패턴 분석을 통한 왕복동식 펌프의 진단 연구

Abstract

본 논문의 연구 목적은 왕복동식 펌프 헤드의 진동 신호로 펌프 내부 상태를 진단하는 것이다. 특히 본 연구는 펌프가 정상 상태와 결함 상태일 경우에 흡입/토출 밸브가 닫히는 타이밍의 변화를 파악하는데 중점을 두어 진행하였다. 실제 원자력 발전소 산업 현장과 유사한 환경을 제공할 수 있는 유동장을 실험실 내 설치 및 제작하였다. 펌프 후단에 설치된 제어 밸브를 조절하여 100 bar에서 펌프 헤드의 진동 신호와 실린더 내부 압력 신호를 측정하여 두 신호 간 관계를 살펴보았다. 실린더 압력 신호를 통해 알 수 있는 밸브가 닫히는 타이밍과 거의 비슷한 타이밍에 진동 신호가 발생함을 확인할 수 있었다. 펌프 결함 진단을 위해 시스템의 동적 기기인 밸브와 피스톤에서 발생할 수 있는 결함을 인위적으로 가해주어 진동 신호의 변화를 살펴보았다. 정상과 결함 상태에서의 신호 특징을 패턴으로 형성하였다. 패턴 매칭 방법을 통하여 패턴 인식 과정을 수행하였고 진동 신호만으로 결함 위치와 종류를 판별할 수 있는 펌프 진단 알고리즘을 구현하였다. 본 연구에서 구현된 진단 알고리즘을 통해 현장에서 진동 신호만으로 펌프 내부 상태 정보를 제공하여 미리 해당 부품을 교체함으로써 결함 심화로 인한 불시 정지를 예방할 수 있다.