KR101472768B1 - 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법 - Google Patents

회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법에 관한 것으로서, 미리 설정된 복수개의 설비평가 규격정보 중 어느 하나의 설비평가 규격을 설정하는 규격설정단계와, 설정된 설비평가 규격에 기초하여 설비유형 정보를 입력받는 설비유형정보 입력단계와, 입력된 설비유형 정보에 기초한 회전수 선정규칙에 따라 복수개의 정격 회전수 리스트를 출력하는 출력단계와, 추출된 정격 회전수 리스트 중 어느 하나의 정격 회전수 정보와, 해당 설비의 진동정보를 입력받는 측정요소정보 입력단계와, 설정된 설비평가 규격과, 입력된 설비유형정보에 기초한 진동량 계산규칙에 따라 해당 설비의 정격회전수 별 진동정보를 분석하고, 분석된 결과에 따라 상기 설비의 상태정보값을 취득하는 분석단계 및 취득된 상기 설비의 상태정보값에 기초하여 해당 설비의 상태를 판정하는 판정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법을 제공한다.

Description

회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법{Method for checking of facility status with the number of vibrations of rotary machine}
본 발명은 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평가규격, 설비유형에 따라 정격 회전수 리스트가 출력되도록 하고, 출력되는 정격 회전수 리스트 중 입력된 정격회전수 정보 및 미리 측정된 진동정보에 따라 정격회전수별 진동정보를 분석함으로써 설비의 평가작업에 소요되는 시간을 현저하게 단축시킬 수 있을 뿐 아니라 결과값의 신뢰도를 현저하게 향상시킬 수 있는 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법에 관한 것이다.
산업 플랜트는 많은 기계 장치들로 구성되어 있고, 이들은 상호 연관되어 운전되므로 어느 하나의 장치에서 고장이 발생하면 상호 연결된 다른 장치에 영향을 주게되어 결국 플랜트 전체에 영향을 미치게 되므로 발생하는 피해가 매우 크다.
최근 들어 이들 설비들은 대형화, 고 출력화 됨에 따라 고장이 발생할 경우 기업에 많은 경제적 손실을 줄 뿐만 아니라 다수의 안전에도 위험을 초래하기 때문에 신뢰성 있는 설비 관리가 매우 중요하다.
기계 장치들은 항상 기계적 혹은 열적 스트레스를 받고 있다. 이에 따라 일부 부위는 시간이 경과됨에 따라 열화와 손상을 일으키는 결함 발생의 위험성이 항상 내재하게 되며, 이를 인지하지 못할 경우 기계 장치가 고장을 일으키고 플랜트 전체에 큰 영향을 미치게 된다.
특히, 전력 플랜트나 석유 화학 플랜트의 경우 그 피해가 산업 전반에서 나타나기 때문에 철저하고, 안정적인 설비 관리가 중요하다.
그러나, 산업 플랜트에 설치되어 있는 기계 장치들이 많기 때문에 전체 설비를 모두 일일이 진단하고 평가하기에는 많은 인력과 비용이 소요된다.
따라서, 진동 위험성이 매우 높은 설비나 정밀 진단을 위한 대상 설비를 선정하기 위한 설비를 먼저 선정하기 위해 설비 관리자들은 우선 각 설비의 진동량을 측정하고 이 값들을 규정하고 있는 관련 규격에서 설비의 상태를 평가하고 기준에 따른 관리를 실시하게 된다.
진동 규제를 위한 규격은 국제 규격인 ISO 7919 시리즈를 비롯하여, ISO 10816, NEMA 규격 및 KS 규격 등이 있다. 설비 관리자들은 기계 장치에서 측정한 진동 값을 이들 규격 기준에 따라 평가하게 되는데, 설비의 종류가 많고 운전 조건, 설치 조건에 따라 기준 값이 매우 다양하기 때문에 일일이 이들 규격을 찾아 평가하는데 많은 어려움을 겪고 있다.
일부 측정 장비에서는 가장 대표적인 규격의 진동 값을 설정해 놓고 평가하는 방식을 사용하고 있으나, 이는 진동규격 중 극히 일부만 설정되어 있어 그 사용범위가 매우 한정적이라 거의 사용하지 않고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 평가규격, 설비유형에 따라 정격 회전수 리스트가 출력되도록 하고, 출력되는 정격 회전수 리스트 중 선정된 정격회전수 정보와, 미리 측정된 진동정보에 따라 정격회전수별 진동정보를 분석함으로써 설비의 평가작업에 소요되는 시간을 현저하게 단축시킬 수 있을 뿐 아니라 결과값의 신뢰도를 현저하게 향상시킬 수 있는 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 미리 설정된 복수개의 설비평가 규격정보 중 어느 하나의 설비평가 규격을 설정하는 규격설정단계와, 설정된 설비평가 규격에 기초하여 설비유형 정보를 입력받는 설비유형정보 입력단계와, 입력된 설비유형 정보에 기초한 회전수 선정규칙에 따라 복수개의 정격 회전수 리스트를 출력하는 출력단계와, 추출된 정격 회전수 리스트 중 어느 하나의 정격 회전수 정보와, 해당 설비의 진동정보를 입력받는 측정요소정보 입력단계와, 설정된 설비평가 규격과, 입력된 설비유형정보에 기초한 진동량 계산규칙에 따라 해당 설비의 정격회전수 별 진동정보를 분석하고, 분석된 결과에 따라 상기 설비의 상태정보값을 취득하는 분석단계 및 취득된 상기 설비의 상태정보값에 기초하여 해당 설비의 상태를 판정하는 판정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법를 제공한다.
그리고, 상기 규격설정단계에서 설정된 상기 설비평가 규격정보가 축진동 평가 규격정보이고, 상기 설비유형정보 입력단계에서 입력된 상기 설비의 유형정보가 압축기, 산업용 기계 또는 터빈설비인 경우, 상기 분석단계는 하기의 수학식1에 기초한 상기 진동량 계산규칙에 따라 해당 설비의 정격회전수 별 진동정보를 분석하는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
Figure 112013106138636-pat00001
(여기서, Y는 측정대상물의 진동량이고, X는 측정대상물의 회전수이며, S는 설비의 상태정보임)
또한, 상기 설정단계에서 설정된 상기 설비평가 규격정보가 베어링 진동평가이고, 상기 설비유형정보 입력단계에서 입력된 상기 설비의 유형정보가 미리 설정된 기준용량치를 초과하는 대형기계 및 중형기계인 경우, 상기 설비유형정보 입력단계 이후 강성지지조건 또는 유연지지조건 중 어느 하나의 지지조건을 입력받는 지지조건 입력단계를 더 포함하고, 상기 분석단계에서 입력된 상기 지지조건에 기초하여 정격회전수 별 진동정보를 분석하여 상기 설비의 상태정보값을 취득할 수 있다.
아울러, 상기 설정단계에서 설정된 상기 설비평가 규격정보가 NEMA 진동평가 규격 또는 KS규격인 경우, 상기 분석단계에서 상기 측정요소정보 입력단계에서 입력받은 상기 정격 회전수 정보 및 상기 설비의 진동정보에 따라 상기 설비의 상태정보값을 취득하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 평가규격, 설비유형에 따라 정격 회전수 리스트가 출력되도록 하고, 출력되는 정격 회전수 리스트 중 입력된 정격회전수 정보 및 미리 측정된 진동정보에 따라 정격회전수 별 진동정보를 분석함으로써 설비의 평가작업에 소요되는 시간을 현저하게 단축시킬 수 있을 뿐 아니라 결과값의 신뢰도를 현저하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법의 순서도,
도2는 본 발명이 일실시예에 따른 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법에 따른 사용자 인터페이스의 화면.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법의 순서도이고, 도2는 본 발명이 일실시예에 따른 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법에 따른 사용자 인터페이스의 화면이다.
도1에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법은 규격설정단계(S10)와, 설비유형정보 입력단계(S20)와, 출력단계(S30)와, 측정요소정보 입력단계(S40)와, 분석단계(S50) 및 판정단계(S60)를 포함하여 구성된다.
여기서 규격설정단계(S10)는 미리 설정된 복수개의 규격정보 중 어느 하나의 설비평가 규격을 설정하는 단계로서, 축 정보 진동평가, 베어링 진동 평가, NEMA 진동 평가, KS 진동 평가로 나뉠 수 있다.
설비유형정보 입력단계(S20)는 설정된 설비평가 규격에 기초하여 설비유형 정보를 입력받는 단계로서, 규격설정단계에서 설정된 설비 평가 규격에 따라 구분된다.
출력단계(S30)는 입력된 설비유형 정보에 기초한 회전수 선정규칙에 따라 복수개의 정격 회전수 리스트를 출력하는 단계이다.
측정요소정보 입력단계(S40)는 출력된 정격 회전수 리스트 중 어느 하나의 정격 회전수 정보와, 해당 설비의 진동정보를 입력받는 단계로서, 측정요소정보를 입력받아 후술하는 분석단계에서 설비의 상태분석에 의한 정보를 입력받는다.
분석단계(S50)는 설정된 설비평가 규격과, 입력된 설비유형정보에 기초한 진동량 계산규칙에 따라 해당 설비의 정격회전수 별 진동정보를 분석하고, 분석된 결과에 따라 설비의 상태정보값을 취득하는 단계이다.
판정단계(S60)는 분석단계에서 취득한 설비의 상태정보값에 기초하여 해당 설비의 상태를 판정하는 단계이다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법은 도2에서 보는 바와 같이 위에서 설명한 규격설정단계(S10)와, 설비유형정보 입력단계(S20)와, 출력단계(S30)와, 측정요소정보 입력단계(S40)와, 분석단계(S50) 및 판정단계(S60)가 순차적으로 시행되면서 이루어지는데, 이때, 각 규격정보에 따라 설비유형, 정격 회전수 및 진동정보가 분류됨에 따라 해당 설비의 상태평가 분석이 달라질 수 있는 바 이하에서는 각 규격정보에 따라 해당 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법을 설명하도록 한다.
가. 축 진동 평가
축 진동 평가는 저널 베어링을 갖는 설비의 진동평가를 위한 것으로서, 축 위에서 진동 변위값을 직접 측정하는 축 진동에 관한 규격이다. 다시 말하면, 축의 휘돌림 궤도, 축의 진폭을 측정하여 평가하는 방법으로 대상 설비로는 대형 육상 증기 터빈 발전기 세트, 산업용 기계, 가스터빈 세트, 수력 발전 및 양수플랜트의 기계세트등을 평가하는데 사용될 수 있는데, 본 발명의 일실시예에서는 다음의 세가지 설비 그룹에 따라 설비유형이 분류된다.
㉠ 50MW 초과의 발전용 증기터빈 발전기 세트
㉡ 50MW 이하의 증기터빈, 터보 압축기 및 산업용 기계
㉢ 3MW 이상 30MW 미만 출력의 가스터빈
이에 설비유형정 입력단계에서 분류된 복수개의 설비유형 중 어느 하나의 설비유형 정보가 입력되면, 출력단계에서 그에 기초한 회전수 선정규칙에 따라 복수개의 정격 회전수 리스트를 출력한다.
이후, 측정요소정보 입력단계에서 출력된 복수개의 정격 회전수 리스트 중 해당 설비의 정격 회전수 정보와 일치되는 어느 하나의 정격 회전수 정보와, 해당 설비의 진동정보를 입력 받으면, 분석단계에서 설비평가 규격과, 입력된 설비유형정보에 기초한 진동량 계산규칙에 따라 해당 설비의 정격회전수별 진동정보를 분석하고, 분석된 결과에 따라 설비의 상태정보값을 취득하게 되는데, 이때, 설비유형에 따라 그 분석방법이 구분된다.
㉠ 50MW 초과의 발전용 증기터빈 발전기 세트
50MW 초과의 발전용 증기터빈 발전기 세트의 경우에는 측정요소정보 입력단계에서 진동정보로서 진동량을 입력받고, 입력된 해당 설비의 정격 회전수 대비 진동량의 값에 따라 분석단계에서 설비의 상태평가값을 산출하게 되고, 산출된 설비의 상태평가값에 기초하여 해당 설비의 상태를 판정하게 된다.
보다 상술하면 , 분석단계에서 아래와 같은 진동량 계산규칙에 의해 상태평가 값을 산출하게 된다.
<표 1>
Figure 112013106138636-pat00002
즉, 제1 조건인 정격 회전수와, 제2 조건인 진동정보에 의해 산출되는 아래와 같은 설비 평가값으로 해당 설비의 상태를 판정하게 된다.
<표 2>
Figure 112013106138636-pat00003
예를 들면, 입력된 해당 설비의 정격회전수가 1800rpm이고, 진동량이 135㎛인 경우 제1 조건인 정격 회전수 정보가 S3이고, 제2 조건인 진동정보가 V24가 되면서 [S3 V24]의 설비 상태평가값이 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값은 ISO-7919 규격에 따라 A(양호), B(약간 불량-장시간 운전 허용), C(불량-단시간 운전 허용), D(극도 불량-가동정지)와 같이 4가지로 구분된 등급 중 'B'등급에 속하게 되면서 약간 불량, 즉 장시간 운전허용 판정을 하게 된다.
㉡ 50MW 이하의 증기터빈, 터보 압축기 및 산업용 기계 및 ㉢ 3MW 이상 30MW 미만 출력의 가스터빈
50MW 이하의 증기터빈, 터보 압축기 및 산업용 기계, 3MW 이상 30MW 미만 출력의 가스터빈의 경우에는 측정요소정보 입력단계에서 제1 조건인 해당 설비의 정격 회전수 정보(X)와, 진동정보로서 제2 조건인 진동량(Y)을 입력받고, 분석단계에서 하기의 수학식 1에 기초한 진동량 계산규칙에 따라 설비의 상태평가값을 산출하게 되며, 산출된 설비의 상태평가값에 따라 해당 설비의 상태를 판정하게 된다.
< 수학식 1 >
Figure 112013106138636-pat00004
(여기서, Y는 측정대상물의 진동량이고, X는 측정대상물의 회전수이며, S는 설비의 상태정보임)
이 때, 판정단계에서 판정기준값은 아래와 같다.
∴ A(양호) - S가 4800 미만인 경우
∴ B(약간 불량) - S가 4800 이상이고, 9000 미만인 경우
∴ C(불량) - S가 9000 이상이고, 13200 미만인 경우
∴ D(극도 불량) - S가 13200 이상인 경우
이에 일 예를 들어보면, 해당 설비의 정격 회전수(X)가 3600rpm이고, 진동량(Y)이 135MV인 경우 이를 수학식1의 진동량 계산규칙에 대입하여 보면, 설비의 상태평가값(S)은 8100로 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값은 'B'에 속하게 되면서 약간 불량, 즉 장시간 운전허용 판정을 하게 된다.
나. 베어링 진동 평가
베어링 진동 평가는 구름 베어링을 갖는 회전기계의 진동량을 측정하여 설비의 상태를 평가하는 방법으로서, 설비의 평가 목적에 적합하고 측정이 용이하여 오래 전부터 베어링 진동에 기초한 규격들이 제시되어 왔다.
이러한 베어링 진동 평가는 그 척도로서 진동 속도의 실효값(rms:root mean square)이 적용되고 있는데, 진동 속도의 실효값 측정방법은 축의 회전중심을 통과하는 3방향, 즉 축 방향과, 베어링 하우징 중심의 수직방향 및 수평방향에서 측정하게 된다.
이와 같이 베어링 진동 평가의 척도로서 진동 속도의 실효값을 채택하는 이유는 복수개의 진동수 성분이 혼합된 진동 평가시 진동수마다의 진동 크기를 측정하거나 그 합성을 위해 계산하는 복잡한 과정을 생략할 수 있을 뿐 아니라 베어링 등의 진동에 의한 부재의 파손은 일반적으로 진동 속도에 비례하기 때문이다.
한편, 상기한 베어링 진동평가의 대상으로는 다음과 같이 설비유형이 분류될 수 있다.
㉠ 50MW를 초과하는 대형 육상 증기터빈 발전기 세트
㉡ 15KW 이상의 정격 출력을 갖는 산업용 기계
㉢ 중형기계 (15KW ~300KW), 전기기계 (160 ≤ H < 315mm)
㉣ 대형기계(300KW ~ 50 MW), 전기기계 (축 높이 H=315mm 이상)
㉤ 원심, 혼류 또는 축류 펌프 (15KW 이상, 다익 임펠라와 분리된 구동장치)
㉥ 원심, 혼류 또는 축류 펌프 (15KW 이상, 다익 임펠라와 연결된 구동장치)
㉦ 가스터빈 구동세트
이에 축 진동 평가와 같이 설비유형정보 입력단계에서 분류된 복수개의 설비유형 중 어느 하나의 설비유형 정보가 입력되면, 출력단계에서 그에 기초한 회전수 선정규칙에 따라 복수개의 정격 회전수 리스트를 출력한다.
이후, 측정요소정보 입력단계에서 출력된 복수개의 정격 회전수 리스트 중 해당 설비의 정격 회전수 정보와 일치되는 어느 하나의 정격 회전수 정보와, 해당 설비의 진동정보를 입력받으면, 분석단계에서 설비평가 규격과, 입력된 설비유형정보에 기초한 진동량 계산규칙에 따라 해당 설비의 정격회전수별 진동정보를 분석하고, 분석된 결과에 따라 설비의 상태정보값을 취득하게 되는데, 이때, 설비유형에 따라 그 분석방법이 구분된다.
㉠ 50MW를 초과하는 대형 육상 증기터빈 발전기 세트 및 ㉦ 가스터빈 구동세트
㉠ 50MW를 초과하는 대형 육상 증기터빈 발전기 세트 및 ㉦ 가스터빈 구동세트의 경우에는 측정요소정보 입력단계에서 진동정보로서 진동속도를 입력받고, 입력된 해당 설비의 정격 회전수 대비 진동속도 값에 따라 분석단계에서 설비의 상태평가값을 산출하게 되고, 산출된 설비의 상태평가값에 기초하여 해당 설비의 상태를 판정하게 되는데, 여기서 ㉠ 50MW를 초과하는 대형 육상 증기터빈 발전기 세트과, ㉦ 가스터빈 구동세트의 상태평가 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
1. 50MW를 초과하는 대형 육상 증기터빈 발전기 세트
50MW를 초과하는 대형 육상 증기터빈 발전기 세트 설비의 상태평가 방법을 살펴보면 아래와 같다.
<표 3>
Figure 112013106138636-pat00005
즉, 50MW를 초과하는 대형 육상 증기터빈 발전기 세트는 회전수 조건에 따라 진동량 정보를 달리 적용하여 이들의 매트릭스 조합에 의해 설비의 상태를 판단하게 된다.
예를 들어, 해당 설비의 정격회전수가 1800rpm이고, 진동속도가 2.6mm/s인 경우 제1 조건인 정격 회전수 정보가 S1이고, 제2 조건인 진동정보가 V11이 되면서 [S1 V11]의 설비 상태평가값이 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값이 'A'에 속하게 되면서 양호 판정을 하게 된다.
2. 가스터빈 구동세트
가스터빈 구동세트 설비의 상태평가 방법을 살펴보면 아래와 같다.
<표 4>
Figure 112013106138636-pat00006
이와 같은 가스터빈 구동세트 설비는 50MW를 초과하는 대형 육상 증기터빈 발전기 세트와는 달리 정격 회전수에 따라 진동정보를 구분하지 않고, 설비의 상태평가값을 산출하게 된다.
일 예를 들면, 해당 설비의 정격 회전수가 3000rpm이고, 진동속도가 11.2mm/s인 경우 제1 조건인 정격 회전수 정보가 S1이고, 제2 조건인 진동정보가 V13이 되면서 [S1 V13]의 설비 상태평가값이 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값이 'C'에 속하게 되면서 불량 판정을 하게 된다.
㉡ ~ ㉥ 에 따른 설비
한편, ㉡ ~ ㉥ 에 따른 설비, 즉 대형기계, 중형기계, 원심분리된 구조 및 원심연결된 구조의 설비는 설비유형정보 입력단계에서 설비유형정보가 입력되면, 베어링의 지지조건을 입력하는 지지조건 입력단계를 더 거치게 되는데, 입력된 지지조건에 따른 진동량 계산규칙에 기초하여 해당 설비의 상태정보값를 분석하게 되는데, 이때 진동량 계산규칙에 의한 상태평가값 산출방법은 다음과 같다.
<표 5>
Figure 112013106138636-pat00007
이러한, ㉡ ~ ㉥ 에 따른 설비의 상태평가방법을 하기의 표6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
<표 6>
Figure 112013106138636-pat00008
일 예로, 입력된 해당 설비가 대형기계이고, 설비의 지지조건으로서, 강성 지지조건이며, 입력된 진동량이 75㎛인 경우 제1 조건인 설비유형이 P1이고, 제2 조건인 지지조건 정보가 F1이 되면서 진동정보 기준조건이 [P1 F1]이 되며, 이러한 기준에 따라 제3 조건인 진동정보가 D13에 해당됨에 따라 [P1 F1 D13]의 설비 상태평가값이 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값이 'B'등급에 속하게 되면서 불량 판정을 하게 된다.
다. NEMA 진동 평가
NEMA 진동 평가는 미국 전기제작자협회(NEMA)의 규격으로서, 발전설비의 전동기 평가에 적용되는 것으로서, 이 규격에 적용되는 대상 설비로는 직류 및 교류 전동기, 대형 유동 전동기와 필터링하지 않는 농형 유도 전동기 등이 있는데, 본 발명의 실시예에서는 다음의 두 가지 설비 그룹으로 그 설비유형이 분류된다.
㉠ 직류 및 교류 전동기
㉡ 대형 유도 전동기
㉢ 필터링하지 않은 농형 유도전동기
이에 설비유형 정보 입력단계에서 분류된 복수개의 설비유형 중 어느 하나의 설비유형 정보가 입력되면, 출력단계에서 그에 기초한 회전수 선정규칙에 따라 복수개의 정격 회전수 리스트를 출력한다.
이후, 측정요소정보 입력단계에서 출력된 복수개의 정격 회전수 리스트 중 해당 설비의 정격 회전수 정보와 일치되는 어느 하나의 정격 회전수 정보와, 해당 설비의 진동정보를 입력 받으면, 분석단계에서 설비평가 규격과, 입력된 설비유형정보에 기초한 진동량 계산규칙에 따라 해당 설비의 정격회전수별 진동정보를 분석하고, 분석된 결과에 따라 설비의 상태정보값을 취득하게 되는데, 여기서 진동정보는 진동 변위량, 즉 진폭 뿐 아니라 진동속도가 이용될 수 있다.
이러한, NEMA 진동 평가는 입력된 해당 설비의 정격 회전수 대비 진동정보에 따라 분석단계에서 설비의 상태평가값을 산출하게 되고, 산출된 설비의 상태평가값에 기초하여 해당 설비의 상태를 판정하게 되는데, 이를 보다 상세하게 살펴보면 아래와 같다.
<표 7>
Figure 112013106138636-pat00009
즉, 상기한 NEMA 진동 평가는 설비유형 및 정격 회전수에 따라 판단단계에서 판정기준값을 달리 적용하여 이들의 매트릭스 조합에 의해 설비의 상태를 판단하게 된다.
일 예로, 입력된 해당 설비가 직류 전동기이고, 이에 입력된 정격 회전수가 1500rpm이며, 진동량이 37.8㎛인 경우 제1 조건인 설비유형이 M1이고, 제2 조건인 정격 회전수 정보가 S3가 되면서 진동정보 기준조건이 [M1,S3]가 되며, 이러한 기준에 따라 제3 조건인 진동정보가 V3에 해당됨에 따라 [M1 S3 V3]의 설비 상태평가값이 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값이 'A'에 속하게 되면서 허용 판정을 하게 된다.
이와 달리 입력된 해당 설비가 유도전동기이고, 이에 입력된 정격 회전수가 3000rpm이며, 진동량이 27㎛인 경우 제1 조건인 설비유형이 M2이고, 제2 조건인 정격 회전수 정보가 S4가 되면서 진동정보 기준조건이 [M2,S4]가 되며, 이러한 기준에 따라 제3 조건인 진동정보가 V8에 해당됨에 따라 [M2 S4 V8]의 설비 상태평가값이 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값이 'B'에 속하게 되면서 기준값 초과 판정을 하게 된다.
한편, ㉢ 필터링하지 않은 농형 유도전동기는 상기한 ㉠ 직류 및 교류 전동기 및 ㉡ 대형 유도 전동기와 같은 상태평가방법이 이용되나 아래에서 보는 바와 같이 정격회전수에 따른 진동정보의 기준조건이 달라진다.
<표 8>
Figure 112013106138636-pat00010
이를 일 예로 들어 설명하면, ㉢ 필터링하지 않은 농형 유도전동기의 정격 회전수가 1200rpm이며, 진동속도가 4.1mm/s인 경우 제1 조건인 설비유형이 M3이고, 제2 조건인 정격 회전수 정보가 S3가 되면서 진동정보 기준조건이 [M3,S3]가 되며, 이러한 기준에 따라 제3 조건인 진동정보가 V33에 해당됨에 따라 [M3 S3 V33]의 설비 상태평가값이 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값이 'B'에 속하게 되면서 기준값 초과 판정을 하게 된다.
라. KS 진동 평가
KS 진동 평가는 유압 펌프를 제외한 크랭크식과 증기직동식 왕복동펌프에 대한 규정 운전 상태에서의 진동 허용치를 규정한 것으로, 이 규격에 적용되는 대상 설비로는 왕복동 펌프, 압축기, 송풍기등이 있는데, 본 실시예에서는 다음의 등이 있는데, 본 발명의 실시예에서는 다음의 세 가지 설비 그룹에 따라 설비유형이 분류된다.
㉠ 왕복동 펌프 : 크랭크식과 증기 직동식
㉡ 압축기 : 압력비가 2이상인 왕복동 압축기
㉢ 송풍기 : 압력비가 1.1 미만의 원심, 축류 및 사류송풍기
이에 베어링 진동 평가와 같이 설비유형정 입력단계에서 분류된 복수개의 설비유형 중 어느 하나의 설비유형 정보가 입력되면, 출력단계에서 그에 기초한 회전수 선정규칙에 따라 복수개의 정격 회전수 리스트를 출력한다.
이후, 측정요소정보 입력단계에서 출력된 복수개의 정격 회전수 리스트 중 해당 설비의 정격 회전수 정보와 일치되는 어느 하나의 정격 회전수 정보와, 해당 설비의 진동정보를 입력 받으면, 분석단계에서 설비평가 규격과, 입력된 설비유형정보에 기초한 진동량 계산규칙에 따라 해당 설비의 정격회전수별 진동정보를 분석하고, 분석된 결과에 따라 설비의 상태정보값을 취득하게 되는데, 이때, 설비유형에 따라 그 분석방법이 구분된다.
㉠ 왕복동 펌프
왕복동 펌프의 경우에는 측정요소정보 입력단계에서 진동정보로서 진동량을 입력받고, 입력된 해당 설비의 정격 회전수 대비 진동량의 값에 따라 분석단계에서 설비의 상태평가값을 산출하게 되고, 산출된 설비의 상태평가값에 기초하여 해당 설비의 상태를 판정하게 된다.
이때, 왕복동 펌프는 진동정보로서, 진동 측정 장치에서 측정한 최대 진동 변위값을 적용하게 된다. 최대 변위값은 두 개의 직교하는 선택된 측정 방향에서 측정된 양진폭(peak-peak) 변위중 큰 값을 의미한다.
한편, 이와 같은 왕복동 펌프에 대한 상태평가 방법을 살펴보면 아래와 같다.
<표 9>
Figure 112013106138636-pat00011
즉, 왕복동 펌프에 대한 상태평가 방법은 미리 설정된 정격 회전수에 따라 진동값 계산규칙을 달리 적용하여 설비의 상태평가값을 산출하게 되는데, 일 예로, 입력된 정격 회전수가 500rpm이며, 최대 변위값이 90mm인 경우 제1 조건인 설비유형이 R1이고, 제2 조건인 정격 회전수 정보가 S1이며, 제3 조건인 진동정보가 V2에 해당됨에 따라 [R1 S1 V2]의 설비 상태평가값이 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값이 'B'에 속하게 되면서 양호 판정을 하게 된다.
반면, 입력된 정격 회전수가 800rpm이며, 최대 변위값이 90mm인 경우 제1 조건인 설비유형이 R1이고, 제2 조건인 정격 회전수 정보가 S1이며, 제3 조건인 진동정보가 V2에 해당됨에 따라 식2의 진동량 계산규칙이 적용되어 '290'의 설비 상태평가값이 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값이 'B'에 속하게 되면서 양호 판정을 하게 된다.
㉡ 압축기
한편, 압축기는 설비유형이 선정되면, 그 형식에 따라 단열형, 다열형, 대향 평형형으로 구분되고, 구분된 형식 중 어느 하나의 형식이 입력되면, 그 조건에 기초한 진동량 계산규칙에 따라 해당 설비의 정격회전수별 진동정보를 분석하게 된다.
보다 상술하면, KS 진동 평가 중 압축기는 총 압력비가 약 2이상의 용적형인 왕복 및 회전압축기를 상온, 상압의 공기를 사용하여 공장에서 시험할 때의 진동허용치를 규정하고 있는데, 여기서 회전압축기의 진동 허용치는 터보형 압축기와 동일하고, 왕복압축기에 대해서만 별도의 허용치를 규정하고 있다.
그리고, 압축기는 측정요소정보 입력단계에서 진동정보로서 진동량을 입력받게 되는데, 진동측정은 베어링 또는 그 부근의 3방향(수평, 수직 및 축방향)에서 측정하는 것을 원칙으로 하며, 입력된 진폭에 따라 분석단계에서 설비의 상태평가값을 산출하게 되고, 산출된 설비의 상태평가값에 기초하여 해당 설비의 상태를 판정하게 되는데, 이러한 압축기의 상태평가 방법을 살펴보면 아래와 같다.
<표 10>
Figure 112013106138636-pat00012
상기한 압축기의 상태평가 방법을 일 예를 들어 설명하면, 입력된 해당 압축기가 다열형이고, 그 진동량이 76mm인 경우 제1 조건인 설비유형이 C2이고, 설비형식이 K2이며, 제3 조건인 진동정보가 V2에 해당함에 따라 [C2 K2 V2]의 상태평가값이 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값은 'A' 등급에 속하게 되면서 허용 판정을 하게 된다.
㉢ 송풍기
송풍기는 입력되는 정격 회전속도에 따라 그 진동량 계산규칙이 분리되는데, 정격 회전속도가 300rpm~599rpm이고, 진동량이 S인 경우 하기의 진동량 계산규칙에 따라 설비의 상태평가값이 산출되는데, 이러한 송풍기의 상태평가 방법을 설명하면 다음과 같다.
<표 11>
Figure 112013106138636-pat00013
일 예로, 정격 회전속도가 400rpm이고, 진동량이 80㎛인 경우 [B3 S1 V2]의 상태평가값이 산출되고, 산출된 설비의 상태평가값은 'B'등급에 속하게 되면서 양호 판정을 하게 된다.
반면에, 정격 회전속도가 600rpm이고, 진동량이 100㎛인 경우 상기한 진동평가식에 의해 '3.14159'의 설비의 상태평가값이 산출되고, 이는 'B'등급에 해당함에 따라 양호 판정을 하게 된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (4)

  1. 미리 설정된 복수개의 설비평가 규격정보 중 어느 하나의 설비평가 규격을 설정하는 규격설정단계와;
    설정된 설비평가 규격에 기초하여 설비유형 정보를 입력받는 설비유형정보 입력단계와;
    입력된 설비유형 정보에 기초한 회전수 선정규칙에 따라 복수개의 정격 회전수 리스트를 출력하는 출력단계와;
    추출된 정격 회전수 리스트 중 어느 하나의 정격 회전수 정보와, 해당 설비의 진동정보를 입력받는 측정요소정보 입력단계와;
    설정된 설비평가 규격과, 입력된 설비유형정보에 기초한 진동량 계산규칙에 따라 해당 설비의 정격회전수 별 진동정보를 분석하고, 분석된 결과에 따라 상기 설비의 상태정보값을 취득하는 분석단계; 및
    취득된 상기 설비의 상태정보값에 기초하여 해당 설비의 상태를 판정하는 판정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 규격설정단계에서 설정된 상기 설비평가 규격정보가 축진동 평가 규격정보이고, 상기 설비유형정보 입력단계에서 입력된 상기 설비의 유형정보가 압축기, 산업용 기계 또는 터빈설비인 경우,
    상기 분석단계는 하기의 수학식1에 기초한 상기 진동량 계산규칙에 따라 해당 설비의 정격회전수 별 진동정보를 분석하는 것을 특징으로 하는 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112013106138636-pat00014

    (여기서, Y는 측정대상물의 진동량이고, X는 측정대상물의 회전수이며, S는 설비의 상태정보임)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 설정단계에서 설정된 상기 설비평가 규격정보가 베어링 진동평가이고, 상기 설비유형정보 입력단계에서 입력된 상기 설비의 유형정보가 미리 설정된 기준용량치를 초과하는 대형기계 및 중형기계인 경우,
    상기 설비유형정보 입력단계 이후 강성지지조건 또는 유연지지조건 중 어느 하나의 지지조건을 입력받는 지지조건 입력단계를 더 포함하고,
    상기 분석단계에서 입력된 상기 지지조건에 기초하여 정격회전수 별 진동정보를 분석하여 상기 설비의 상태정보값을 취득하는 것을 특징으로 하는 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 설정단계에서 설정된 상기 설비평가 규격정보가 NEMA 진동평가 규격 또는 KS규격인 경우,
    상기 분석단계에서 상기 측정요소정보 입력단계에서 입력받은 상기 정격 회전수 정보 및 상기 설비의 진동정보에 따라 상기 설비의 상태정보값을 취득하는 것을 특징으로 하는 회전기계 진동량을 이용한 설비의 상태평가 방법.
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