[논문]공기 압축기와 암모니아 냉동기의 진동 측정 및 분석

장용석; 정재환; 정한얼; 최병근

공기 압축기와 암모니아 냉동기의 진동 측정 및 분석
Vibration Measurement and Analysis of Air compressor and Ammonia Refrigerator 원문보기

장용석 (국립 경상대학교 대학원 정밀기계공학과) , 정재환 (국립 경상대학교 대학원 정밀기계공학과) , 정한얼 (국립 경상대학교 대학원 정밀기계공학과) , 최병근 (국립 경상대학교 기계항공공학부)

The necessity of diagnosis of the rotating machinery which is widely used in the industry is increasing. Because vibration diagnosis can avoid sudden breakdown of machine and reduce the maintenance costs. In chemical factory, Air-compressor and refrigerator which can affect the performance and capacity of output is important machine. Therefore, in this paper, the vibration of reassembled air-compressor and refrigerator after explosion is measured for checking the machine condition. The result of diagnosis and solution is discussed in this paper.

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문제 정의

본 논문에서는 노후에 의한 베어링 하우징의 파손 경험을 가지고 있는 공기 압축기와 암모니아 냉동기의 현 상태를 파악하기 위하여 진동을 분석하여 보았다. 측정된 데이터를 이용하여 정밀 분석한 결과를 ISO 10816-3에 적용하면, 두 설비 모두 B영역 이내에서 진동값이 나타나고 있으므로 진동상태는 모두 양호한 것으로 확인 할수 있었다.

제안 방법

공기 압축기 및 암모니아 냉동기의 진동측정 위치는 Fig. 1과 Fig. 2에서 같이 압축기 및 냉동기의 각각에 대하여 전동기, 기어상자, HP와 LP의 각 베어링에 대한 구동단(DE) 및 반구동단(NDE)의 수직방향(V), 수평방향(H)과 축방향(A)에 대해서 진동을 측정하였다. 공기 압축기의 경우9 point에서 9 point × 3 direction = 27 개이고, 암모니아 냉동기의 경우 총 측정 위치는 10 point이며, 총 측정데이터는 10 point × 3 direction = 30 개의 데이터가 Recorder에 저장되었다.
따라서 본 논문에서는 회전기계의 문제점을 미리 파악하지 못하고 구동중 문제가 발생하여 수리 후 다시 사용하고 있는 화학공장의 공기 압축기(A-GB101 Air-Compressor)와 암모니아 냉동기(A-GC501 Refrigerator)의 진동을 측정하고 ISO 10816-3 규격과 비교하여 기계의 상태를 분석하였다.

대상 데이터

그 적용 범위는 국제 규격에서 제공되는 ISO 10816-3을 적용, 15kW 이상의 출력과 120rpm 과 15,000rpm 사이의 운전속도를 가지는 기계 장치에 적용된다. 그리고 설계, 형태 또는 베어링과 지지구조의 차이 점과 기계 형태 및 정격 출력 또는 축 높이에 따른 여러 기준에 의한 분류를 통해서 확인하면 측정대상은 멀티 베인을 가지는 펌프와 동일한 구조를 가지며 구동부가 전동기와 분리되어 있고, 전동기의 출력이 5MW인 ISO 10816-3의 그룹 3에 포함 될 수 있다. 공기 압축기와 암모니아 냉동기는 유연지지 타입이므로 Table 4에서와 같이 각 영역의 경계 값 기준으로 적용하였다.

이론/모형

측정대상인 공기 압축기와 냉동기는 현장 환경에 의하여 축진동 측정이 불가능하였으므로 비회전부분 베어링의 측정에 의한 기계진동의 평가(ISO 10816-3) 기준을 적용하였다. 그 적용 범위는 국제 규격에서 제공되는 ISO 10816-3을 적용, 15kW 이상의 출력과 120rpm 과 15,000rpm 사이의 운전속도를 가지는 기계 장치에 적용된다.

성능/효과

42mm/s 이고 조화성분이 발생한다. 그러나 ISO 10816 -3에 따라 B/C 영역의 경계 기준이 7.1mm/s이므로 최대값 역시 B영역 이내에 존재하는 것으로 확인할 수 있었다. 그러므로 공기압축기 및 암모니아 냉동기의 진동은 양호한 상태로 판단이 된다.
본 논문에서는 노후에 의한 베어링 하우징의 파손 경험을 가지고 있는 공기 압축기와 암모니아 냉동기의 현 상태를 파악하기 위하여 진동을 분석하여 보았다. 측정된 데이터를 이용하여 정밀 분석한 결과를 ISO 10816-3에 적용하면, 두 설비 모두 B영역 이내에서 진동값이 나타나고 있으므로 진동상태는 모두 양호한 것으로 확인 할수 있었다. 그러나 공기압축기와 암모니아 냉동기에서 조화성분(1X, 2X, 3X)과 분수조화공진현상(1/2X, 1/3X 등)이 발생 하였다.
3과 같이 Compressor의 조화가진 주파수인 1X, 2X 및 3X 성분이 발생하였다. 특히 진동값 1X 성분이 매우 높게 나타났으며, 전동기의 조화가진 주파수 역시 발생 하였지만 진동 값은 낮게 나타났다.

후속연구

5Hz)와 2/3X(131Hz)의 분수조화공진현상이 발생하고 있 으며, 진동값 또한 높게 나타났다. 1/3X와 2/3X는 Mechanical seal과 접촉(Rubbing)에 의하여 발생되는 것으로 사료되며 추후 Overall 기간에 점검이 필요하다. 또한 RBPF 및 측대역파가 발생하는 것으로 추정이 되지만 전동기의 봉 수를 알지 못하므로 추후 확인이 필요하다고 사료된다.
1/3X와 2/3X는 Mechanical seal과 접촉(Rubbing)에 의하여 발생되는 것으로 사료되며 추후 Overall 기간에 점검이 필요하다. 또한 RBPF 및 측대역파가 발생하는 것으로 추정이 되지만 전동기의 봉 수를 알지 못하므로 추후 확인이 필요하다고 사료된다.

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