(주간)진동소음공진 하이라이트 417-visope (진동자격예상문제, orbit, FRF, 동기주파수진동)

 

진동자격시험 18436-2 예상 문제-1-6

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1-1. 다음 중 진동의 단위를 설명한 것 중에 적절하지 않은 것을 선택하시오.

① 고주파는 가속도로 저주파는 변위로 분석하는 것이 좋다.

② 속도의 단위는 mm/s, kine이 많이 사용된다.

③ 변위는 직접적인 구조물의 안전을 측정하기 위하여 많이 사용된다.

④ 변위는 축의 거동을 직접 측정할 때 사용한다.

⑤ 가속도는 발파진동을 평가할 때 많이 사용한다.

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Fan결함진단- Centrifugal fan& orbit

슬리브베어링(sleeve bearing)으로 지지하는 원심식팬을 분석할 경우에는 궤도분석(Shaft Orbit)을 통해 많은 진동상태에 대한 정보를 입수할 수 있다. 슬리브베어링을 사용하는 기계라면 대부분 많은 곳에서 와전류(Eddycurrent)방식의 센서가 베어링에 설치되어 있지만 모든 회사에서 기계의 베어링에 90도 각도를 가진 두 개의 센서가 설치되어 있지는 않다. (설비의 중요도에 따라, 센서를 1개만 설치한 곳도 있음; 이런 경우는 orbit을 확인할 수 없음)

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동기차수 결함들

주파수가 TS의 정수배로 맞아 떨어지는 결함의 패턴과 신호는 회전 이벤트와 관련이 있다. 즉 팬의 날개가 5개가 있다면 한 번 회전당 다섯 번의 이벤트가 발생할 것이고 이는 스펙트럼 그래프 상에서 5X의 진폭을 높게 표시해 준다. 예를 들어, 기어의 잇수가 43개라면 43개의 이벤트가 만들어 지고 정확히 43X의 주파수와 진폭을 표기해 준다. 이는 구름베어링이나 벨트처럼...

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주파수 응답함수(FRF)

기계나 구조의 동특성(고유주파수, 고유모드, 감쇠비)을 파악하기위해서 외력(Force)을 가하고 이에 대한 동적인 응답을 구하려면 전달함수(Transfer function)를 사용한다. 이것이 바로 외력(F)에 대한 응답(?)의 비를 나타내는 함수인데 주파수를 반응으로 분석할 경우, 특히 주파수 응답함수(FRF)라 한다. 이 것은 동특성 해석의기본적이고 가장 많이 사용하는 기본함수가 된다.

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캠벨선도(Campbell diagram)

 캠벨선도(Campbell diagram)

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진동을 분석하는 여러 가지 형태의 그래프 중에서 스펙트럼과 시간파형은 2개의 축(시간과 진폭 또는 주파수와 진폭)에서 표기되는 반면, 여기에 3축이 추가로 표현되는 공간그래프로는 ‘Nyquist, Orbit, Waterfall, 그리고 Campbell선도가 있다. 그런데 orbit은 두 개의 센서를 이용한 궤적을 표현하는 Nyquist는 실수와 허수영역에 대한 공진영역의 표기이므로 정확히 말하면 3번째 축이 있는 것은 아니며 공간에서 크기를 표현한 것이라고 할 수 있다. 그래서 진정한 3축을 표현한 Campbell선도는 RPM, Hz, order그리고 고유주파수와 진폭의 크기의 관계에 대한 대표적인 공간적 order연관 진폭 표현법이라고 할 수 있다. 

 

캠벨선도를 통한 order분석

캠벨선도는 천천히 점차 증속되는 대형 회전기계의 회전동력학적 분석(Rotor dynamics)에 많이 활용되는 그래프로 X, Y축 중 하나는 회전속도(speed, RPM), 또 하나는 주파수(Hz)로 구성되어 있으며 제 3의 축으로 회전수 기준대비 Order(1X, 2X, 3X, …)의 사선을 그리되 진폭의 크기를 동그라미의 지름, 색의 표시, 피크 등의 크기로 표현한 그래프를 말한다.

이 캠벨선도의 그림형상은 그 공간적 표현이 Waterfall, Cascade와 유사하나 Order의 선도와 진폭의 크기가 도형, 색 등으로 표기되었다는 특이성이 있다. 즉, 회전수 RPM이 증가할 때 진폭이 커지는 주파수대역과 회전Order와의 연관성(위험속도, Critical speed), 그리고 회전속도가 올라갈 때 축의 고유주파수도 상승하는 대형 Rotor의 Mode선도를 같이 검토할 수 있는 특장점이 있다는 것이다.

만약, 특정 Order에 동그라미 크기가 커지는 주파수 대역이 있다면 그 구역이 바로 위험속도일 가능성이 있는 것이다. 주로 회전성분이 전체 진동량을 좌우하는 터빈 및 대형 회전기계의 회전체 동력학에서 아주 유용하게 사용할 수 있고 설비진단분야에서는 이를 아주 잘 설명할 수 있는 자료로 사용된다 또한 Waterfall이 화면이 복잡하여 분석하기 힘든 경우에 진폭증가 또는 감소영역을 확연하게 구분할 수 있으며 고유mode선도와 일치하는 구간, 고유mode가 변동되는 상태를 잘 파악할 수 있도록 한다. 다음은 캠벨선도를 읽는 규칙을 정리하였다.

 

-원의 지름이 크면 진폭이 큰 것이다.

-일정 주파수에 원이 나열되었다면 그 구역은 고유주파수(고유모드)일 가능성이 크다.

-일정 주파수와 Order사선의 중복되는 지점에 원이 더 커진다면 위험속도이다.

-일정 RPM에 원이 나열되었다면 구조공진으로 볼 수 있다.

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키워드	orbit, spectrum, Campbell, 공간분석, 진동분석, 캠벨선도,order분석

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