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PUKYONG NATIONAL UNIV. - 1 - Intelligent Mechanics Lab.
1. 진동상태감시시스템의 목적 및 종류2. 데이터의 수집3. 진동신호 측정의 종류4. 측정량(변위, 속도, 가속도)5. 변환기(transducer): 변위계, 속도계, 가속도계6. 변환기 부착위치 및 방법7. 진폭 및 주파수영역8. 기준선(baseline)9. 진동 경향(trending)
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진동상태진동상태 감시시스템의감시시스템의 목적목적
진동감시는 운전중인 기계의 “건강상태” 평가를 지원
감시되는 기계유형과 중요 부품에 따라서 하나 또는 그 이상의 측정 파라메터와 적절한 감시시스템이 선택되어야 됨
목적은 고장이 일어나기 전에 수복작업(remedial action)을 하기에 충분한시간 내에 “이상상태” 의 인지
감시프로그램은 효과적인 정비비용 계획이 수립될 수 있도록 데이터를
제공
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상태감시상태감시 프로그램프로그램
감시 설비의 선정, 적절한 측정시스템의 유형을 결정 후, 상태감시프로그램의 흐름도(flow chart) 이용을 권장
속도, 부하, 온도 등의 운전조건은 명확한 표현으로 수집된 진동데이터에도 반영
최소한 이러한 표현은 축 속도(rpm), 기계의 부하(동력, 유량, 압력 등) 및측정되는 진동에 영향을 줄 수 있는 다른 운전 파라미터를 포함
일반적으로 데이터 취득 시, 운전조건이 가능한 한 기계의 정격 또는 통상운전에 가까울 것을 강력히 요구
데이터는 기계가 동일한 또는 유사한 조건하에서 운전될 때 그리고 알려진 재현성이 있는 프로세스 파라미터가 취득되어야 함
이것이 무리인 경우, 데이터의 차이를 평가하기 위해서는 기계의 특성을잘 숙지해야 함
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진동상태감시시스템의진동상태감시시스템의 종류종류
설치형태
영구설치시스템 (Permanently Installed Systems)
반영구설치시스템 (Semi-Permanent Systems)
휴대용 감시시스템 (Portable Monitoring Systems)
데이터 취득 방법
연속데이터 수집 (Continuous Data Collection)
주기적 데이터 수집 (Periodic Data Collection)
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영구설치시스템영구설치시스템
변환기, 신호조정기(signal conditioner), 데이터 처리 및 데이터 저장장비가영구적으로 설치데이터는 연속적이거나 주기적으로 수집
영구설치 시스템의 적용은 통상 고가의 중요기계에 한정
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반영구반영구 시스템시스템
영구시스템과 휴대용 시스템의 중간시스템
변환기는 일반적으로 영구 설치
전자 데이터 취득장비는 간헐적으로 연결
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휴대용휴대용 감시시스템감시시스템
연속 온라인 시스템과 유사한 기능을 수행
비교적 덜 정교하고, 저렴한 비용으로 제작
데이터는 휴대용 데이터 수집기로 자동또는 수동으로 주기적으로 수집
기계의 사전 설정 위치에서 주기적인간격(주, 월 단위 등)으로 수동 측정을기록하기 위해 사용
데이터는 보통 휴대용 데이터 수집기에 국부적으로 수록되고 저장
보다 깊이 있는 처리와 분석을 위해, 데이터는 적절한 소프트웨어를 가지는 PC에 전송
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데이터데이터 수집방법의수집방법의 결정결정 인자인자
기계운전의 위험정도
기계정지에 따른 손실금액
파괴적인 손상(damage)에 의한 손실
원자력 플랜트 또는 다른 원격지에서와 같은 수복과 정비의 용이성
감시시스템의 비용(구입, 설치 및 운용)
안전도(safety)
환경적인 충격(impact)
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연속연속 데이터데이터 수집수집
기계의 중요한 위치에 진동변환기가 영구적으로 장착, 기계의 작동중진동의 측정이 통상 연속적으로 기록되고 저장되는 시스템
중요한 데이터나 경향치(trends)를 잃어버리지 않도록 충분히 빠른 multi-plexing rate를 제공하는 multi-plex connection을 가지는 자동진동감시시스템을 포함 가능
계측된 데이터는 이전에 취득한 데이터와 정기적으로 비교하는 것이 가능한 기계의 광대역의 정보나 스펙트럼 정보중 어느 쪽인가 한쪽을 제공하기 위해서 처리
저장된 데이터에 경보한계(alert limits)를 설정하는 것에 의해 운전자에게기계의 진동 패턴 변화(증가 또는 감소)의 정보나, 진단절차가 요구되는지의 정보를 제공 가능
기계운전자의 직접적인 이용을 위해 기계설치장소에 설치하거나 중앙데이터 분석센터에 데이터를 전송하는 원격지에 설치가능
이점은 실시간(real time)으로 온 라인 기계상태의 이용이 가능
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주기적주기적 데이터데이터 수집수집
주기적 데이터 수집은 영구온라인시스템이나 휴대용 시스템으로도 가능
온라인 주기적 시스템은 multi-plexer connection을 가지는 자동진동감시시스템을 포함 가능
이 경우에 모든 채널들은 off-limit상태에 대해 차례로 주기적으로 조사
측정시스템은 영구적으로 작동상태에 있으나 감시되는 채널수와 채널당의 측정주기에 의존되는 개개 측정점들을 감시하는 데에 간격이 있고, 이들 시스템은 때때로 scanning 또는 Intermittent시스템으로 불림
영구온라인 시스템이 이용 될 수 없는 기계의 경우, 휴대용 시스템이 통상사용되고, 이들은 대부분의 경우 주기적인 감시에 적절
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감시방법의감시방법의 비교비교
On-line과 Off-line monitoring의 비교
Off-line monitoringCheapDuplicationRedundancyMany linesNo maintenance staffIntensive maintenanceMore work all of the timeRetrofit easy
On-line monitoringExpensiveNo duplicationNo redundancySingle line processMany maintenance staffMaintenance freeScreen for further workInstalling for retrofit is difficult
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정비프로그램의정비프로그램의 유효성유효성
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진동측정의진동측정의 종류종류
진동상태감시를 위해 권장되는 측정의 종류
비회전 구조물의 진동 (stationary vibration) : 베어링 하우징, 기계 케이싱 또는 기계 밑면(base) 등과 같은 부분
상대진동(relative vibration) :회전체(rotor)와 고정된 베어링 또는 하우징 사이
절대진동(absolute vibration) :회전요소
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비회전비회전 구조물상의구조물상의 진동측정진동측정
ISO 10816 시리즈에 여러 등급(class)의 기계에 대해 명확한 측정절차와계측방법을 제시.
평가 파라미터 : 광대역 RMS 진동속도(mm/sec, rms)를 적용
측정용 변환기 : 속도변환기(velocity transducer) 또는 적분회로를 가지는가속도계(accelerometer)
측정위치 : 전형적으로 수평형 기계와 수직형 기계에 표시된 각각의베어링 하우징 또는 지지대(pedestal) 위 (ISO 10816 Part 1)
스러스트 베어링이 부착된 기계 : 기계의 축방향 운동(axial motion)도감시하는 것을 권장
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하우징에하우징에 대한대한 축의축의 상대진동상대진동 측정측정
ISO 7919 시리즈에 측정절차와 방법을 상세히 제시
상대변위는 회전축 또는 요소와 동일 횡평면 내의 정지요소사이의반경방향 상대진동을 측정하도록 배치된 2개의 비접촉 변환기로 측정
변환기 설치위치 : 통상 베어링이나 베어링에 가능한 가까운 위치에서로 직각방향으로 설치
변환기 위치는 기계의 동적인 힘에대해 정확한 감도를 제공해야 함
유연축(flexible shaft)의 기계와 같이베어링 보다는 다른 위치에 변환기를 설치하는 것이 타당한 경우도 있음
축의 변위측정에는 서로 90° 각도를가지도록 설치하고, 벡터해석에 의해서 최대변위와 방향이 확인될 수있도록 2개의 변환기가 필요 상대진동측정 시스템
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회전축의회전축의 절대진동절대진동 측정측정
축 진동(shaft vibration) 측정에 선호되는 측정량은 진동변위(ISO 7919 Part 1)절대진동 측정이 필요한 경우 : 1) 유연지지 구조를 갖는 회전체, 2) 탄성회전체(flexible rotor), 3) 회전체의 고유진동수 부근에서 운전되는 기계
비접촉 변환기와 seismic 변환기의 조합이 바람직하고 선호되는 방법
축 접촉형 센서(shaft riding sensor)는 일부 사용되고 있으나, 주파수영역이 제한되고,축의 반경방향 위치를 제공할 수 없음
신뢰할 수 있는 상태감시를 위해 측정장비는 축 회전주파수 및 그 조화성분(harmonics) 만이 아니라, 베어링, 기어, 시일, 블레이드, 깃(vane) 등의다른 요소에 기인하는 진동수도 포함하도록 넓은 주파수영역(frequency range)을 망라
주파수영역은 가능하면 감시되는 특유의 기계에 맞추어져야 함
변환기의 최대선형영역을 초과해서는 안됨
변환기의 최대선형영역은 지정된 측정정도의 범위내에 있고, 변환기의교정감도(calibration sensitivity)가 일정한 주파수와 진폭의 범위
시스템의 선형 주파수영역은 최저회전주파수의 0.2배에서 최고가진주파수의 3.5배 까지를 망라(일반적으로 10kHz를 초과하지 않음)
전형적으로 최고 가진 주파수는 회전진동수와 블레이드수, 기어의 잇수또는 깃수의 곱, 구름베어링 주파수의 하나
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주파수주파수 영역영역(2)(2)
권장되는 기본 주파수 영역(Eshleman)
• 축진동(shaft vibration) : 10 X RPM (Rotation Per Minute)
• 기어상자(gearbox) : 3 X GMF (Gear Mesh Frequency)
• 구름요소베어링 : 10 X BPFI (Ball Pass Frequency of Inner race)
• 펌프(pump) : 3 X VPF (Vane Passing Frequency)
• 모터/발전기 : 3 X 2LF (Line Frequency)
• 홴(fan) : 3 X BPF (Blade Passing Frequency)
• 저널베어링 : 10 X RPM
• 엔진(engine) : 12 X RPM
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주파수주파수 영역영역(3)(3)
펌프의 경우 캐비테이션 가진 진동이 역시 발생, 이 영역을 초과할 수 있음
기계적인 적합성(suitability)의 경우, 10kHz가 적당
비록 변환기 제작자가 권장하는 선형사용영역(그림)을 넘어서더라도, 기어나 구름요소베어링의 경우와 같은 매우 높은 주파수 신호를 진단하는경우는 10kHz의 한계가 증가할 수 있음
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위상위상(phase)
2개의 진동원 사이의 위상각은 신호를 평가할 때, 중요한 고려사항
위상은 하나의 정현진동신호의 다른 신호에 대한 각도차 또는 시간차이거나 고정된 기준에 대한 진동신호의 시간차의 척도
상태감시의 목적을 위해 위상지연(phase lag)이 일반적으로 사용
위상지연은 예로 축 위의 기준점과 진동신호의 최대진폭 또는 zero crossing사이의지연시간에 대응
축 위의 기준점(reference point)을 통과할 때, 신호를 발생할 수 있는 고정된 변환기가 위상기준으로서 사용
종종 트리거위치(trigger location)라 불리는 위상기준점의 물리적인 위치는 임의 이지만, 만약 가능하다면 축의 키 홈(keyway)이 기준점으로서 권장
키 홈이 없을 때는, 1회전 당 단지 한번씩 존재하고 뚜렷한 신호를 발생할 수 있는축 위의 어떤 다른 불연속점도 영구적인 위상기준으로서 사용 가능
일시적인 방법으로는 축에 반사테이프를 부착하고 광 센서(optical sensor)를 사용
가장 일반적인 사용은 불평형(unbalance)의 결정과 수정
부가적으로 위상측정은 기계부품사이의 상대운동의 측정을 통한 결함 검출, 열 벡터(thermal vectoring), 정렬불량의 입증, 로터 크랙, 연성효과(cross-coupling effect)의결정 및 기계공진의 동정(identification)을 포함하기 위해 사용
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측정측정 정도정도 및및 재현성재현성
Type 1의 측정 : 측정의 요구되는 진폭과 주파수영역에 대해 교정감도의 5%의 허용 오차(allowable tolerance)Type 2의 측정 : 측정의 요구되는 진폭과 주파수영역에 대해 교정감도의 10%의 허용오차
요구되는 진폭과 주파수영역에 대해 교정감도의 변화가 10%를 넘어서는 측정은 만일오차 범위 이내가 되도록 특별한 주의를 기울이지 않는다면, 이 절차를 따를 수 없음
이에 따른 측정은 적절한 Type 1 또는 Type 2의 명칭을 이용해서 명기
중요한 것은 데이터의 재현성(repeatability)이므로, 데이터는 동일한 계측기, 부착방법, 감도및 교정이 요구
정확하게 알려진 보정(compensation)이 이루어질 수없다면, 기계상태신호의비교와 경향은 판단을 그르치게 할 수 있음
시스템 주파수 응답
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신호조정시스템신호조정시스템
진동변환기로부터 발생되는 신호는 유용한 측정을 제공하기 위해서 어느정도의 조정(conditioning)이 전형적으로 요구
신호조정기능은 변환기 출력신호의 전류나 전압과 같이 측정 가능한 양으로의 변환 및 요구되는 측정을 위해 적절한 형태로의 신호처리를 수행
측정시스템의 복잡성에 의존해서 필요한 신호조정회로를 선택
변환기의 적분 부분
측정장비의 적분 부분
변환기와 측정장비사이의 신호경로에 있어서 분리 또는 내장된 계측기
신호처리와 분석은 ISO 13373 - 2에서 취급
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데이터의데이터의 형식형식
기계의 진동상태감시를 위한 데이터는 기준선 데이터(baseline data)를취할 때 처음에 설정되는 많은 기본형식(formats)으로 분석되고 제시됨
이들 형식은 제한 없이 다음 사항을 포함• 광대역 값의 경향치• 주파수 스펙트럼 분석, • 이산주파수 스펙트럼 데이터의 경향치• 제한된 주파수대역 또는 협대역 주파수 스펙트럼 데이터의 경향치• Cascade(waterfall)분석• Bode 선도• Nyquist 또는 극선도(polar plot)• 축 괘적(orbit)
위의 데이터 분석기술과 데이터의 제시 및 보고형식의 설정에 관한보다 상세한 정보는 ISO 13373-2 및 ISO 13373-3을 참조
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기준선의기준선의 정의정의(1)(1)
기준선(baseline)의 진동데이터는 장비의 작동이 만족되고, 안정되어
있을 때 측정 또는 관측된 데이터 또는 이들 데이터의 조합
모든 이후 측정은 진동의 변화를 검지하기 위해 이들 기준선의 값과 비교
기준선 데이터는 정상 운전모드와 유량(flow rate)에서 운전되는 기계의
초기 안정한 진동상태를 정확하게 정의해야 함
새로운 설비와 분해검사(overhaul)된 설비에는 길들이는 기간(wear-in period)이 있어, 최초의 수일 또는 수주간의 운전동안진동레벨의 변화를 보는 것이 일반
결국 기준선을 설정하기 전, 길들이기 기간을 할당해야 함
매우 장기간에 걸쳐 운전되어 온 기계에 처음으로 감시를 하고자 하는경우, 기준선은 경향을 보기 위한 기준점으로 설정 가능
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기준선의기준선의 정의정의(2)(2)
진동과 운전데이터는 기계가 안정한 상태에 도달한 것을 확인하기위해 충분한 간격에서 취득되어야 함
이 때에 충분한 기준선 데이터가 얻어지고 기계의 운전능력(operability)을 결정하기 위해 적용 가능한 규격과 비교 됨
기준선신호는 또한 축 불안정 등의 바람직하지 않는 상태의 증거를위해 조사됨
이들 데이터는 금후 기계에 문제가 발견되어 진단되는 경우 기본이 됨
이들 데이터는 간단하게 쉽게 회복할 수 있고 안전한 방법으로 저장
기준선 진동데이터는 일반적으로 기계의 진동상태를 정의하기위해 사용되는 모든 잠재적인 진동 파라미터들로 구성
기준선의 초기 정의를 이해하면 할수록 기계의 능력저하의 적절한발견, 진단 그리고 추적의 가능성이 더욱더 크게 됨
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진동기준선진동기준선 정의를정의를 위한위한 데이터데이터 종류종류
광대역(broadband) 진폭(변위, 속도 그리고/또는 가속도)
회전주파수
회전주파수의 진폭
진동벡터(진폭과 위상)
정상상태 진동신호의 주파수 스펙트럼분석
기동/정지중의 주파수응답데이터(즉, Bode선도, waterfall선도, 극선도)
축 궤도(orbit)분석
축 중심선 위치(shaft centerline position)
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광대역광대역 진동진동 (broadband vibration)
만일 사전 지식이 없다면 기준선의 광대역진동은 그 기계의 모든 가진력을포함하도록 충분한 동적 영역(dynamic range)과 주파수응답을 감당하도록
요구됨
일반적으로 이것은 가장 낮은 회전주파수의 0.2배에서 관심 있는 가장 높은주파수의 3.5배의 주파수영역을 취하는 0.1~100 mm/s rms의 범위가 필요
대부분의 기계의 경우, 이 주파수영역은 계측시스템의 제한 때문에 상한10 kHz로 제한. 하한은 저속 회전기계를 제외하고 보통 10Hz
회전체의 운동과 정지부분의 광대역 진동레벨의 계측 순서는ISO 7919와 ISO 10816에 기록
기준선 데이터는 장래 기계의 평가와 진단에 참고하기위해 저장됨
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굽힘진동의굽힘진동의 일반적인일반적인 원인원인(1)(1)
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굽힘진동의굽힘진동의 일반적인일반적인 원인원인(2)(2)
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비틀림진동의비틀림진동의 일반적인일반적인 원인원인
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진동진동 경향경향((trending)trending)
경향관리프로그램의 설정 시, 측정 시간구간(intervals)의 설정이 중요
정상상태 조건 하에서 운전되는 신규 또는 최근 분해 점검된 설비에서실제적인 시간구간은 계의 위험도(criticality), 기계의 신뢰도 이력과
기록장비의 데이터 저장능력에 의해 결정
예로 연속 On-line시스템에서 만일 진동크기가 특정시간동안 변하지
않으면, 거의 변동값이 없는 것으로 간주되어 오래된 데이터는 사전설정된 폐기(dumping)가 이루어짐
주기적인 시스템의 경우, 진동이 증가하기 시작할 때 측정시간구간을줄여 감시(surveillance)를 늘리는 것이 타당
기동/정지시의 진동을 경향 감시할 때, 측정은 기계유형에 적합한특정 속도단계(step)에서 취득
비교적 느리게 가속되는 대형 기계의 경우, 속도 증분은 5 rpm 이하로이용되나, 이 샘플링 율은 높은 가속도나 감가속도를 가지는 기계의
경우는 실용적이지 않으므로 기동이나 정지동안의 연속측정을 권고
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광대역광대역 경향경향((broad band trending) (1)broad band trending) (1)
축 또는 정지구조물의 진동크기에 대한 평가기준 설정 시 고려할 사항진동의 크기진동의 어떤 중대한 변화진동의 변화율
신설 기계의 경우, 어느 정도 미리 정해지고 합의된 허용치에 관한진동크기를 근거로 평가
한번 기계가 운전되고 통상의 작동레벨이 결정되면 이들 레벨만이아니라, 발생한 어떤 중요한 변화에 의해서도 평가
회전기계의 정비를 언제 계획할 것 인가를 결정할 때, ISO 7919, ISO 10816 이 결정기준을 제공하는데 이용
ISO 7919 시리즈 : 회전축에서 측정될 때 비왕복운동 기계의 광대역진동의측정과 평가
ISO 10816 시리즈 : 비회전부에서 측정될 때의 광대역진동의 측정과 평가
두 규격은 4개의 영역과 진동의 변화로 평가기준을 제시
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광대역광대역 경향경향 (2)(2)
대부분의 경우, 넓은 범위의 운전속도에 대해 진동의 심각도(severity)를 나타내는데 진동속도만으로 충분함을 발견
그러나 주파수를 무시한 하나의 속도 값만의 사용은 허용할 수 없이 큰 진동변위를 일으킬 수 있고, 특히 진동성분이 1회전당 한번 탁월할 때 낮은 운전속도를 가진 기계에서 나타남
유사하게, 높은 운전속도 또는 기계구성요소에 의해 발생된 높은 주파수에서의 진동을 가진 기계에 대해 일정속도 기준은 허용할 수 없는 가속도를 발생
평가영역영역 A : 새로 설비된 기계영역 B : 제한 없이 장시간운전을
허용영역 C : 보수조치를 위한 적절한
기회까지의 제한된기간동안 운전허용
영역 D : 기계의 손상을 입힐정도의 심각한 상태
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광대역광대역 경향경향 (3)(3)
진동영역은 주파수상한(fu)과 주파수하한(fl)을 나타내고, 정의된 주
파수 fx 이하와 fy 이상의 허용 진동속도는 진동주파수의 함수이고,fx와 fy 사이는 일정속도기준을 적용
특정기계형태에 대한 fl, fu, fx와 fy의 값과 평가기준은 ISO 10816의 관
련부분에서 주어짐
새로 이용된 기계의 진동은 대개 영역 A 이내
영역 B 이내의 진동크기를 가진 기계는 대개 제한 없이 장기간 운전에
대해 허용가능으로 간주
영역 C 내의 진동크기를 가진 기계는 장기간 연속운전에 대해 만족스
럽지 못한 것으로 간주
일반적으로 기계는 수복작업(remedial action)을 위한 적당한 기회까지영역 C 내에서 제한된 기간동안 운전
영역 D 내의 진동크기는 대개 기계에 손상을 야기할 만큼 충분히
심각하다고 간주
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광대역광대역 경향경향 : : 경보경보 ((alarm)
선택된 값은 대개 그 특정 기계 또는 기계의 부류(class)에 대해 측정위치와
방향에 대하여 경험으로부터 결정된 기준선 크기에 비례하여 설정
경보값은 B영역의 상한의 25%와 같은 기준선보다 높은 값의 설정을 권장
기준선이 낮다면, 기준선은 영역 C 아래
새로운 기계와 같이 확립된 기준선이 없는 대부분의 경우, 초기경보값은다른 유사한 기계에서의 경험이나 일치된 허용값을 기초로 설정
일정 기간 후, 정상상태의 기준선 값이 설정되어야 하고, 경보설정은그것에 따라 조정되어야 함
어떤 경우에도 경보한계는 대개 영역 B 상한의 1.25배를 초과하지 않을 것을
권장
만약 정상상태의 기준선이 변화하면(예를 들면 기계의 분해검사(overhaul) 후), 경보설정은 그것에 따라서 수정 필요
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광대역광대역 경향경향: : 비상정지비상정지(trip)
비상정지(trip)값은 일반적으로 기계의 기계적인 보전(integrity)에관계되고, 기계가 비정상적인 동적인 힘에 견딜 수 있게 하기 위해도입된 특정의 설계특성(design feature)에 의존
따라서 사용되는 값은 일반적으로 유사한 설계의 모든 기계에 대해같고, 대개 경보설정에 사용되는 정상상태의 기준선 값과는 무관
다른 설계의 기계에 대해서는 차이가 있고, 절대적인 비상정지의크기에 대한 명확한 기준(guideline)을 제공하는 것은 불가능
일반적으로 비상정지 크기는 영역 C 또는 영역 D 이내이지만, 비상정지 값은 영역 C 상한의 1.25배를 초과하지 않을 것이 권장
ISO 7919와 ISO 10816에서 권장되는 영역의 경계는 전 세계적인
산업조사의 통계적인 해석에 기초
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정상범위의정상범위의 예예
이 경우 다음의 조치기준은 진동영역 A 또는 B내의 진동경향곡선에 적용
만약 이전의 데이터로부터 진동크기에 명백한 변화가 없으면, 그 때는 어떠한 조치도 요구되지 않음
만약 진동이 증가하고 있고, 직선적인 증가와, 크기가 다음의 예정된 감시이전에 정상영역의 상한을 넘지 않도록 계획되었다면, 어떠한 조치도 요구되지 않음
증가율이 비선형적이거나 또는 변화율이 미리 맞춰진 시간 틀(time frame)이내에서 이전의 수치(reading)로부터25%증가한다면, 연속적인 감시로 비율을 확정하고, 보다 빈번한 감시를계획하며 진단프로그램의 실행을고려
만약 계획된 크기가 다음 감시 이전의상한을 초과하는 것을 나타낸다면, 상한에 도달했을 때 보다 더욱 빈번한 감시를 계획
정상범위에서 진동진폭
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경보영역의경보영역의 예예
이 경우 다음의 조치기준은 진동영역 C이내의 진동경향곡선에 적용
크기에 변화가 없으면, 감시간격을 동일하게 유지
만약 크기가 선형적으로 증가하고, 예정된 정비 전 또는 다음의 예정되어 있는 감시 이전의 조치의 크기를 초과하도록 계획되었거나, 또는 증가율이 비선형이라면, 연속적으로 또는 보다 빈번한 감시에 의해증가율을 확정하고, 정비를 재계획(reschedule)
재 계획된 정비 이전에 3개의 데이터점이 모이도록 하기위해 감시 빈도를 증가
문제와 요구되는 정비를 결정하기위해 진단프로그램이 권장
관찰된 진동크기가 감소한다면,격주의 감시 빈도는 지속되어야하고, 진단을 권장
경고 영역에서 진동진폭
PUKYONG NATIONAL UNIV. - 56 - Intelligent Mechanics Lab.
기동기동//정지시의정지시의 진동진동
기동/정지시의 진동은 기계 열(train)의 기동과 정지동안에 취득된
진동정보를 의미
이런 종류의 데이터는 정상상태운전동안에 취득될 수 없는 기계의기계적인 상태에 대한 통찰력을 제공
예를 들면 불평형응답, 위험속도, 감쇠, 전자기적 이상현상, 마찰, 축의 크랙을 포함한 구조적인 공진과 구성부품의 공진의 존재는기동/정지 데이터로부터 가장 잘 검지되고, 해석이 가능
기동/정지의 표시(display)는 동일한 정상상태의 스펙트럼보다 더욱복잡하고, 만약 속도에 대해서 그린다면, 1회전 당 1번의 기준(reference)이 필요
진동데이터는 대개 Bode선도, Nyquist/극 선도, Campbell 선도,cascade(waterfall)선도와 같은 형식으로 표시
초기시험이 보다 폭 넓을 수록, 기계 열화(deterioration)의 적절한
검지, 진단과 추적의 가능성이 증가
PUKYONG NATIONAL UNIV. - 57 - Intelligent Mechanics Lab.
과도진동과도진동 경향경향
과도상태의 표시는 동일한 정상상태의 표시보다 더욱 복잡하지만, 기계 상태변화의 존재를 검지하기위해서는 시간에 대한 진동경향이필요
복잡한 3차원 데이터의 폭넓은 해석은 정상상태운전에서 나타나지 않는이상현상(anomalies)을 검지 가능
기계의 속도가 일정하게 유지되더라도 과도운전은 환경적인조건(온도, 압력 등), 하중, 프로세스 파라미터(process parameter)등의 변화에 의해 발생
따라서 이들 요인의 변화와 관련된 과도 진동의 측정은 가능하면많은 동일한 운전조건에서의 경향데이터를 가질 것이 필요
PUKYONG NATIONAL UNIV. - 58 - Intelligent Mechanics Lab.
이산주파수이산주파수 진동진동
광대역 진동은 경보의 특정 원인을 밝히기에 충분한 정보를 항상 제공하지는 않으며, 이는 특히 여러 가진 주파수가 주파수 스펙트럼에 나타나는 복잡한 장치에서 그러함. 이 때는 광대역 진동신호를 이산주파수(discrete frequency)성분으로 분해할 것을 권장
대부분의 경우, 각각의 주파수는 관련 기계부품의 운동과 서로 대응하며, 이들 진동성분이 변할 때 이상(irregularity) 또는 기계의 손상이 종종 초기단계에서도 검지 가능
이산주파수분석에 의해 검지될 수 있는 예 : 기계적 또는 열적으로 여기된 회전체 불평형,자려진동, 마찰(rubbing), 정렬변화, 베어링또는 기어손상과 크랙
실제로는, 기계의 기준 스펙트럼은 기계의신설 동안 또는 분해검사(overhaul)후에 기록하여, 기준선신호로 하고, 이 기준 스펙트럼은 어떤 변화를 검지하기위해 이후의주파수 분석과 비교
주파수 피크의 크기가 비정상적인 이상현상(anomalies)을 나타낼 때 명백한 주파수피크의 근원(source)을 평가하는 것은 중요.즉시 이를 조사하여 문제의 조기검지 가능
주파수 스펙트럼
PUKYONG NATIONAL UNIV. - 59 - Intelligent Mechanics Lab.
이산주파수이산주파수 진동의진동의 경향경향
진동 스펙트럼에서 이산주파수의 경향은 진동 한계설정에 대한 보다폭 넓은 데이터를 제공
그림은 시간함수로서의 기본주파수(1x)와 조화성분(2x, 3x)의 경향에대한 전형적인 예를 나타냄
이산주파수 진동의 경향
PUKYONG NATIONAL UNIV. - 60 - Intelligent Mechanics Lab.
광대역과광대역과 협대역협대역 경향의경향의 비교비교
Broadband Trending Narrowband Trending측정점으로부터 overall rms 또는 광대역 진동치를 취득 진동주파수의 특정대역에 대한 총에너지 제공
통상 10∼10,000 Hz 사이의 총진동에너지를 제공 특정기계요소 또는 고장 모드를 나타내는 진동주파수들을 이용
기계의 측정점의 Unfiltering된 전체진동값 중요기계부품의 상태를 빠르게 감시하는 수단제공
개별적인 진동주파수성분의 정보를 제공하지 않음
기계열의 측정점에서 overall 진동에너지변화를 제공 특정기계요소의 진동에너지 변화를 제공
PUKYONG NATIONAL UNIV. - 61 - Intelligent Mechanics Lab.
충분한 구동력이 작용하여 위험속도 통과 시 가속도가 크고, 충분한 감쇠 및 평형잡이(balancing)가 되어있다면, 회전체(rotor)는 위험속도를 통과 가능. 위험속도 부근(공진영역)의 운전 시는 기계계의 감쇠능력과 위험속도에의 근접도에 따라 진동진폭이 증폭
그림 7. 전동기 구동 편지지홴(fan)의 위험속도선도(critical speed map)
PUKYONG NATIONAL UNIV. - 89 - Intelligent Mechanics Lab.
질량질량 불평형불평형( Mass Unbalance)
발생원인 : 회전체의 기하학적 중심(축 중심선)과 질량중심이 일치되지 않을 때에 발생하고 반경방향의 회전력을 야기시켜 진동을 일으킴
진동주파수 : 축 1회전 당 한 번씩 발생하는운전주파수성분(1X)
위상각 : 축에 부착된 기준신호에 대하여 일정
과도한 질량불평형에 의해 베어링이나 베어링지지대(pedestal)에 비선형 특성이 발생하면, 운전속도보다 낮은 진폭의 조화성분진동(예로 2X, 3X)이 발생
수평방향의 진동이 일반적으로 수직방향 진동보다 크다. 축 방향 진동은 일반적으로 반경방향진동에 비해 미소
그림 8 모터의 질량 불평형진동
PUKYONG NATIONAL UNIV. - 90 - Intelligent Mechanics Lab.
정렬불량정렬불량 ( Misalignment)
과도하게 지지된 회전체(3개나 그 이상의 반경방향 부하 베어링을 갖는 rotor)의 정렬불량은축 운전속도에서 베어링, 축, 외부 커플링에서 회전주파수의 예하중(preload)를 야기
심각한 정렬불량은 한쪽 또는 두 방향에서 비선형 베어링 거동을 야기시키고, 베어링의 비대칭성과 pedestal(또는 foundation)의 강성에 의존. 비선형 거동은 축 진동의 절단된 시간파형과 비선형적으로 생성된 2차와 고차성분을 야기. 심각한 경우, 2X 진폭이 1X보다 크게된다.
그림 9. 여자기(exciter)와 발전기사이의 정렬불량진동
PUKYONG NATIONAL UNIV. - 91 - Intelligent Mechanics Lab.
정렬불량정렬불량 ( Misalignment)
• 일반적으로는 1X 성분이 제일 크고, 불평형 진동과 혼동되기 쉽다.• 정렬불량이 심각한 경우에는 2X 성분은 1X 성분보다 크게 된다. • 괘도(Orbit)의 형상은 원형에서 예하중(preload)이 작용하는 방향으로 굽혀지고
심한 경우는 8자 모양이 된다. • 정렬불량이 미소하면 괘도는 1회전 당 1회 진동의 형태가 된다. • 또한 높은 1X 성분의 축진동이 정렬불량의 증상이 된다.
그림 10. 정렬불량과 커플링의괘도(orbit)
PUKYONG NATIONAL UNIV. - 92 - Intelligent Mechanics Lab.