VISOPE-진동소음음향방출분석-진단모니터링-한국CBM: 7월 2021

2021년 7월 30일 금요일

배관유체진동-압축기송풍기

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유체기계(펌프, 팬, 블로어, 압축기; 터보형, 용적형)에서 풀부하운전이 아닌 저유량운전시 배관문제를 잘 경험할 수 있다. 특히 시험운전에서 잘 발생하는 진동문제는 유량을 증가시키면 진동이 더 증가될 것을 우려하여 셧다운을 할 때가 많다. 이 것이 바로 배관과 유체간의 진동 첫 번째 원인이다.

배관유체진동-터보형 공기유체기계

가장 잘 알려진 배관계의 공기유체기계의 진동현상은 서징(surging)이다. 배관내의 유량과 압력이 수Hz의 저주파에서 주기적으로 변동하므로 스펙트럼으로 확인하는 것은 정확하지 않다. 배관에 진동과 소음이 발생하여 운전에 지장을 준다. 이 현상은 배관계통이 공기를 강성으로 하는 복원력과 유체의 관성력에 의해 발생하는 진동계가 되어 전동기를 포함하는 송풍기 시스템의 특정속도영역에서 유량증가에 따라 압력이 상승하는 불안정 현상이다. 진동계를 구성하는 복원력을 없애거나 송풍기의 유량압력특성을 개선하면 된다. 구체적으로 액체의 기공을 제거하거나 토출구의 유량조절밸브 등의 위치를 바꾸어 송풍기의 유량-압력특성을 개선하거나 음의 영역에서 운전하지 않도록 서징방지기를 설치해도 된다.

FD팬과 ID팬 등의 덕트에서 발생하는 유체관련진동으로 선회실속과 원추와류(ICV, Inlet corn vortex)가 있다. 선회실속은 저유량운전시 임펠러에 대해 유체의 유입각이 전부하운전시와 비교해서 커져 잘개면의 경게층이 박리하여 실속(유체의 공전이 반대로 이동하는)하는 현상을 말한다. 보통 회전수의 0.5배유사(0.3~0.8X)와 그의 배수까지 존재한다. ICV는 입구안내깃의 개폐로 유량을 조절하는 송풍기에서 발생하는 맥동현상으로 입구 안내깃을 닫으면 임펠러에 들어가는 유동의 선회성분이 증가하고 유동이 편심되어 생기는 맥동이다. 보통 회전수의 2배에서 발생한다. 방지대책으로 선회실속은 가변입구안내깃을 ICV는 흡입부에 선회유동방지용 링을 설치하면 효과가 있다.

2021년 7월 23일 금요일

진동평가를 위한 측정 및 방법 두가지

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어떠한 대상(시험체, 기계 구조, 건물 등)의 진동을 측정하여 그 크기를 정량화하여 평가하려고 할 때 평가단위와 진동센서의 출력단위가 같지 않아서 어려움을 갖는 질문을 받는다. 예를 들어 평가를 하기 위해 기계의 제조사건설사를 통해 제공받은 관리 메뉴얼에 따르면 변위로 평가하라고 되어 있는데 현재 측정하고 있는 계측센서가 가속도센서일 경우 변위로 변환(단순히 두 번 적분)하여 구할 수 있는 것인지에 대한 내용이다. 어떻게 해야 맞는 것인가?

진동단위변환과 측정용 센서 그리고 평가단위

우선, 가장 좋은 방법은 본래 물리량의 단위로 비례하여 출력하는 센서를 사용하여 나온 값으로 평가하는 것이다. 이 것은 가속도센서로 G나 m/s²을 기본으로 평가하는 대상인 인체환경진동, 지진정밀기계류에는 센서출력값의 단위를 그대로 사용하거나 그 단위를 기본으로 추가 변환식에서 산출된 값을 사용한다. 또한 변위센서로 측정해야 하는 축변위 거동감시 대형회전기계류, 파이프대형구조물 등은 변위단위로 평가하는 것 등을 예로 들 수 있다.

그런데 가장 많은 기계류 평가단위로 사용되고 있는 ‘속도인 경우 속도센서라 일반적이지 않고 가지고 있더라도 제한적(고가격, 사용주파수한계, 크기제한)이므로 가속도센서를 사용하여 적분하여 속도단위로 평가하는 것이 일반적이다. 특히 여기에는 주파수관련 이론사항에 대하여 중요하게 생각해야 한다. 가속도는 고주파 영역에서 더 잘 관찰되고 변위는 저주파영역이 더 크게 보인다. 따라서 구름베어링, 기어가 주요 관찰해야 하는 부품인 경우, 가속도로 측정하는 것이 옳고 좋다. 반면에 오일거동, 축의 저주파진동은 상대적으로 저주파이므로 또한 대체로 슬리브베어링을 사용하는 변위센서가 좋은 것이다. 이러한 질문이 많다. 구름베어링을 사용하는 펌프의 제조사에서 제공받은 진동체크 메뉴얼에 변위(µm, p-p)로 평가하게 되어 있다면 가속도센서로 측정된 결과값을 두 번 적분하여 변위로 평가하면 되는가?에 대한 것이다. 이 것은 이렇게 답변한다. 제조사의 진동체크 방식이 국제진동평가방식이 정립되기 매우 오래 전에 작성된 방식, 슬리브베어링을 사용하는 베어링도 혼용하여 평가하고 있다는 것은 명확한 잘못인 것이다. 실험실처럼 단일파형이 나타나지 않는 현장에서 두 번 적분하면 실제 변위와의 오차가 심해서 당연히 정확하지 않은 것이므로 rms속도로 평가하는 방식이 국제적이고 가장 일반적인 것이다.

키워드	진동기준, ISO, 진동평가, 가속도, 변위, 적분, 진동량, overall

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2021년 7월 16일 금요일

설비진단 진동평가기준 2 (ISO10816 Vs ISO7919)

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기계(설비)의 진단을 위한 진동평가기준에는 과거에는 엔지니어협회, 계측기 제조사, 보험사 등이 각각 만들어 놓은 기준들이 많았다. 따라서 ISO에서는 이러한 기준들을 상황에 맞게 조정하여 재정리하였는데 크게 2가지 종류로 다시 구분해야 할 필요가 있었다. 그 방법은 변위센서(회전축거동을 비접촉방법으로 측정)의 기준과 가속도센서(베어링으로부터 전달된 진동의 비회전부의 측정)의 기준으로 나누어졌다.

평가기준(회전기계) ISO10816 Vs ISO7919

10816	ISO세부항목	7919
1	일반사항	1
2	증기터빈	2
3	산업용기계	3
4	가스터빈	4
5	수력기계	5
6	왕복동기계
7	회전형(Rotodynamic) 펌프

진동평가는 Overall(진동량)으로 평가한다. 진동계(Vibrometer)에서 읽어 나타내는 그 값이다. 비접촉 변위진동센서를 이용하여 기계의 축의 변위(Peak to Peak, ㎛)를 관찰하는 것과 다른 하나는 가속도 센서를 이용하여 진동속도(rms, mm/s)의 값을 측정하는 것이다. 이 중에서 가속도 센서를 이용하여 측정하는 방법은 베어링 케이싱에 접촉형센서(가속도센서)를 부착하고 진동계에서 값을 읽는 방법으로 가장 많이 사용되고 있는, 손쉬운 기계상태평가방법이다. 1970년 전부터 사용되던 진동평가기준은 회전수에 따라 얼마만큼의 진폭을 나타내는가(Blake chart, Rathbone chart 1939년, VDI2056 1964년)에 따라 상태를 등급화 했지만, 1989년에 개정된 ISO10816(아래표)에는 ISO2372의 기준을 포함하여 기계의 크기(동력), 종류와 지지형식에 따른 진폭으로 세분화한 것이 특징이다. 하지만, 이것도 절대적 표준은 아니며, 법적인 기준도 전혀 없으므로, 각 설비의 상태에 적합한 기준은 제조사 매뉴얼을 가장 많이 참조하며, 제조산업의 위험도 및 수준, 또는 경험에 의한 MTBF(고장빈도율) 수명판단 등에 따라 각기 달리 정하는 바가 옳다고 생각한다.

주요용도별로 정리하면 다음과 같다.

10816: 가속도센서로 측정, 속도(rms)값으로 판단, 적어도 10Hz에서 1000Hz를 포함하여 측정하여야 함, 주로 구름베어링이 사용되는 산업용기계 10816-3이 주로 사용됨, VDI2056, ISO2372, ISO3945가 모체

7919: 변위센서(Proximity probe)로 측정, 변위(Peak to Peak)로 판단, 적어도 회전속도의 2.5배 이상 주파수를 포함하여 측정하여야 함, 주로 Sleeve bearing이 사용되는 대형 고속 회전기기(2,3,4가 주로 사용)에 사용, 절대진동과 상대진동기준이 별도로 있으며 낮은 기준으로 우선 적용, Dresser-Clark선도, API611, VDI2059가 모체.

주의사항

하나의 설비 조합 유닛(Application, Assembly component)에서 측정된 수평, 수직, 축방향 DE측 NDE측 모두에서 측정된 것 중 최고 진동량(Overall)으로 평가하며 7919와 10816으로 동시에 평가했을 경우에는 더 낮은 평가로 우선 적용한다.

2021년 7월 9일 금요일

한눈에 사례 15 팬 압축기

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사례요약 5팬 압축기-일부생략

설비진동진단사례를 현상에 따라 한눈에 요약하였다. 체크하면서 패턴을 확인하며 학습할 수 있다.

번호	진단의 문제	현상	비고
1	팬 cage결함,크랙	구름베어링 제지기계 140G peak, FTF 127mm/s	팬베어링간의 misalignment
2	팬하모닉	구름베어링 Inboard측, Harmonics 전기분해에 의해 손상베어링
3	Comp aerodynamic whip	유체진동, tilting pad 0.457X, 위상차변동 0~82도, 토출단 sub harmonics	Seal에 anti-swirl공급장치설치
4	Comp 자려진동	4단원심, 4pad tilt brg, 50Hz전후 저주파진동증가, 저속축에서만 발생, 베어링제진능력부족	Preload 0.3->0.5상승, pad지지점을 후방으로이동
7	팬 공진	3600rpm, 520kW 베어링지지대 진동크고, 축방향큼, 위상각 90도변화, 베어링지지대 축방향 Fn일치	베어링지지대 하부를 H형강의 리브구조로 변경
8	Comp rubbing	스크롤압축기(에어컨 서리제거용), 급유량중단시 진동증가,기어치면 맞닿음, 편심접촉, Orbit	스프링으로 가동스크롤의 경사를 구속함(한쪽만 닿도록 스프링으로 수정)
9	comp공진	2700kW, 14293rpm, 피니언 축진동 6X증가, Fn의 3차모드가 pinion4차모드 6X와 중첩, S/W고유치해석	기어재연삭(F저감), 베어링형상변경(Fn저감)
10	Comp 불평형+Misalignment	Expander gear motor 1X, 2X

키워드	1X, 스펙트럼, 진동분석, 설비진단사례, 진동진단, 사례요약

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