모터와 부하의 축정렬 불량은 어떤 문제를 만들까?

모터를 펌프나 감속기, 팬 같은 부하기계에 커플링으로 연결할 때 두 축이 정확하게 일직선에 가까운 상태가 되도록 맞춰야 한다.

이 작업을 축정렬이라고 한다.

현장에서는 커플링이 유연하기 때문에 중심이 조금 틀어져도 괜찮다고 생각하는 경우가 있다.

실제로 유연한 커플링은 일정 범위의 정렬오차를 흡수할 수 있다.

하지만 이것은 정렬을 하지 않아도 된다는 뜻이 아니다.

축의 중심선이 계속 어긋난 상태에서 운전하면 커플링이 회전할 때마다 반복적으로 변형된다.

그 힘이 모터와 부하기계의 베어링에 전달된다.

진동이 증가할 수 있고 베어링온도와 커플링온도가 올라갈 수도 있다.

씰이 있는 펌프에서는 씰 수명에도 영향을 줄 수 있다.

상태가 심하면 축과 커플링, 기초까지 손상될 수 있다.

그래서 축정렬은 단순히 커플링을 조립하기 위한 작업이 아니라 모터와 연결기계의 수명을 결정하는 기본적인 기계정비 작업 가운데 하나다.

축정렬이 왜 전동기에 중요한가?

일반적인 3상 유도전동기의 회전자는 두 개의 베어링으로 지지된 축과 함께 회전한다.

이 축에 커플링을 통해 펌프나 감속기 같은 부하기계가 연결된다.

이상적인 상태라면 모터축의 회전중심과 부하축의 회전중심이 하나의 직선 위에 있어야 한다.

그렇게 되면 모터가 만드는 토크가 커플링을 통해 비교적 자연스럽게 부하축으로 전달된다.

하지만 두 축의 중심이 어긋나면 커플링은 토크만 전달하는 것이 아니라 정렬오차를 계속 흡수해야 한다.

회전할 때마다 커플링에 반복적인 굽힘과 변형이 생길 수 있다.

이 힘은 다시 축과 베어링으로 전달된다.

따라서 정렬불량은 커플링만의 문제가 아니다.

모터와 부하기계 전체에 영향을 준다.

축정렬에서 맞춰야 하는 것은 무엇일까?

축정렬의 기본목표는 두 회전축의 중심선을 허용공차 안에서 일치시키는 것이다.

여기에는 크게 두 종류의 오차를 생각할 수 있다.

하나는 두 축이 서로 평행하지만 중심선의 위치가 다른 경우다.

이를 평행정렬 불량 또는 오프셋 정렬불량이라고 한다.

다른 하나는 두 축의 중심선이 서로 다른 각도를 이루는 경우다.

이를 각도정렬 불량이라고 한다.

실제 설비에서는 둘 중 하나만 존재하기보다 평행오프셋과 각도오차가 동시에 존재하는 경우가 많다.

그리고 이 오차는 수평방향과 수직방향 모두에서 발생할 수 있다.

평행정렬 불량과 각도정렬 불량은 무엇이 다를까?

평행정렬 불량에서는 두 축의 방향은 거의 같다.

하지만 중심선의 높이나 좌우 위치가 서로 다르다.

옆에서 봤을 때 두 개의 평행선처럼 보이지만 정확히 같은 선 위에는 있지 않은 상태다.

예를 들어 펌프축 중심이 기준면에서 200mm 높이에 있는데 모터축 중심이 201mm라면 수직방향 오프셋이 존재한다.

각도정렬 불량에서는 두 축의 중심선 방향 자체가 다르다.

축의 연장선을 그리면 어느 지점에서 서로 만나거나 벌어진다.

실제 현장에서는

수직 오프셋,

수평 오프셋,

수직 각도오차,

수평 각도오차

를 모두 확인해야 할 수 있다.

축이 눈으로 일직선처럼 보이면 충분할까?

대략적인 설치상태를 확인하는 데는 도움이 될 수 있다.

하지만 정밀한 최종정렬 기준으로는 부족하다.

축과 커플링의 직경이 크지 않기 때문에 육안으로는 매우 작은 오차를 구분하기 어렵다.

겉보기에는 두 축이 정확히 맞아 보이더라도 실제 측정에서는 허용공차를 벗어날 수 있다.

특히 회전속도가 높은 설비에서는 작은 오차도 반복횟수가 많기 때문에 중요해질 수 있다.

따라서 최종정렬은 적절한 측정방법으로 확인해야 한다.

유연한 커플링은 무엇을 해주는 부품일까?

유연한 커플링은 두 축 사이에 존재하는 작은 정렬오차와 진동, 충격을 어느 정도 흡수하면서 토크를 전달한다.

기계가 운전하면서 발생하는 아주 작은 열팽창과 위치변화도 어느 정도 받아들일 수 있다.

하지만 커플링에도 허용 가능한 오프셋과 각도오차가 있다.

이 범위를 넘으면 탄성체나 디스크, 기어 같은 커플링 요소가 계속 큰 변형을 받아야 한다.

따라서

유연한 커플링 = 축정렬이 필요 없는 커플링

이 아니다.

정확하게는

정렬이 잘 된 상태에서도 운전 중 생기는 작은 변화와 오차를 허용하는 부품

으로 이해하는 것이 좋다.

축정렬이 나쁘면 커플링에서는 어떤 일이 생길까?

커플링은 회전할 때마다 어긋난 두 축을 연결한 상태로 토크를 전달해야 한다.

평행오프셋이 있으면 커플링이 회전하면서 주기적으로 휘어질 수 있다.

각도오차가 있으면 커플링 양쪽이 서로 다른 각도를 유지하려고 하면서 반복적인 굽힘하중이 발생할 수 있다.

유연한 요소가 있는 커플링에서는 이 부분이 계속 변형된다.

그 결과

커플링 온도상승,

엘라스토머 마모,

디스크 피로,

기어치 마모,

볼트 풀림

등으로 이어질 수 있다.

커플링이 예상보다 자주 파손된다면 단순히 커플링 품질만 의심하지 말고 축정렬도 확인할 필요가 있다.

정렬불량이 베어링에 힘을 전달하는 이유

회전축은 베어링이 위치를 잡고 있다.

그런데 커플링에서 축을 옆이나 축방향으로 반복해서 밀고 당기는 힘이 발생하면 그 힘을 베어링도 받아야 한다.

결국 정상적인 토크전달 외에 추가적인 방사하중이나 축방향 하중이 베어링에 걸릴 수 있다.

베어링 접촉면의 하중이 증가하면 피로수명에도 영향을 준다.

정렬불량이 심하면 베어링온도가 올라가거나 특정 방향으로 진동이 증가할 수도 있다.

그래서 새 베어링을 교체했는데 계속 짧은 기간 안에 고장난다면 축정렬을 반드시 검토해볼 필요가 있다.

정렬불량이 한쪽 베어링만 망가뜨릴 수도 있을까?

가능하다.

모터와 부하의 구조에 따라 정렬오차가 각 베어링에 전달되는 하중은 같지 않을 수 있다.

커플링에 가까운 구동측 베어링이 더 큰 영향을 받을 수도 있다.

부하기계측 베어링이나 씰이 먼저 손상될 수도 있다.

그래서 특정 위치의 베어링만 반복해서 문제가 생긴다면 베어링 자체의 품질뿐 아니라 축정렬과 외부하중까지 함께 봐야 한다.

정렬불량에서는 왜 진동이 증가할까?

두 축이 어긋난 상태에서 커플링이 회전하면 커플링과 축에 걸리는 힘의 방향도 회전에 따라 반복적으로 변한다.

이 주기적인 힘이 베어링과 하우징, 베이스를 흔들면서 진동을 만든다.

축정렬 불량에서는 회전주파수인 1× 성분과 2× 성분이 나타날 수 있다.

축방향 진동이 두드러지는 경우도 있다.

하지만

2× 진동 = 무조건 축정렬 불량

이라고 단정해서는 안 된다.

실제 진동패턴은

커플링 종류,

정렬오차의 형태,

베이스 강성,

하중,

축의 상태

등에 따라 달라질 수 있다.

진동은 정렬불량을 의심하게 하는 단서이고 실제 정렬상태는 측정으로 확인해야 한다.

불평형 진동과 정렬불량 진동은 어떻게 다를까?

회전체 불평형에서는 1× 회전주파수가 방사방향에서 크게 나타나는 경우가 많다.

정렬불량에서도 1×가 나타날 수 있지만 2×와 축방향 진동이 함께 두드러지는 경우가 있다.

그래서 스펙트럼 하나만 보고 두 문제를 완전히 구분하기 어려울 수 있다.

불평형을 의심하면 팬이나 회전체의 질량분포와 밸런스를 확인한다.

정렬불량을 의심하면 실제 축정렬값과 커플링 상태를 측정한다.

중요한 것은 진동분석과 실제 기계점검을 연결하는 것이다.

정렬불량이 씰에도 영향을 줄 수 있을까?

펌프처럼 축씰을 사용하는 장비에서는 중요한 문제다.

축이 설계된 중심에서 벗어나거나 반복적으로 움직이면 메커니컬 씰의 두 접촉면에도 불필요한 움직임과 하중이 전달될 수 있다.

그 결과

씰 누설,

접촉면 마모,

씰 온도상승

등이 생길 수 있다.

펌프 씰을 반복해서 교체하고 있는데 근본원인이 축정렬이라면 씰만 계속 교환해도 고장이 반복될 수 있다.

정렬불량이 심해지면 모터전류도 증가할 수 있다

축정렬이 나쁘면 베어링과 커플링에서 추가적인 기계저항이 발생할 수 있다.

모터는 이 저항을 이기고 같은 부하를 돌리기 위해 더 큰 토크를 만들어야 한다.

유도전동기에서는 부하토크가 증가하면 유도전동기의 슬립이 증가할 수 있다.

슬립이 증가하면서 회전자전류와 고정자전류도 커질 수 있다.

그래서 심한 정렬불량은

진동 증가,

베어링온도 상승

뿐 아니라

모터전류 상승

으로도 나타날 수 있다.

다만 정렬불량이 있다고 반드시 전류가 크게 증가하는 것은 아니다.

초기단계에서는 진동이나 커플링·베어링 온도 변화가 먼저 나타날 수도 있다.

정렬불량은 3상 전류 불평형도 만들까?

순수한 기계적인 축정렬 불량이라면 기본적으로 모터가 감당해야 하는 전체 기계부하가 증가하는 쪽으로 생각하는 것이 자연스럽다.

전원과 권선이 균형되어 있다면 세 상의 전류도 대체로 함께 증가하는 방향으로 나타날 수 있다.

한 상만 유난히 높다면 축정렬만으로 설명하기보다

전압불평형,

접촉불량,

권선이상

등을 별도로 확인해야 한다.

즉

전체 전류가 증가한다

와

3상 전류가 불평형하다

는 구분해서 봐야 한다.

소프트풋은 왜 축정렬 전에 확인해야 할까?

모터에는 보통 여러 개의 설치발이 있다.

이 발들이 기초나 베이스에 완전히 평평하게 닿아 있어야 한다.

그런데 한쪽 발이 떠 있거나 베이스가 비틀려 있으면 소프트풋이 발생한다.

이 상태에서 고정볼트를 강제로 조이면 모터프레임이 변형될 수 있다.

축의 위치도 조금 변할 수 있다.

그래서 축정렬을 아무리 정확하게 맞춰도 볼트를 풀었다 조일 때 정렬값이 다시 달라질 수 있다.

정확한 축정렬을 하기 전에 소프트풋을 먼저 확인하는 이유다.

소프트풋에는 어떤 형태가 있을까?

가장 단순한 형태는 한쪽 발 전체가 베이스에서 떠 있는 경우다.

이를 평행 소프트풋과 연결해서 생각할 수 있다.

발의 한쪽 모서리만 닿고 반대쪽이 떠 있는 경우처럼 발 자체가 기울어져 있는 형태도 있다.

이 경우에는 단순히 한 장의 두꺼운 심을 넣는 것만으로 해결되지 않을 수 있다.

베이스 상태와 발면을 함께 확인해야 한다.

심을 많이 넣으면 문제될까?

모터 높이를 조정할 때 심을 사용하는 것은 일반적인 방법이다.

하지만 너무 많은 얇은 심을 여러 장 겹쳐 사용하면 작업성과 안정성이 떨어질 수 있다.

심 사이에 오염이나 녹이 들어가면 실제 높이가 변할 수도 있다.

그래서 필요한 두께를 계산해 가능한 한 적절한 조합의 깨끗한 심을 사용하는 것이 좋다.

정확한 방법은 현장 정비기준에 따라야 한다.

수직정렬은 어떻게 조정할까?

일반적으로 모터발 아래에 심을 추가하거나 제거해서 축의 높이와 각도를 조정한다.

예를 들어 커플링측 모터축이 너무 낮다면 해당 발 아래에 필요한 두께의 심을 추가할 수 있다.

각도오차가 있다면 앞쪽과 뒤쪽 발에 서로 다른 양의 심을 조정할 수 있다.

레이저 정렬기나 계산방법을 사용하면 각 발에서 얼마만큼 조정해야 하는지를 계산할 수 있다.

수평정렬은 어떻게 조정할까?

수평방향에서는 모터 자체를 좌우로 조금씩 이동시킨다.

일부 베이스에는 잭볼트가 설치되어 있어 정밀하게 위치를 조정할 수 있다.

큰 모터를 해머로 임의로 두드려 이동시키는 방식은 정확도와 안전성 측면에서 좋지 않을 수 있다.

모터가 원하는 위치로 이동한 뒤 고정볼트를 체결하고 다시 측정해야 한다.

볼트를 조이는 과정에서도 위치가 조금 변할 수 있기 때문이다.

한 번 맞추고 끝내면 안 되는 이유

축정렬은

측정,

조정,

체결,

재측정

을 반복하는 과정이다.

모터를 원하는 위치에 놓았다고 해도 고정볼트를 조이면 위치가 변할 수 있다.

커플링을 완전히 조립하면 힘이 달라질 수도 있다.

배관을 연결하면 펌프 위치가 변할 수도 있다.

그래서 최종 조립상태에 가까운 조건에서 다시 확인해야 한다.

정렬은 어떤 장비로 측정할까?

가장 간단하게는 직선자와 필러게이지를 사용할 수 있다.

대략적인 정렬상태를 확인하거나 초기설치에 도움을 줄 수 있다.

보다 정밀한 정렬에는 다이얼게이지를 사용할 수 있다.

최근에는 레이저 축정렬 장비도 많이 사용한다.

레이저 정렬기는 측정값과 필요한 심 조정량, 수평이동량을 계산해주는 장점이 있다.

하지만 레이저 장비를 사용한다고 자동으로 정렬이 완벽해지는 것은 아니다.

소프트풋과 백래시, 브래킷 설치상태, 회전축 위치가 제대로 되어 있어야 정확한 결과를 얻을 수 있다.

다이얼게이지 정렬은 어떤 원리일까?

축이나 커플링을 회전시키면서 기준점에 대한 위치변화를 다이얼게이지로 측정한다.

회전각도에 따라 측정값이 어떻게 달라지는지를 보면 두 축 사이의 오프셋과 각도관계를 계산할 수 있다.

림-페이스 방식이나 리버스 다이얼 방식 등 여러 방법이 사용될 수 있다.

중요한 것은 측정기법을 일관되게 적용하고 축의 런아웃이나 브래킷 처짐 같은 오차요인도 고려하는 것이다.

레이저 정렬은 무조건 더 정확할까?

레이저 장비 자체의 측정정밀도는 높을 수 있다.

하지만 설치가 잘못되면 결과도 잘못될 수 있다.

센서 브래킷이 흔들리거나 축표면에 제대로 고정되지 않으면 오차가 발생한다.

소프트풋을 해결하지 않은 상태에서 정렬하면 체결 후 값이 달라질 수 있다.

배관응력이 남아 있으면 배관을 연결한 후 다시 틀어질 수 있다.

따라서 레이저는 좋은 도구지만 정렬의 기본원리를 대신해주는 장비는 아니다.

축정렬 공차는 몇 mm가 정상일까?

모든 설비에 적용할 하나의 숫자는 없다.

허용 가능한 평행오프셋과 각도오차는

회전속도,

커플링 형식,

축간거리,

모터와 부하기계의 크기,

제조사 기준

등에 따라 달라질 수 있다.

고속기계일수록 일반적으로 더 정밀한 정렬을 요구할 수 있다.

따라서

“0.1mm 이하면 무조건 정상”

같은 하나의 기준을 모든 설비에 적용해서는 안 된다.

커플링과 기계 제조사가 제시하는 공차를 우선 확인해야 한다.

커플링 간격도 축정렬과 관련이 있을까?

커플링 종류에 따라 두 축 끝 사이에 필요한 간격이 정해질 수 있다.

축방향 간격이 너무 좁거나 넓으면 커플링이 정상적으로 움직이지 못하거나 축방향 하중이 증가할 수 있다.

특히 디스크나 그리드, 기어커플링 등은 종류별로 필요한 조립조건이 다르다.

따라서 오프셋과 각도만 맞출 것이 아니라 커플링 자체의 조립치수도 확인해야 한다.

축의 런아웃은 무엇일까?

축이나 커플링 외주가 회전할 때 측정면이 완벽한 원을 이루지 않고 흔들리는 것을 런아웃이라고 한다.

축이 휘었거나 커플링 보어가 편심되어 있을 때 나타날 수 있다.

런아웃이 큰 상태에서 정렬을 하면 측정값 자체가 회전위치에 따라 변하기 때문에 정확한 정렬이 어렵다.

따라서 정렬값이 계속 일정하지 않다면 축과 커플링의 런아웃도 확인할 필요가 있다.

커플링 허브를 잘못 끼워도 정렬에 문제가 생길까?

가능하다.

축과 허브의 끼워맞춤이 잘못되거나 키에 문제가 있으면 허브가 축 중심과 정확하게 일치하지 않을 수 있다.

커플링 외주를 기준으로 측정하는 방식에서는 이 편심이 측정값에 영향을 줄 수도 있다.

따라서 정렬 전에 커플링과 축의 상태도 확인해야 한다.

배관응력은 축정렬에 어떤 영향을 줄까?

펌프설비에서 특히 중요하다.

배관이 펌프노즐 위치와 자연스럽게 맞지 않는데 볼트를 사용해 강제로 끌어당기면 배관의 힘이 펌프케이싱에 전달된다.

이 힘이 펌프 위치와 축 중심을 움직일 수 있다.

모터와 펌프를 정확하게 정렬해 놓았더라도 배관을 연결하면서 다시 틀어질 수 있다.

그래서 펌프 축정렬에서는 배관응력도 함께 확인해야 한다.

배관을 떼면 정렬이 정상으로 돌아오는 경우

배관을 연결한 상태에서 정렬값이 나쁘다가 배관 플랜지를 풀었더니 정상에 가까워진다면 배관응력을 강하게 의심할 수 있다.

이때 모터를 계속 움직여 펌프에 맞추는 방식만으로 해결해서는 안 된다.

배관 지지와 배관 자체의 위치를 수정해야 할 수도 있다.

축정렬은 모터와 펌프만의 문제가 아니라 주변 구조물의 힘까지 포함한 문제다.

열성장은 왜 축정렬에서 중요할까?

정지한 상태에서 모터와 부하기계를 정확히 맞췄다고 하자.

운전을 시작하면 각 장비의 온도가 올라간다.

금속은 열을 받으면 팽창한다.

길이변화는 단순화하면

ΔL = αLΔT

로 표현할 수 있다.

여기서

α는 열팽창계수,

L은 원래 길이,

ΔT는 온도변화다.

모터와 펌프의 온도상승이 서로 다르면 축 중심의 높이도 서로 다르게 변할 수 있다.

즉 냉간상태에서 완벽하게 일치했던 두 축이 운전온도에서는 어긋날 수 있다.

모터와 펌프가 같은 온도가 되지 않는 이유

모터는 권선과 철손 때문에 자체적으로 열이 발생한다.

펌프는 이송하는 유체의 온도 영향을 받을 수 있다.

뜨거운 공정유체를 취급하는 펌프라면 케이싱과 베어링하우징의 온도가 모터보다 훨씬 높아질 수 있다.

반대로 저온유체를 취급하는 설비에서는 다른 형태의 열변형이 발생할 수도 있다.

따라서 큰 온도차가 있는 중요설비에서는 열성장을 고려한 정렬이 필요할 수 있다.

냉간정렬을 일부러 틀어놓는 경우도 있을까?

가능하다.

운전온도에서 두 축이 일치하도록 하기 위해 정지·냉간상태에서는 의도적으로 약간 다른 위치에 맞추는 경우가 있다.

이를 열성장 보정과 연결해서 생각할 수 있다.

예를 들어 운전하면 펌프축 중심이 모터보다 더 많이 올라갈 것으로 예상된다면 냉간상태에서 특정 오프셋을 목표로 할 수 있다.

이 값은 임의로 정하는 것이 아니라 기계 제조사의 기준이나 열성장 계산·측정결과를 사용해야 한다.

Hot Alignment라는 말은 무엇을 의미할까?

장비가 정상 운전온도에 도달한 상태에서 실제 정렬변화를 확인하려는 개념과 연결된다.

하지만 운전 중 회전축에 직접 접근해서 정렬을 측정하는 것은 위험하다.

현장에서는 장비를 정지한 직후의 상태를 확인하거나 전용 측정시스템을 사용해 열성장을 평가할 수 있다.

방법은 설비와 안전절차에 따라 달라진다.

중요한 것은 냉간정렬값과 실제 운전상태가 다를 수 있다는 점이다.

모터를 교체했으면 다시 축정렬해야 할까?

하는 것이 좋다.

같은 프레임번호의 동일한 모터를 교체한다고 해도 새 모터의 축높이와 발면 위치가 기존과 완전히 같다고 단정할 수 없다.

심의 위치도 달라질 수 있다.

모터를 들어 올리고 다시 설치하는 과정에서 베이스와 위치가 변할 수도 있다.

따라서 모터교체 후에는 커플링을 단순히 연결하는 것으로 끝내지 말고 축정렬을 확인해야 한다.

베어링을 교체한 뒤에도 정렬을 확인해야 할까?

중요한 설비라면 확인하는 것이 좋다.

베어링을 교체하려면 엔드브래킷이나 축, 커플링 등을 분해하는 경우가 있다.

재조립 과정에서 축 위치와 모터 위치가 달라질 수 있다.

처음 베어링이 고장난 원인이 축정렬 불량이었다면 새 베어링을 넣기만 해서는 같은 문제가 반복될 수도 있다.

기초작업 이후에는 왜 다시 확인해야 할까?

베이스에 그라우팅을 하거나 기초볼트를 교체하고 모터 위치를 조정했다면 축정렬도 바뀔 수 있다.

기초가 침하하거나 부식되어 변형되어도 마찬가지다.

특히 대형 설비에서는 장기간 운전하면서 베이스 자체의 상태가 변할 수 있다.

과거에는 정확하게 정렬되었던 설비도 시간이 지나면 다시 확인해야 하는 이유다.

축정렬 작업은 어떤 순서로 해야 할까?

먼저 설비가 안전하게 정지되고 전원이 차단되어 있는지 확인한다.

다음으로 베이스와 기초, 고정볼트 상태를 본다.

소프트풋이 있다면 먼저 해결한다.

커플링과 축의 상태도 확인한다.

배관이나 벨트 같은 외부힘이 장비를 억지로 당기고 있지 않은지도 본다.

그다음 현재 정렬값을 측정한다.

수직방향은 심으로 조정하고 수평방향은 모터 위치를 이동시키면서 맞춘다.

고정볼트를 정상적으로 체결한 뒤 다시 측정한다.

필요하면 커플링 조립 후 최종확인을 한다.

열성장이 중요한 설비라면 제조사가 지정한 냉간 목표값까지 반영한다.

정렬할 때 움직이는 쪽은 항상 모터일까?

모터를 이동시키는 경우가 많다.

펌프나 압축기처럼 배관과 연결된 부하기계는 위치를 움직이기 어렵기 때문이다.

그래서 부하기계를 기준기계로 두고 모터를 이동시키는 방식이 일반적일 수 있다.

하지만 모든 설비가 그런 것은 아니다.

설비구조와 제조사 절차에 따라 어느 쪽을 기준으로 삼을지 결정해야 한다.

볼트를 조이는 순서도 영향을 줄 수 있을까?

가능하다.

소프트풋이 있거나 베이스 상태가 좋지 않으면 고정볼트를 조이는 과정에서 모터가 미세하게 움직일 수 있다.

어느 한 볼트를 먼저 강하게 조이면 프레임이 틀어질 수도 있다.

따라서 정해진 체결방법과 토크로 조이고 체결 전후 정렬값을 비교하는 것이 좋다.

축정렬 후 진동이 더 커졌다면?

무조건 정렬값만 다시 맞추기보다 전체 상황을 확인해야 한다.

커플링을 잘못 조립했을 수도 있다.

심이 제대로 들어가지 않았을 수도 있다.

기초볼트 체결로 소프트풋이 발생했을 수도 있다.

배관을 다시 연결하면서 펌프 위치가 변했을 수도 있다.

또 실제 원인이 정렬불량이 아니라 회전체 불평형이나 베어링 손상이었을 수도 있다.

작업 전후의 진동데이터를 비교하면 도움이 된다.

커플링을 분리하고 모터만 운전하면 진단에 도움이 될까?

설비구조상 안전하게 가능한 경우라면 원인을 나누는 데 도움이 될 수 있다.

모터 단독운전에서는 진동이 낮은데 커플링을 연결하면 증가한다면 정렬이나 부하측 문제를 더 의심할 수 있다.

반대로 부하를 분리해도 모터 자체의 진동이 높다면 모터 회전자와 베어링, 팬 등을 확인해야 한다.

다만 커플링 분리와 단독운전은 설비마다 위험요소가 있으므로 승인된 정비절차를 따라야 한다.

축정렬 불량은 소음도 만들 수 있을까?

가능하다.

커플링이 반복적으로 변형되거나 베어링에 추가하중이 걸리면 평소와 다른 소음이 발생할 수 있다.

커플링 엘라스토머가 마모되면 충격음이 날 수도 있다.

심한 경우 축과 씰, 베어링에서 마찰음이 생길 수 있다.

하지만 소음만으로 정렬불량을 확정할 수는 없다.

소음과 진동, 온도, 실제 정렬측정값을 같이 봐야 한다.

정렬불량이 기초볼트를 느슨하게 만들 수도 있을까?

지속적인 진동과 반복하중은 체결부에 부담을 줄 수 있다.

처음에는 정렬불량이 원인이었는데 진동이 커지면서 기초볼트와 커플링볼트의 체결상태까지 나빠질 수 있다.

그러면 기계적 풀림이 추가되고 진동은 더 커진다.

즉 하나의 고장이 또 다른 고장을 만들어내는 악순환이 생길 수 있다.

축정렬은 전원을 넣기 전에만 보는 작업일까?

초기 설치와 정비 후에는 당연히 정지상태에서 확인해야 한다.

하지만 정렬상태가 운전 중 어떻게 변하는지도 중요하다.

운전 후 베어링온도와 진동이 증가하는지 확인한다.

열성장 가능성이 있다면 냉간과 열간상태의 변화를 비교한다.

중요설비에서는 진동추세를 장기간 관리하면서 정렬문제가 다시 나타나는지도 확인할 수 있다.

정기적으로 정렬을 다시 해야 할까?

설비마다 다르다.

모든 모터를 일정한 기간마다 무조건 분해해 정렬할 필요는 없다.

하지만

진동이 증가했거나,

베어링을 교환했거나,

커플링 작업을 했거나,

모터를 이동했거나,

기초작업을 했거나,

배관작업을 했거나,

반복적인 베어링·씰 고장이 발생한다면

축정렬 확인의 필요성이 커진다.

상태기반 정비에서는 진동과 온도추세를 이용해 정렬상태 변화를 판단하는 것도 좋은 방법이다.

현장에서 정렬불량을 의심할 수 있는 신호

커플링 주변 온도가 높다.

구동측 베어링온도가 평소보다 높다.

축방향 진동이 증가했다.

1×와 2× 회전주파수성분이 함께 커졌다.

커플링 엘라스토머가 비정상적으로 빨리 마모된다.

펌프 메커니컬 씰이 반복해서 누설된다.

베어링을 교체해도 수명이 짧다.

모터전류가 기존보다 조금 증가했다.

이런 현상이 함께 나타난다면 축정렬을 점검해볼 가치가 있다.

다만 각각의 증상은 다른 원인에서도 발생할 수 있으므로 실제 정렬값을 측정해서 확인해야 한다.

자주 헷갈리는 부분

첫째, 유연한 커플링을 사용한다고 축정렬이 필요 없는 것은 아니다.

둘째, 축정렬 불량은 평행오프셋과 각도오차로 나눌 수 있고 실제로는 두 가지가 함께 존재할 수 있다.

셋째, 축정렬은 수직방향과 수평방향을 모두 봐야 한다.

넷째, 1×나 2× 진동이 나타났다고 진동스펙트럼만으로 정렬불량을 확정하면 안 된다.

다섯째, 축정렬 전에 소프트풋을 먼저 확인해야 한다. 소프트풋을 그대로 두면 볼트체결 때 정렬값이 다시 변할 수 있다.

여섯째, 펌프 배관응력도 정렬을 바꿀 수 있다. 모터와 펌프만 맞춰서는 해결되지 않을 수 있다.

일곱째, 정지·냉간상태에서 맞춘 정렬이 운전온도에서도 그대로 유지된다고 단정할 수 없다. 열성장을 고려해야 하는 설비가 있다.

여덟째, 정렬공차는 모든 모터에 동일한 하나의 mm 값으로 정하지 않는다. 회전속도와 커플링, 제조사 기준을 따라야 한다.

아홉째, 베어링을 반복해서 교환하는데 같은 위치에서 고장이 재발한다면 축정렬과 외부하중을 반드시 검토할 필요가 있다.

열째, 좋은 축정렬 작업은 한 번 측정하고 끝나는 것이 아니라 소프트풋 확인 → 측정 → 조정 → 체결 → 재측정 → 운전상태 확인까지 이어지는 과정이다.

마무리

모터와 부하기계의 축정렬은 두 축을 눈으로 일직선에 놓는 단순한 작업이 아니다.

두 축의 회전중심을 허용공차 안에서 맞춰 커플링과 베어링이 불필요한 반복하중을 받지 않도록 만드는 작업이다.

평행정렬 불량에서는 두 축의 방향은 같지만 중심선 위치가 서로 다르다.

각도정렬 불량에서는 두 축 중심선의 방향 자체가 다르다.

실제 현장에서는 이 두 오차가 수평과 수직방향에서 동시에 나타날 수 있다.

정렬이 나쁜 상태로 장기간 운전하면 커플링이 계속 변형되고 베어링에는 추가하중이 전달된다.

그 결과

진동,

소음,

베어링온도 상승,

커플링 마모,

씰 누설,

모터전류 증가

등의 문제가 나타날 수 있다.

하지만 정렬불량만 맞춘다고 모든 문제가 해결되는 것도 아니다.

정확한 정렬을 위해서는 먼저 소프트풋과 기초상태를 확인해야 한다.

배관응력과 외부하중도 제거해야 한다.

축과 커플링의 런아웃이 큰지도 봐야 한다.

그리고 설비의 운전온도가 높다면

ΔL = αLΔT

관계처럼 열팽창에 의해 축 중심이 얼마나 이동할 수 있는지도 고려해야 한다.

즉 축정렬은 단순히 다이얼게이지나 레이저 장비를 사용하는 기술이 아니다.

모터·부하·기초·배관·커플링·온도까지 하나의 기계시스템으로 보고 축 중심이 실제 운전조건에서 어떻게 변하는지를 이해하는 작업이다.

새 베어링이 계속 빨리 망가지거나 커플링과 씰을 반복해서 교환하고 있다면 부품만 바꾸기 전에 축정렬을 다시 확인해볼 필요가 있다.

원인을 제거하지 않은 채 소모품만 교체하면 같은 고장은 다시 나타날 가능성이 높다.

다음 글에서는 전동기의 발열을 직접적으로 좌우하는 전동기 냉각과 팬 이상은 왜 과열로 이어질까?를 살펴본다.

모터 내부에서 발생한 열이 어떤 경로로 외부로 빠져나가는지, 냉각팬과 통풍구가 막히면 왜 같은 전류에서도 온도가 크게 올라가는지, 그리고 인버터 저속운전에서 자체팬 냉각이 왜 문제가 될 수 있는지까지 이어서 알아본다.