WO2018044034A1 - 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법 - Google Patents

로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법 Download PDF

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mathematical model
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김양석
김대웅
김범년
박영섭
박치용
김종석
김형균
이병오
김지인
최남우
류지수
장희승
신유수
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한국수력원자력 주식회사
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    • G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
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    • G06F2111/10—Numerical modelling

Definitions

  • the present invention relates to a method for diagnosing rotating equipment using a rotor-bearing-foundation model, and more particularly, to a method for diagnosing rotating equipment using a rotor-bearing-foundation model for diagnosing rotating equipment provided in a power plant.
  • Rotating equipment may be provided with a surveillance system for stable operation of the power plant.
  • the monitoring system constantly monitors various variables including the shaft vibration of rotating equipment and generates an alarm or stops power generation when an abnormality occurs.
  • An object of the present invention is to provide a method for diagnosing rotational equipment using a rotor-bearing-foundation model utilizing the characteristics of the simulated rotor system.
  • Rotation equipment diagnosis method using the rotor-bearing-foundation model comprises the steps of simulating the rotary equipment to the rotor system and constructing a mathematical model for the rotor system and the mathematical model and vibration measurement of the rotary equipment Estimating a state of the rotary plant by using a value and diagnosing an abnormal state of the rotary plant from a change in the estimated value.
  • the rotor system can be simulated as a foundation that includes a rotor, a journal bearing, and a bearing housing.
  • Comprising the mathematical model may include calculating a parameter of the rotor using a finite element method, and calculating a parameter of the journal bearing based on the Reynolds equation.
  • a finite difference method may be used as a method of approximating the journal bearing model.
  • Parameters of the rotor system may include at least one of mass, stiffness, and damping coefficient.
  • the constructing the mathematical model may further include calculating a parameter of the rotary equipment foundation using the speed data of the rotary equipment.
  • the estimating of the state of the rotating device may estimate at least one of an external force and a bearing dynamic coefficient acting on the journal bearing based on the rotation axis vibration displacement of the rotor system and the vibration acceleration measurement value of the bearing housing.
  • Rotation equipment diagnosis method using the rotor-bearing-foundation model according to the present invention constitutes a mathematical model for the rotor system to diagnose the abnormal state of the rotary equipment, there is an effect capable of more accurate diagnosis of the rotary equipment.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating a method for diagnosing rotating equipment using the rotor-bearing-foundation model according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a journal bearing dynamic coefficient of the rotational equipment diagnostic method using the rotor-bearing-foundation model according to the present embodiment
  • FIG. 3 is a flow chart illustrating a journal bearing dynamic coefficient calculation using a finite difference method of a diagnosis method of a rotary installation using the rotor-bearing-foundation model according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a rotor-bearing-foundation system according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating a method for diagnosing rotating equipment using the rotor-bearing-foundation model according to the present embodiment.
  • the rotating facility may be simulated as a rotor system.
  • the dynamic force causes the lateral and axial vibrations of the shaft, the torsional vibration, and the like.
  • the rotor system has the same characteristics as a black box that outputs vibration when dynamic force is input. A close understanding of these black box-like characteristics can provide insight into the condition of the equipment by what forces cause vibration to occur in the rotor system.
  • the vibration of the axis of rotation refers to the ratio of external force to dynamic stiffness. This means that there are two causes in increasing the magnitude of the vibration. Two reasons are the increase in the external force first, and the other is the performance of the rotor system deteriorates and the dynamic potential is weak. Therefore, for diagnosis, it is important to detect external force applied to the system and changes in internal parameters such as dynamic stiffness.
  • black box characteristics can be estimated by developing a mathematical model for the rotor system.
  • a suitable mathematical model makes it possible to predict how a change in force affects vibration. These characteristics are also very important in diagnosing the device.
  • the rotor system can be briefly simulated as a foundation including a rotor, a journal bearing, a bearing housing. And a mathematical model for the rotor system can be constructed.
  • the rotor-journal bearing-foundation model which is a mathematical model, is described as follows. Since most rotors are small in diameter, they first model the rotor system with a rotating beam with one or more disks attached. The entire model is then combined with the journal bearing model and the foundation model.
  • the parameters of the rotor, journal bearing, and foundation constituting the rotor system may include at least one of mass, stiffness, and damping coefficient.
  • the parameters (mass, stiffness and damping coefficient) of the rotor included in the rotor system model are calculated using the finite element method.
  • the journal bearing parameters (stiffness and damping coefficients) are obtained using the journal bearing model based on the Reynolds equation.
  • the finite difference method can be used as a method of approximating the journal bearing model.
  • the foundation parameters (mass, stiffness and damping coefficient) included in the rotor-journal bearing-foundation model are obtained using the speed data of the rotating equipment.
  • the initial external force such as misalignment or unbalance, is simultaneously estimated and used as a diagnostic reference value.
  • the parameters of the journal bearing can be obtained by using the initial external force and the vibration displacement measurement values of the rotating shaft and compared with the initial parameter values to diagnose the abnormal state of the rotating equipment.
  • the characteristics of the journal bearing are usually classified into the characteristics of the statically stable state and the characteristics of the dynamic state.
  • the static characteristics include a Somerfeld Number, an attitude angle, a friction loss, and the like.
  • the typical dynamic characteristics are known as eight dynamic coefficients (stiffness and damping coefficients), which can be calculated using the geometry of the bearing.
  • the film-related dynamic coefficients are the main characteristics of journal bearings, which have a great influence on the longitudinal behavior of rotor-bearing systems.
  • the bearing force which means the restraining force applied to the journal bearing by the bearing oil film, is a function of the position and speed of the journal, and can be expressed using eight dynamic coefficients and displacements (x, y) as follows.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a journal bearing dynamic coefficient according to the present embodiment
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a journal bearing dynamic coefficient calculation using the finite difference method according to the present embodiment
  • 4 is a conceptual diagram illustrating a rotor-bearing-foundation system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart for calculating a dynamic coefficient of a journal bearing from a journal bearing model composed of a Reynolds equation and Equations 1 to 4 using a finite difference method.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the concept of the rotor-journal bearing-foundation system.
  • Z in Equation 5 is a dynamic stiffness matrix composed of mass, damping, and stiffness values.
  • W Means foundation, rotor and bearing. Is the answer, Is a combination of forces acting due to unbalance and forces due to misalignment.
  • Equation 5 may be briefly expressed as in Equation 6 below.
  • Equation 6 To Equation 6 may be expressed as Equation 7 below.
  • the foundation model that is, the unknown in the equation (7)
  • power Other values can be obtained using the rotor-bearing model and the axial displacement and vibration acceleration measurements in the bearing housing.
  • Equation 8 Force vectors defined by the combination of forces acting due to inequality and forces due to misalignment in Equations 5 to 7 Can be expressed as Equation 8 below.
  • Is an unbalance vector Can be written as Equations 9 and 10 below as a vector of coupling force and moment.
  • Equation 11 Is a matrix that selects the plane of unbalance Is a vector of parameters related to the unbalance of the rotor, Is a matrix indicating the coupling position, and Silver coupling node A vector of vertical and horizontal forces and moments in.
  • the method of diagnosing the rotating equipment using the rotor-bearing-foundation model according to the present invention constitutes a mathematical model for the rotor system to diagnose an abnormal state of the rotating equipment.

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Abstract

본 발명은 모사된 로터시스템의 특성을 활용한 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법을 제공하기 위하여, 회전설비를 로터 시스템으로 모사하는 단계 및 상기 로터 시스템에 대한 수학적 모델을 구성하는 단계 및 상기 수학적 모델과, 상기 회전설비의 진동 측정값을 이용하여 상기 회전설비의 상태를 추정하는 단계 및 상기 추정된 값의 변화로부터 상기 회전설비의 이상 상태를 진단하는 단계를 포함한다. 이에, 로터시스템에 대한 수학적 모델을 구성하여 회전설비의 이상 상태를 진단하는 바, 보다 정확한 회전설비의 진단이 가능한 효과가 있다.

Description

로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법
본 발명은 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전소에 마련되는 회전설비를 진단하기 위한 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법에 관한 것이다.
일반적으로 발전소에는 터빈 및 급수펌프 등과 같은 회전설비가 마련된다. 회전설비에는 발전소의 안정운용을 위한 감시시스템이 마련될 수 있다. 감시시스템은 회전설비의 축 진동을 포함한 각종 변수들을 상시 모니터링하며, 이상 발생 시 경보를 발생시키거나 발전을 정지시킨다.
다만, 발전소 운용에 있어서, 발전 정지는 치명적임에 따라 진단기능을 구비한 진단시스템으로 상세진단을 수행하고 있다. 그러나 종래의 진단 시스템에 포함된 진단 기능에서는 주로 진동측정값을 이용하며, 회전설비의 물리적 특성을 고려하지 않는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 모사된 로터시스템의 특성을 활용한 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법은 회전설비를 로터 시스템으로 모사하는 단계 및 상기 로터 시스템에 대한 수학적 모델을 구성하는 단계 및 상기 수학적 모델과, 상기 회전설비의 진동 측정값을 이용하여 상기 회전설비의 상태를 추정하는 단계 및 상기 추정된 값의 변화로부터 상기 회전설비의 이상 상태를 진단하는 단계를 포함한다.
상기 로터 시스템은 로터, 저널 베어링, 및 베어링 하우징을 포함하는 파운데이션으로 모사될 수 있다.
상기 수학적 모델을 구성하는 단계는 상기 로터의 파라미터를 유한요소법을 이용하여 계산하는 단계와, 상기 저널 베어링의 파라미터를 레이놀즈 방정식을 기반으로 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수학적 모델을 구성하는 단계는 상기 저널 베어링 모델의 근사해를 구하는 방법으로 유한 차분법이 사용될 수 있다.
상기 로터 시스템의 파라미터는 질량, 강성, 및 감쇠계수 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 수학적 모델을 구성하는 단계는 상기 회전설비의 승속데이터를 이용하여 상기 회전설비 파운데이션의 파라미터를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 회전설비의 상태를 추정하는 단계는 상기 로터 시스템의 회전축 진동변위 및 상기 베어링 하우징의 진동 가속도 측정값을 기반으로 상기 저널 베어링에 작용하는 외력 및 베어링 동적계수 중 적어도 어느 하나를 추정할 수 있다.
본 발명에 따른 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법은 로터시스템에 대한 수학적 모델을 구성하여 회전설비의 이상 상태를 진단하는 바, 보다 정확한 회전설비의 진단이 가능한 효과가 있다.
이상과 같은 본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법을 나타낸 순서도이고,
도 2은 본 실시예에 따른 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법의 저널베어링 동적계수의 개념도이고,
도 3은 본 실시예에 따른 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법의 유한차분법을 이용한 저널베어링 동적계수 계산 흐름도이고,
도 4는 본 실시예에 따른 로터-베어링-파운데이션 시스템을 나타낸 개념도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면 상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.
도 1은 본 실시예에 따른 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법을 나타낸 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 회전설비 진단방법에서는 회전설비가 로터 시스템으로 모사될 수 있다.
로터 시스템에는 운전 중 다양한 종류의 힘이 인가된다. 이 힘들은 방향에 따라 횡 방향, 축 방향, 및 회전 방향으로 구분할 수 있다. 그리고 시간에 대한 일정한 정적 힘과, 크기와 방향이 변화하는 동적 힘으로 구분할 수 있다.
이때, 동적 힘은 축의 횡 및 축 방향 진동과, 비틀림 진동 등의 원인이 되고 있다. 여기서, 로터 시스템은 동적인 힘이 입력되면 진동을 출력하는 블랙박스와 같은 특성을 지닌다. 이러한 블랙박스와 같은 특성을 면밀히 이해하면 어떠한 힘에 의해 진동이 로터 시스템에 발생하게 되는지, 설비 상태를 파악할 수 있다.
로터 시스템에서 회전축의 진동은 동적강성(Dynamic Stiffness)에 대한 외력의 비를 의미한다. 이는 진동의 크기가 증가하는데 있어서, 두 가지의 원인이 존재함을 의미한다. 두 가지 원인은 먼저 외력의 크기가 증가하는 것이고, 다른 하나는 로터 시스템의 성능이 저하되어 동적가성이 약해지는 것이다. 이에, 진단을 위해서는 시스템에 가해지는 외력과 내부 파라미터, 예컨대 동적강성의 변화를 검출하는 것이 중요하다.
이러한 블랙박스 특성은 로터 시스템에 대한 수학적 모델을 개발함으로써 추정할 수 있다. 여기서, 적합한 수학적 모델은 힘의 변화가 진동에 어떠한 영향을 미치는지 예측할 수 있게 해준다. 이러한 특성은 기기를 진단하는데 있어서도 매우 중요한 요소를 차지한다.
이에, 로터 시스템은 회전설비가 로터, 저널베어링, 베어링하우징을 포함한 파운데이션으로 간략하게 모사될 수 있다. 그리고 로터 시스템에 대한 수학적 모델을 구성할 수 있다.
수학적 모델인 로터-저널베어링-파운데이션 모델에 대해 설명하면 다음과 같다. 대부분의 로터는 직경이 길이에 비해 작기 때문에 먼저 하나 이상의 디스크가 부착되어 회전하는 빔으로 로터 시스템을 모델링한다. 그리고 저널 베어링 모델 및 파운데이션 모델과 결합하는 방법으로 전체 모델을 구성한다. 여기서, 로터 시스템을 구성하는 로터, 저널베어링, 파운데이션의 파라미터는 질량, 강성 및 감쇠계수 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 로터 시스템 모델에 포함된 로터의 파라미터(질량, 강성 및 감쇠계수)는 유한요소법을 이용하여 계산한다. 그리고 로터 거동에 미치는 유체 윤활의 영향을 고려하기 위해 레이놀즈 방정식(Reynolds Equation)을 기반으로 저널베어링 모델을 이용하여 저널베어링의 파라미터(강성 및 감쇠계수)를 구한다. 여기서, 저널베어링 모델의 근사해를 구하는 방법으로는 유한차분법을 사용할 수 있다.
또한, 로터-저널베어링-파운데이션 모델에 포함된 파운데이션 파라미터(질량, 강성 및 감쇠계수)는 회전설비의 승속데이터를 이용하여 구한다. 그리고 이때 초기 외력, 예컨대 오정렬이나 불평형 값을 동시에 추정하여 진단 기준값으로 활용한다.
이와 같이, 로터, 저널베어링, 파운데이션 파라미터를 결정하면, 회전설비 자체의 이상이 없는 한 파라미터는 변하지 않으므로 로터-저널베어링-파운데이션 모델과, 베어링 하우징의 진동 가속도 측정값을 이용하여 외력의 변화를 추정할 수 있다. 그리고 추정된 값과, 초기 외력 추정값을 비교하여 회전설비의 이상 상태를 진단할 수 있다.
또한, 초기 외력과 회전축의 진동변위 측정값을 이용하여 저널 베어링의 파라미터를 구하고 초기 파라미터 값과 비교하여 회전설비의 이상 상태를 진단할 수도 있다.
여기서, 본 발명에 따른 저널베어링 모델을 상세히 설명하면, 저널 베어링의 특성은 보통 정적으로 안정된 상태의 특성과, 동적인 상태의 특성으로 분류된다.
이때, 정적인 특성은 조머펠트 수(Sommerfeld Number), 자세각, 마찰손실 등이 포함된다. 그리고 대표적인 동적특성은 8개의 동적계수(강성 및 감쇠계수)로 알려져 있는데 이러한 특성들은 베어링의 기하학적 형상을 이용하여 계산할 수 있다. 특히, 유막관련 동적계수들은 저널베어링의 주된 특성인데 이 계수들은 로터-베어링 시스템의 종적 거동에 아주 큰 영향을 미친다. 그리고 베어링 유막에 의해 저널베어링에 가해진 구속력을 의미하는 베어링 힘은 저널의 위치와 속도의 함수이고, 다음과 같이 8개의 동적계수와 변위(x, y)를 이용하여 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017009420-appb-M000001
Figure PCTKR2017009420-appb-M000002
여기서,
Figure PCTKR2017009420-appb-I000001
,
Figure PCTKR2017009420-appb-I000002
는 각각 x, y 방향의 베어링 힘이며, 8개의 동적계수의 정의는 다음과 같다.
Figure PCTKR2017009420-appb-M000003
Figure PCTKR2017009420-appb-M000004
한편, 도 2은 본 실시예에 따른 저널베어링 동적계수의 개념도이고, 도 3은 본 실시예에 따른 유한차분법을 이용한 저널베어링 동적계수 계산 흐름도이다. 그리고 도 4는 본 실시예에 따른 로터-베어링-파운데이션 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 저널베어링의 동적계수들은 로터 베어링 시스템의 동적 성능에 지배적이고 동역학 해석에 아주 중요하다. 유한차분법은 프로그래밍과 이해하는 것이 어렵지 않기 때문에 보통 레이놀즈 방정식을 풀기 위해 사용된다. 이때, 도 3은 유한차분법을 이용하여 레이놀즈 방정식과 수학식 1 내지 4로 구성된 저널베어링 모델로부터 저널베어링의 동적계수를 계산하기 위한 흐름도이다.
여기서, 로터-저널베어링-파운데이션 모델을 상세히 설명하면, 도 4는 로터-저널베어링-파운데이션 시스템의 개념을 도식화한 것으로, 로터-저널베어링-파운데이션 시스템의 운동방정식은 아래 수학식 5와 같다.
Figure PCTKR2017009420-appb-M000005
여기서, 수학식 5의 Z는 질량, 감쇠 및 강성값으로 구성된 동적강성 행렬(Dynamic stiffness matrix)이다. 그리고 첨자
Figure PCTKR2017009420-appb-I000003
와
Figure PCTKR2017009420-appb-I000004
는 각각 베어링과 내부 연결점의 자유도를 나타낸다.
Figure PCTKR2017009420-appb-I000005
와
Figure PCTKR2017009420-appb-I000006
,
Figure PCTKR2017009420-appb-I000007
는 파운데이션과 로터, 베어링을 의미한다.
Figure PCTKR2017009420-appb-I000008
은 응답이고,
Figure PCTKR2017009420-appb-I000009
는 불평형으로 인해 작용하는 힘과 오정렬로 인한 힘의 조합이다.
여기서, 측정이 베어링의 위치에서만 수행되는 것으로 하면, 마지막 행을 이용하여
Figure PCTKR2017009420-appb-I000010
를 제거할 수 있고 파운데이션 파라미터는
Figure PCTKR2017009420-appb-I000011
로 단순화할 수 있다.
이에, 수학식 5의 첫 번째 행으로부터
Figure PCTKR2017009420-appb-I000012
이므로 수학식 5는 아래의 수학식 6과 같이 간략히 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017009420-appb-M000006
여기서,
Figure PCTKR2017009420-appb-I000013
이다. 만약 베어링 지지 구조물에서 측정된 값
Figure PCTKR2017009420-appb-I000014
가 있다면, 수학식 6에서
Figure PCTKR2017009420-appb-I000015
를
Figure PCTKR2017009420-appb-I000016
를 이용하여 나타낼 수 있고 수학식 6은 아래의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017009420-appb-M000007
이에, 파운데이션 모델, 즉 수학식 7에서의 미지수는
Figure PCTKR2017009420-appb-I000017
와 힘
Figure PCTKR2017009420-appb-I000018
이고, 이외의 다른 값들은 로터-베어링 모델과 축 변위 및 베어링하우징에서의 진동가속도 측정값을 이용하여 구할 수 있다.
수학식 5 내지 수학식 7에서 불평형으로 인해 작용하는 힘과, 오정렬로 인한 힘의 조합으로 정의한 힘 벡터
Figure PCTKR2017009420-appb-I000019
는 아래 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017009420-appb-M000008
여기서,
Figure PCTKR2017009420-appb-I000020
은 불평형력 벡터이고
Figure PCTKR2017009420-appb-I000021
은 커플링 힘과 모멘트의 벡터로 아래의 수학식 9 및 10과 같이 쓸 수 있다.
Figure PCTKR2017009420-appb-M000009
Figure PCTKR2017009420-appb-M000010
여기서,
Figure PCTKR2017009420-appb-I000022
는 불평형이 존재하는 면을 선택하는 행렬이고,
Figure PCTKR2017009420-appb-I000023
는 로터의 불평형과 관련된 파라미터 벡터,
Figure PCTKR2017009420-appb-I000024
은 커플링 위치를 가리키는 행렬, 그리고
Figure PCTKR2017009420-appb-I000025
은 커플링 절점
Figure PCTKR2017009420-appb-I000026
에서의 수직, 수평방향의 힘과 모멘트로 구성된 벡터이다. 이에, 수학식 8 내지 10을 수학식 7에 대입하면 아래의 수학식 11과 같다.
Figure PCTKR2017009420-appb-M000011
여기서, 미지수인 파운데이션 파라미터
Figure PCTKR2017009420-appb-I000027
의 질량, 강성 및 감쇠계수를 모두 포함하는 벡터를
Figure PCTKR2017009420-appb-I000028
로 하고, 각 주파수에서 측정된 응답으로 구성된 응답벡터를
Figure PCTKR2017009420-appb-I000029
라고 하면
Figure PCTKR2017009420-appb-I000030
가 되고 회전속도
Figure PCTKR2017009420-appb-I000031
에 대해 수학식 11을 다시 쓰면 아래 수학식 12가 된다.
Figure PCTKR2017009420-appb-M000012
여기서,
Figure PCTKR2017009420-appb-I000032
과
Figure PCTKR2017009420-appb-I000033
는 식의 항들을 간략화한 것이며, 수학식 12는 각 주파수 성분의 함수이다. 상기 수학식 12와 승속 구간에서 측정한 진동데이터를 이용하면
Figure PCTKR2017009420-appb-I000034
을 구할 수 있다. 그리고 이 값들로부터 파운데이션 파라미터와 초기 외력을 추정할 수 있다. 파운데이션 파라미터와 초기 외력이 결정되면, 이어 회전설비가 운전될 때 측정한 진동데이터를 이용하여 불평형과 오정렬 등의 외력의 변화를 실시간으로 추정할 수 있다. 또한 외력의 변화가 없다면 베어링에 작용하는 힘과 베이링 동적계수의 변화를 실시간으로 추정하여 베어링의 성능 변화를 진단할 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법은 로터시스템에 대한 수학적 모델을 구성하여 회전설비의 이상 상태를 진단하는 바, 보다 정확한 회전설비의 진단이 가능한 효과가 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (7)

  1. 회전설비를 로터 시스템으로 모사하는 단계;
    상기 로터 시스템에 대한 수학적 모델을 구성하는 단계;
    상기 수학적 모델과, 상기 회전설비의 진동 측정값을 이용하여 상기 회전설비의 상태를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 값의 변화로부터 상기 회전설비의 이상 상태를 진단하는 단계를 포함하는 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 로터 시스템은,
    로터, 저널 베어링, 및 베어링 하우징을 포함하는 파운데이션으로 모사되는 것을 특징으로 하는 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 수학적 모델을 구성하는 단계는,
    상기 로터의 파라미터를 유한요소법을 이용하여 계산하는 단계와,
    상기 저널 베어링의 파라미터를 레이놀즈 방정식을 기반으로 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 수학적 모델을 구성하는 단계는,
    상기 저널 베어링 모델의 근사해를 구하는 방법으로 유한 차분법이 사용되는 것을 특징으로 하는 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 로터 시스템의 파라미터는,
    질량, 강성, 및 감쇠계수 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 수학적 모델을 구성하는 단계는,
    상기 회전설비의 승속데이터를 이용하여 상기 회전설비 파운데이션의 파라미터를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법.
  7. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 회전설비의 상태를 추정하는 단계는,
    상기 로터 시스템의 회전축 진동변위 및 상기 베어링 하우징의 진동 가속도 측정값을 기반으로 상기 저널 베어링에 작용하는 외력 및 베어링 동적계수 중 적어도 어느 하나를 추정하는 것을 특징으로 하는 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법.
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