레이저 정렬을 사용하여 수직 샤프트 수직을 달성하는 방법

전통적으로 수직 수력 터빈/발전기 샤프트의 수직 측정에는 샤프트의 길이를 따라 일련의 와이어를 묶고 와이어 끝에 추를 부착한 다음 전자 마이크로미터를 사용하여 와이어에서 샤프트까지의 공간을 측정하는 것이 포함되었습니다. . 이 방법은 저렴하고 수년 동안 사용되어 왔지만 정확한 분해능을 얻으려면 샤프트의 긴 길이에 접근해야 했습니다. 또한 측정에는 샤프트의 다양한 높이에서 와이어와 샤프트 사이의 거리를 물리적으로 측정하는 것이 포함되므로 측정에 필요한 시간과 인력이 늘어납니다.

Ludeca Inc.는 시간 소모적인 와이어 방식을 대체하는 레이저 기반 시스템에 대한 경험을 제시합니다. 이제 와이어 측정 방법을 사용하는 경우보다 훨씬 짧은 시간에 측정을 수행할 수 있습니다. PERMAPLUMB로 알려진 Ludeca의 측정 시스템은 자동 조정 기계식 미러를 사용하며 항상 접지에 수직으로 연결되어 클래스 1 레이저 빔을 감지기로 반사합니다. 샤프트를 따라 14인치의 축 공간만 있으면 됩니다. 거울과 변환기는 터빈 샤프트에 자석을 사용하는 브래킷으로 부착됩니다. 단일 270도 샤프트 회전에서 시스템은 각도와 수정 움직임을 계산 및 표시하고 데이터의 통계적 품질 측정을 제공합니다. "이동" 기능을 사용하면 수정 작업을 모니터링할 수 있습니다. 해상도는 피트당 0.00002인치보다 좋으며 NEMA에서 요구하는 것보다 더 정확합니다. 시스템이 진동에 둔감하기 때문에 인접한 터빈도 계속 작동할 수 있습니다.

소개
수직도는 회전하는 중심선과 중력의 관계입니다. 중심선의 수직으로 생각할 수 있습니다. 실제로, 수직 수력 샤프트 측정에서 측정되는 것은 실제로 "비배관성"입니다. 정량화된 요소는 그림과 같이 완벽하게 수직인 것과의 차이이기 때문입니다.

그림 1. 수직선에 대한 회전축 중심선

수직은 각도로 표현됩니다. 각도가 작기 때문에 각도 기울기 또는 변화율이 도 또는 라디안보다 더 적절한 표현 형태입니다. 수직 하이드로 샤프트와 관련하여 이 매개변수의 가장 일반적인 표현 단위는 피트당 인치의 천분의 일 또는 인치당 인치의 천분의 일입니다. 수직도는 두 평면에서 측정됩니다. 샤프트를 내려다보고 있는 경우 두 측정 평면은 0~180도 평면과 90~270도 평면이 됩니다.

수직 하이드로 샤프트 애플리케이션에서 수직을 달성하는 것은 적절한 작동에 필수적입니다. 정밀한 배관은 베어링 온도를 낮추고 샤프트 움직임을 줄이며 진동을 줄이며 효율성을 향상시킵니다. 일정 관리 측면에서 최소 시간에 정확하게 달성하는 것은 비용을 절약하는 데 필수적입니다.

수직성 측정
수직을 측정하는 데는 팽팽한 와이어, 레이저 및 광학 장치의 사용을 포함하여 다양한 방법이 있습니다. 타이트 와이어는 가장 일반적으로 사용되는 방법이자 가장 저렴한 방법입니다.

4개의 단단한 와이어가 수직 수력 샤프트의 길이를 따라 수직으로 묶여 있습니다. 일반적으로 직경이 0.020~0.030인치인 비자성 스테인리스강 종류가 사용됩니다. 마이크로미터에서 필요한 최소 범위를 보장하기 위해 와이어는 샤프트에서 대략 같은 거리에 배치됩니다. 각 와이어는 하이드로 샤프트 주위에서 서로 90도 간격으로 이격되어 있습니다. 20~30파운드의 지느러미가 있는 추를 각 와이어 끝에 매달아 오일 배스에 ​​담가 와이어의 움직임과 진동을 줄이는 데 도움을 줍니다.

전기 마이크로미터는 수력 샤프트와 와이어 사이의 거리를 측정합니다. 와이어와 하이드로 샤프트는 마이크로미터가 접촉할 때 전기 회로를 완성하는 방식으로 서로 전기적으로 연결됩니다. 이것은 차례로 사용자가 마이크로미터 전진을 멈출 때를 알려주는 전자 청각 신호음을 활성화합니다. 그림 2와 같이 팽팽한 와이어와 수력 갱도 사이의 상대 위치를 설정하기 위해 갱도를 따라 한 지점에서 판독값을 취합니다.

그림 2. 타이트 와이어 배관도 측정 개념

타이트 와이어 방식은 비용이 저렴하고 설정이 다소 직관적이라는 점에서 탁월합니다. 그러나 측정 과정에서 발생하는 오차를 줄이기 위해서는 '세부 사항에 대한 주의'가 무엇보다 중요한 측정입니다.

측정 과정에서 진동이 거의 없는지 확인하는 것이 중요합니다. 측정 중 타이트 와이어가 방해를 받으면 판독값의 정확도가 왜곡됩니다. 어떤 경우에는 측정 프로세스가 수행되는 동안 인접한 수력 장치가 계속 작동합니다. 측정 프로세스를 위해 장치를 강제로 폐쇄할 경우 해당 터빈의 작동으로 인한 수익 손실이 발생합니다. 또한 측정 부근에서 다른 프로젝트를 수행할 때, 특히 수리 또는 정밀 검사 중에 와이어가 물리적으로 방해를 받을 가능성이 높아집니다.

기술자는 측정이 일관되고 정확하게 수행되도록 주의해야 합니다. 측정되는 표면은 고품질이며 샤프트 또는 커플링의 동심도를 나타내는 것으로 가정합니다. 샤프트의 진원도, 구덩이, 녹 또는 때가 판독 정확도에 영향을 줄 수 있습니다. 마이크로미터 판독값의 변화는 마이크로미터가 타이트 와이어에 닿기 위해 전진하는 것을 멈추는 시점에 따라 사람마다 다를 수 있습니다.

더 긴 축 길이를 측정할 때 촘촘한 와이어 판독값의 정확도가 높아집니다. 이것은 가능한 한 가장 긴 거리까지 팽팽한 와이어를 묶는 것이 바람직함을 의미합니다. 이것은 또한 샤프트의 더 많은 부분이 측정 절차에 사용된다는 것을 의미합니다. 결과적으로 마이크로미터 작업자는 샤프트 길이 위아래로 측정 지점까지 더 먼 거리를 이동해야 하며, 그렇지 않으면 추가 작업자를 고용해야 합니다. 판독이 완료되면 운영자 또는 데이터 평가 담당자가 데이터를 정확하게 기록해야 합니다.

촘촘한 와이어 측정에는 측정 프로세스에서 엄격하게 오류를 유발할 수 있고 측정을 수행하는 데 필요한 시간과 공간의 양을 연장할 수 있는 많은 요인이 있음이 분명합니다. 생산성 향상을 위해서는 측정 과정에서 인적 요소를 줄이고 샤프트에서 측정해야 하는 면적을 줄이고 측정을 수행하고 수정하는 데 필요한 시간을 줄이는 것이 필요합니다.

레이저 기반 배관도 측정 방법
PERMAPLUMB 시스템은 레이저 기반의 수직 측정 도구입니다. 데이터 수집을 위해 레이저와 컴퓨터를 사용하여 측정 프로세스에서 인적 요소를 제거함으로써 타이트 와이어 방식의 많은 한계를 우회합니다. 이는 측정 정확도가 사용자에 의존하지 않는지 확인하는 데 도움이 됩니다. 또한 PERMAPLUMB 시스템은 타이트와이어/마이크로미터 방식으로 얻을 수 있는 것보다 훨씬 더 나은 측정 분해능을 제공합니다. 시스템은 또한 쉽게 설정하고 필요에 따라 신속하게 정렬 판독값을 제공하여 측정 프로세스에 할애되는 시간을 줄여줍니다.

이 시스템은 그림 3과 같이 길이가 14인치에 불과한 소형 자석 브래킷에 장착된 레이저와 거울로 구성되어 있습니다.

그림 3. PERMAPLUMB 및 14인치 브래킷

레이저 변환기는 그림 4와 같이 브래킷에 장착됩니다.

그림 4. Permaplumb 브래킷에 장착된 레이저 변환기

레이저 변환기 내부에 있는 1미크론 분해능 검출기로 다시 브래킷 바닥에 있는 자체 수평 조절 거울에서 빔이 반사됩니다. 거울의 2축 피벗 포인트는 그림 5와 같이 거울의 표면이 항상 수평선에 상대적으로 수직을 유지하도록 합니다.

그림 5. 자체 조정 거울 어셈블리

수직축은 통합된 마그네틱 피트를 사용하여 시스템을 수직 축에 간단히 부착하고 축을 그림 6과 같이 90도 떨어진 4개의 위치로 회전시켜 측정합니다. 90도 위치. 마지막 측정이 수행된 후 배관 결과는 컴퓨터를 통해 표시될 수 있습니다. 수직을 수정하는 것은 일반적으로 스러스트 베어링을 축 방향으로 이동(shimming)하거나 스러스트 베어링을 병진(수평으로 이동)하는 두 가지 방법 중 하나로 수행됩니다. PERMAPLUMB는 이 두 가지 접근 방식 중 하나(또는 둘 다)에 대한 수정 사항을 실시간으로 모니터링할 수 있는 수정 값과 라이브 "이동" 기능을 제공합니다.

그림 6. PERMAPLUMB를 Hydro Shaft에 부착

수력축 수직 정렬에 PERMAPLUMB 사용
PERMAPLUMB 시스템은 수직 샤프트 수직 측정이 필요한 절차에 쉽게 통합될 수 있습니다. 샤프트가 회전하기 때문에 회전하는 동안 장애물이나 간섭이 없도록 하는 요소를 고려해야 합니다. 여기에는 샤프트가 마찰 없이 회전할 수 있도록 조정 가능한 베어링 슈를 뒤로 빼는 작업이 포함됩니다.

표준 검사 및 안전 절차는 항상 측정 프로세스 전에 수행해야 합니다. 이러한 점검에는 샤프트에 "도그 레그" 또는 런아웃이 없는지 확인하는 것이 포함됩니다. 다이얼 표시기 또는 근접 프로브는 샤프트를 따라 다양한 위치에 장착되어 이러한 문제가 존재하는지 그리고 수직 측정 및 수정 이전 및/또는 이후에 해결해야 하는지 여부를 신속하게 결정할 수 있습니다. 근접 프로브는 높은 정확도를 달성하고 다이얼 표시기보다 샤프트 표면 마감 부정확도에 덜 민감합니다. 샤프트를 한 바퀴 돌리면 데이터를 수집할 수 있으므로 "도그 레그" 및 런아웃 문제를 수정하고 감지하는 프로세스를 가속화할 수 있습니다.

스러스트 베어링의 모든 패드의 동일한 하중이 보장되어야 합니다. 사용 중인 스러스트 베어링의 유형에 따라 다양한 절차가 있습니다. 방법은 "슬러지 아크" 방법에서 로드 셀을 조정 가능한 신발에 통합하는 보다 발전되고 시간을 절약하는 방법에 이르기까지 다양합니다. 대부분의 경우 샤프트 배관과 하중 균등화는 수정 사이에 함께 진행됩니다.

측정은 PERMAPLUMB 시스템을 수력갱의 길이를 따라 임의의 영역에 장착하는 것으로 시작됩니다. 접근하기 가장 쉬운 영역은 일반적으로 그림 7과 같이 터빈 위의 데크입니다.

그림 7. 하이드로 샤프트에 설치된 PERMAPLUMB 시스템

그런 다음 시스템이 노트북 컴퓨터와 전원 공급 장치에 연결됩니다.

치수와 매개변수는 WinPLUMB 소프트웨어 패키지에 입력됩니다. 이러한 치수에는 그림 8과 같이 스러스트 베어링을 수정하기 위한 스러스트 베어링 데이터, 상부 및 하부 가이드 베어링에서 샤프트 위치를 모니터링하기 위한 변환 데이터, 샤프트가 공차까지 배관되는 시점을 결정하는 데 도움이 되는 공차가 포함됩니다.

그림 8. WinPLUMB 소프트웨어에 치수, 공차 및 목표 입력

치수를 입력했으면 측정할 차례입니다. 이것은 고압 윤활 시스템을 켜고 샤프트에 장착된 PERMAPLUMB 시스템을 지정된 "0"도 위치로 회전시키는 것으로 시작됩니다. 그런 다음 고압 윤활 시스템이 비활성화되어 샤프트가 안정화됩니다. 여기가 첫 번째 측정 지점이 찍힐 곳입니다. 그런 다음 고압 윤활 시스템이 다시 활성화되고 샤프트 회전 270도에 걸쳐 다음 세 지점에 대해 프로세스가 반복됩니다.

달성된 결과(그림 9 참조)는 인치당 밀로 수직 결과를 표시합니다. 피트당 0.25mils의 NEMA 허용오차(인치당 0.0208mil로)가 허용오차 기능에 입력되어 시스템이 허용오차 달성 여부를 표시할 수 있습니다. 측정 분해능은 피트당 0.00002인치 이상으로 NEMA에서 요구하는 허용 오차보다 훨씬 우수합니다.

그림 9. 결과 화면

스러스트 베어링 패드에 수정이 필요한 경우 PERMAPLUMB는 그림 10과 같이 허용 오차를 달성하기 위해 각 패드를 위(또는 아래)로 움직여야 하는 양을 제공합니다. 소프트웨어의 특수 기능은 "패드 위/아래"도 허용합니다. 샤프트 높이를 변경하지 않고 수직을 달성하기 위해 패드 높이를 더하거나 빼는 데 최적화된 수정을 제공합니다.

그림 10. 각 신발에 대한 스러스트 베어링 수정

패드의 수정이 수행되고 축이 수직을 확인하기 위해 재측정됩니다. 필요한 경우 전체 프로세스를 "라이브"로 측정할 수 있습니다. 특별한 "라이브 무브" 모드는 그림 11과 같이 수정이 진행됨에 따라 수력 샤프트의 수직 상태를 지속적으로 업데이트하기 위해 활성화됩니다. 이는 실제 수직 값을 업데이트할 뿐만 아니라 예측된 스러스트 베어링 패드 수정뿐만 아니라 지속적으로 업데이트합니다. 상부 및 하부 가이드 베어링에서 샤프트 위치 변경. Plumbness는 스러스트 베어링 자체를 변환해야 하는 상황에 대해 지속적으로 모니터링할 수 있습니다.

"라이브 이동" 모드는 이동 중에 간섭 없이 수정이 이루어지도록 하는 데 특히 유용합니다. 샤프트가 가이드 베어링과 접촉하거나 재배치 중에 방해를 받으면 이 모드에서 분명해집니다.

그림 11. '라이브 무브' 모드

측정 과정에서 측정 정확도를 보장하는 것은 매우 중요합니다. 수집된 데이터는 수정을 수행하고 결과를 확인하는 데 의존해야 합니다. 데이터 수집 과정에서 측정 포인트당 초당 32회 판독 샘플을 수집할 수 있습니다. 사용자는 측정 포인트당 데이터를 수집할 시간(초)을 최대 204초까지 선택할 수 있습니다. 이는 측정 중에 진동이 문제가 될 수 있는 경우에 매우 유용합니다. 이는 일반적으로 측정 프로세스 중에 인접한 터빈이 작동하는 경우입니다.

"표준 편차" 디스플레이는 선택한 측정 기간이 진동 문제를 극복하기 위해 안정적인 데이터를 생성하도록 합니다. 이는 측정 시간을 가능한 한 최소화하면서 안정적인 측정을 생성하기 위해 데이터 수집에 필요한 최적의 시간을 찾는 데 유용합니다.

4점 회전을 통해 측정 정확도도 보장됩니다. "원형 완성"으로 알려진 특수 기능은 하이드로 샤프트가 간섭 없이 축을 중심으로 회전하도록 합니다. 이는 4개 지점의 판독값이 0도 및 180도 판독값의 합이 90도 및 270도 판독값의 합과 같아야 한다는 방정식을 따르도록 합니다. 측정 중에 해당 방정식을 위반하면 이 위반이 발생한 정도를 나타내는 순환 완료 오류가 발생합니다. 원시 검출기 데이터의 0.2 이하 값은 좋은 판독값으로 간주됩니다. 이 기능은 측정 중 샤프트 간섭 문제가 발생했는지 여부를 나타냅니다.

측정의 반복성은 표준 측정 프로세스로 필수적입니다. PERMAPLUMB는 이전 측정값을 현재 측정값과 비교할 수 있도록 하는 반복성 기능을 제공합니다. 반복 가능한 측정은 "당신이 보는 것이 실제로 무엇인지"를 보장합니다.

PERMAPLUMB를 사용한 반복성 검사는 샤프트 강성을 확인하는 데에도 사용할 수 있습니다. 완벽하게 단단한 샤프트는 시스템이 하이드로 샤프트에 장착된 위치에 관계없이 PERMAPLUMB와 동일한 수직도 판독값을 생성합니다. 솔리드 커플링으로 연결된 두 축 사이의 강성을 검사할 수 있습니다.

다음으로 이것이 수행되는 방법을 설명합니다. 반복성을 설정하기 위해 연결 아래에서 수직도를 최소 두 번 측정합니다. 그런 다음 커플링 위의 수직도를 측정하고 반복성을 보장하기 위해 다시 두 번 측정합니다. 그런 다음 커플링 위와 아래에서 측정한 결과를 비교하여 강성을 확립합니다. 인치당 0.004mils보다 큰 결과의 차이는 강성 부족으로 간주됩니다.

결론
높은 정확도로 최단 시간에 배관 측정을 수행할 수 있는 능력은 개선된 시간 절약으로 단기적으로, 그리고 개선된 서비스 수명 및 효율성으로 장기적으로 이점이 있습니다. 빠른 설정, 신뢰성, 진동 내성, 정확성 및 시간 절약은 모두 PERMAPLUMB 시스템을 배관 측정에 이상적이게 만드는 요소입니다.

저자 소개
Daus Studenberg는 플로리다주 마이애미에 있는 Ludeca Inc.의 애플리케이션 엔지니어입니다. 플로리다 대학교에서 기계 공학 학사 학위를 받았습니다. Ludeca에서 그의 책임에는 현장 서비스, 기술 지원, 교육 및 제품 개발이 포함됩니다. 이 기사에 대한 질문은 [email protected]으로 보내주십시오.

PERMAPLUMB 시스템에 대한 자세한 내용은 다음에서 확인할 수 있습니다.

http://www.ludeca.com/prod_permaplumb.php

http://www.ludeca.com/prod_winplumb.php