VISOPE-진동소음변위-진단모니터링-한국CBM

2018년 2월 17일 토요일

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 되기 때문이다. 줄여서 답을 말해보라면 ‘최고진동상태(위치, 방향, 거동)를 잘 읽을 수 있어서 평가가 가능하고 안전한 지점’이라면 정답일 것이다.

진동측정위치 선정방법

실제로 현장에서 당면한 경험적인 측정기본사항 정리하였다.

1. 위치설정기본사항

-문제가 되는 방향과 지점의 설정 (기계는 방향성을 가지고 진동한다. 따라서 우선 진동이 가장 높고, 측정결과가 치명적인 방향을 확보한다. 또한 최고진동구조의 모드(mode)를 파악하여 절점(node)이 아닌 지점 중 측정이 가능한 지점을 선택한다.

-측정지점이 추정된 진동원인을 잘 파악할 수 있는 지점(기계내부, 구조내부의 베어링 및 회전마찰이 발생하는 위치에 가장 근접한 부위)

-강성이 높은 지점(강성이 약하거나 진동이 관심이 없는 우천방지용 cover, 안전보호대 등의 측정은 무의미하다. 반면에 진동이 전달되지 않는 지점은 감쇠가 크므로 또한 무의미하다.)

-안전한 지점(간접위치로 측정해야 함)

2. 회전기계 진단시 기본측정위치

-각 component별로 DE(Inboard), NDE(Outboard) 측의 위치를 선정(최소한 4곳으로 측정하되 이 것은 각각의 기계요소는 서로 다른 크기의 진동을 가진다는 것 때문이라는 것에 유념한다.)

-각 위치의 방향을 측정(각 방향은 중요한 거동의 근거가 된다. 기본적으로 수평식, 수직 고정상태의 배열일 경우에 최소한 12포인트가 되며 회전기계는 수직고정이므로 수직이 진동이 다른 방향보다 작은편임 등의 확인, 방향은 정렬불량, 이완, 공진, 축휨 등의 확인에 중요한 근거가 된다.)

-최고진동을 나타내는 지점(평가에 용이하다. 그러나 강성이 강한 곳, 베어링 하우징 등을 선택해야 한다.)

-안전한 지점(회전부위는 매우 위험하다. 측정기 및 케이블에 끌려 같이 회전될 수도 있다.

-상시모니터링(On line monitoring)위치와 유사한 근접지점(비교용이), 정기적인 측정을 위해 마킹된 같은 지점.

-3축센서이용 가급적 모든 방향

-추가지점(pipe duct입출지점, 기어박스 각축의 입출지점, foundation 및 구조)

키워드	진동센서, 가속도센서, Acceleration, Accelerometer, 진동측정방향, 진동측정위치, Horizontal, Axial, Inboard, 커플링, 회전기계

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2018년 1월 27일 토요일

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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2018년 1월 20일 토요일

Rolling Bearing의 진동문제-10-Stress wave

Rolling Bearing의 진동문제-10-Stress wave

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영어권에서 구름베어링은 Rolling bearing(Ball, Roller)보다 마찰을 최소화해야 하므로 Antifriction bearing이라는 단어를 더 많이 활용한다. 베어링 부품에 흠집이 생기면 회전부품이 그 위를 지나갈 때 응력파(Stress wave)가 발생한다. 이 것은 마치 쇠구슬을 높이에서 떨어뜨릴 때 발생하는 파장과 충격시 발생하는 음의 전파속도(음속)과의 관계에 의해 계산되는 주파수(Frequency)로 그 것을 설명할 수 있다.

베어링충격파의 원리-stress wave

가동중인 회전 설비에서 발생하는 결함 중 특별히 베어링이나 기어의 초기 결함을 가능한 한 빨리 감지하면 할 수록 적절한 보수 일정의 수립과 설비에 가해지는 손상을 최소화 시킬 수 있다.

이런 초기 결함 등은 매우 높은 주파수 성분 (Stress Wave)으로 구성되어져 있어, 일반적인 진동 분석 기법으로는 이들 신호를 획득 할 수 없기 때문에 특별한 기능(Enveloping)이 필요하다. 이러한 방법을Demodulation이라고 하는데 이 기법도 초기 결함을 감지하기가 난해하기 때문에 Time waveform의 True peak value를 이용한 발전된 기술이 개발되었다. CSI(Emerson)사의 Peakvue기법이나 IRD사의 Spike energy, Acoustic emission에 의한 방법, SPM사의 베어링감지기법 등이 이러한 특성화된 구름베어링의 수명관리기법이라고 할 수 있다. 이러한 기법들은 베어링의 상태를 정량화하거나 작은 에너지신호인 응력파를 잘 확인할 수 있게끔 한다.

키워드	베어링진동, 구름베어링, 베어링결함, 스펙트럼, 베어링결함주파수, Stress wave, 베어링 충격파, 응력파

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2018년 1월 13일 토요일

설비진단 간이진단과 정밀진단 (온라인모니터링은 정밀분석을 의미하지는 않는다)

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진동진단의 결과는 기술보고서로 볼 수 있는데 이 것은 간이진단보고서와 정밀진단보고서 등으로 현재의 진동문제에 대한 원인과 평가, 필요에 따라서 대책에 대한 기술이 포함될 수 있다. 각 보고서의 의미는 일시적 측정 후 간단히 현상과 절대기준 등의 평가를 한 경우는 간이보고서로, 스펙트럼분석과 다양한 진동의 원인분석 등을 통해서 현재의 원인을 분석하고 대책을 구할 수 있을 정도의 상세한 분석을 의미한다고 할 수 있다. 대체로 설비진단 자격을 위한 정규 교과서 등에 이에 관한 정의도 크게 다르지 않다.

간이진단과 정밀진단 그리고 오프라인과 온라인

우선, 간이진단의 방법을 살펴보면 ‘점검(Route measurement)’과 ‘상시감시(Online Monitoring system)’가 있다. 점검은 흔히 설비의 상태를 인간이 포터블 계측기(진동계, Data collector) 등을 사용하여 간헐적으로 조사하고 기록하는 방법으로 Off-line이라고 부른다. 반면에 상시감시는 감시 장치에 의해 연속적으로 감시하는 방법으로 On-line이라고 하는데 점검은 많은 측정지점과 방향을 측정할 수 있으나 측정빈도에 따라서 연속적이라고는 할 수 없다. 반면에 상시감시는 이미 설치된 센서로부터 거의 실시간에 가까운 데이터를 연속적으로 감시 및 저장하므로 두 시스템간에는 장단점이 있다.

구분	간이 진단 : 설비의 상태를 신속하고 효율적으로 파악하는 단계	정밀 진단 : 간이진단에서 이상으로 판정된 설비의 상태를 상세하게 해석하고, 취해야 할 정비 활동을 결정하는 단계
목적	-점검과 감시 열화 경향관리에 의한 이상의 조기 발견 경향관리 데이터의 추세 분석에 의한 고장 도달시점의 예측 자동정지 등에 의한 설비의 보호 정밀진단 대상 설비의 선정	-진단과 예측, 대책 이상의 종류 및 발생 위치의 동정 이상 상태의 위험도 파악 및 그 진행의 예측 최적 복구방법 및 복구시기의 결정
방법	-사람에 의한 순회진단 방법 – 사람이 휴대용 진단기기를 이용하여 정기적으로 설비를 순회하여 진단하는 방식. 간편하고 값싼 방식이지만 투자대비 효과가 좋다. -단자함(Terminal box)을 설치한 순회 진단 방법 - 진단 대상설비가 위험한 장소에 있고 진단을 위해 접근할 수 없는 경우에 채용되는 방식으로 설비에 진동 센서를 부착하고 부근의 안전한 장소에 설치된 단자함에서 휴대용 진단기기에 의해 측정하는 방식. -상설 모니터에 의한 방식 – 중요한 설비를 상설 감시장치(Monitor)를 이용 하여 연속적으로 감시하는 방식. 이 방식은 고가이기 때문에 돌발 고장에 의한 손해가 막대한 최고 중요한 설비에 적용된다.	-시간영역 해석 – 시간파형, 진폭의 확률밀도함수 등을 이용하여 진폭의 크기나 시간적 변동, 파형의 충격성과 대칭성을 해석한다. -주파수영역 해석 – FFT(고속푸리에 변환)등을 이용하여 진동에 어떠한 주파수성분(스펙트럼)이 포함되어 있는 가를 해석한다. -공간영역 해석 – 리사주 도형(Orbit) 등을 이용하여 회전축 중심(진동)이 공간적으로 어떠한 궤적을 그리며 운동하고 있는 지를 해석한다.

2018년 1월 6일 토요일

검사와 모니터링의 차이 (Inspection Vs Monitoring)

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인공지능(AI)을 통한 결과의 세계가 한창 유행이다. 결과에 대한 완벽한 신뢰는 아닐 테이지만 결국 최종판단은 사람이 하게 된다는 것을 모두 알게 될 날이 있을 것으로 생각된다. 한편, 모니터링은 바로 인공지능을 위한 데이터에 이목구비 손과 발로부터의 정보를 제공하는 시스템을 일컫는 용어로서 이 것이 구비되어 있지 않으면 아무리 머리가 좋다 하더라도 결과는 고사하고 계산의 시작도 하지 못한다. 그런데 이 모니터링을 검사와 유사하게 사용되는 바람에 정확히 이를 잘 구분하지 못하는 경우가 있어서 적어도 과학적이고 현장에서 사용되는 용어로 이를 풀어 정리하고자 한다.

양호/불량과 결함확률(%)의 차이

병원에 가서 진찰을 받으면 진단을 하려면 검사를 받아보자고 한다. 피검사 X레이검사 등을 거쳐 나온 결과를 보고 진단을 한다. 이 결과는 어떤 결과값과 기준값 등을 가지고 평가한다. 이는 공장에서 사용하는 방법과 크게 다르지 않은 절차로서 제품의 불량이나 양호를 가리기 위해 수행하는 것이며 이를 똑같이 ‘검사(Inspection)’라고 했다.

반면에 환자의 상태가 심각한 중환자이거나 또는 장기간의 관찰과 진단결과에 대한 추이를 관찰하기 위해 그 상태를 지속적으로 관찰하여 필요에 따라서 기준값과 비교하거나 유사한 형태와 비교하여 그 위험한 상태를 판정하거나 이상수준을 파악하는 것을 ‘감시(Monitoring)’라고 한다. 모니터링의 형태는 간헐적(offline)으로 할 수 도 있고 상시(Online)로 할 수도 있는데 온라인모니터링이라 함은 상시감시시스템이라 하겠다.

검사는 진단을 위한 수행과정으로서 불량과 양호를 판단하는 분석을 수행한다. 그런데 모니터링은 다양한 방법의 알고리즘을 통해서 절대평가 시간상대평가 비교상호평가를 하며 심각도나 결함등을 확률로서 표현하고 있다. 잘 살펴보면 검사는 결과로 즉시 데이터를 형성하지만 모니터링은 결과를 만들기 위해 다양한 알고리즘의 파라미터가 필요하고 수많은 시그널이 관찰되며 평가알고리즘을 통해서 비로서 데이터로 탄생한다.

따라서 모니터링이 검사에 포함될 수는 없고 그 반대가 되어있음을 판단할 수 있다. 인공지능은 데이터를 통해서 판단한다. 다른 개념으로 설명할 수도 있다. 모니터링을 통해서 사람이나 인공지능은 좋은 판단을 위한 결과를 알아낼 수 있지만 검사처럼 한 번 확인하면 그 즉시 결과를 알아내는 것은 아니라는 점이 있다. 즉, 모니터링은 여러 개의 검사를 통한 데이터들이 축적되어 가는 과정이다.

키워드	온라인 모니터링시스템, VMS, 검사, 모니터링

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2017년 12월 31일 일요일

상태감시의 개요 (Condition Monitoring)

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상태감시(Condition Monitoring)란? 설비의 상태를 나타내는 정보나 데이터를 검출 및 수집하는 것으로서 사후보전(고장이 난 후 수리하는 유지보수방법)과 시간보전(계획된 강제시간간격으로 수리하는 유지보수방법)에 비교된 용어라고 할 수 있다. 최근 이슈되고 있는 PHM, 빅데이터, IOT의 활용은 모두 이러한 상태감시시스템으로부터 수집된 데이터 또는 수집하는 수단, 결과의 활용에 언급된 용어로 본다면 결국 애초의 시작은 ‘측정’이라고 할 수 있는 것이다.

상태감시와 설비진단

산업 플랜트는 많은 설비에 의해 구성된다. 적어도 중요기기는 상호연관을 가지고 컴퓨터에 의해 운전, 제어되고 아울러 온라인으로 감시되고 있다. 어떻게 보면 고도로 최적화된 하나의 컴퓨터 응용시스템이다. 또한 주변의 보조기기들은 정기적으로 오프라인으로 감시된다. 일련의 결함에 의해 플랜트 전체가 운전불능 상태에 빠지는 경우도 있으므로 아주 중요한 임무라고 할 수 있다.

총체적으로 항상 건강한 상태에서 운전되는 것이 요망된다. 그러나 운전하는 설비에는 항상 고장의 원인이 되는 여러 스트레스의 상태, 설비의 열화나 고장, 운전상태에 문제가 있기 마련이다. 이러한 건강하지 않은 부위를 조기에 발견하여 플랜트의 치명적인 사고를 사전에 방지하며 설비의 신뢰성을 극대화시킬 수 있는 정기적인 검진기술로서 기계의 상태감시가 요구되는데 예를 들어 보건소에서 행하는 정기 간이건강진단서비스가 이에 해당한다고 할 수 있다. (간이진단)

한편 설비진단이라함은 현재의 상태를 평가하고 이상상태의 징후를 미리 판단하는 컨설팅으로서 이상상태를 알아내는 것은 진단기술로 진동, 열화상, 초음파, 윤활, 온도 등이 있으며 그 ‘상태’는 결국 모니터링을 통해서 측정 및 수집이 되므로 상태감시와 설비진단은 서로 떼어 놓을 수 없이 밀접한 관계라 할 수 있다.

다시 말하면 시스템을 통하여 필요한 상태를 잘 모니터링하는 방법이 상태감시이고 이 방법을 통해 얻은 적절한 상태파라미터를 이용하여 진단을 내린 결과를 이용하여 위험의 가능성을 줄이고 설비의 수명을 늘리며 궁극적으로 위험모니터링과 생산성의 수준을 높인다는 것이다.

키워드	온라인 모니터링시스템, VMS

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2017년 12월 16일 토요일

에일리어싱(Aliasing)

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자동차를 타고 가다가 옆에서 같이 주행하고 있는 차량 바퀴 휠이 움직이는 모습이 보이는가 싶더니 어느 순간 주행방향과 달리 거꾸로 돌고 있거나 또는 천천히 움직이는 것처럼 보일 때가 있다 또는 영화의 필름을 빨리 움직일 때 끈어진 영상이 보이는 것, 나이트클럽에서 강하게 점멸하는 불빛으로 상대의 움직임이 마치 그림같을 때, 그리고 Stroboscope로 회전체의 회전형상을 정지하게 하여 회전수(RPM)을 측정하거나 표면을 검사할 때 어떤 한계를 느끼는데 이를 Aliasing이라는 용어로 설명할 수 있다.

Aliasing

물리적인 현상 또는 신호를 Analogue로 끈어짐이 없이 이루어진 선이라 설명한다면 신호를 빠르게 분석하고 데이터화하기 위해서 수많은 점으로 끈어진(설명할 수 있는)Digital화하는 절차를 AD변환(ADconverter)이라고 한다. 이 AD변환시 샘플링하는 주파수, 즉 초당 샘플수에 이상이 생기면 샘플링이 부족하여 제대로된 파형을 읽지 못하는 또는 시간영역의 그래프를 촘촘히 표현하지 못해서 고주파의 거짓신호를 생성하는 현상을 말한다. 하지만 이 거짓신호를 걱정하지 않아도 된다. 최근의 진동계측기는 거짓고주파를 차단하는 low pass filter를 통해 이를 방지하고 있기 때문이다.

Nyquist cutoff주파수란 Fs/2.56과 같으며 Aliasing오류가 생기지 않는 주파수를 의미하며 대체로 계측기에서의 최대주파수(Fmax)를 의미한다. 이때 Fs는 2.56* Fmax보다 커야 이론상으로 Aliasing을 피할 수 있다. 보통 진동FFT계측기에서는 2.56을 2로 선정하고 대신 AD컨버터 앞에 Anti-aliasing 필터인 Low pass filter를 사용하여 이를 방지하도록 설계되어 있다. 또한 Sampling rate는 1초당 Fs를 의미하므로 Fmax를 설정하기 위해 sampling rate의 입력창에 원하는 Fmax의 2배를 넣어주어야 할 때도 있다.

키워드	Aliasing, 에일리어싱, 샘플링, AD컨버터, 나이키스트

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2017년 12월 2일 토요일

Ski slope현상

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현실적인 진동측정방법에서 저주파의 진동을 측정하는 것에는 많은 물리적인 장애사항이 있고 계측기나 센서의 특성에서 그 한계를 경험할 수 있다. 특히 일반적인 피에조형 가속도센서를 이용하여 측정한 값을 변위로 환산하려 하는 경우에 저주파를 제대로 확인할 수 있다고 하는 것은 매우 특별한 기술(고감도 센서사용, 아날로그 적분회로, SST기술 등)을 요구하며 진동계에서 이를 환산하여 확인한다는 것은 그 만큼 부정확하다고 할 수 있다. 문제는 가속도를 측정하여 속도로 적분한 다음 물체의 진동을 평가하는 점인데 이는 매우 보편적이므로 저주파의 한계를 알고 설정해야 하는 방법을 알고 주의해야 할 것이다.

저주파 display한계-ski slope

Spectrum의 Ski slope현상이란 저주파의 대역에 활강스키출발대처럼 큰 진폭으로 형성되어 있는 측정오류 구간을 말한다. 대부분의 계측기 화면은 Auto ranging되어 있으므로 자동으로 진폭의 최대값을 최적으로 맞추어 보게 하는데 이 ski-slope현상으로 인해서 원하는 주파수의 진폭이 너무 작아서 제대로 보기어렵고 전체 진동량(Overall)에도 합산의 오류가 생기게 된다. 따라서 계측기별로 기본적으로 그 표현의 한계를 한정하거나 수동으로 설정할 수 있는데 이 한계선을 Low frequency cutoff 주파수라고 한다. 이 것을 설정하고 측정하면 화면에 오류가 표기되지 않고 진동량에 합산되지도 않게 된다. 그러나 그 이하 저주파는 볼 수 없다.

Ski-slpoe현상의 발생원인은 다음과 같이 정리할 수 있다.

1. 가속도센서의 특성(저주파 한계)와 적분(Integration)상수 환산 오류로 인해 발생(매우 적은 진폭이나 그 만큼 작은 진폭의 주파수를 확인할 경우 구분이 불가함, 가속도센서의 감도를 높은 것으로 사용하고 아날로그 적분을 수행할 것)

2. 충격파형의 혼입으로 인한 Overload-기어박스의 과도한 충격이나 유체의 Cavitation 등이 크게 발생하는 경우에 충격파형은 신호의 내부변조(Intermodulaton)에 의해 주파수의 Floor noise를 형성한다. 매우 큰 값의 Ski slope 진폭이 발생한다. 이 때에는 cut off freq설정으로High pass filter를 사용한다.

3. 외부의 신호가 함입될 수 있다. 저주파를 포함한 외부신호가 혼입되어 측정이 되면 이렇게 나타날 수 있다. 케이블의 고정불량에 의한 노이즈 등도 측정시 반드시 확인해보아야 한다.

키워드	스키슬로프효과, 저주파측정오류, 가속도센서의한계, 주파수스펙트럼

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2017년 11월 18일 토요일

계측편람- 초음파 음향방출 가스누출카메라 및 설비 진단기 – Leak Shooter V3(strap shooter)

계측편람- 초음파 음향방출 가스누출카메라 및 설비 진단기

– Leak Shooter V3(strap shooter)

TEL: 02-6480-9991 mail: sales@astint.co.kr

2017년 11월 11일 토요일

하모닉과 사이드밴드 (진동에서 Harmonics과 Sidebands가 발생하는 이유)

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기계가 진동이 문제가 되어 설비진단에서 진동의 원인을 밝히고자 할 때 진동의 신호분석은 반드시 필요한 과정이다. 센서와 FFT(Machinery analyzer, Data collector 등으로 불리우기도 함)를 통해 측정된 신호는 기본적으로 시간파형(Waveform)과 주파수파형(Spectrum)으로 분석하게 되고 이 때 설비의 결함분석을 위한 첫 번째 과정이 있다. 바로 하모닉 성분을 확인하는 절차이다.

Harmonic & Sidebands

하모닉(동기성분, 조화파, Harmonics)은 설비진단에서 공공으로 명명된 ‘1X’(Order)의 정수배의 성분을 말하며 스펙트럼에서 나란히 회전주파수의 간격을 두고 피크로 확인된다. 즉, 회전주파수(Turning Speed)가 30Hz일 때60Hz는 2X가 되고 180Hz는 6X가 되는 것이다. 예를 들어 회전하는 축에 부착된 날개의 수가 6개가 있다면 한 번 회전시 6번의 이벤트가 발생하므로 6X의 주파수가 그 회전기계에서 잘 관찰된다. 하모닉이 발생하는 원인은 여러 가지가 있으나 주로 비선형, 비대칭파형일 경우, 정현파가 아닌 삼각파, 사각파에 가까울 경우에 발생한다.

반면에 사이드밴드(측대파, Sidebands)는 근접 주파수 간의 간섭, 보강현상을 의미하며 주요주파수 전후에 간섭주파수의 간격을 두고 확인되는 다른 작은 주파수를 말한다. 발생원인은 변조(Amplitude Modulation)에 의한다. 즉, 두 개의 파형이 서로 변조(간섭하여 에너지가 전달되는 현상)하면 저주파에 고주파가 동승하여 타고 전송되는데 기계의 기어나 베어링과 회전수간의 문제가 있을 경우, 모터의 전기적 결함이 있을 경우 자주 목격할 수 있다. 이 신호를 이용하여 진동의 원인을 밝혀내는데 중요한 증거자료로서 활용된다.

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