BISOPE series 54 Measurement direction and location of vibration sensor...

BISOPE series 54- Measurement direction and location of vibration sensor (DE, NDE)

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It is said that the horizontal vibration on the NDE side is high. Where should I look?

Looking at the components of a rotating machine, they can first be divided into the driving part (driving part) side, the driven part (driven part) side, and the coupling (direct coupling, buffer type, belt, etc.) that connects them. Another connection element may be a gearbox that requires an additional separate coupling. Since each component is a machine that is all connected and rotates together, the speed may be different, but vibration is transmitted between each other, and if any connecting part is incorrect or misaligned, the entire machine (equipment) is affected by vibration. Therefore, determining what the vibration is like at a certain location is a very important appointment. Among these, DE and NDE are words that you must know and understand.

 

​DE, NDE and Outboard, Inboard

 

Naming the location of the facility is an issue that has already been------

 

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BISOPE series 52 Compressor Defect Type 4 Vibration problems relate...

BISOPE series 52- Compressor - Defect Type 4 - Vibration problems related to screw compressors

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Compressors can be categorized by type into centrifugal, reciprocating, diaphragm, and screw types. Among them, the most noisy and structurally problematic type due to vibration is the reciprocating type. However, even though the structure is small, the type that produces too much noise to be operated without a soundproofing enclosure and has frequent vibration problems regardless of high or low frequencies is the screw compressor. A screw-type compressor appears to be a square box covered with an enclosure and connected to pipes, but inside it is a type of compressor that is complex and vibrates, consisting of many gears, bearings, and pipes. Let's summarize what causes vibration that may occur in this screw compressor.

 

​Compressor fault diagnosis - rotary screw compressor

 

When it comes to rotary screw compressor problems, it is probably no exaggeration to say that it is complicated mechanical 

Gear 진동-3-뜯기고 손상된 기어

 Gear frequency-3-뜯기고 손상된 기어

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순간적인 과도한 하중이 가해지는 경우 기어의 문제는 기어이에 흠집이 있는 경우나 손상이 된 정도일 것이다. 이 상태를 진동으로 확인하는 방법은 다음과 같다.

뜯기고 손상된 기어(Broken, chipped)

하나의 기어치가 뜯기고 손상이 된 상태라면 1X RPM의 진동이 크게 나타나게 된다. 이러한 문제의 증명은 1X RPM을 나타내는 다른 현상들이 너무 많기 때문에 스펙트럼 데이타 하나만 가지고는 확인하기 어렵다. 이 때 가장 좋은 방법은 시간파형에서 충격파형의 반복이 문제가 있는 기어의 회전수와 일치하는 지를 확인하는 것이다. 이 결함에서는 충격파 현상이 반드시 발생하기 때문에 시간파형에서는 가속도에서 잘 확인되며 가능하면 많은 축 회전수들을 확인할 수 있도록 길게 시간주기 설정을 하여야 한다.

 

                                 

 

 

키워드	기어진동, 기어박스, 베어링진동, 사이드밴드, GMF, 기어 맞물림 주파수, 마모된 상태의 기어

 

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기어-총평 Overview

기어-총평 Overview

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서로 맞물려 있는 두 개의 기어는 일정하게 서로 같은 속도로 가동해야 한다. 그렇지 않으면 둘 중의 하나는 다른 나머지의 기어보다 속도가 더 빠르거나 또는 더 느리거나 하므로 이러한 가속력과 연관된 부하(Load)는 주파수의 자승에 관성을 곱한 값과 비례하고 높은 진동과 조기결함을 초래하게 된다. 기어의 디자인관련 용어를 살펴보면 다음과 같다.

기어관련 정리

두 개의 기어가 맞물릴 때 각 기어의 치(teeth)는 같은 접선(common tangent)으로 접촉하고 두 맞물림 기어의 표면에 같은 접촉포인트에서 부딪힌다. 만약 이 접선이 두 기어의 중심사이에 그어진다면 접선의 법선(normal)이 기어중심간 선분과 서로 만나는 점(P)를 ‘pitch point’라고 한다.(the normal to the common tangent intersects the center to center line at point P)

일정한 속도비를 유지하기 위해서 접선의 법선이 이루는 기어간 접촉점은 반드시 pitch point를 통과해야 한다.(the normal to the common tangent at the point of gear tooth contact must always pass through the pitch point) 그리고 피치포인트는 두 기어의 중심선상위에 놓여야 한다. 이러한 상태를 ‘conjugacy’라고 한다. 접선의 법선과 피치포인트를 통과하는 기어간 중심선의 수직선과의 각도를 ‘pressure angel’이라고 한다. 각 기어이에서 피치포인트는 기어의 중심과 같은 거리에 있다. 피치포인트를 서로 연결한 원을 ‘pitch circle’이라고 한다. 이 것은 기어를 정의하는데 사용되는 아주 중요한 용어가 된다.

Conjugacy를 위한 두 상태가 만나는 형태의 무한수(infinite number)가 있는데 대부분 현대 기어의 설계조건에는 충족되지 않는다. 따라서 일반적인 형태의 설계인 ‘involute’로 제작되는데 이 인볼류트 설계는 원의 circumference 로부터 unwound되었으므로 당겨진 선의 끝에 곡면궤적을 나타내고 있는 형상이다.(curve traced by the end of a tight string as it is unwound from the circumference of a circle)

기어박스에 내장되는 가장 대표적인 기어의 형태는 spur, Helical, Crossed helical, worm, bevel로 구분할 수 있다.

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키워드	기어진동, GMF, 기어주파수, 기어결함

기어-기초용어

기어-기초용어

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기어박스에는 동력을 전달하는 축(shaft)과 기어(gear teeth) 그리고 그 축을 잡고 있는 베어링(bearing)으로 구성된다. 기어는 서로 짝을 이루어야 동력을 전달하고 형식에 따라서 전달방향을 조정할 수도 있으나 진동(vibration)이 발생하지 않도록 기어를 설계할 수는 없다. 기어는 어느 정도 여유(backlash)를 가지고 움직여야 하며 따라서 치와 치가 닿고 떨어지면서 자연스럽게 진동이 발생한다. 또한 베어링과의 문제도 아주 밀접하여 베어링이 손상을 입을 경우 기어의 수명에도 큰 영향을 준다. 기어박스를 사용하는 이유는 우선 슬립이 없이 정확하고 강력한 동력을 전달하고 고속에서도 가동할 수 있는 점이라고 할 수 있으나 반면에 윤활과 고도의 축정렬이 필요하고 소음과 진동이 발생한다는 점도 있다.

기어관련 용어

기어는 이빨이 밀어내는 각도인 ‘tangent’의 각도로 동력의 벡터가 향하며 직접 닿아서 움직이는 궤적은 기어이빨의 중간정도 부분인 ‘pitch circle’로 설명된다. 다음은 기어와 관련된 주요 용어를 정리하였다.

1.    Pitch circle diameter(Pc)-피치써클의 지름

2.    Diamentral Pitch(Pd)-피치써클 지름에서 기어의 잇수를 나눈 값

3.    Circular pitch(Cp)-피치써클의 circumference위에 있는 치(teeth)들 간의 거리.

4.    Normal Pitch(Np)-인벌루트 이빨 표면의과 탄젠트각의 정상적인 거리 distance along the normal to the common tangent between successive involute tooth surfaces(Np=Cp*cos(A))

5.    Base circle diameter(Bd)-인벌루트커브가 그려지는 서클의 지름

6.    Gear ratio-(Ng)-각기어의 잇수간의 비율

7.    Base Helix angel-라인과 수평상태에서 회전축과의 라인 기울기

8.    Lead-360도를 따라 회전하는 기어를 위한 헬리컬기어에서 축방향의 운행거리.

9.    Line of action-다른 기어와 접촉할 때 탄젠트각의 정상적인 거리 distance along the normal to the common tangent during which one tooth is contact with one tooth on the other gear

10. Backlash-두기어가 접촉할 때 마주하는 두 기어간의 클리어런스

11. Working depth-접촉되는 이의 끝과 접촉되는 부분의 반경거리

12. Contact ratio-average number of pairs of teeth that are theoretically in contact; this is approximately equal to the length of the line of action divided by the normal pitch.

13. Addendum-피치써클반경과 외경반경의 차이

14. Dedendum-피치써클반경과 루트써클반경의 차이

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키워드	기어진동, GMF, 기어주파수, 기어결함, 기어용어

압축기(Compressor)-결함유형4-Screw compressor관련 문제들

압축기(Compressor)-결함유형4-Screw compressor관련 문제들

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컴프레샤 중에서 가장 시끄럽고 진동 때문에 구조적인 문제가 있는 종류는 왕복동(Reciprocating)일 것이나 구조는 작지만 방음시설(Enclosure)없이 가동하기에는 너무 고주파이며 큰 소음을 내는, 진동문제가 잦은 종류는 단연 스크류(Screw)일 것이다.  스크류식 압축기는 겉보기에는 엔클로져로 덮혀 있어서 파이프가 연결된 사각박스이지만 많은 기어와 베어링, 파이프으로 구성된 복잡한 그리고 진동이 많은 압축기의 형식이다. 여기서 발생할 수 있는 진동의 원인은 어떠한 것이 있을까?

Compressor결함진단- 로터리 스크류 컴프레샤

로터리 스크류 압축기(Rotary screw compressor)의 진동문제라고 하면 아마도 가장 복잡한 기계진동이라고 해도 과언이 아닐 것이다. 기본적으로 2단 이상으로 구성되어 있고 큰기어(Bull gear)는 모터에 연결되어 구동축이 되고2개의 작은 기어(Pinion gear)기어와 맞물려서 돌아가고 각 피니언기어는 압축기의 짝이 될 ‘암lobe(스크류날개)’가 부착되어 있는 구조이다. 피니언기어의 반대측에는 각 lobe의 맞물림을 맞추도록 타이밍기어가 설치되어 ‘수lobe’를 움직인다. 이러한 수lobe와 암lobe로 구성된 짝은 같은 주파수로 회전할 필요는 없으므로 2단으로 구성되어 저압, 고압을 컨트롤 한다.

로터리 스크류 압축기에 설치된 모든 기어는 GMF(Gear mesh frequency)가 생성되므로 이 때 발생하는 4가지 종류의 GMF를 살펴보면 다음과 같다.

1.     불기어와 저압 수 피니언기어의 GMF

2.     불기어와 고압 수 피니언기어의 GMF

3.     수 저압타이밍기어와 암 저압타이밍기어의 GMF

4.     수 고압타이밍기어와 암 고압타이밍기어의 GMF

컴프레샤의 설계에 따라 다르지만 모든 기어맞물림주파수(GMF)는 각기 다를 수 있고 그들 모두가 진동문제를 가질 수 있다. 따라서 분석자는 컴프레샤의 제원(기어이수, 각 축의 회전수 등)을 알고 서로 진동이 중첩되지 않는지를 확인한다.

압력맥동은 ‘lobe’의 맞물림접촉에 의해서 발생하는데 이러한 펄스는 각 축의 회전수에 lobe의 개수를 곱한 값과 같다. 이를 펄스주파수(pulse frequency)라고 부르는데 컴프레샤의 각 단에서 생성되고 다시 컴프레샤의 설계마다 다르지만 저압펄스주파수와 고압펄스주파수로 서로 달라서 구분될 수 있다. 이러한 펄스 주파수는 컴프레샤가 공기를 압축하기 때문에 발생하는 구조이다. 즉, lobe의 고회전 때문에 펄스주파수는 펄스필터나 서지 챔버 등으로 감소시킬 수는 없다.

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키워드	압축기의 진동진단, 스크류압축기, lobe, GMF, 펄스주파수

기어-진동진단 1

기어-진동진단  1

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한가지 또는 여러 가지 원인에 해당되는 결함을 일으키는 가진력들로 인해서 기어박스는 진동이 발생되고 소음이 유발된다. 여기서 한가지 전제하여야 할 것은 기어박스에서 발생하는 소음이 항상 ‘고장’을 의미하는 것은 아니라는 점이다. 물론 이러한 노이즈가 발생하여 수리를 요하는 상황에 이르게 될 수도 있지만 기어의 수명과 노이즈가 동등한 상태라고 할 수 는 없다는 점이다. 예를 들어 진동이나 소음으로 기어의 상태를 판단하기 때문에 기어박스에서 GMF가 증폭되는 것을 줄이기 위해 제조사에서는 이를 대비해서 메인프레임과 커버를 서로 고도의 댐핑(damping)을 처리하여 차진(isolate)하기도 한다.

기어의 진동원인과 스펙트럼분석(frequency analysis)

1.     피니온과 기어축을 지지하고 있는 베어링과 관련된 주파수(결함주파수와 하모닉주파수)

2.     피니온과 기어축의 1X TS와 그 하모닉스주파수

3.     GMF(Gear Mesh frequency)와 그 하모닉스 주파수

4.     GMF와 그 하모닉스의 Sidebands(피니온과 기어축 회전수의 ‘+’혹은 ‘–‘측대역주파수들)

5.     기어의 wobble(disk resonance)주파수

6.     기어치의 tooth resonance

7.     Frequencies from the gear hobbing or cutting machine, or from the cutters. 스펙트럼에서ghost error 발생.

8.     기어의 bolt holes관련 주파수

9.     축의 변형(deflection), 축의 공진(resonance)

10.   축하중에 기인한 베어링의 변형(deflection)

위와 같은 주파수는 기어박스에서 진동스펙트럼을 취득하면 막연하게 보이는 복잡한 주파수들이 의미하는 일종의 질병발생가능성들이라고 할 수 있다. 기어의 회전수와 관련 제원을 입수하여 이 것들의 패턴과 진동원인들을 필요한 것과 필요가 없는 것을 잘 분리하여 분석하는 것이 가장 기본적인 진동분석의 순서일 것이다.

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키워드	기어진동, GMF, 기어주파수, 기어결함

설비진단 기본용어 (회전기계설비 진동진단에 사용되는 공통적인 기본 용어의 이해)

설비진단 기본용어 (회전기계설비 진동진단에 사용되는 공통적인 기본 용어의 이해)

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미리 적어 놓아야 알 수 있다고 하는 것은 이 분야를 잘 알지 못한다는 것과 같은 말이라고 할 수 있다. 진동을 학습하고 설비진단을 하여 고장진단을 하고 기계의 수명을 모니터링하고 있는 진동분석가(Certified Vibration Analyst)들에게는 너무나도 자주 사용되는 기본용어와 약어이므로 기본적인 고장진단의 학습에 앞서 반드시 알고 암기하고 있어야 할 내용을 정리하였다. 전문가가 되려면 전문가의 단어를 들을 수 있어야 하고 전문가와 대화를 할 수 있어야 한다. 진동분석가는 전문가(Specialist)이기 때문이다.

기본용어 (진동분석)

아래에 정리한 기본용어는 신호분석용어는 제외하고 우선 현업에서 설비진단을 하고 있는 진동분석가들이 지금 사용하고 있는 용어이다.

약어	용어	비고
1X, 1XRPM, 1XTS	Primary frequency of turning speed	1차 회전수 (3600RPM으로 회전하고 있다면 60Hz가 1X이다.)
2X, 2XRPM, 2XTS	Secondary frequency of turning speed	2차 회전수(3600RPM으로 회전하고 있다면 120Hz가 1X이다.)
Hz	초당 반복수(Turning speed per second), 주파수	RPM/60, 주기의 역수.
Harmonic	1X와 정수배를 가지는 주파수들 (조화파)	파형의 패턴을 파악
Sidebands	주요주파수에 양쪽 옆에 일정한 폭을 가지고 근접하고 있는 주파수들(측대파)	관련된 결함원인 판단 주파수
BPF	Blade pass frequency	날개 통과 주파수
Lf	Line frequency	전원주파수, 대한민국 60Hz.
GMF	Gear Mesh frequency	기어 맞물림 주파수 (잇수*회전수)
BPFI	Ball Pass Frequency Inner Race	구름베어링의 내륜 통과주파수
BPFO	Ball Pass Frequency Outer Race	구름베어링의 외륜 통과주파수
BSF	Ball Spin Frequency	구름베어링의 볼 통과주파수
FTF	Fundamental Train Frequency	구름베어링의 케이지(리테이너)주파수
Spectrum	Frequency domain	주파수 그래프
Waveform	Time domain	시간파형 그래프
Fn	Natural frequency	고유주파수
Resonance	공진	고유주파수가 가동주파수가 근접하여 진폭이 크게 증가함
Axial 방향	Shaft를 관통하는 방향(축방향)	Radial방향(반경)과 대치되는 단어

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키워드	진동기본용어, GMF, 설비진단기본용어, 1X, 스펙트럼

Gear frequency-5-기어의 진동원인들

Gear frequency-5-기어의 진동원인들

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기어박스는 변속을 하여 피동부에 동력을 전달하는 기계요소(벨트, 체인 등)중의 하나로서 다른 유사 요소와 가장 큰 특징은 강한 토오크를 전달할 수 있다는 것이다. 따라서 고속의 동력으로 저속의 강한 토오크를 필요로 하는 곳은 대부분 강한 부하를 받는 곳이다. 기어박스는 특히 시멘트의 견인 및 파쇠, 타이어의 파쇠 및 압출, 열차의 빈번한 동력전달 등에서 감속기로 활용된다. 반면에 가스생산의 고압 토출에 사용되는 기어박스는 증속의 회전변경을 위해 사용되는 경우도 있다. 다시 한번 살펴보면 기어박스는 절대로 홀로 움직여서 활용될 수 있는 기계요소가 아닌 것을 확인할 수 있다. 그래서 진동이 발생한다.

Gear box의 진동원인

모든 Gear Box는 다른 기계들과 연결되어 있다. 따라서 그로부터 많은 영향을 받고 있다.  그러나Gear 자체의 문제점도 있는데 예를들어 Pitch Line이 맞지 않거나 편심, Tooth간 간격의 불일치 등으로Gear 진동이 발생하고 있다. Gearbox자체의 결함과 GearBox에 영향을 주는 외부결함을 정리하면 다음과 같다.

Gearbox자체의 내부결함	Gearbox에 영향을 주는 외부결함
1.     제작상의 결함 (Manufacturing Defects) 2.     부적절한 조립 (Improper assembly) 3.     과도한 마모 (Excessive wear) 4.     부적당한 윤활유 (Inadequate Lubrication) 및 오염(Contaminator) 5.     Box내 변속축간 정렬 불량 (Misalignment) 6.     금속 자체 결함 (Metal Fatigue) 7.     과도한 부하 (Over loading) 8.     베어링의 마모 및 조립, 윤활불량, 정렬불량 9.     부족하거나 과도한 백래쉬	1.     구동부로부터의 결함전달(모터결함, 질량불평형, 축정렬불량, 벨트 등) 2.     피동부로부터의 결함전달(팬, 펌프, Agitator, 공작기계바이트 자려진동, 등) 3.     바닥으로부터의 결함(지지이완, Soft foot, 전기적 누설의 전달) 4.     빈번한 부하변동, 역회전

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키워드	기어진동, 기어박스, 베어링진동, 사이드밴드, GMF, 기어 맞물림 주파수, 축정렬불량인 기어박스