진동센서(접촉형)의 측정방향과 위치 (선정방법)
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계측기와 진동센서가 있더라도 막상 대상 구조 또는 설비(기계)의 진동을 측정하자고 하면 어떤 위치에 어떤 방향으로 센서를 부착하고 또 데이터를 취득해야 하는 것인가? 막막할 수 있다. 여기에는 사실 많은 이론적이며 경험적인 근거가 있는 선행지식이 있어야 한다. 계측기나 센서의 선택과 설정도 중요하지만 제 위치에 측정이 되지 않은 데이터는 오류진단을 내기에 근거가 되기때문이다. 줄여서 답을 말해보라면 ‘최고진동상태(위치, 방향, 거동)를 잘 읽을 수 있어서 평가가 가능하고 안전한 지점’이라면 정답일 것이다.
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진동센서의 측정위치 및 방향 (#Accelerometer measurement point install & direction)
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진동을 측정하기위해 가속도센서를 사용한다면 일단 진동하는 표면에 잘 고정된 상태로 부착해야 한다. 자석, 본드, 나사스터드, 왁스 등 접촉공진이라는 지식에 유의하여야한다. 한편으로 #진동센서를 어디에 부착해야 하는지의 문제를 생각해 본다. 또한 이 진동문제를 잘 해결하기위해서 어느 방향으로 측정할 것인가와 대상물체의 공간적인 어느 위치를 설정하는 가?도 의문사항에 있을 것이다. 진동을 평가하기위한 평가기준을 찾기 전에 우선 이러한 원리들을 이해해야 한다. 여기에서는 진동측정(#상태모니터링, #설비진단, #온라인모니터링, #진동주파수분석)을 위한 지점과 방향에 대해서 국제적으로 엔지니어들에게 약속된 사항에 대해서 설명하도록 한다.
진동측정위치와 방향을 정한다는 것!
물체(구조 또는 기계)가 진동하는 것을 측정한다는 것은 평가(#Assessment)를 위한 것이 첫 번째 이유이고 두 번째 이유는 진동의 원인을 파악하는 진단(Diagnosis)을 하기 위함이다. 그런데 진단을 한다는 것은 주파수분석 이외에 사전에 물체의 거동(Moving, deflection shape)을 확인하는 일이 반드시 필요한데 그러기 위해서는 물체를 이루는 요소(component)의 커플링 측 전단(Drive End, DE, Inboard)/후단(Non drive End, NDE, Outboard)의 각 방향(수평, 수직, 축- Horizontal, Vertical, Axial-H, V, A)을 모두 측정해야 한다. 그래야 비로소 물체의 거동을 짐작할 수 있기 때문이다.
물론, 측정할 위치가 한정적이거나 물체가 너무 작은 경우 그리고 동시채널측정이 필요한 가변속 설비의 경우에는 #DAQ채널수가 한정되어 있다면 위의 모든 지점과 방향을 모두 측정할 수 는 없을 것이다. 그러나 측정결과의 완벽성은 측정위치를 얼마나 잘 준수했는가에 따라 결정적인 차이를 보일 수 도 있음을 명심해야 한다. 따라서....
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진동센서의 측정방향과 위치 (부하측, 반부하측)
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회전기계의 구성요소를 살펴보면 우선 원동부(구동부)측과 피동부(피구동부)측, 그리고 그를 연결시켜 주는 커플링(직결 및 완충식, 벨트 등)으로 구분할 수 있으며 또 하나의 연결요소라 하면 별도의 커플링이 추가로 필요한 기어박스가 있을 수 있겠다. 각 구성요소는 모두 연결되어 같이 회전하는 기계이므로 속도는 다를 수 있어도 진동은 서로간에 전달되며 어느 하나의 연결부품이 잘못되거나 정렬이 잘 되어 있지 않으면 전체 기계(설비)가 진동의 영향을 받게 된다. 따라서 어느 위치가 진동이 어떠한가를 정하는 것은 중요한 약속이다. 이 중에서 DE, NDE가 무엇인지는 알고 통해야 할 단어다.
DE, NDE와 Outboard, Inboard
설비의 위치를 호명하는 것은 전체설비의 진동평가가 최고 진동점의 값으로 이루어지기도 하며 비교대상의 위치와 구분이 필요할 때에도 거론되므로 이미 많은 부분 약속이 되어 있는 사항이다. 그러나 서로 다른 단어로 불러지기도 하는데 이를 정리하여 이해하면 다른 말, 같은 의미로 혼란스러울 때에 많은 도움이 될 것이다. 대표적인 예로 부하측과 반부하측을 서로 다르게 부르는 말에 대해서 정리한다.
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진동측정지점(측정포인트)를 명명하는 일반적인 방법
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효과적으로 진동을 측정하여 예지보전을 수행하려면 올바른 측정점을 찾고 정하여 지속적으로 측정된 데이터를 저장하여야 한다. 설비의 결함이라는 것은 대체로 진동이 최고의 진폭을 나타내는 지점에서 발견되고 이것은 방향성을 갖고 있는 경우도 있고 원인을 직접 표현하는 지점이 될 수도 있으므로 진폭, 위치, 주파수, 패턴 등을 통합하여 진단하는 것이 바로 설비진단이다. 그런데 이 진단의 가장 처음 출발은 측정점을 명명하는 것에서 출발하게 되는데 국제적으로 일반적인 명칭방법을 확인해 본다.
키워드 | 진동센서, 가속도센서, HVA, Accelerometer, 진동측정방향, 진동측정위치, Horizontal, Axial, Inboard, 커플링, DE, NDE, 부하측 진동 |
진동측정지점(측정포인트)의 일반적 명칭
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효과적으로 진동을 측정하여 예지보전을 수행하려면 올바른 측정점을 찾고 정하여 지속적으로 측정된 데이터를 저장하여야 한다. 설비의 결함이라는 것은 대체로 진동이 최고의 진폭을 나타내는 지점에서 발견되고 이것은 방향성을 갖고 있는 경우도 있고 원인을 직접 표현하는 지점이 될 수도 있으므로 진폭, 위치, 주파수, 패턴 등을 통합하여 진단하는 것이 바로 설비진단이다. 그런데 이 진단의 가장 처음 출발은 측정점을 명칭하는 것에서 출발하게 되는데 국제적으로 일반적인 명칭방법을 확인해 본다.
측정포인트의 선정규칙
데이터 측정포인트를 설비에 마킹해 놓는다면 동일한 위치에서 데이터를 수집하므로 트렌드데이타에 우선 신뢰도가 있다. 그 측정포인트는 계측기에서 호명할(route)또는 기록지(컴퓨터파일)에서 호명할 것이 서로 같아야 한다. 예를 들어 계측기에서 ‘모터 반부하측 수평방향’을 측정하여 저장하였다면 이 지점을 다시 인식하기 편하고 간단하게 표현하는 것이 있을 것이다. 진동을 바로 ‘X,Y,Z’라고 표현하는 것이 가장 일반적인데 이 호칭법은 측정대상이 회전하는 방향을 기준보다 편의상 센서의 호칭방향 또는 케이블과 손바닥 위에 놓는 기준으로 호칭한 것 등 다양하다. 그런데 설비예비보전용 진동측정은 회전기계에서 측정하는 경우가 대부분이므로 대체로 ‘H,V,A(Horizontal, Vertical, Axial)’를 사용한다. 또한 커플링 측을 기준으로 부하측은 ‘I(Inboard)’로 반부하측은 ‘O(Outboard)’라 한다. 설비구성요소(Component)를 대표하는 스펠은 모터는 ‘M’, 펌프는 ‘P’, 팬은 ‘F’, 압축기는 ‘C’, 기어는 ‘G’, 등으로 하여 구분한다. 따라서 모터 반부하측 수평방향은 간단히 ‘MOH’로 부르면 되며 펌프 부하측 축방향은 ‘PIA’로 부르면 된다.
3축센서의 사용은 과거보다 항상 더 많아 지므로 더욱 이 방향에 대해 주의가 요구된다. 잘 못 측정이 이루어 지면 전혀 다른 방향으로 분석과 진단이 진행되기 때문이다. 설비의 측정방향이 수평수직축방향 이렇게 HVA라 하더라도 센서의 호칭방향이 XYZ와 매칭될 수도, ZXY가 될 수도 XZY가 될 수도 있으므로 센서의 마킹과 설비의 측정방향을 잘 살펴서 측정하여야 한다. 때때로 이 것을 아주 큰 실수가 될 수도 있으니 명심하고 재 확인하기 바란다.
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상태모니터링 측정시 최적센서의 위치선정
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대상체(기계, 구조물)의 상태를 모니터링 하기 위해서는 최적의 위치에 최적의 센서를 설치하는 것이 가장 중요한 기초사항이 된다. 특히 진동모니터링의 경우에는 주어진 센서의 수가 한정되어 있거나 구조의 특성상 센서를 부착할 위치가 제한적일 때 최적의 센서위치선정은 더욱 중요하게 된다. 이때 중요한 일반적 수준의 선정방법은 부하가 가해질 때 가장 취약한 부분과 민감한 부분 그리고 대표할 수 있는 부분을 구분해내는 것이다.
진동센서위치 최적선정의 이론과 실제
이론적으로 최적센서의 위치선정에 관련된 방법은 다음과 같은 기본적인 원칙이 있다.
첫째, 상태감시의 대상을 모델화하고 잠재적 고장모드를 구성한다.
둘째, 고장모드에 의해 파손예상부분의 강성에 대한 응답민감도를 계산한다.
셋째, 계산된 민감도의 크기를 순서대로 정리하여 큰 순서대로 센서를 위치한다.
넷째, 잠재 고장모드 수가 여러 개인 경우 민감도에 가중도를 부여하여 다시 큰 순서대로 센서를 위치한다.
위와 같은 이론적인 방법은 민감도 정보를 이용하는 것으로 고장의 상태를 가장 잘 대변하도록 센서를 배치하는 것이 핵심개념이다. 다른 한편으로 이에 비교하여 실제적으로 최적의 진동센서위치 선정에 사용되는 기준으로 다음의 사항을 정리하였다. 이론과 실무적으로 겸하여 참조가 되기를 바란다.
1. 강성이 높으며 베어링의 진동을 가장 잘 확인할 수 있는 방향이 가능한 위치
2. 안전하게 설치 가능한 위치(케이블간섭, 접촉 및 낙하대비)
3. 가급적 3축센서를 이용하되 베어링 하부에 부착
4. 단축센서로 한정될 경우 수직, 수평, 축 방향 순서로 설치
5. 설비요소별로 1개씩만 설치할 경우 모터, 펌프-팬, 기어 순서
6. 중요한 설비우선원칙이지만 만약 중요도를 구분할 수 없으면 자주 고장이 나거나 가격이 높은 요소순서로 부착
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키워드 | 진동센서, 가속도센서, 고장모드, 모니터링, 진동측정방향, 진동측정위치 |
키워드
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진동센서, 가속도센서, Acceleration, Accelerometer, 진동측정방향, 진동측정위치, VMS 센서, Online monitoring용 진동센서, CMS, VMS, 모니터링시스템설계
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같은 지점과 방향을 측정하지 않거나 측정하는 사람에 따라서 그 설정값이 다르면 설비의 건강상태를 모니터링할 수 없다. 더욱이 정밀 진단을 한다는 것 자체가 의미가 없게 된다. 진동측정(상태모니터링, 설비진단, 온라인모니터링)을 위한 지점과 방향의 범세계적으로 약속된 이유도 이러한 적절한 측정점의 설정과 정의가 얼마나 중요한가를 의미한다 할 수 있을 것이다. 다시 말하면 어느 위치를 어떻게 측정한 것인지가 어떤 단위로 평가하는지 보다 더 기본적인 설계에 적용할 사항인 것이다. Axial방향이 무엇인지.. NDE는 무엇의 약자인지..Outboard는 어디인지 등을 진동전문가라면 당연히 알고 있어야 하는 실무용어로 살펴보기로 한다.
측정위치단어
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설명
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부가설명
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Horizontal(H), Vertical(V), Axial(A)
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수평, 수직, 축방향
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수평으로 설치된 기계(shaft;축과 평행인방향을 축방향(A)으로 하고 지면에 수평으로 축방향과 직각인 방향은 수평(H), 지면방향으로는 수직(V)방향으로 한다.
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수직으로 설치된 기계(shaft;축과 평행인방향을 축방향(A)으로 하고 지면에 수평으로 직각을 이루는 두 방향을 수평(H), 수직(V)방향으로 한다. 이 때 배관의 유로 흐름에 수직인 방향을 주로 수평(H, X)으로 하고 유로 흐름방향을 수직(V,Y)으로 한다.
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X, Y, Z
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3축방향, 센서방향
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현장용어(ISO)
-축방향을 Z로 하고, 수평은 X, 수직은 Y (XYZ= HVA)
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연구시험용어(센서제조사, 계측 및 물리학)
-측정면에 수직인 방향(Z), 이때 상향;수직은(X), 나머지 평행방향,수평은(Y)로 한다. (ZXY= HVA)
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Inboard, Outboard
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부하측(DE), 반부하측(NDE)
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커플링(Coupling)을 중심으로 커플링측 베어링하우징을 Inboard=DE(Drive End)=부하측으로 하며 커플링의 반대측을 Outboard=NDE(Non Drive End)=반부하측으로 부른다.
커플링의 기능으로 축방향 진동(축력)에 대한 완충작용을 하기도 하지만 보통 반부하측에 Thrust베어링이 설치되어서 이 한계를 정하므로 이 부분을 Free측이라고 하기도 한다.
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키워드
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진동센서, 가속도센서, Acceleration, Accelerometer, 진동측정방향, 진동측정위치, Horizontal, Axial, Inboard, 커플링, DE, NDE, 부하측 진동
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