진동평가의 표현방법 (진동상태의 등급표시 ABCDE)

진동평가의 표현방법 (진동상태의 등급표시 ABCDE)

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진동을 담당하고 있는 사람은 관리자나 기타 다른 기술을 담당하고 있는 사람으로부터 현재의 진동상태는 어떠한가를 묻는 질문을 반드시 듣게 되어 있다. 심지어는 말로 듣고 데이터를 측정하여 전달해 주었을 뿐인데 이에 대한 결과를 물어볼 수 도 있다. 상태를 평가한다는 것은 절대, 상대, 상호기준 등에 따라서 종합적으로 판단해야 하기 때문에 쉽게 답변할 수 없지만 그러나 반드시 확인해 주어야 한다면 ‘절대평가’에 따라 그 결과와 근거를 낼 수 있다. 이 상태는 양호/ 불량/ 불가 등으로 주로 구분되어 표현되는데 그 다양한 표현과 표준에 대해서 정리하여 보았다.

진동평가의 등급표시

우선, 해외 각 기준 및 그래프를 이용한 참조기준 등에서 표현된 방식은 영국형은 주로 ABCDE 5등급으로 표기하는데 표현하는 용어와 순서(대부분 A가 가장 좋은 상태이지만 어떤 등급은 E가 가장 좋은 상태)는 약간씩 다르지만 대체로 주파수별 등급 진동치(진동량, 진폭)를 표기하고 있다.

 

가장 많이 사용하고 있는 진동 등급의 표현방법은 ISO10816이나 7919에서 사용하고 있는 A/B/C/D의 4등급으로

A영역 :신규로 설치된 기계

B영역 :장기간 운전이 허용되는 기계

C영역 :장기간의 연속 운전에 적절하지 못한 기계 (제한된 기간 동안 운전)

D영역 :기계에 손상을 입힐 정도로 매우 가혹한 상태

기타 국내에서 고시, 활용하고 있는 안전진단 기준치(산업안전관리공단)의 평가등급도 이와 유사하다. A/B/C/D/E로서 매우 양호한 상태를 A로 정하고 있다.

또한 위의 등급들을 잘 살펴보면 대체로 설비의 중요도와 잘 연관할 수 있어서 예를 들어 설명하자면 A등급을 만족하는 기계나 정밀해야 하는 구조, B등급까지 만족하는 기계나 구조(바닥, 위치)를 기준하기도 한다.

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진동 상태 평가기준 3가지 방법(절대, 상대, 상호)

진동 상태 평가기준 3가지 방법(절대, 상대, 상호)

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진동이 발생하는 설비(기계), 구조는 생산에 직결하는 매우 중요한 자산(Asset)이고 관리자의 입장에서 보면 여러 의미에서 반드시 이 자산의 좋은 상태와 나쁜 상태를 집계할 필요가 있다. 따라서 상태를 평가하고 현재가 정상인가 아닌가를 판단하려면 어떠한 기준이 있어야 한다는 것은 짐작하고 있을 것이고 찾을 것이다. 가장 많이 사용되고 있는 평가기준(criteria)은 ISO나 API등에서 다루고 있는 ‘절대기준’이며 이는 참조기준이나, 성문기준, 제조사 권고기준 등을 포함한다. 그러나 설비의 건강상태를 평가하는 것은 일괄적일 수 없을 때도 많으므로 절대적인 기준 이외의 평가방법이 필요하다. 이 것은 물론 일반적인 Overall값(진동량)으로 하는 것으로 개별 주파수진폭에 의한 평가는 다름을 이해하고 있어야 한다.

진동의 절대평가, 상대평가, 상호평가

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상태를 평가한다 라고 하는 것은 측정된 진동에 대해 정상치 인지 이상치 인지를 평가하는 것이다. 평가를 위한 평가기준(Criteria)에는 절대평가기준, 상대평가기준, 상호평가기준 등이 있으며 설비의 특성에 따라 각각 달리 적용하고 있다.

 

¨ 절대평가기준 – 동일 부위에서 측정한 값을 평가 기준과 비교하여 양호, 주의, 불량을 평가한다. 일반 회전기계 전반에 적용한다. ISO 10816, 7919에서 정하고 있다.

 

  ¨ 상대평가기준 – 동일 부위를 정기적으로 측정하고 시계열 데이터를 비교하여 정상인 경우의 값을 초기치로 하고, 현재값이 그 값의 몇 배가 되는 가를 확인, 평가 – 비교적 진동이 높거나, 낮은 설비 또는 매우 중요한 설비 등의 감시에 적용한다.

 

¨ 상호평가기준 – 동일 기종의 기계가 여러 대 있는 경우, 이들을 동일 조건에서 측정하여 상호 비교함으로써 평가 – 보수 우선순위 결정 시 사용, 절대평가 기준이 없거나 적절하지 못할 때 사용.

 

이밖에 각 기업의 설비관리 목적에 따라, 국제 규격을 기초로 한 평가기준과 설비공급자가 설정한 공급자 기준 및 사용자 측 입장에서 규정한 사용자 기준이 있다. 이것은 물론 설비 보호 차원에서 사용되어야 하므로 사용자 기준 설정에는 사용자 설비에 대한 철저한 평가가 수반되어야 한다.

 

절대평가
상호평가
상대평가

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설비중요도 분류 (모니터링을 위한 설비중요도의 구분)

설비중요도 분류 (모니터링을 위한 설비중요도의 구분)

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상태(진동)모니터링을 위한 방법은 주기적 현장측정방식(Route, Offline)과 상시 중앙측정방식(Online)이 있다. Route기반 Data collector를 이용하여 측정하는 방법은 여러 포인트를 측정할 수 있고 다양한 기법을 이용하여 현장에 필요한 자료를 측정하기 용이하여 정밀진동분석에 적합하지만 상시 및 장기간 가동 중 과도운전상태(Transient)의 데이터 취득은 적시에 취득하기 어렵고 취득된 데이터의 연결이 부드럽지 못하다는데 약점이 있다. 반면에 상시 중앙측정방식 온라인모니터링시스템은 설치비용 때문에 많은 센서의 설치가 불가능한 단점이 있지만 과도운전상태를 포함한 데이터를 필터링하므로 실시간에 가까운 연속적인 모니터링이 가능하다. 따라서 플랜트 전체의 설비상태를 모두 관리하여야 하는 측면에서는 설비의 중요도(고장대비 피해) 및 가동특성 등을 감안하여 설비를 등급화 한 후에 적당한 모니터링방법을 선택할 수 있기 때문에 따라서 매우 중요한 컨설팅 절차가 진행된다.

상태모니터링을 위한 설비의 중요도 분류

감시대상설비의 중요도는 우선, 설비의 결함이 플랜트 전체에 미치는 영향 정도를 고려해서 선정하게 된다. 이 때 영향이란, 설비가격, 생산정지 및 차질, 대체설비유무, 고장수리기간, 수리비용, 위험성 등이 포함되며 이외 설비의 가동특성은 고장예측이 가능한 설비, 가변속설비, Batch plant의 여부, 빈번한 부속교체 및 조립, 빈번한 가동 및 정지 등을 감안한다.

이 중요도를 일반적인 컨설팅 기법에서는 일반적으로 4단계로 구분한다. 각 단계별로 모니터링하는 기법이 달라야 하고 물론 Critical이 가장 신중하고 중요한 관리가 필요한 설비이다. 이는 온라인모니터링 S/W에 Offline이 가지고 있는 정밀진단기능이 포함된 경우를 추천한다. 각 중요도를 설명하면 다음과 같다.

 

Critical; 매우 중요한 설비 – 설비가격, 생산정지 및 차질, 대체설비유무, 고장수리기간, 수리비용, 위험성을 포함하여 가장 중요한 설비 또는 고장 결함이 생산 정지로 직결되는 기기 예를 들면 터빈 및 제너레이터, 압축기(대형고속, 왕복동 위험가스), 발전기, 발전소 제철소의 냉각수 공급펌프 등을 구분한다. 이 것으로 분류된 설비는 온라인시스템과 오프라인 정밀기법이 모두 포함되어야 한다.

 

Essental; 필수설비– 고장결함이 생산차질에 직결되는 설비, 안전사고가 필요한 폭발가스류 유체기계를 의미하며 제지의 Roll, 모터류, 철강의 롤, 기어, 모터류 등이 포함되며 오프라인 정밀상태모니터링(Route)에 의한 관리와 때에 따라서 무선온라인모니터링기법이나 보조 모니터링기법(윤활, 전류, 열화상, 초음파)이 필요하다.

                                

Important; 중요설비– 보조생산시설이 되어있어 스위칭이 가능하나 비교적 가격이 비싸고 수리시간이 투여되는, 생산에는 짧은 시간 정지할 정도로 영향을 주지 않으나 조속한 수리가 필요한 설비. 압축기, 모터-펌프류, 팬류, 블로워류, 컨베이어 주요견인모터, 보조발전기, 소화설비, 라인펌프류 등 Route기법(스펙트럼분석기능)에 의한 간헐적인 모니터링 또는 간단 진동계를 통해서라도 전체 진동량으로 정기적 관리가 필요하다.

 

Secondary, Non-critical; 부속설비 – 생산에는 정지,차질에 관계가 없고 간헐적 상태감시 정도(진동계를 통한 월간 및 주간 관리)가 적합한 설비군, 보통 기계진동평가등급 C등급으로 관리해도 되는 설비로 볼 수 있다.

 

설비의 가동특성에서 살펴보면 고장예측이 불가능한 설비로는 가변속설비(variable speed), Batch plant가 아닌 공정 빈번한 부속교체 및 조립, 빈번한 가동 및 정지 등으로 구별하는 설비 등으로  이는 상태모니터링에서 제외하기도 하지만 필자의 제안으로 위의 Important에 적합하다고 판단한다. 이런 경우에는 정격속도와 정격부하에서 적합한 기술을 적용하여 정기적으로 이를 관리하고 관리해야하며 고장예측도 확률분석 등에 의한 방법 등의 도입이 필요하다 하겠다.

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진동 상태감시(Monitoring)의 알람 설정방법

진동 상태감시(Monitoring)의 알람 설정방법

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온도나 습도의 상태량은 시간에 따라 급히 변하지 않고 변화의 폭이 완만한 물성인 반면에 진동량(진폭)은 측정할 때마다 값이 다르고 편차가 큰 편의 물리성을 가지고 있다. 아날로그 시간파형을 샘플링(sampling)하여 디지털화 하는 역할을 계측기의 AD converter가 담당하는데 이 때 취득된 실시간 진동파형은 정상파(Steady state)라 할 지라도 매우 급변하고, 편차량이 단위에 따라 달라서 보통 10%이상까지 차이가 날 때도 많다. 따라서 평균화(Averaging)기법을 선택하게 된다. 이 평균화된 값은 기간에 따라서 다시 평균화하여 하나의 ‘점’으로 연결된 시간에 따른 ‘선(Trend 그래프)’으로 관리하게 된다.

Alarm(경보)의 설정방법

진동치(진동량, 진폭)는 평균화를 거쳐서 기준치(Baseline)를 설정할 수 있다. 즉, 기준치란 정상적인 거동 상태에서 선정한 진동데이타의 대표값이며 (ISO에서는 취득평균값에 ±3배의 표준편차를 가한 값을 상하한 값으로 본다.)  이를 기준치로 보고 어느 정도 증가하거나 감소하는지를 판단하여 한계치(Limit)와 비교한다.

기준치와 한계치의 비교를 하게 되는 단계로 경보는 보통 2단계(Alarm, Trip), 3단계(Warning, Alert, Trip)로 표현하며 오프라인 상태관리 운영프로그램과 온라인 상태감시 프로그램 모두 기본적으로 경보설정을 할 수 있도록 되어 있다. 정상은 대체로 기준치에 비해 상대평가 할 경우 0.5~2배인 량을 말한다. 주의는 2배이상, 경고는 4배이상, 위험은 10배이상으로 각각 평가한다. 한계치는 기계제조사의 권장사항을 따를 수도 있고 회사의 자체기준을 정할 수도 있지만 공식적으로는 상대적인 기준과 절대적인 기준으로 표현되는 ISO10816, ISO13373 등에서 그 것을 찾을 수 있다.

영역A(신규설치기계), 영역B(장기운전허용), 영역C(제한된 시간운전허용), 영역D(기계손상)

ISO 13373-1

경보치(Alarm)=

기준치+(영역B의 상한)*0.25, 기준치가 작을 때는 영역C보다 아래의 값, 기준치 2배

긴급정지(Trip)= 영역C~영역D의 값, 기준치 10배

 

ISO 10816

경보는 영역B/C의 경계 1.25배 초과 않도록, 비상 정지값은 C/D의 경계 1.25배를 초과하지 않도록 설정.

저.중 주파수 (Alarm 2배, Trip 10배), 고주파수 (Alarm 6배, Trip 100배)등으로 표현하고 있다.

대체로 고가의 설비일수록 제조사의 권장사항을 많이 따르고 기계 승인시에 절대적인 기준을 적용, 관리시에는 자사의 기준을 설정하여 한계치를 정하고 있다.

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