진동과 기계의 상태

진동과 기계의 상태

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사람에게서 측정한 체온이 지나치게 높다거나 낮다면 누구라도 지금 몸이 좋지 않다는 것을 동감한다. 이 전제는 과학을 알지 못해도 오랫동안 수많은 결과를 통해서 학습해 왔기 때문에 당연하다고 생각한다. 어떤 청강생이 질문을 하였다. 중급연구원으로 보였는데 처음 듣는 참신한 생각이었다. “진동이 높으면 기계의 상태가 나쁜가요? 왜 그런 전제가 당연하다고 하시나요?” 옆에 있던 다른 모든 청강생들도 그를 이상하게 보았지만 나는 “진동도 온도처럼 상태를 표현한다”라고 에둘러 대답할 수 밖에 없었다.

진동신호에는 기계의 상태가 포함되어 있다.

진동으로 설비진단을 수행하는 저명한 전문기업체의 기본교제의 제일 앞장에는 이런 말이 적혀있다. ‘당신이 지금 기계로부터 측정하는 진동신호에는 기계의 모든 결함신호를 내포하고 있습니다. 이 신호를 잘 분석하면 기계가 어디가 아픈지 알 수 있습니다.’

기계로부터 측정한 온도가 평상시보다 높거나 지나치게 많이 상승하면 설비의 결함으로 판단하고 그 원인을 파악하기 위해서 많은 검토를 수행한다. 그런데 이 것은 회전하는 기계이건 회전하지 않는 기계이건 간에 동일한 예측과 현상의 검토가 당연하다. 왜냐하면 열을 표현한다는 것은 반드시 마찰로부터 출발하지 않더라도 열의 이동이 당연할 수 있기 때문이다. 여기서 온도는 정적현상과 동적현상에서 모두 관찰 될 수 있다는 것을 알 수 있다. 그런데 진동과 소음은 이와 달리 반드시 움직여야(동적현상) 신호가 발생한다. 즉, 진동은 시간에 따른 변동이 있는 힘을 가하고 물체나 공간이 구성하고 있는 강성과 질량에 달리 반응하는 것을 읽는 현상이다. 움직이지 않아도 된다는 다양한 물리적인 현상에 대해서 판단한다면 온도가 더 강력한 상태량이지만, 온도는 진동에 비해서 예측하거나 짐작하기에는 너무 늦고 자세하지 못한 점이 있다.

진동신호가 포함하는 기계의 상태는 ‘충격과 마찰’과 관련이 있다. 고체와 고체의 마찰(베어링, 기어 등), 고체와 기체에서 발생하는 힘의 불평형이나 마찰의 정도는 진동소음으로 측정되고 온도보다 더 자세한 신호의 원인분석의 근거가 되며 기계의 상태를 추정하며 수명을 예측할 수 있도록 한다. 추가로 진동의 용도가 부러지거나 파손되기 전의 위험의 상태를 이야기하거나 생산을 지속하지 못하는 상태를 미리 방지할 수 있는 곳으로 까지 쓰이기 시작하면서부터 중요한 상태진단요소가 되었다. 무엇보다도 진동은 온도처럼 하나의 값이 아닌 여러 가지 특성의 합으로 분리되었고 이를 수없이 다양하게 분리해 낼 수 있기 때문에 연구하고 학습하고 계측하고 진단하는 것이다.

이제 다시 한번 이야기 한다. ‘ 움직이고 있는 기계의 상태는 진동으로 판단할 수 있다. 

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키워드	PDM, 예지보전, 설비진단, 진동, 기계진단, 진동분석, 진동결함, 상태진단, CBM

Sleeve Bearing의 진동문제-2-결함의 종류

Sleeve Bearing의 진동문제-2-결함의 종류

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구름베어링에 비해서 저널베어링의 결함은 그리 많지 않다. 우선 베어링의 결함주파수가 존재하지 않고 기계적인 요소의 결함체라고 볼 수도 없고 회전시 축과 베어링의 선 또는 점 접촉이 일어나지도 않아야 하므로 과다한 충격파도 관찰되지 않는다. 하지만 슬리브베어링은 오일의 유동에 관해서 많은 민감한 결함문제가 검출될 수 있으며 공차(Clearance)에 따라서 강성이나 회전마찰을 조절할 수 있기 때문에 공식이 조절하기가 어렵고 순식간에 대형사고를 유발할 수 있어서 매우 심각하게 관찰하고 진동의 추이를 모니터링하고 있다.

Sleeve베어링 결함의 종류

저널 베어링에서 발생하는 결함이나 불량의 형태는 다양한 결과로 나타나는데 주로 구조적인 불량에 기인한 경우와 베어링자체의 불량상태에 의한 경우로 구분할 수 있다. 이는 베어링을 측정할 때 취득되는 진동데이타 정보를 통하여 알 수 있다.

1. 구조적인 불량 원인

1) Mechanical Looseness (기계적이완, 헐거움)

2) Rubbing(마찰)

3) Whirl instabilities(유체유동의 불안정)

2. 베어링 불량 원인

1) Improper assembly(조립불량)

2) Excessive clearance(과도한 공차)

3) Wear(마모)

4) Inadequate Lubrication(윤활불량)

5) Improper Loading(부적절한 하중)

6) Poor bearing design(베어링설계오류)

키워드	베어링진동, 슬리브베어링, 메탈베어링결함, 저널베어링, 진동결함, Oil whirl, 베어링마찰, 서브하모닉, non synchronous

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Sleeve Bearing의 진동문제-3-과도한 공차

Sleeve Bearing의 진동문제-3-과도한 공차

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저널베어링의 결함 중에서 베어링과 축(shaft)간의 여유공차가 크게 조립되었거나 여유가 커진 경우에는 기계적 이완(Mechanical looseness)현상과 그리 다르지 않다. 베어링은 오일의 압력을 강하게 받지 못한 상태이므로 규칙적으로, 회전수와 관련이 있는 주파수를 양생하게 된다. 또한 대부분 이완현상이 발생하면 베어링과 축간의 공간이 크므로 오일의 맥동(Whirl)과는 관련이 없어지게 되

고 점차 심한 경우에 당연히 마찰(Rub)을 동반하게 된다. 따라서 슬리브베어링의 공차를 정확하게 측정

하고 조립하는 절차는 깊은 주의를 요하며 고도의 정비경력자가 수행하는 작업 중의 하나이다.

Excessive clearance(과도공차)

공차가 과도한 경우에는 다음과 같은 특성을 가진다.

1.     반경방향의 높은 진동 값은 Unbalance, Misalignment 또는 Looseness와 같은 형태로 나타나며 수직 방향에서 검출하기가 좋다.

2.     1X, 2X 혹은 3X RPM 요소들이 나타난다. 높은 Harmonic 들이 Looseness와 같은 형태로 나타날 수도 있다.

3.     축 방향의 진동도 높게 나타날 수 있다. 특히 Trust Bearing 경우에는 더하다. Misalignment와 같은 형태로 나타난다.

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키워드	베어링진동, 슬리브베어링, 메탈베어링결함, 저널베어링, 진동결함, Oil whirl, 베어링마찰, 서브하모닉, non synchronous, 과도한 공차