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2018년 8월 11일 토요일

Rotor(회전자)의 결함 총정리

설비진단(회전기계)

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Rotor(회전자)의 결함 총정리

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1X TS라 함은, 회전자의 회전수(turning speed) 와 일치하는 첫번째 조화주파수(harmonic frequency)를 말한다. 회전자는 진동을 발생시키는 3요소중의 하나인 원심력이 발생되는 개체로서 고정자와 한 쌍으로 모터의 경우 고정자는 전기를 제공하며 회전자는 동력을 생산한다. 이 회전자에 관련된 결함은 대체로 위의 1X TS와 관련이 있으나 세부적으로 여러 가지 문제로 설명할 수 있으며 단순히 로터의 문제이다라고 표현하기 보다 로터의 상태가 질량불평형인지 또는 휨인지 등으로 표현할 수 있어야 한다.

로터의 결함에 의한 회전기계의 이상진동과 대책

로터에 관련된 결함들은 대체로 운전속도 주파수(1X TS) 에서 높은 진동을 보인다. 이는 결함을 정확히 분석하기 위해서는 더 정밀한 해석이 수행되어야 한다는 것을 의미한다. 다음 표는 로터결함에 대한 진동현상과 그 대책을 정리해 놓은 자료로서 참조하기 바란다.

로터관련 결함	주요주파수	현상	대책
Imbalance(질량불평형)	1X TS	주도적인 1X, 원형궤도	현장발란싱, 샵발란싱
Bent shaft(축휨)	1X TS	위험속도 근처에서 진동이 감소	로터의 강성조정
Cracked(균열)	1X, 2X	높은 1X, 설비정지시 위험속도의 1/2에서 큰 진폭	교체
Eccentricity(편심)	1X TS	주도적인 1X, run out이상	Center 수정
Asymmetry(비대칭)	2X	위험속도의 1/2에서 큰 진폭	비대칭 수정
중력가진??	2X	위험속도의 1/2에서 큰 진폭	발란싱, 편심감소
유체부하	1X TS	작동유체, steam에 의한 부하증가	스팀유입순서변경, 다이아프램정비, 노즐블럭재설치
Trapped fluid(갖힌 유체)??	0.8X~0.9X	베어링-합과 차 주파수??	만일 가능하다면 로터에서 유체제거 다른 방법은 1X성분제거??
구조자체의 Hysteresis감쇠(이력감쇠)	Fn, 또는 인근	불안정진동	외부의 별도 추가 감쇠
구조마찰	Fn, 저주파	운전주파수를 포함한 저주파의 공동상승	로터와 구조의 마찰제거

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키워드	질량불평형, 언발란스, Unbalance, Imbalance, 1X, 스펙트럼

계측편람- 일반 보급형 음향카메라 – SOUND CAM

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2018년 7월 14일 토요일

Rolling Bearing의 진동문제-14-베어링결함과 Looseness의 차이

Rolling Bearing의 진동문제-14-베어링결함과 Looseness의 차이

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구름베어링이 결함이 발생하였다면 반드시 그 원인이 있을 것이고 가장 많은 원인은 축정렬불량과 윤활불량, 부하의 잘못된 계산, 그리고 느슨함(이완, Looseness)일 것이다. 구름베어링은 일반적으로 축(Shaft)에 끼워맞춤으로 설치되고 다시 베어링 하우징내에 열박음으로 끼워맞춰지게 설치된다. 이 때의 공차(Tolerance)가 맞지 않을 경우에 베어링이 원활하게 작동하지 않고 하우징과의 사이에 또는 축과의 사이에서 베어링이 헛돌게 된다. 이 자체도 Looseness라고 할 수 있지만 본 건에서 다루고 싶은 것은 기계가 잘 고정되지 않거나 Crack이 발생하여 충격진동이 발생하는 기계적이완(Mechanical looseness)과의 차이점이다. 충격진동과 하모닉 그리고 심하면 Sidebands를 유발한다는 것도 유사하다. 어떻게 베어링결함과 기계적이완을 구분할 수 있을까?

베어링결함과 기계적이완의 차이점

베어링 결함주파수를 스펙트럼으로 확인해 보면(좌) 기본적으로 베어링의 고유주파수에 큰 영향을 받으며 베어링 구성요소가 움직일 때 발생하는 Stress wave를 확인하므로 고주파에서 우선 관찰된다. 또한 베어링의 구성요소가 이완되고 충격력이 더욱 심해지면서 1X RPM의 저주파 방향으로 하모닉과 사이드밴드가 심하게 발생하며 성장한다.

반면에 기계적결함(우)은 베어링결함주파수와 비슷한 충격파형을 나타내고 있으나 시간파형자체가 비대칭(한쪽 방향만 진폭이 더 높은 경우)인 경우가 잘 관찰되고 스펙트럼 상에서는 1X RPM에서 시작하여 상태가 심각해 질수록 고주파 방향으로 확산되면서 사이드밴드가 짙어지게 된다. 다시 말하면Looseness는 저주파에서 고주파측으로, Rolling bearing fault는 고주파에서 저주파 측으로 결함주파수가 성장한다는 점이다.

그러나 이러한 변화의 추이는 즉각적인 진단(Consulting)에서는 확인할 수 없고 오랫동안의 측정된 데이터로 확인이 가능(Condition monitoring)하므로 지속적인 관찰과 이를 판독할 수 있는 스펙트럼 계측기와 학습이 있어야 한다.

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키워드	베어링진동, 구름베어링, 베어링결함, 스펙트럼, 베어링결함주파수, Stress wave, Looseness, 기계적 이완

2018년 7월 7일 토요일

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

2018년 6월 30일 토요일

진동소음센서의 사용용도별 분류

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진동소음 및 초음파관련 센서들의 사용도는 제조생산을 위한 연구용측정, 환경법규적용을 위한 측정, 상태모니터링을 위한 측정 등 여러 분야에 적용되고 있다. 센서의 원리별로 분류한 방법은 센서의 이론에서 이미 다루었듯이 출력값을 어떻게 활용해야 하는가를 고민해야 하지만 만약 어느 분야에서는 어떤 센서를 사용해야 하는지를 묻는다면 해당분야에 익숙하지 않은 담당자라면 곤란할 질문이 될 수도 있을 것이다. 따라서 진동, 소음, 초음파 센서류 어떻게 보면 저, 중주파수 대역의 센서를 활용측면에서 사용용도별로 정리해 보았다. 해당분야 담당자는 이를 참조하여 센서의 종류를 선택할 수도 있을 것이다.

진동, 소음, 초음파 센서류의 사용도별 분류

센서는 측정을 위한 것으로 측정을 사용도별로 구분한다고 목적에 저해하지 않는다. 우선, 제조연구용, 모니터링용, 평가용으로 분류하였다.

측정용도	사용처의 예	사용용도	센서류
제조 연구용	일반기계, 전자제품, 건설기계, 자동차-철도-항공 등 수송기계, 군사용	품질확인, 성능확인, 동특성설계, 동적거동확인	무선방식 strain gauge(회전, 비틀림), 레이져(극고주파, 비접촉), 소형가속도(고주파, 고속설비용), 일반중형가속도(중대형기계), 탐침형가속도(충격, 폭굉), 압력센서(동압력측정, 가스설비, 연소설비), 정밀마이크로폰 소음센서(미세압력감지, 이상소음분석)
상태, 위험 감시형, 모니터링용, 검사용	발전, 수송기계, 건축구조물, 철강-제지-정유화학-시멘트 등 플랜트 산업현장	위험관리용, 검사용, 상태관리용(유지보수용)	와이어변위(파이프 및 대형구조의 변위거동), 접촉식 변위(중형구조, 도어), 비접촉식 변위(초간극변위, 터빈축 및 고속대형기계의 축거동감시), 중저감도 마이크로폰(이상소음모니터링), 접촉식 일반 가속도센서류(일반기계 모니터링), 접촉식 저주파, 고감도(반도체 등 초정밀기계), 접촉식 고주파(초고속 회전기계), 비접촉식 초음파(누설, 구조 모니터링, 베어링, 전기코로나)
환경측정용, 평가용	엔지니어링, 환경영향평가(도로, 철도, 항공, 건설, 실내외생활)	기상 및 지반, 환경평가(발파, 건물지반), 소음진동영향의 평가	접촉식 저주파, 고감도(지진, 반도체 등 초정밀기계), 자유음장형 마이크로폰, 일반접촉식 가속도진동센서

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키워드	진동센서, 변위센서, 가속도센서, 모니터링용센서, 연구용 진동센서