변위센서 (Displacement; 변위계 중 Proximity probe)

변위센서 (Displacement; 변위계 중 Proximity probe)

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발전소나 중화학 및 정유업체 등에서 설치되어 있는 온라인모니터링 진동감시용시스템(VMS)은 고속회전 기계설비의 이상상태를 확인할 수 있는 가장 최선의 방법으로 사용되고 있다. 이 시스템에서 발생하는 진동신호를 기준으로 설비를 강제로 정지시킬 수도 있고 상태기반 보전계획(PDM, PM, CBM, RBM)에 반영할 수도 있는 data를 저장한다. 특히, Sleeve bearing을 사용하고 있는 대형고속회전기계는 대부분 변위센서에 의한 축(Shaft)거동 직접진동감시 비접촉 센싱시스템을 사용한다.

변위센서(Proximity probe)

가속도센서나 속도센서와는 달리 변위센서가 대형고속회전기계의 진동측정에 널리 사용되고 있는 이유는 Bently Nevada(GE소속)에서 개발한 Proximity probe가 축거동을 비접촉으로 계측할 수 있으며 매우 정밀하고 축거동을 확인하는 방법을 많은 사용자들이 안정적인 위험감시방법이라고 인정하기 때문이다.  정확히 말하면 변위센서 시스템의 구조는 Proximity probe와 Extension cable 그리고 Sensor(Transmitter)로 구성되어 있으며 이것을Monitoring system DAQ(H/W본체)에 연결하여 S/W를 이용하여 모니터링하고 기록을 저장하는 시스템으로 구성되어 있다.

1.27mm까지 측정이 가능하며 Gap setting voltage는 -9V DC, sensitivity(감도)는200mV/mil(7.87mV/µg=0.00787V/g, 1mil=25.4µm), 8mm dia를 가진 센서의 경우 약 5cm의 Dia shaft이상의 축을 측정할 수 있다. 주의할 점은 Extension cable의 Capacity가 다르므로 반드시 정해진 케이블의 길이 및 Probe를 사용해야 한다.

Proximity probe 변위센싱시스템의 장약점을 정리하면 다음과 같다.

장점	약점
1.     축거동을 직접계측, 매우 정밀 2.     비접촉으로 측정한다. 3.     매우 넓은 고속대형기계 보급사용성 4.     DC를 측정가능(정위치를 파악가능)	1.     고가격 2.     변위센서의 선형성 한계(0~1000Hz) 3.     도체에만 반응한다. 4.     설치 및 재설치가 복잡

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키워드	진동센서, 변위센서, Proximity probe, displacement sensor, VMS

진동데이타의 수집 기본절차

진동데이타의 수집 기본절차

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진동데이타는 과정, 결과, 예측을 위한 많은 힌트를 포함하고 있기 때문에 고장의 분석 또는 위험의 감지 수명의 연장 등에 사용되고 있는 모니터링 파라미터 중의 하나이다. 이 진동을 측정하기 위해서는 센서와 계측기 그리고 분석프로그램이 있어야 하겠지만 단순히 라디오를 켜고 듣는 것처럼 교육이 없이 보편적인 측정을 하여 같은 결과를 낼 수는 없다. 녹음기에 음악을 저장하듯이 레코더에 진동데이타를 저장하고서 분석을 해달라고 의뢰하는 사람도 있다. 어떻게 저장했는지는 별로 중요하지 않았던 모양이다. 이 때 다음을 이야기 하고 싶다.

올바른 진동데이타를 수집하기  위한 기본사항

다음은 기본에 속하는 내용이지만 측정의 중요함을 알아야 하는 것으로 절차 없이 측정한 결과가 어떠한 시간의 낭비였는지를 알 수 있을 것이다.

-진동의 Overall(Broadband)값을 측정할 것인가? 아니면 스펙트럼 데이타를 얻으려고 하는 것인가?(Overall data로는 고장의 원인을 알 수 없다.)

-주파수범위는 어떻게 설정할 것인가? (저널베어링은 

15배 TS, 구름베어링은 50배 TS가 적절, 최소한5~1000Hz는 포함하여야 함)

-진동의 단위는 어떻게 설정할 것인가?(진동에너지는 속도와 밀접, 구름베어링과 기어는 가속도, 축변위는 변위)

-결과치의 진동수준평가(제조사권장?, 기계별로 주파수별로 다를 수 있음)

-센서의 형식은 적절한가?(변위센서의 종류도 다르고, 지진센서, 속도센서, 가속도센서 등)

-가속도센서의 고정방식은 잘 되었는가?(접촉공진)

-측정포인트의 선정(기계의 건강특성을 표현하기에 가장 적절한 위치와 방향을 선택)

-얼마나 자주 데이터를 취득할 것인가?(Critical, Non-critical)

-측정 당시 기계의 부하상태는?(부하의 여부에 따라서 진동의 크기는 당연히 다르다.)

-데이터를 수집하는 사람과 분석하는 사람이 다를 수 있다. (50/50, 각기 전문지식이 필요)

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키워드	진동측정, 진동가속도계, 부착방법, 접촉공진주파수, FFT, 진동계, 진동센서

트리거 (Trigger)

트리거 (Trigger)

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신호의 분석시 메뉴에 ‘trigger’라는 것이 있다. 이 것은 함수는 아닌데 고성능 계측기라면 거의 있는 기능이다. 신호를 분석한다는 것은 신호를 계측하기 전 후의 결과를 처리 하는 것을 의미하는데 이 때 신호를 계측하거나 종료하는 시점을 알려주기 위해서는 어떤 방아쇠(trigger)의 기능이 필요하다.  바로 이 것이 트리거이다. 정확한 시작이나 종료를 알지 못하면 계측자가 직감으로 알아내야 하는데 진동이 쉽게 알아차릴 수 있으면 다행이지만 생각보다 무심결에 지나갈 수 있고 너무 빠르거나 때로는 아주 중요한 순간을 놓칠 수 도 있다. 특히 발파나 폭발, 그리고 대형기계의 시운전은 재현하기에 많은 제약이 있을 수 있다.

Triggering

트리거가 되어 있지 않은 상태에서 계측기는 가능한 빠르게 작동하고 있다. 만약 기본주파수범위가 실시간으로 선택되어 있다면 데이터는 아주 심플하고 계속적으로 연속적인 상태로 진행될 것이다. 하지만 실시간상태가 아니라면 진행시간과 윈도우의 시간(채칩된 시간)에 디지털데이타의 차이가 생기기 마련이다. 다시 말하면 분석기는 가능한 빠르게 신호를 샘플링한다. 분석기의 실시간비(realtime rate)로 주파수밴드(frequency band)와 해상도(resolution)가 설정되어 각 시간윈도우(time window)에 채집되는 것이다. 쉽게 설명하면 트리거가 있으면, 시작하거나 종료하는 시점을 자동으로 설정할 수 있다.

데이터는 분석기를 통해 흘러 들어오므로 윈도우의 시작을 트리거링 해주어야 한다. 트리거 이벤트는 분석기의 내부에 혹은 소프트웨어에 있으며 신호의level(크기, 높이 등)으로 알려주거나 혹은  기계의 회전이벤트(tach pulse), 외부의 신호(voltage, ampare), 밸브의 개방 및 닫힘, 스위치의 작동 등으로도 줄 수 있다.

대부분의 경우에 공통적인 시작시점을 알아내는 것은 데이터를 취득하는 데 큰 이점이 있다. 특히 시간윈도우의 전 또는 과정 중에 트리거가 발생하여 윈도우의 취득을 지연(delay)할 수도 있다. 트리거의 지연은 트리거 이벤트가 발생하기 전/후의 데이터를 조사할 때 사용한다.

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키워드	trigger, window,샘플링, 트리거

설비진단기 초음파카메라 (초음파 진단의 특징)

설비진단기 초음파카메라 (초음파 진단의 특징)

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초음파 기술은 밀폐성, 누수, 방전 그리고 기계작동 등의 많은 분야에서 가장 정확한 솔루션을 제공할 수 있다. 초음파의 특성을 정리하면 다음과 같다.

1.     초음파는 아주 정확하게 측정될 수 있습니다.
파동이 사물이나 사람의 신체를 통과하면서 강도의 차이는 수치화될 

수 있습니다. 그래서 기계나 시스템의 작동 혹은 상태에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 다양한 현상들이 명백하게 측정될 수 있습니다.

2.     고주파 소리는 저주파에 비해 직진성이 매우 강합니다.

직진성이 강하다는 것은 외부의 다양한 소음 속에서도 문제발생의 정확한 위치를 나타내는 것을 쉽게 만들어줍니다.

3.     초음파의 다른 주요한 장점은 수많은 개체들이 초음파를 발생한다는 것입니다.
누수, 압력, 방전, 새어 나오는 가스나 가스 혹은 액체의 기류에서 발생하는 캐비테이션(추진기 등의 뒤에 생기는 진공 현상)등 많은 현상들이 탐지되고 측정이 가능한 초음파를 발생합니다.

초음파설비진단기의 특성 (Leak shooter 1000)

초음파진단카메라의 원리 및 적용분야와 진동과의 차이점을 정리하면 다음과 같다.

항목	내용	비고
원리	초음파를 측정하여 원인 및 고장을 파악한다.	기계의 마찰, 충격음, 누설음, 전기코로나 등은 초음파를 발산한다.
측정방법	접촉식, 비접촉식 모두가능	기본 센서 외 각종 액세서리이용
인터페이스	헤드폰, 액정화면 또는 컴퓨터로 데이터전송	조작이 가볍고, 현실적
적용분야	베어링결함, 공기누설, 전기코로나측정, 기어마모, 기계적결함, 전기적결함, 저속베어링, 각종 유체음, 마찰음	팀별로 구매필요
적용설비/산업	펌프, 모터, 컴프레샤, 유압설비, 팬, 파이프, 컨베이어, 송전배전계장, 엔진, 압력탱크	전력, 철강, 조선, 전자, 제지, 운송, 빌딩, 자동차, 각종QC, 시멘트, 플라스틱, 공작기계, 플랜트배관
대상자	설비보전담당자, 진동측정담당자, 기계,전기,계장 담당, 설비진단담당자, 검사측정담당자, 예지보전담당자, 설비관리담당자.	장기간 교육이 필요 없음.  이론이 정확하며, 쉽고 간단
진동과 비교	측정오차 적음, 측정포인트 적음, 이론이 쉽고, 효과가 빠름, 비용이 저렴,	조기결함탐지 탁월, 저속베어링결함확인탁월, 공기누설을 탐지
목적	측정->설비결함확인->수리->설비수명연장	여타 예지보전 툴과 같으나, 쉽고 조기결함발견측면에 장점.

TEL: 02-6480-9991   FAX: 02-6971-8178   mail: sales@astint.co.kr

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설비(회전기계)의 질병들 (설비진단 진동분석을 통해 알 수 있는 이상상태)

설비(회전기계)의 질병들 (설비진단 진동분석을 통해 알 수 있는 이상상태)

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기계는 왕복이나 회전을 할 경우 반드시 진동을 발생하게 되지만 자연스러운 에너지의 변환이라고 할 지라도 진동이 높다면 상태가 나쁘다는 것을 직감할 수 있다. 기계가 진동이 높아서 파손이 된다면 인간에게 안전과 재산에 따르는 피해를 줄 수 있을 뿐만 아니라 기계 자체에 자존심을 부여해 본다면 진동이 기계가 아픈 곳을 말하고 있는 것이라고 생각해 보자 그러면 우리가 공부하는 설비진단의 여러 규칙을 이해하는 데 도움이 될 것이다. 아픈 병명을 맞추는 것, 이 것이 설비분석가의 진단결과가 된다.

진동으로 병명을 유추한다. 병명의 종류

진동으로 알 수 있는 기계의 정상이 아닌 상태는 ‘결함(fault)’이라고 부르며 이 결함의 종류를 바로 기계병명의 종류로 볼 수 있다. 피검사나 엑스레이 및 초음파검사를 할 수도 있지만 여기서는 가장 많이 그 병명을 유추할 수 잇는 진동으로 확인할 수 있는 결함의 종류를 알고 간략하게 설명하기로 한다. 우선 가장 처음에 전제로 하여야 하는 것은 잘 측정(센서, 설치, 계측설정, 방향, 단위선택 등)이 된 결과로 분석한 결과이어야 한다는 것이다. 가급적 많은 경우의 결함을 필자의 결함에 의지하여 우선순위 배치하였으니 공식적인 자료는 아님을 참조하기 바란다.

1.     Unbalance (Imbalance, 질량불평형)-회전기계, 회전에 의한 왕복동기계

2.     Misalignment(축정렬 불량)-구동부와 연결된 유체기계, 변속기, 커플링, 발전기, Roll 등

3.     Mechanical Looseness(기계적이완)-바닥의 고정풀림상태, 회전체의 고정풀림상태, 크랙 등

4.     Bearing(Rolling, Sleeve베어링의 결함)-충격이나 지나친 마찰력을 유발하는 흠집, 파손결함

5.     Motor Electric fault(전기적인 문제로 인한 진동)-회전자 및 고정자의 결함파손, 정류자의 문제, 공극의 이상, Beat맥동, Noise, Soft foot.

6.     Flow induced vibration(Fan, Pump, Compressor등 유체력에 관한 진동)-Cavitation, stall, Surge, Hammering, Blade run out 등

7.     Resonance(공진)-측정오류, 굽힘모드, 비틀림모드, 유체기인, 국부공진, 윤활공진 등

8.     Gear 및 Belt 진동의 원인-소수이론설계오류, 장력설치위반, 축정렬오류, 윤환문제

9.     Lubrication(윤활)-윤활부족, 부적절윤활유선택, 윤활공급량의 오류, 윤활repair오류

10.   Bent shaft(축의휨)-기본적인 축의휨 상태에 어긋나는 위험속도, 기형적 제작, 국부적열부하

11.   Design오류-설계시점부터 있던 오류, Tuning없이 모방한 기계.

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