KR101927213B1 - 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템 - Google Patents

Abstract

이 발명은 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 싱글스크류 방식을 채용한 공기압축기의 고장가능성을 상시진단하기 위하여 공기압축기에 진동센서를 부착하여 진동변화의 추이를 분석하며, 메인로터 및 게이트로터의 회전축 종단 각각에 부착하는 갭센서로 축방향 변위의 변화추이를 분석하여 이상부위를 판단하고, 이를 관리자에게 통보함으로써 관리자들이 고장가능성을 판단하고 필요한 조치를 신속하게 할 수 있도록 하는 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템으로서, 공기압축기의 진동을 측정할 수 있는 하나 이상의 진동센서, 공기압축기에 포함된 모든 회전축 각각에 대하여 축방향 변위를 측정할 수 있는 복수의 갭센서, 공기압축기의 토출압을 측정하는 토출압센서, 진동센서 및 갭센서가 측정하는 현재측정값을 토출압센서가 측정하는 현재토출압 및 측정일시와 함께 저장하는 저장수단 및 현재측정값을 저장수단에 저장된 과거측정값과 비교하여 공기압축기의 고장발생 가능성을 진단하는 진단수단을 포함한다.

Description

싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템{System for Failure Detecting in Air Compressor}

본 발명은 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 싱글스크류 방식의 공기압축기에 대한 고장가능성을 자동으로 진단하여 제공하기 위하여 공기압축기에 진동센서, 갭센서, 온도센서, 진단수단 등을 포함하며, 공기압축기 본체에서 측정되는 진동값과 메인로터 및 게이트로터의 회전축 종단에 대한 축방향 변위의 변화파형을 측정하여 과거측정값과 비교하여 분석함으로서 이상발생 여부를 진단하고, 진단결과를 원격지에 있는 관리자에게 통보함과 동시에 자체 소프트웨어의 알고리즘에 의한 고장가능성을 판단하여 조치할 수 있도록 하는, 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템에 관한 것이다.

압축공기에서 압축공기를 생성하기 위하여는 대기로부터 공기를 흡입한 후에 그 흡입한 공기를 단열 또는 등온상태에서 부피를 작게 압착하여 압력을 높인다. 이렇게 공기가 차지하는 공간(부피)을 줄임으로써 압력이 높아진 상태의 공기를 압축공기(Compressed Air)라 한다. 다시 말해 압축공기는 단위 부피당 공기량이 증가된 상태이다. 이처럼 대기 중의 공기를 흡입하여 이 공기가 차지하는 부피를 줄이기 위해서는 공기압축기가 필요하다. 일반적으로 공기 등 기체의 압축에 사용되는 압축기(compressor)는 압축방식에 따라, 왕복동식, 스크류식 및 터보식 등 다양한 형태의 공기압축기가 있다.

이러한 공기압축기들은 건설현장을 비롯하여 우리 주변에서 흔히 사용되는 장비일 뿐만 아니라, 산업현장에 있어 필수적인 핵심기계로서 자동차, 제철, 석유화학, 환경산업, 발전소 등 거의 모든 산업분야에서 사용되고 있다.

한편, 공기압축기는 모터와 모터 축에 연결된 공기압축기의 로터 등이 고속으로 회전할 뿐만 아니라, 각각의 회전축마다 양 쪽에 각종 베어링이 사용되고 스크류로터, 게이트로터, 냉각계통 등 다양하고 복잡한 부품들이 사용되고 있어 베어링의 마모나 기타 부품의 내구성 저하로 인한 고장이 수시로 발생할 수 있다. 특히 발전소나 플랜트시설 및 환경시설 등과 같이 24시간 365일 가동되는 산업현장에 설치되어 있는 공기압축기의 경우 연속적인 가동으로 인하여 공기압축기의 피로도가 심하기 때문에 고장확률이 높다. 따라서 불시에 일어날 수 있는 고장에 대한 대비가 필요한데, 이를 위하여 정기적인 정비와 내구연한에 따른 소모품교체 등을 적기에 해 줄 필요성이 있다.

그러나 각각의 부품들에 대한 내구연한과 교체주기 등에 대하여 철저하게 관리하지 못하는 경우 언제든지 고장이 발생할 수 있는 위험이 도사리고 있을 뿐만 아니라, 설령 철저하게 관리하고 내구연한 도달 전에 부품을 적기에 교체해 준다 하여도 불량부품이나 과도한 부하상황 등으로 인하여 부품교체 전에 고장이 발생하는 경우도 비일비재하므로 이에 대한 대책마련이 필요하다. 특히 싱글스크류 타입의 공기압축기는 메인로터와 함께 양 쪽에 게이트로터를 포함하고 있기 때문에 다른 타입의 공기압축기에 비하여 회전축이 많아 이에 사용되는 베어링의 숫자가 많고, 게이트로터의 경우 지표면에 대하여 수직으로 회전하기 때문에 트러스트 베어링을 사용하므로 베어링들의 고장가능성 진단과 예방을 위하여 철저한 대비가 필요한 실정이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템은, 싱글스크류 방식을 채용한 공기압축기의 고장가능성을 상시진단하기 위하여 공기압축기에 진동센서를 부착하여 진동을 측정하고, 진동변화의 추이를 분석하며, 메인로터 및 게이트로터의 회전축 종단 각각에 갭센서를 설치하고 축방향 변위를 측정하여 변화추이를 분석하여 이상부위를 판단하고, 이를 관리자에게 통보함으로써 관리자들이 고장가능성을 판단하고 정밀점검, 정비, 부품교체 등 필요한 조치를 신속하게 할 수 있도록 하는, 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템을 구현하고자 한다.

본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템은, 공기압축기의 진동을 측정할 수 있는 하나 이상의 진동센서; 상기 공기압축기에 포함된 모든 회전축 각각에 대하여 축방향 변위를 측정할 수 있는 복수의 갭센서; 상기 공기압축기의 토출압을 측정하는 토출압센서; 상기 진동센서 및 상기 갭센서가 측정하는 현재측정값을 상기 토출압센서가 측정하는 현재토출압 및 측정일시와 함께 저장하는 저장수단; 및 상기 현재측정값을 상기 저장수단에 저장된 과거측정값과 비교하여 상기 공기압축기의 고장발생 가능성을 진단하는 진단수단;을 포함하도록 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 과거측정값은 상기 공기압축기 설치 직후 초기가동상태에서 측정된 초기측정값과 상기 현재측정값 측정 이전에 측정된 최근측정값을 포함하는 특징을 더 포함하는 것이 좋다.

상술한 특징들에 더불어 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템은, 상기 갭센서는 상기 갭센서와 상기 회전축의 종단면과의 이격거리를 측정하되, 상기 종단면 중 상기 회전축의 중심이 아닌 곳과의 이격거리가 상기 회전축의 회전에 따라 변화하는 변화파형을 측정하는 것을 특징으로 하고, 상기 회전축의 종단면은 상기 회전축과 수직이 아닌 것을 특징으로 하고, 더 나아가서 상기 이격거리는 상기 종단면 중 상기 회전축의 중심에서 가장 먼 부분 즉 회전축 종단면의 엣지부분과 상기 갭센서와의 이격거리인 것을 특징으로 하는 것도 바람직하다.

뿐만 아니라, 상기 저장수단에 저장된 상기 과거측정값은 상기 진동센서 및 상기 갭센서 각각에 대한 상기 과거측정값 측정당시 상기 토출압센서에서 측정된 과거토출압과 함께 저장되어 있으며, 상기 진단수단이 상기 현재측정값과 상기 과거측정값을 비교하는 경우에는 상기 현재토출압과 동일대역 크기의 과거토출압을 가지는 과거측정값과 비교하는 것을 특징으로 하는 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템으로 하는 것도 가능하다.

또한 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템에서 상기 진단수단은, 상기 현재측정값과 상기 초기측정값과 비교하여, 적어도 하나 이상의 진동센서에서 진동의 크기가 일정범위 이상으로 증가된 경우에는 이상진동으로 진단하고, 적어도 하나 이상의 갭센서에서 상기 변화파형의 진폭이 일정비율 이상 증가한 경우에는 축방향 변위이상으로 진단하며, 상기 현재측정값 중 상기 현재토출압의 변화가 없는 상태에서, 상기 변화파형의 주기가 일치하지 않거나 주기별 변화파형이 서로 일치하지 않는 경우에는 회전이상으로 진단하고, 상기 변화파형 중에 급격한 진폭변화가 있는 경우에는 반경방향 진동으로 진단하며, 상기 이상진동, 상기 변위이상, 상기 회전이상 또는 상기 반경방향 진동으로 진단하는 경우에는 그 진단결과와 함께 진동증가값, 진폭증가값, 변화주기 불일치값 또는 반경방향 진동값을 상기 저장수단에 기록하고 통신수단을 통하여 원격지에 위치한 관리서버 또는 관리자단말기에 전송하는 것을 특징으로 하는 것도 바람직하다.

그리고 상기 진단수단은, 상기 현재측정값이 상기 이상진동, 상기 변위이상, 상기 회전이상 또는 상기 반경방향 진동에 해당하는 경우로서, 상기 저장수단에 기록된 상기 최근측정값에 상기 이상진동, 상기 변위이상, 상기 회전이상 또는 상기 반경방향 진동이 존재하고, 상기 현재측정값에 대한 상기 진동증가값, 상기 진폭증가값, 변화주기 불일치값 또는 반경방향 진동값이 상기 최근측정값에 비하여 증가한 경우에는 상기 진단결과를 이상진동 심화, 변위이상 심화, 회전이상 심화 또는 반경방향 진동 심화로 판단하는 것을 특징으로 하는 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템으로 하는 것도 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템은, 진동값, 회전축 변이값 등을 측정하여 이상진동, 축방향 변위이상, 회전이상 또는 반경방향 진동등이 발생하는 지를 진단하고 이러한 현상들이 진단되는 경우 고장발생 가능성이 있는 것으로 판단하여 원격지에 있는 관리자에게 통보해 주기 때문에 공기압축기에서 고장발생 이전에 관리자들로 하여금 신속한 정밀점검과 정비를 유도할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템은, 공기압축기의 가동 시 측정한 진동의 현재측정값을 과거측정값과 비교하여 그 변화추이만으로도 이상유무를 판단해 낼 수 있기 때문에 정밀한 진동값을 측정하여 심층분석하는 장비를 구비하지 않더라도 저렴한 비용으로 공기압축기의 진동의 이상유무를 판단해 낼 수 있는 시스템을 구축할 수 있다.

뿐만 아니라, 회전축의 변위를 측정하는 경우에도, 갭센서를 사용하여 회전축 변위를 측정한 변화파형에 대한 진폭의 현재측정값과 과거측정값을 비교하여 변화추이를 분석하고 이상유무를 진단하기 때문에 정밀한 거리값을 측정하는 위치센서 등을 사용하지 않더라도 경제적인 비용으로 고장진단시스템을 만들 수 있다는 장점이 있다.

이에 더하여 진동센서의 진동값과 갭센서가 측정한 진폭값이 초기측정값과 비교하여 증가하였는지를 바탕으로 이상발생 유무를 진단하고, 이상발생이라고 진단되는 경우 현재측정값을 최근측정값과도 비교하여 현재측정값이 최근측정값에 비하여도 증가된 경우에는 이상발생이 심화된 것으로 진단해 내고 이를 관리자 등에게 통보하기 때문에 좀 더 신속하고 정밀한 점검을 유도할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템에 포함되는 갭센서는 회전축의 중심에서 벗어난 곳과 갭선서와의 거리를 측정하기 때문에 회전축의 회전에 따라 발생되는 파형을 만들어 낼 수 있고, 그 파형의 진폭변화를 과거측정값과 상대적으로 비교하기 때문에 회전축의 축방향 흔들림이 증가되었는지의 여부를 정확하게 측정해 낼 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라 회전축의 종단을 비스듬하게 처리한 뒤에 갭센서로 측정할 수도 있기 때문에 측정이 더욱 용이한 변화파형을 만들어 낼 수 있는 효과가 있다. 그리고 회전축의 종단면 중 엣지부분을 센싱하는 구성도 포함하기 때문에 회전축이 반경방향으로 진동하는 경우에도 용이하게 진단해 낼 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템은, 토출압을 기준으로 동일한 부하대역에서의 진동의 증가 또는 축방향 변위의 증가를 측정하기 때문에 부하변동에 따른 진동값 및 축방향 변위를 감안할 수 있고 이로 인하여 정확한 비교가 가능하게 된다. 즉, 진동이나 변위가 증가했더라도 동일한 토출압 대역에서 증가한 것이 아니면 이는 부하변동에 따른 변화이기 때문에 이상이 발생한 것으로 안보게 되며, 이를 통하여 진단오류를 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템은, 상시 진단시스템이고, 이상발생시 고장발생 전에 원격지에 있는 관리자에게 자동으로 통보되기 때문에 즉시 해당 공기압축기가 설치된 현장으로 와서 정밀점검을 통하여 필요한 조치를 신속하게 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 싱글스크류 공기압축기의 내부구조를 나타내는 도면이다.
도 2a 도 2b는 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기를 측면에서 본 측면도 및 위에서 본 평면도이다
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 의한 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템에서 축방향 변위를 측정하기 위한 갭센서의 작동원리를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템의 구성요소간 연결관계를 나타낸 개념도이다.

상술한 목적과 특징이 분명해지도록 첨부된 도면을 참조하여 여러 가지 실시 예들에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련한 공지기술 중 이미 그 기술 분야에 익히 알려져 있는 것으로서, 그 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.

이하의 설명에서 제시되는 실시 예들은 여러 가지 형태로 변경을 가할 수 있고 다양한 부가적 실시 예들을 가질 수 있는데, 여기에서는 특정한 실시 예들이 도면에 표시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 실시 예들을 특정한 형태에 한정하려는 것이 아니며, 실시 예들의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경이나 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

다양한 실시 예들에 대한 설명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시 예들을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

먼저 도 1을 이용하여 일반적인 싱글스크류 공기압축기(100)의 내부구조를 설명하자면 싱글스크류 공기압축기(100)는 로터의 외주면에 나선이 형성된 하나의 메인로터(22)가 메인로터 회전축(20)과 일체가 되는 구조로 되어 있으며, 통상적으로 지면에 평행인 방향으로 배치되며, 상기 메인로터 회전축(20)의 양단은 메인로터 베어링(21)에 의하여 회전가능하게 고정되어 있다. 도 1에서 볼 때 메인로터 회전축(20)의 왼쪽은 상기 메인로터(22)에 회전력을 공급하는 모터(200, 도 2 참조)가 연결되어 있다.

한편 상기 메인로터(22)의 양 측면에는 상기 나선에 맞물리는 날개를 가진 한 쌍의 게이트로터(32, 42)가 배치되는데, 상기 한 쌍의 게이트로터(32, 42)는 상기 메인로터(22)의 회전에 따라 상기 메인로터(22)의 회전방향과 수직방향으로 회전하게 되는 구조이다. 상기 한 쌍의 게이트로터(32, 42) 각각은 한 쌍의 게이트로터 회전축(30, 40)과 일체가 되는 구조이며, 상기 한 쌍의 게이트로터 회전축(30, 40) 양단은 게이트로터 베어링(31, 41)에 의하여 회전가능하게 고정되어 있는 구조이다.

다음은 도 2a 및 도 2b를 이용하여 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템의 구성요소들을 살펴보기로 한다. 도 2a 도 2b는 도 1에서 살펴본 싱글스크류 공기압축기(100)가 모터(200)와 연결되어 있는 모습을 측면에서 바라다 본 모습을 간략화 한 측면도와 위에서 바라다 본 모습을 간략화 한 평면도이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 또 상술한 바와 같이 상기 공기압축기(100)는 하나의 메인로터(22)와 두 개의 게이트로터(32, 42)를 포함하고 있으며, 상기 메인로터(22)의 회전축(20)은 지표면에 수평방향이며, 게이트로터(32, 42)의 회전축(30, 40)은 지표면에 수직방향으로 되어 회전한다. 참고로, 도 2에서 도면부호 120은 상기 메인로터 회전축(20)을 지지하는 상기 메인로터 베어링(21) 중 한 쪽이 배치되는 메인로터 베어링커버(120)이며, 도면부호 130 및 140은 상기 한 쌍의 게이트로터(32, 42)에 대한 회전축 즉 게이트로터 회전축(30,40)을 각각 지지하는 게이트로터 베어링(31, 41) 중 한 쪽이 배치되는 게이트로터 베어링커버(130, 140)이다.

도 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템에는 상기 공기압축기(100) 하우징(110)의 외부면에 부착되어 상기 공기압축기(100) 중에서 발생하여 상기 하우징(110)에 전달되는 진동을 측정하는 적어도 하나 이상의 진동센서(155)를 포함하는데, 상기 진동센서(155)는 수평방향, 수직방향 진동을 측정할 수 있는 진동센서(155)를 각각 포함토록 하는 것도 바람직하며, 상기 공기압축기(100)의 메인로터(22)에 회전력을 공급하는 모터(200) 또는 상기 모터(200)의 회전축과 상기 공기압축기(100)의 메인로터 회전축(20)이 연결되는 커플링 부위 근처에도 상기 진동센서(155)를 설치하도록 하는 것도 가능하다. 이와 더불어 온도센서(미도시)를 설치하여 공기압축기의 이상과열 등도 측정하도록 하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템에서는 상기 공기압축기(100)의 메인로터(22)와 게이트로터(32, 42)의 회전축에 대한 축방향 변위를 측정할 수 있는 각각의 갭센서(125, 135, 145)를 회전축마다 한 쪽 종단에 설치하도록 하는 것이 바람직한데, 상기 갭센서(125, 135, 145)는 회전축의 종단면과 갭센서(125, 135, 145)의 센싱부위 간의 이격거리를 측정하도록 배치하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 와전류 변위센서를 상기 갭센서(125, 135, 145)로 사용하는 것도 가능한데, 상기 와전류 변위센서는 센싱부위에서 흘러나오는 전류의 흐름으로 대상물과의 이격거리를 감지해 내는 방식이다. 센서에 근접한 위치에서 물체가 이동을 하게 되면 그 주변에 형성된 전류의 크기에 따라서 근접 위치를 확인해서 측정을 하게 된다. 그래서 주로 물체의 미세 떨림, 진동, 회전, 근접 거리 등을 측정하는 용도로 많이 사용된다. 상기 갭센서(125, 135, 145)에서 측정된 신호는 신호변환기(미도시)를 통하여 변화되는 출력신호를 내보내게 된다. 따라서 메인로터(22) 또는 게이트로터(32,42)의 회전축(20, 30, 40)이 축방향으로 흔들리게 되면, 상기 회전축(20, 30, 40)의 종단면과 상기 갭센서(125, 135, 145)와의 이격거리가 변화하며, 변화되는 이격거리에 대한 출력신호는 하나의 파형으로 나오게 된다.

한편, 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 의한 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템에서 축방향 변위를 측정하기 위한 갭센서의 작동원리를 설명하기 위한 도면인데, 메인로터 회전축(20)의 변위를 측정하는 갭센서(125)와 메인로터 회전축(20)을 예를 들어 도시하였는데, 이와 관련되는 이하 내용들은 게이트로터 갭센서(135, 145)와 게이트로터 회전축(30, 40)의 경우에도 마찬가지이다. 도 3a에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템에서는 상기 회전축의 종단면(122) 중 상기 갭센서(125)의 센싱부위(123)과 상기 갭센서(125) 간의 이격거리(d)를 측정하여, 시간에 따른 이격거리(d)의 변화파형을 만들어내는데, 상기 센싱부위(123)는 도 3a에서 보는 바와 같이 회전축의 중심(126)이 아니라 상기 회전축의 중심(126)에서 바깥쪽으로 멀리 떨어진 곳으로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 상기 회전축의 중심(126)과의 이격거리(d)를 측정하게 되면 축방향 변위폭이 작아서 센싱하기가 어렵고 이로 인한 변화파형의 진폭이 너무 작아서 정밀도가 높은 거리센서 등을 사용해야 하기 때문이다. 그러나 본 발명에서처럼 상기 회전축의 중심(126)에서 멀리 떨어진 부분을 센싱부위(123)로 하게 되면 회전축방향의 변위변화와 함께 종단면의 회전에 따라 발생되는 종단면표면의 미세한 높이 변화도 같이 가중되는 변화를 감지해 내기 때문에 변화파형의 골과 산이 더 커지게 되므로 저가의 와전류 변위센서로도 충분히 변화파형을 출력해 낼 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 도 3b에서 보는 바와 같이 상기 회전축의 종단면(122)을 상기 메인로터 회전축(20)의 수직방향으로 형성하지 않고, 상기 메인로터 회전축(20)의 수직방향에서 일정각도(a) 경사지게 형성하면, 상기 메인로터 회전축(20)의 회전에 따라, 기울어진 상기 종단면(122)으로 인하여 발생되는 변화파형의 골과 산은 더욱 커지게 되어 상기 갭센서(125)의 센싱을 더욱 원활하게 할 수 있다.

이와 더불어 상기 센싱부위(123)를, 상기 종단면(122) 중 상기 메인로터 회전축(20)의 중심(126)에서 가장 먼 부분 즉, 종단면 최 외곽의 엣지부분으로 하게 되면 상기 메인로터 회전축(20)이 중심에서 벗어나서 비정상적으로 회전하는 경우도 감지해 낼 수 있다. 도 3c에서 보는 바와 같이 상기 종단면(122)의 엣지부분을 상기 센싱부위(123)로 하는 경우, 메인로터 베어링(21) 이상 또는 기타 원인으로 상기 메인로터 회전축(20)이 중심에서 미세하게 일탈하여 반경방향 진동(20 -> 20‘이 발생되는 것도 진단해 낼 수 있게 된다. 즉, 메인로터 회전축(20)이 중심에서 일탈하여 반경방향 진동이 일어나는 경우 상기 종단면(122)도 진동하게 되어(122 > 122’상기 센싱부위(123)이 진동으로 인하여 흔들린 종단면(122’밖에 존재하게 되는 경우도 발생하게 되고, 이로 인하여 상기 갭센서(125)가 일부 회전구간에서는 상기 엣지부분을 벗어나는 부분을 센싱하는 경우도 발생하게 되므로, 이 때는 상기 이격거리(d)가 급격히 멀어지는 센싱을 하게 될 것이며, 이로 인하여 변화파형 중에 급격한 진폭변화가 발생할 것이다. 따라서 변화파형에서 급격한 진폭변화가 감지되는 경우에는 반경방향 진동으로 진단하는 것이 바람직한데, 이를 더욱 용이하게 센싱하기 위해서는 상기 종단면은 주변보다 다소 높이 튀어나오는 구조로 하는 것이 바람직하다. 여기서 다만 상기 급격한 진폭변화가 회전축 방향의 변위로 인한 것인지 반경방향 진동에 의한 것인지 구분하기가 어려운 경우가 발생할 수도 있으므로 가장 바람직하게는 상기 갭센서(125, 135, 145)에서 엣지부분과 엣지부분이 아닌 부분을 동시에 센싱할 수 있도록 두 개의 갭센서를 결합하여 사용하면 좋을 것이다.

한편 도 4는 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템의 구성요소간 연결관계를 나타낸 개념도이다. 이하에서는 도 4를 이용하여 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템 구성요소들의 연결관계와 함께 구체적인 작동원리를 설명하고자 한다.

도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템은 싱글스크류 공기압축기(100)의 진동을 측정할 수 있는 하나 이상의 진동센서(155), 상기 공기압축기(100)에 포함된 모든 회전축(20,30,40) 각각에 대하여 축방향 변위를 측정할 수 있는 복수의 갭센서(125, 135, 145), 상기 공기압축기(100)의 토출압을 측정하는 토출압센서(165), 상기 진동센서(155) 및 상기 갭센서(125, 135, 145)가 측정하는 각각의 현재측정값에 상기 토출압센서(165)가 측정하는 현재토출압과 측정일시를 포함하여 함께 저장하는 저장수단(300) 및 상기 각각의 현재측정값을 상기 저장수단(300)에 저장된 과거측정값과 비교하여 상기 공기압축기(100)의 고장발생 가능성을 진단하는 진단수단(400)을 포함하여 구성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 진단수단은 원격지에 위치하는 관리서버(600) 및 관리자단말기(700)에 대하여 무선 또는 유선통신망(800)을 통하여 데이터통신이 가능하도록 구성한다.

여기서 상기 과거측정값은 상기 공기압축기(100) 설치 직후 초기가동상태에서 측정된 초기측정값과 상기 현재측정값 측정 이전에 측정된 최근측정값을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 초기측정값은 상기 공기압축기(100) 설치 직후 정상적인 운영상태에서 일정기간동안 가동하며 측정하여 얻게 되는 모든 센서들에 대한 정상측정값을 말하며, 상기 공기압축기(100)의 토출압 변화 즉 상기 토출압센서(165)가 측정한 값에 따라 진동센서 및 갭센서들의 가장 정상적인 측정값을 저장하는 것이 바람직한데 이는 상기 공기압축기(100)에서는 토출압에 따라 진동수나 축방향 변위 등이 달라질 수 있기 때문이다. 따라서 상기 공기압축기(100)의 용량 등을 감안해서 출력 가능한 토출압 모두를 대상으로 진동센서 및 갭센서들의 정상적인 측정값을 저장하되, 모든 토출압에 대하여 세밀하게 구분하여 저장하는 것은 현실적으로 불가능하므로 일정 대역단위로 토출압을 구분해서 저장하는 것이 바람직한데 이는 최근측정값의 경우에도 마찬가지이다. 이렇게 일정대역 단위의 토출압별로 진동센서 및 갭센서들의 초기측정값 측정이 완료되면 또는 초기측정값들의 측정과정에서 각각의 토출압대역에 대응되는 각각의 진동센서(155) 측정값 및 각각의 갭센서(125, 135, 145) 측정값이 데이터베이스 형태로 상기 저장수단(300)에 저장되도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 온도센서(미도시)도 설치되는 경우에는 온도센서에 대하여도 마찬가지 방법으로 저장되도록 하는 것도 가능하다.

한편 상기 최근측정값은 상기 현재측정값이 측정되기 전에 측정된 측정값들로서 상기 토출압 대역별로 저장되는 것이 바람직한데, 상기 저장수단(300)의 용량이나 관리의 효율성 등을 감안하여, 모든 측정결과를 저장하기 보다는 최근 3회 이내 또는 10회 이내 등 일정범위를 정하여 저장하는 것이 바람직하다. 그리고 현재측정값은 상기 공기압축기(100)의 가동시간 내내 실시간 측정값이 될 수도 있겠지만, 일정시간 간격을 두고 일정시간동안 측정하는 것을 현재측정값으로 하는 것도 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 상기 저장수단(300)에 저장된 상기 과거측정값 즉, 상기 초기측정값 및 상기 최근측정값은, 상기 진동센서(155) 및 상기 갭센서(125, 135, 145) 각각에 대한 상기 과거측정값 측정당시 상기 토출압센서(165)에서 측정된 과거토출압과 함께 저장되도록 하고, 상기 진단수단(400)이 상기 현재측정값과 상기 초기측정값 또는 최근측정값을 비교하는 경우에는 상기 현재토출압과 동일대역 크기의 과거토출압(초기토출압 또는 최근토출압) 을 가지는 초기측정값 또는 최근측정값과 비교하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 진단수단(400)이 상기 현재측정값과 상기 초기측정값과 비교하여, 적어도 하나 이상의 진동센서(155)에서 진동의 크기가 일정범위 이상으로 증가된 경우에는 이상진동으로 진단하고, 적어도 하나 이상의 갭센서(125, 135, 145)에서 상기 변화파형의 진폭이 일정비율 이상 증가한 경우에는 축방향 변위이상으로 진단하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 일정범위 또는 일정비율은 상기 공기압축기(100)의 용량이나 기타 제원을 감안하고, 리시버탱크의 용량이나 부하변동에 대한 제어방법, 예를 들면 인버터형 제어인지 아니면 언로더형 제어인지 등 제반 설치환경을 감안하여 설정하여야 할 것이다.

또한, 진단수단은 상기 현재측정값 중 상기 현재토출압의 변화가 없는 상태에서 상기 변화파형의 주기가 일치하지 않거나 주기별 변화파형이 서로 일치하지 않는 경우에는 회전이상으로 진단하는 것이 바람직한데, 이는 현재측정값 중에서 서로 주기가 일치하지 않는다는 것은 불규칙적으로 회전한다는 것을 의미하며 변화파형이 서로 일치하지 않는다는 것은 회전도중에 중간중간 회전축변위가 불규칙적으로 발생한다는 것이기 때문이다.

그리고 상기 변화파형 중에 급격한 진폭변화가 일어나는 경우에는 앞에서 설명한 것처럼 회전축이 중심에서 일탈하여 반경방향 진동을 야기하는 경우인데 이로 인하여 상기 갭센서(125)는 상기 엣지부분을 벗어나는 부분을 센싱하게 되어 상기 이격거리(d)가 갑자기 급격히 멀어져서 변화파형에는 급격한 진폭변화가 나타나게 된다. 따라서 상기 변화파형 중에 급격한 진폭변화가 있는 경우에는 반경방향 진동으로 진단하는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 진단수단(400)이 상기 현재측정값으로 상기 공기압축기(100)의 이상발생을 진단하는 경우 즉 현재측정값이 상기 이상진동, 상기 변위이상, 상기 회전이상 또는 상기 반경방향 진동으로 진단되는 경우에는 그 진단결과와 함께 진동크기의 변화값을 진동증가값으로, 상기 변화파형의 진폭에 대한 증가값을 진폭증가값으로, 상기 변화파형 상호간의 주기오차를 변화주기 불일치값으로, 상기 변화파형에서 급격한 진폭변화 발생주기를 반경방향 진동값으로 하여 상기 저장수단(300)에 기록하고 유선 또는 무선통신망(800)에 연결된 상기 통신수단(500)을 통하여 원격지에 위치한 상기 관리서버(600) 또는 상기 관리자단말기(700)에 전송하는 것이 바람직한데, 이렇게 진단결과를 전송받은 관리자 등은 상기 공기압축기(100)에 대한 정밀진단 및 정비 또는 부품교체 등 필요한 조치를 신속하게 취할 수 있게 된다. 온도센서(미도시)까지 설치된 경우에는 상기 온도센서가 측정한 결과도 같이 전송해 주는 것도 가능하다.

한편 본 발명에 의한 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템은 상기 현재측정값을 상기 초기측정값과 비교하여 이상발생 유무를 판단하는 것에 더하여 상기 최근측정값과 비교하여 이상발생이 심화되지 않았는지도 판단하는 것이 가능하다.

이를 위하여 상기 진단수단(400)은, 상기 현재측정값이 상기 이상진동, 상기 변위이상, 상기 회전이상 또는 상기 반경방향 진동에 해당하는 경우로서, 상기 저장수단(300)에 기록된 상기 최근측정값에 상기 이상진동, 상기 변위이상, 상기 회전이상 또는 상기 반경방향 진동이 존재하고, 상기 현재측정값에 대한 상기 진동증가값, 상기 진폭증가값, 상기 변화주기 불일치값 또는 상기 반경방향 진동값이 상기 최근측정값에 비하여 증가한 경우에는 상기 진단결과를 이상진동 심화, 변위이상 심화, 회전이상 심화 또는 반경방향 진동 심화로 판단하도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 여러 가지 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 공기압축기
20 메인로터 회전축 22 메인로터
30,40 게이트로터 회전축 32,42 게이트로터
125,135,145 갭센서
155 진동센서 165 토출압센서
200 모터 300 저장수단
400 진단수단 500 통신수단
600 관리서버 700 관리자단말기
800 유선 또는 무선통신망

Claims (7)

1. 공기압축기의 진동을 측정할 수 있는 하나 이상의 진동센서;
   상기 공기압축기에 포함된 모든 회전축 각각에 대하여 축방향 변위를 측정할 수 있는 복수의 갭센서;
   상기 공기압축기의 토출압을 측정하는 토출압센서;
   상기 진동센서 및 상기 갭센서가 측정하는 현재측정값을 상기 토출압센서가 측정하는 현재토출압 및 측정일시와 함께 저장하는 저장수단; 및
   상기 현재측정값을 상기 저장수단에 저장된 과거측정값과 비교하여 상기 공기압축기의 고장발생 가능성을 진단하는 진단수단; 을 포함하며,
   상기 과거측정값은 상기 공기압축기 설치 직후 초기가동상태에서 측정된 초기측정값과 상기 현재측정값 측정 이전에 측정된 최근측정값을 포함하며,
   상기 갭센서는 상기 갭센서와 상기 회전축의 종단면과의 이격거리를 측정하되, 상기 종단면 중 상기 회전축의 중심에서 가장 먼 엣지부분과 상기 갭센서와의 이격거리가 상기 회전축의 회전에 따라 변화하는 변화파형을 측정하는 것을 특징으로 하는 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 회전축의 종단면은 상기 회전축과 수직이 아닌 것을 특징으로 하는 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템
4. 삭제
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 저장수단에 저장된 상기 과거측정값은 상기 진동센서 및 상기 갭센서 각각에 대한 상기 과거측정값 측정당시 상기 토출압센서에서 측정된 과거토출압과 함께 저장되어 있으며,
   상기 진단수단이 상기 현재측정값과 상기 과거측정값을 비교하는 경우에는 상기 현재토출압과 동일대역 크기의 과거토출압을 가지는 과거측정값과 비교하는 것을 특징으로 하는 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템
6. 제5항에 있어서 상기 진단수단은,
   상기 현재측정값과 상기 초기측정값과 비교하여, 적어도 하나 이상의 진동센서에서 진동의 크기가 일정범위 이상으로 증가된 경우에는 이상진동으로 진단하고, 적어도 하나 이상의 갭센서에서 상기 변화파형의 진폭이 일정비율 이상 증가한 경우에는 축방향 변위이상으로 진단하며,
   상기 현재측정값 중 상기 현재토출압의 변화가 없는 상태에서, 상기 변화파형의 주기가 일치하지 않거나 주기별 변화파형이 서로 일치하지 않는 경우에는 회전이상으로 진단하고, 상기 변화파형 중에 급격한 진폭변화가 있는 경우에는 반경방향 진동으로 진단하며,
   상기 이상진동, 상기 변위이상, 상기 회전이상 또는 상기 반경방향 진동으로 진단하는 경우에는 그 진단결과와 함께 진동증가값, 진폭증가값, 변화주기 불일치값 또는 반경방향 진동값을 상기 저장수단에 기록하고 통신수단을 통하여 원격지에 위치한 관리서버 또는 관리자단말기에 전송하는 것을 특징으로 하는 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템
7. 제6항에 있어서 상기 진단수단은,
   상기 현재측정값이 상기 이상진동, 상기 변위이상, 상기 회전이상 또는 상기 반경방향 진동에 해당하는 경우로서, 상기 저장수단에 기록된 상기 최근측정값에 상기 이상진동, 상기 변위이상, 상기 회전이상 또는 상기 반경방향 진동이 존재하고, 상기 현재측정값에 대한 상기 진동증가값, 상기 진폭증가값, 변화주기 불일치값 또는 반경방향 진동값이 상기 최근측정값에 비하여 증가한 경우에는 상기 진단결과를 이상진동 심화, 변위이상 심화, 회전이상 심화 또는 반경방향 진동 심화로 판단하는 것을 특징으로 하는 싱글스크류 공기압축기 고장진단시스템

Images