설비진단 기술과 최적 계측기의 선택(음향방출 초음파의 관점으로

설비진단 기술과 최적 계측기의 선택(음향방출 초음파의 관점으로…)

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설비의 아픈 곳을 진단하는 방법 또는 모니터링하는 방법으로 설비진단기술이라고 하는 것을 보면 대표적으로 진동(Vibration)이 있고 윤활(Lubrication), 열화상(Infrared) 그리고 초음파(Acoustic emission)가 있다. 이 중에서 초음파는 가청주파수(20Hz~20kHz)를 상위하는 음파(종파)로서 투과성질이 있고 에너지를 집적할 수 있는 장점이 있다. 사용처는 자동차 후방감지기에서부터 산업용(위치제어, 비파괴검사), 의학과 군사용으로 다양한데 그 중에서 초음파(Ultrasonic)를 이용한 설비진단방법은 진동과 열화상으로 할 수 없었던, 오일로 할 수 없었던 그 영역이 따로 존재함이 있다. 그 것은 다름아닌 직감(오감)의 사용에 의한 ‘편리성’이다. 이러한 편리성은 인체의 진단과 비교하면 청진기(진동)과 초음파촬영의 차이점으로 비교할 수 있다. 어쨌든, 중요한 점은 “직접 듣고 보고 판단한다.”는 점이다. 인간의 감각은 생각보다 아주 뛰어나서, 변화량을 기억하고 집어내는 능력(dB의 원리)은 훌륭하기 때문이다.

 

진동, 열화상, 윤활분석과 초음파의 비교1

영역구분	진동 , 윤활, 열화상 및 기타	초음파(Acoustic Emission)
진단 및 평가방법	FFT spectrum분석, wave분석, 윤활마모, 오염도 등 채취분석, MCSA분석 등 고도의 해석지식필요	측정한 자료를 가청영역으로 변환하여 귀로 듣고 판단하거나, Level(uV)을 측정하여 비교한다.
측정방법	측정오차에 매우 염려하며, 공진에 대한 고려, 여러 방향에서 측정하여 방향성을 고려(진동)	한 곳을 수직으로 접촉(고체음) 측정 또는 음향센서로 근접, 비접촉 측정.
기계의 속도 (주파수대역)	고속에 적용, 초고속 및 초저속의 기계는 측정곤란	저속, 고속의 음향진동특성을 모두 관찰가능.
판단기준	기계의 상태판단(30Hz~30kHz), 윤활은 초기발견과 관리방법이 적절하며 열화상은 초기보다는 말기에 가깝다.	결함의 초기발견(40kHz)
투자비 회수율	고가의 끝없는 투자, 장기적인 효과 예상	Assembly detector구성, 즉각적인 설비상태판단, PM직접적 근거제시
Leakage적용 (공기,전기)	전문장비 추가로 설치, 별도교육 필요. 열화상도 변형 적용 후 반응.	누설의 위치와 양, 코로나 방전상태 등을 즉각 판단.

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관련 Tag

설비진단기술, 설비진단계측기, 진동과 초음파의 차이, 열화상카메라, 초음파설비진단기, 초음파설비진단카메라, 진동스펙트럼, 라우트, 루트모드.

 

다양한 설비진단기술(특징 및 비교)

다양한 설비진단기술(특징 및 비교)

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사람이 몸이 아프면 종합병원에서 각종 종합검진을 받듯이, 기계의 상태를 진단하는 설비진단 (Machine Health Analysis)의 기술들도 다양하게 존재하며 각기 단독기술로도 분석이 가능하지만 종합적 기술을 사용한 분석결과들을 통해 최종적으로 예지보전(Predictive Maintenance, PDM)에 적합한 예측결과를 산출하게 된다. 여러 가지 진단기술들은 각각 특징이 다르므로 진단하려는 대상에 맞는 최적의 기술이 필요하게 된다.

설비진단기술의 종류 및 특징

종류	특징
진동(Vibration)	모든 신호를 포함하고 있는 광역진단기술, 측정 기술필요, 분석 시 판단에 전문가지식이 반드시 필요.
초음파(Ultrasonic)	조기감지, 청취가능, 저속감지, 부속기능(누설감지), 비접촉진단가능
모터전류분석(MCSA; Current)	측정이 매우 쉽다. 분석은 어렵다. 일부 기계적 결함의 분석에 난제 있음, 모터를 센서로 활용할 수 있음.
모터 자속 분석(Flux), 축전류분석(Shaft current)	조기발견, 축전류누설(모터분석)에 국한.
윤활분석(Lubrications)	마모, 수분, 오염상태를 분석, 비교적 조기발견, 측정(다양한 측정기)과 분석이 복잡함.
열화상분석(Infrared thermography)	열분석 최적도구, 전기장치분석가능, 고가의 장비, 결함현상을 검출

아래의 그림은 Machine life bathtub curve 중 후반기를 표시하였는데, 그 위에 표시된 각 설비진단도구의 주요 활용 감지영역을 비교해 볼 수 있다.  진동은 거의 모든 결함신호를 검출할 수 있는 중요하고 최선의 도구이나, 조기결함진단 측면에서 취약한 면이 있다. 이를 윤활이나 기타 전기결함분석 툴, 또는 초음파를 통해 기술을 보완할 수 있다.

 

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설비진단기술, 진동, 초음파, 윤활, 전기결함, MHM

 

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회전기계설비진단의 진단기술별 특징

회전기계설비진단의 진단기술별 특징

기계가 아픈 상태의 그 위치와 원인을 알아내는 것은 사람의 건강 이상원인을 알아내는 것과 유사하므로 이러한 방법으로 결함을 찾아내는 방법을 설비진단이라고 한다. 청진기만 가지고 진단하던 한의학과는 최근의 건강의학은 많은 검사기술에 의존한다. 기계진단도 마찬가지이다. 진동진단기술에만 의존하던 진단기법은 다양성을 요구하며 초음파, 열화상, 전기분석 등 실제로 다양하게 사용되고 있다. 설비진단기술을 정리하여 본다.

설비진단기술의 종류 및 특징

종류	특징
초음파(Ultrasonic) AE	조기감지, 청취가능, 저속감지, 부속기능(누설감지)
진동(Vibration)	모든 신호를 포함하고 있는 광역진단기술, 전기결함취약, 저속측정취약, 측정시주의, 분석 후 판단에 전문가지식이 필요. 온라인모니터링과 상태모니터링에 필수적인 신호.
모터전류분석(MCSA; Current)	측정이 매우 쉽다. 분석은 어렵다. 일부 기계적 결함분석에 어려움
모터 자속 분석(Flux), 축전류분석(Shaft current)	조기발견, 축전류누설(모터분석)에 국한.
윤활분석(Lubrications)	마모, 수분, 오염상태를 분석, 비교적 조기발견, 측정과 분석이 복잡함, 온라인보다 간헐적인 상태진단에 적합.
열화상분석(Infrared thermography)	열분석, 전기장치분석가능, 고가의 장비, 육안분석으로 매우 쉬운 이해도, 오진(방사율 이해)가능성 있음.

아래의 그림은 Machine life bathtub curve 중 후반기를 표시하였는데, 그 위에 표시된 각 설비진단도구의 주요 활용 감지영역을 비교해 볼 수 있다.  진동은 거의 모든 결함신호를 검출할 수 있는 중요하고 최선의 기술이지만 조기 결함진단 측면에서, 그리고 정확성 측면에서 취약한 면이 있다. 이를 윤활이나 기타 전기결함분석 툴, 또는 초음파를 통해 기술을 보완할 수 있다.

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설비진단, 회전기계설비진단, MHM, 상태진단, RCM, RBM, 진동, 초음파, AE, 열화상, 윤활분석, 자속, 설비진단기술

 

다양한 설비진단의 기술과 적합한 계측기의 선택

다양한 설비진단의 기술과 적합한 계측기의 선택

초음파는 가청주파수(20Hz~20kHz)를 상위하는 음파(종파)로서 투과성질이 있고 에너지를 집적할 수 있는 장점이 있다. 사용처는 자동차 후방감지기에서부터 산업용(위치제어, 비파괴검사), 의학과 군사용으로 다양한데 그중에서 초음파(Ultrasonic)를 이용한 설비진단방법은 진동과 열화상으로 할 수 없었던, 오일로 할 수 없었던 그 영역이 따로 존재함이 있다. 그 것은 다름아닌 직감(오감)의 사용에 의한 ‘편리성’이다. 이러한 편리성은 인체의 진단과 비교하면 청진기(진동)과 초음파촬영의 차이점으로 비교할 수 있다. 어쨌든, 중요한 점은 “직접 듣고 보고 판단한다.”는 점이다. 인간의 감각은 생각보다 아주 뛰어나서, 변화량을 기억하고 집어내는 능력(dB의 원리)은 훌륭하기 때문이다.

진동, 열화상, 윤활분석과 초음파의 비교1

영역구분	진동 , 윤활, 열화상 및 기타	초음파
진단 및 평가방법	FFT spectrum분석, wave분석, 윤활마모, 오염도등 채취분석, MCSA분석 등 고도의 해석지식필요	측정한 자료를 가청영역으로 변환하여 귀로 듣고 판단하거나, Level(uV)을 측정하여 비교한다.
측정방법	측정오차에 매우 염려하며, 공진에 대한 고려, 여러 방향에서 측정하여 방향성을 고려(진동)	한 곳을 수직으로 접촉(고체음) 측정 또는 음향센서로 근접, 비접촉 측정.
기계의 속도 (주파수대역)	고속에 적용, 초고속 및 초저속의 기계는 측정곤란	저속, 고속의 음향진동특성을 모두 관찰가능.
판단기준	기계의 상태판단(30Hz~30kHz), 윤활은 초기발견과 관리방법이 적절하며 열화상은 초기보다는 말기에 가깝다.	결함의 초기발견(40kHz)
투자비 회수율	고가의 끝없는 투자, 장기적인 효과 예상	Assembly detector구성, 즉각적인 설비상태판단, PM직접적 근거제시
Leakage적용 (공기,전기)	전문장비 추가로 설치, 별도교육 필요. 열화상도 변형 적용 후 반응.	누설의 위치와 양, 코로나 방전상태 등을 즉각 판단.

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