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Engineering/Pumps

회전동역학 펌프의 진동 평가 (ISO 10816-7:2009)

by 유일민 2021. 7. 21.
ISO 10816-7:2009
Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts — Part 7: Rotodynamic pumps for industrial applications, including measurements on rotating shafts

 

ISO 10816은 비 회전부의 측정에 의한 기계의 진동을 평가하는 지침을 제시하는 가장 대표적인 진동평가 규격
으로 현재 대부분의 규격들이 ISO 20816으로 개정되었거나 개정진행중이며, ISO 10816-7은 펌프의 Bearing Housing 에서 측정된 진동을 RMS 단위로 평가하는데 이용한다.

  • ISO 10816-1 : General Machines (폐지 및 ISO 20816-1:2016으로 개정)
  • ISO 10816-2 : Steam Turbine and Generators (폐지 및 ISO 20816-2:2017으로 개정)
  • ISO 10816-3 : Critical Machines (ISO 20816-3으로 개정 진행중)
  • ISO 10816-4 : Gas Turbines (폐지 및 ISO 20816-4:2018으로 개정)
  • ISO 10816-5 : Hydro Turbine (폐지 및 ISO 20816-5:2018으로 개정)
  • ISO 10816-6 : Reciprocating Machinery
  • ISO 10816-7 : Rotodynamic Pumps (2009년 제정)
  • ISO 10816-8 : Reciprocating Compressors (폐지 및 ISO 20816-8:2018으로 개정)

 

기술표준 개정동향

 

규격의 내용

이 표준은 정격 출력 1kW 이상의 산업용 회전동역학 펌프(Rotodynamic Pump)의 진동 평가를 위한 설명을 제공한다. 진동 측정이 비회전부(베어링 하우징 진동)에서 이루어 졌을 때 진동 평가를 위한 특별한 요구사항을 정의한다. 현장에서 그리고 제작자 시험 설비나 플랜트에서의 승인시험(Acceptance Test)에서 회전동역학 펌프의 베어링 하우징에서 측정된 진동 심각도(Severity) 평가에 대한 구체적 지침을 제공한다. 이 표준은 회전축의 상대적인 축 진동을 평가하는 일반적 정보와 지침도 제공한다.

표준은 지지 유연성과 무관하게 수평 펌프와 수직 펌프의 진동에 대한 영역과 한계를 명시한다. 일반적 평가 기준은 회전동력학 펌프의 운전 감시와 현장 승인시험, 또는 명시되어 있다면 제조자 시험 설비에서의 승인시험에 대해 유효하다. 제조자 시험 설비에서의 승인시험에 대해서는 특별한 조건들이 주어진다.

전기모터와 연결된 펌프 (임펠러가 모터축에 직접적으로 설치되거나 임펠러 축이 모터축과 견고하게 연결)의 경우에, 이 표준은 연결된 전체 유닛에 적용한다. 모터가 유연하게 연결된 경우에 이 표준은 펌프에만 적용할 수 있다. 또한, 별도로 설치되는 구동기에 대해서는 이 표준의 적용범위에 해당되지 않는다.

다음 형태의 펌프는 이 표준에서 제외된다.

  • 왕복동식 및 회전식 용적형 펌프
  • 왕복동 기관 구동 펌프
  • 1MW를 초과하는 수력발전 및 펌프 플랜트에 있는 펌프 (ISO 7919-5 및 ISO 20816-5 참조)
  • 고형물 취급 펌프, Slurry 펌프 및 수중펌프

측정기기는 ISO 10816-1(20816-1)에 설정된 요구사항을 따라야 한다. 측정 기기는 최소한 10Hz에서 1,000Hz의 넓은 주파수 범위에서 r.m.s 진동 속도를 측정할 수 있어야 한다.

운전 속도가 600rpm 이하인 펌프에 대해서는, 측정기기의 하한 주파수 한계는 운전 속도에서 진동 성분 주파수가 충분히 측정 주파수 범위 이내에 있도록 통상 2Hz이어야 한다. 더불어, 측정기기는 r.m.s 진동속도(mm/s)Peak-Peak 변위(μm)를 모두 측정할 수 있어야 한다.

저 주파수 범위에서 광대역 Peak-Peak 변위는 유체 유동으로 인한 불규칙적이고 충격적인 가진력에 의해 큰 영향을 받을 수 있기 때문에 때때로 정상 값보다 높게 나타날 수 있는데, 주파수 필터링을 통해 분석되고 설명되는 것이 좋다. 이에 따라 펌프의 질을 평가하기 위해서는 운전 속도의 0.5배, 1배 및 2배에서 1Hz 또는 그보다 작은 밴드 폭으로 필터링 된 값의 Peak-Peak 변위를 측정하는 것이 추천된다.

 

측정 기기는 다음과 같은 요소들에 의해서 영향을 받지 않도록 주의하여야 한다.

  • 온도변화
  • 자기장
  • 음장
  • 동력원 변화
  • 접지 루프
  • 변환기 케이블 길이
  • 변환기 방향

회전 동역학 펌프의 비회전부 진동은 펌프의 Bearing Housing에서 측정하여야 한다.

측정 위치와 변환기 방향은 충분한 감도로 펌프의 동적 힘을 나타낼 수 있도록 하여야 한다. 이러한 위치는 통상적으로 베어링의 중심선에 근접한 곳이다.

수평 축을 갖는 펌프에 대해서는 보통 수평과 수직 방향이 선호되며, 가능하다면 축 방향도 측정한다.

 

회전동역학 펌프에 대한 허용운전범위와 선호되는 운전범위 (일반적으로 BEP의 70%에서 120%까지)는 펌프 사용자 시방서에 따라 펌프 제작자에 의해 표시되어야 한다. 허용운전범위 밖에서는 더 높은 진동이 발생할 수 있다. 이는 회전동역학 펌프의 부분 부하와 과부하 운전 중에 더 높은 동역학적 힘에 의한 결과이다. 이 값들은 단기적으로 운전가능하나, 연속 운전에서는 손상 또는 조기 마모가 발생할 수 있다.

만약 측정된 진동이 허용기준 보다 크고 과도한 배경 진동이 의심된다면, 외부 영향의 정도를 결정하기 위하여 펌프 작동을 끈 상태로 측정하는 것이 좋다. 만약 펌프가 작동하지 않는 상태에서의 진동이 측정된 값의 25%를 초과하면, 배경 진동의 영향을 줄이기 위한 수정 조치가 필요할 수 있다.

평가영역

  • 이 표준에서는 펌프를 다음과 같이 두 개의 범주로 구분한다.
Category I : 높은 수준의 신뢰성, 유용성 또는 안전이 요구되는 펌프 (예를 들면, 독성 또는 위험한 액체용 펌프, 중대한 용도, 기름과 가스, 특별한 화학물, 원자핵 또는 전력 플랜트용 펌프)
Category II : 일반 또는 덜 중대한 용도의 펌프 (예를 들면, 위험하지 않는 액체용 펌프)
600rmp 이상의 수직으로 매달린 펌프 [ISO 13709(API610)에 따른 펌프 형식 VS1에서 VS7까지]는 통상적으로 Category II에 속한다.

 

  • 평가영역
영역 A : 신규로 설치된 기계의 진동은 보통 이 영역에 속한다.
영역 B : 이 영역에 속하는 진동을 보이는 기계는 통상 제한없이 장기간 운전이 허용되는 것으로 간주한다.
영역 C : 이 영역에 속하는 진동을 보이는 기계는 통상 제한없이 장기간 연속 운전은 적절하지 않은 것으로 간주한다. 일반적으로 보수 보치를 취할 적당한 기회가 생길 때까지는 이러한 상태에서 기계를 제한된 기간동안 운전해도 무방하다.
영역 D : 이 영역에 속하는 진동값은 통상적으로 기계에 손상을 일으킬 정도로 충분히 심각한 것으로 간주한다.

 

운전한계

경보(ALARM) : 설정된 값의 진동에 도달하거나 보수 조치가 필요할 수 있는 현저한 변화가 발생하였음을 알리는 경고를 제공. 일반적으로 경보 상황이 발생하면, 진동 변화애 대한 이유 규명 및 해당 보수조치의 결정을 위한 조사가 진행되는 기간 동안 운전을 계속 할 수 있다.
비상정지 (TRIP) : 더 이상의 운전은 기계에 손상을 일으킬 수 있는 진동 크기를 명시한 것. 비상 정지 한계를 초과하면 진동을 줄이기 위해서 즉각적인 조치를 취하거나 기계를 정지시켜야 한다.

 

ALARM, TRIP Limit 설정

  • ALARM Limit은 운전상태에 따른 진동 평균값을 기준으로 기기별로 다르게 설정가능하다.
  • ALARM Limit은 영역 B 상한의 25% 까지 기준선보다 높게 설정하는 것을 추천한다. 진동 평균값이 낮은 경우 ALARM은 영역 C 이하여도 된다.
  • ALARM Limit은 통상적으로 영역 B 상한의 1.25배를 초과하지 않을 것을 권고한다.
  • 일반적으로 TRIP Limit은 영역 C 또는 영역 D 내에 존재하지만, TRIP Limit은 영역 C 상한의 1.25배를 초과하지 않을 것을 권고한다.
  • 만약 정상상태의 Overhaul 등으로 진동 평균값이 변화될 경우, ALARM 기준값은 Annex C에 따라 수정되어야 한다.

 

비회전부 진동에 대한 평가 영역 한계

 

타 기술표준의 진동 기준

ISO 13709:2009

Centrifugal pumps for petroleum, petrochemical and natural gas industries

 

API standard 610:2009 (includes Errata 1 dated July 2011)

Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries

 

ISO 9905:1994

Technical specifications for centrifugal pumps — Class I

THIS STANDARD WAS LAST REVIEWED AND CONFIRMED IN 2017.

THEREFORE THIS VERSION REMAINS CURRENT.

 

ISO 9908:1993

Technical specifications for centrifugal pumps — Class III

THIS STANDARD WAS LAST REVIEWED AND CONFIRMED IN 2017.

THEREFORE THIS VERSION REMAINS CURRENT.

 

ISO 5199:2002

Technical specifications for centrifugal pumps — Class II

THIS STANDARD WAS LAST REVIEWED AND CONFIRMED IN 2018.

THEREFORE THIS VERSION REMAINS CURRENT.

 

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