을 구하는 과정과; 구해진 각각의 로터 중심위치 값을 최저 위치의 베어링에서의 로터 중심위치 값을 기준으로 하여 환산하는 최저 위치의 베어링 기준 로터 중심위치 환산값을 구하는 과정과; 상기 각각의 로터 중심위치 환산값에서 각각의 설계 이도값(Sa1 ∼ Sa8)을 제하여 각각의 측정치 오차로서 보정값으로 하는 보정값 결정과정으로 이루어져 있다.
다음에는 상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법의 작용을 실시예로서 상세하게 설명한다.
도 2는 종래 방법과 본 발명 방법의 축 정렬 선도 측정점의 비교도로서, 종래 방법에서는 "OH"를 측정하는 것이므로 반드시 로터가 존재하는 경우에만 측정이 가능하였다. 따라서 로터가 설치된 상태에서 도 2에 도시한 바와 같이 좌, 우, 하부 방향 측정값(L, R, B)을 구하기 위해 3방향에서 내경 마이크로미터로 로터와 디플렉트 피트(Deflector Fit) 사이의 거리를 정확히 측정하여 관리하여야 하며, 이들 측정을 레이디얼 포지션(Radial Position) 측정이라 한다.
반면에 본 발명의 경우에는 오일 디플렉터(Oil Deflector)에 선정된 측정점에서 측정값(H1 ∼ H8)을 구하는 것이므로 로터가 존재하지 않아도 축 정렬 선도 측정할 수 있게 된다. 즉, 도 2에서 레이디얼 포지션(Radial Position) 측정으로 취득한 하부 방향 측정값(B)과 오일 디플렉터(Oil Deflector)에 선정된 측정점에서 측정한 측정값(H1 ∼ H8)을 종합하면 로터가 없는 현장에서 항상 축 정렬 선도를 취득할 수 있다.
도 4는 본 발명 방법에 따른 축 정렬 선도 측정원리를 설명하기 위한 도면으로서, 도 4에 나타낸 "BH"를 측정하여도 충분히 축 정렬 선도를 구할 수 있다. 그러나 이는 베어링을 항상 정상위치에 위치시키기 어렵고, 정비를 위하여 베어링은 대부분 분해된 상태이기 때문에 "BH"를 측정할 기회를 갖기 어려울 뿐만 아니라 어느 기준 지점과 서로 비교평가 할 수 없는 자료이다.
이와 같은 이유로 본 발명은 도 2에서 측정된 레이디얼 포지션(Radial Position) 하부 방향 측정값(B)은 이미 확보된 자료이므로 하부 방향 측정값(B)을 이용하고, 오일 디플렉터(Oil Deflector)에 선정된 8곳의 측정점에서 측정값(H1 ∼ H8)을 구하여 측정값(H1 ∼ H8)을 하부 방향 측정값(B)으로 보정하여 실제 축 정렬 선도를 구하는 방법이다.
도 4에서 하부 방향 측정값(B)이 확보되기 때문에 "BH" 측정은 아무런 의미가 없고 측정값(H1 ∼ H8) 측정으로 새로운 축 선도 측정을 한다면 로터가 분해된 상태에서도 측정 가능하고 정비과정에서 지속적으로 축 선도 관리할 수 있게 되는 것이다.
도 4에서 하부 베어링을 정비하려면 분해한 다음 심 플레이트(Shim Plate)를 수정해야하기 때문에 항상 하부 베어링이 정 위치에 위치될 수 없게 되고, 그 때문에 하부 베어링 수정 후 도 3에서 새로운 레이디얼 포지션 하부 방향 측정값(B)을 취득하고, 이 하부 방향 측정값(B)의 변화를 보상하면 새로운 축 선도 결과 값을 환산할 수 있는 것이다.
로터가 조립되면 측정값(BH)이나 측정값(H) 측정이 모두 불가하므로 본 발명은 로터가 없을 때 측정값(H) 만을 측정한 다음 도 4의 하부 방향 측정값(B)의 변화를 보정한다.
그리고 최종적으로 도 2의 레이디얼 포지션은 반드시 확인하여 최종 평가를 받아야한다. 즉, 측정값(H)의 측정은 건전성이 유지된 베어링 대를 측정 관리하므로 로터가 없는 상태에서도 항상 로터 중심을 구하는 것이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명 방법에 따른 일실시예의 축 정렬 선도 측정시 측정점의 위치를 나타낸 도면으로서, 도 5에 도시한 바와 같이 측정점은 베어링 인근에 위치로 정해질 수 있고, 베어링 전후 어떠한 위치도 측정점으로 정하여 측정하여도 되며, 측정위치에 따른 미세 수정 값만 보정하면, 실제 베어링 중심에서 측정된 값과 거의 유사하게 된다.
실시예
본 발명 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법으로 실제 축 정렬 선도 측정하고, 그 결과를 분석하였다.
도 1에 도시한 8개의 지점(#1 ∼ #8)에서 본 발명의 방법으로 측정하여 각각의 측정값(H1 ∼ H8)을 구하고, 각각의 저널반경(d/2)과 각각의 레이디얼 포지션에 따른 로터중심 위치값을 구하고, 최저 위치의 베어링에서의 로터 중심위치 값을 기준으로 하여 환산하는 최저 위치의 베어링 기준 로터 중심위치 환산값을 구한 다음, 상기 각각의 로터 중심위치 환산값에서 각각의 설계 이도값(Sa1 ∼ Sa8)을 제하여 각각의 측정치 오차로서 보정값을 구하고, 이와 같이 실시한 실시예에서의 측정결과를 표 1 및 도 6에 나타냈다.
실시예의 측정결과
설계이도
(Sa1~Sa8)		 최저점(#5)기준
설계이도환산값
(1)		 측정값
(H1~H8)
(A) 		저널반경
d/2
(B)		 레디얼
포지션
(C)		 로터중심
위치
A-(B+C)		 최저점(#5)
기준로터중심
(2)		 측정치오차
(보정값)
(2)-(1)
#1 0.20 1.40 558.23 177.78 279.25 101.20 1.20 -0.20
#2 1.00 0.60 621.22 241.32 279.60 100.30 0.30 -0.30
#3 1.20 0.40 646.62 304.80 241.02 100.80 0.80 +0.40
#4 1.40 0.20 646.09 304.79 241.00 100.30 0.30 +0.10
#5 1.60 0.00 645.89 304.85 241.04 100.00 0.00 0.00
#6 1.30 0.30 645.96 317.51 228.25 100.20 0.20 -0.10
#7 1.10 0.50 646.15 317.50 228.35 100.30 0.30 -0.20
#8 0.40 1.20 647.15 304.85 240.90 101.40 1.40 -0.20
표1에서 설계이도(Sa1 ∼ Sa8; Design Sag)는 설계에 따른 축 선도의 처진 정도를 나타내고, 설계이도(Sa1 ∼ Sa8) 각각을 최저점(#5) 기준(0.00)으로 환산하여 하여 최저점(#5) 기준 환산값으로서 (1)로 나타냈다. 또한 측정값(H1 ∼ H8)은 (A)로, 저널반경(d/2)은 (B)로, 레디얼 포지션은 (C)로 각각 나타냈다.
상기 (A)값에서 (B), (C) 값을 제하여 로터중심 위치값으로 나타내고, 로터중심 위치값 각각을 최저점(#5) 기준(0.00)으로 환산하여 하여 최저점(#5) 기준 로터 중심값으로서 (2)로 나타냈다.
상기 최저점(#5) 기준 로터 중심값(2)에서 최저점(#5) 기준 설계이도 환산값을 제하여 측정치오차로 하는 보정값으로 정하였다.
상기한 도 5로 나타난 측정결과를 도 6의 축 선도 도면으로 나타내고, 설계상의 축 선도(X)와 측정 축 선도(Y)를 비교 분석하였다.
그 결과 도 6에 나타낸 4개의 축(HIP, LP1, LP2, GEN) 각각의 측정점에서 실제 측정 축 선도(Y)에 표 1에 나타낸 보정값으로 보정하면, 설계상의 축 선도(X)와 정확하게 일치함을 확인할 수 있었다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
A, B, C, D : 커플링 d : 저널 직경
HIP, LP1, LP2, GEN : 축, #1 ∼ #8 측정점
X : 설계상의 축 선도 Y : 실제 측정 축 선도

Claims (4)

  1. 베어링 대(pedestal)에 설치된 오일 디플렉터 접합부(fit)의 최하부에 측정점을 선정하는 측정점 선정단계(S1단계)와; 상기 측정점 선정단계(S1단계)에서 선정된 측정점에 측정대(staff)를 설치하는 측정대 설치단계(S2단계)와; 상기 측정점 선정단계(S1단계)에서 선정된 측정점에 타깃(target)을 설치하는 타깃 설치단계(S3단계)와; 측정장치가 읽는 절대 수평선을 설정하는 절대 수평선 설정단계(S4단계)와; 측정장치를 이용하여 측정대(staff)의 높이를 측정하는 측정대 높이 측정단계(S5단계)와; 측정장치를 이용하여 타깃(target)의 높이를 측정하는 타깃 높이 측정단계(S6단계)와; 측정오차를 찾아 검증하여 보정값을 구하는 보정값 획득단계(S7단계) 및; 측정값을 보정값으로 보정하는 측정값 보정단계(S8단계)로 이루어진 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 측정점 선정단계(S1단계)는 베어링 대(pedestal)에 설치된 오일 디플렉터 접합부(fit)의 최하부 8곳에 측정점을 지정하는 것을 특징으로 하는 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 측정대 높이 측정단계(S5단계)에서의 측정대 높이측정과 타깃 높이 측정단계(S6단계)에서의 타깃 높이측정은 마이크로미터로 동시에 측정하는 것을 특징으로 하는 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 보정값 획득단계(S7단계)는 각각의 측정점에서 측정한 측정값(H1 ∼ H8)에서 각각의 저널반경(d/2)과 디플렉트 피트(Deflector Fit) 사이의 거리인 레이디얼 포지션(Radial Position)을 제하여 로터 중심위치 값을 구하는 과정과; 구해진 각각의 로터 중심위치 값을 최저 위치의 베어링에서의 로터 중심위치 값을 기준으로 하여 환산하는 최저 위치의 베어링 기준 로터 중심위치 환산값을 구하는 과정과; 상기 각각의 로터 중심위치 환산값에서 각각의 설계 이도값(Sa1 ∼ Sa8)을 제하여 각각의 측정치 오차로서 보정값으로 하는 보정값 결정과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 로터 없는 현장에서 축 정렬 선도 측정방법.
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