배관유체진동-배관계측장치와 진동

배관유체진동-배관계측장치와 진동

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배관에는 흐르는 유체의 상태(온도, 유량, 유속 등)를 알아내기 위하여 설치된 계측기가 있다. 이 계측기는 정밀기기로서 역시 진동에 취약하다. 특히 고압에 노출될 염려가 있고 위치상에서 공진에 특히 잘 반응할 수도 있다. 누적유량을 정밀하게 측정하는 기어식/루츠유량계, 온도계, 오리피스 등의 사례를 통해 대책을 정리한다.

배관유체진동-배관계측장치진동문제

기어식유량계나 루츠유량계는 용적형으로 내부 회전자 회전속도의 2X, 4X의 주파수에 해당하는 맥동(압력맥동-유량변동)이 발생할 수 있다. 또한 이 맥동주파수는 배관의 액주모드와 일치하여 공명현상을 일으킬 수도 있다. 이 때 발생한 자려진동은 나선형 회전체를 이용하 무 맥동형 유량계로 변경하거나 축압기의 설치로 해결할 수 있다.

온도계보호관도 칼만와류에 의해 진동하고 손상될 수 있다. 유속, 지름과 관련된 칼만와류상수(스트로할수)는 레이놀즈수가 500이 넘는 와류일 경우 거의 0.21로 일정하며 온도계보호관의 기계적 고유진동수와 일치하면 공진이 발생하여 유동과 직각방향으로 격렬하게 배관이 거동한다. 유속이 증가하여도 항상 와류가 방출되는 록인현상(lock in)이 발생하면 원기둥의 진동은 더 큰 양력변화를 일으키게 된다.

감압오리피스의 후미부에 모서리가 있을 경우 오리피스의 앞에서는 유동이 박리되지만 두꺼운 경우 박리한 유동이 오리피스 면에 다시 부착하여 이 것이 진동의 원인이 될 수 있다. 마침 액주공진모드와 맞으면 큰 소음과 진동을 유발하게 된다. 이 때에는 오리피스 후미부를 모떼기 설계(t/d=0.1이하)하면 효과적이다. 이 밖에 다공판 오리피스의 설치도 효과적이다.

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적용사례- 동흡진기 설치사례1-Dynamic Vibration absorber-wood

적용사례- 동흡진기 설치사례1-Dynamic Vibration absorber

진동을 줄이는 방법은 여러가지가 있다. 스프링, 고무, 스펀지, 마찰, 점성액체에 관통, 공기스프링을 진동이 발생하고 있는 곳에 사용하는 것 등이다. 그런데 공진이 발생하면 이러한 방법 들은 거의 쓸모가 없다. 공진상태에서 진동을 줄일 수 있는 방법은 진동이 발생하는 기계를 끄거나 아니면 동흡진기를 부착하는 방법만이 남아있을 뿐이다.

 

공진을 줄인다- 동흡진기

DVA동흡진기는 압축기, 펌프나 파이프시스템, 탱크, 냉각장치, 왕복동설비 등에 발생한 심각한 공진상태의 진동을 감소하는데 효과적이므로 트러블슈팅이나 설계나 건설중인 상태에서도 적용이 가능하다. 설치된 현장의 사례와 그 담당자는 경제적인 설치가격과 장기간의 진동감쇠효과에 만족스럽다.

 

설치방법은 간단하다. 진동이 큰 위치와 방향에 클램프로 설치하고 마운팅으로 최종설치하면 된다. 물론 테스트만 해본다면 자석마운팅설치를 할 수도 있다.

왕복동 압축기를 예로 들면 설치위치는 대체로 공진이 발생하고 있는 scrubber나 piping near coolers or PSVs의 상부가 좋다. 설치후에는 과도한 진동 때문에 고민할 필요도 없고 메인트넌스도 필요하지 않다. 더욱이 가장 간편한 실증이유는 설비가 가동중에 설치할 수 있다는 점이다.

 

 Vibration absorber Damper

동흡진기, 진동감쇠기, 파이프진동댐퍼, 진동저감장치

 

다음의 용도로 사용

-      플랜트 엔지니어링, 건설시공사, 전문센터보유사 진동분석가, 정비팀, Reliability팀, 진단엔지니어링컨설팅사

-      주요진동문제 Trouble shooting (자동차, 선박조선, Military, 항공, 정유 중화학공장, 철강, 제지, 전력, 가스, 에너지, 중공업, 공작기계, 타이어, 시멘트)

-      중요설비 (Engine, Reciprocating, Pipe, Vessel, Tank, Motor, Cooling fan, Turbine, Compressor,  Blower, Robot, Other application support)

 특징

-      다양한 진동감쇠장치 솔루션

-      주파수별/하중별 적용 동흡진기 라인업

-      회전기계, 구조진동, 파이프진동

-      TMD, DVA, CLAMP, DAMPER

-      기성식 주파수- 중자주파진동(6~118Hz)

-      기성식 하중- 중간규모구조(4톤이하)

-      대형구조 및 저주파진동은 맞춤식설계

-      수직형 설비(모터, 펌프, 해수펌프류)

-      과도한 파이프진동(주기적 반복, 큰진동)

-      왕복동압축기 및 파이프 구조

-      탱크 및 중간저장용기

-      충격후 반복진동

-      Tunned Mass Damper (TMD)

-      Dynamic Vibration Absorber (DVA

 

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기여도함수 (Coherence function)

기여도함수 (Coherence function)

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준다면 받는 것, Input과 Output의 원리는 물리학의 법칙이자 자연의 기본원리이다. 기대하고 있는 신호에 대한 반응이 기대에 적합하려면 그에 대한 적당한 수식의 표현이 있어야겠다. 진동의 모드해석에서도 동특성을 파악할 때 필요 없는 외부신호의 유입은 중요한 오류결과를 유도할 수 있으므로 그 인과관계를 주파수로 표현할 수 있는 함수가 있다. 이 함수는 실험적 모달테스트에서 고유주파수를 확인하는 가장 중요한 절차라고 할 수 있다.

 

코히어런스함수

결과량이 ‘0’이면 Input(가진)과 output(응답)이 전혀 상관성이 없으며, 1인 경우 가진과 응답이 100% 상관성이 있는 선형관계라고 설명하는 것이 바로 기여도함수(상관성함수, Coherence)이다. 그 결과가 ‘0’에 가까운상태는 잡음이 혼합된 경우로 볼 수 있는데 예를들면 전기적 진동 또는 노이즈의 유입이다. 유체기인진동 또는 다른 장소의 가진원에서 유입된 신호일 경우가 해당된다. 따라서 시험을 할 때 좋은 결과를 나타내기 위해서는 코히어런스가 ‘1’이 되도록 여러 번 모달시험을 하여 평균하고 위상(phase)이 180도 전환하는지 Peak진폭이 뽀족한지를 확인하여 최종적으로 고유주파수 여부를 판정한다. 실제로는 정확히 1을 내는 것은 실험실에서만 가능하므로 현장에서는 코히어런스가 1에 최대한 가까울 때 impact test가 신뢰있게 수행되었다고 할 수 있다.

이때 Correlation(상관함수)가 설명되는데 이는 어떤 신호상의 주기신호를 검출할 때 사용되는 함수이며 즉, 자기신호내에 주기신호를 검출하여 Auto, 두신호(두채널)의 공통신호를추출할 때는 Cross라고 한다. 특히 이 Cross correlation은 time dalay나 전달경로분석, 그리고 위상을 통한 설비진단 등에 많이 사용된다.

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특별제안+ 진동비젼 사례3-DragonVision-EI

특별제안+ 진동비젼 사례3-DragonVision-EI

인간은 관찰력은 뛰어나지만 실제로 기계보다 둔감할 경우가 많습니다. 진동현상도 정지된 것처럼 보이지만 실제로 아주 빠르게 움직이고 있습니다. 느리고 크게, 바로 진동비젼 Dragon Vision™ 입니다.

 

 

진동이 발생하고 있는 기계, 구조, 건물 등을 진동 동영상으로 볼 수 있습니다. 간단한 동영상 촬영만으로도 진동을 볼 수 있습니다. DragonVision기술로 진동을 카메라로 촬영하여 저장하고 화면에 보이는 진동을 분석하고 문제점을 찾을 수 있습니다.

다음의 용도로 사용

-      진동원 거동 및 분석 (자동차, 정유 중화학공장, 제지, 전력, 가스, 에너지, 시멘트, 공작기계, 식품제조, 전자생산, 조립생산, 자동차, 조선 관련 사업체, 로봇, 반도체)

-      진동진단, 설비진단 (Motor, Turbine, Pump, Compressor, Roll, Bearing, Fan, Blower, Generator, Paper, Petrochemical, Machine tool, Ship, Cement, Tire , Robot, Automobile, 건설현장, 학교, 연구소)

 

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변위라는 용어들

변위라는 용어들

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진동의 기본 주단위인 변위(Displacement)는 측정이 조금 까다롭기는 해도(접촉형은 설치와 고주파 측정이 어렵고 레이져는 매우 고가격) 속도진동이나 가속도진동과 달리 물리적으로 직감하여 얼마만큼의 양인지를 파악하기 쉽기 때문에 CAE를 통한 동해석에서는 기본적인 진동의 단위로 활용된다. 그런데 이 변위라는 단위는 처짐, 초기, 정상 등의 수식어로 그 뜻을 달리하는 경우가 있어서 아주 혼동하기 쉽다. 이 변위에 대한 정의를 수식을 기준으로 정리하였다.

‘변위’라는 용어의 정리

질량의 변위, 정적처짐, 초기변위 정상상태(Steady state)의 변위 등을 정리하면 아래의 하나의 변위방정식을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

 

변위방정식 질량의 변위 정적처짐 초기변위 초기속도가 만드는 변위 강제력이 가해진변위 정상상태의 변위, bisope

키워드	변위방정식, 속도방정식, 정상상태, 과도상태, transient, displacement,

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측정원리- 비틀림진동센서-Torsional Vibration-HVR

측정원리- 비틀림진동센서-Torsional Vibration-HVR

ATVS 비틀림 진동센서의 실제측정을 데모한 자료입니다. 반사판의 설치없이 최대 40mm까지 거리를 두고 회전체의 비틀림(Torsional)진동을 측정하여 아날로그 신호로 출력하고 있습니다. 이 센서를 이용해서 토크를 측정할 수도 있고 실제 파워(동력)을 모니터링할 수도 있습니다. 진동을 배우셨다면 관심있는 분들이 아주 많을 것입니다. 재미있습니다.

--à  https://youtu.be/LCpQ3XYXdSk

동영상

Analog Torsional Vibration Sensor (ATVS) On-Site Demonstration

On-Site, demonstration video that shows the signal characteristics of the Analog Torsional Vibration Sensor (ATVS) for differen...

youtu.be

 

 

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진동교육, 진동계측기, TPI, 진동진단, EI, phantom, wiser, acoustic cam, 가진기. 진동측정, RPM센서, 진동계, 토크, 비틀림진동

다음의 용도로 사용

-      연구자, 교육자, 설비진단자격보유자, 전문센터보유사 진동분석가, 온라인모니터링시스템의 이상진단. 예측진단팀, 정비팀, Reliability팀, 진단엔지니어링컨설팅사

-      토크/비틀림 계측, 분석 및 감시 (자동차, 선박조선, Military, 항공, 정유 중화학공장, 철강, 제지, 전력, 가스, 에너지, 중공업, 공작기계, 타이어, 시멘트)

-      중요설비진단 (Engine, Gearbox, Motor, Turbine, Universal joint, Pump, Compressor, Roll, Blower, Generator, Machine tool, Robot)

 특징

-      비접촉식 토크, 비틀림진동 측정센서

-      Sampling ~1kHz 비틀림진동(300Hz max)

-      Encorder belt 1hr이내 영구설치

-      각주파수, 토크, 파워산출, 모니터링시스템

-      정밀벨트 (12g/m, 축반경 설치제한없음)

-      아날로그 전압/전류 출력 (0.1V/m/s)

-      사용환경 -73 ~ 230 ^oC

-      내환경성(먼지, 오일, 수분 IP65)

-      비접촉식 (슬립링, telemetry 불필요)

-      토크/비틀림, 파워, 크랙, 피로파괴 모니터링적용

-      Noise 제거기술 탑재

-      토크불안정 및 비틀림진동 등의 계측이 필요한 연구 및 현장에 즉각적용(대형 축 상태모니터링, 비틀림측정 및 토오크산출연구, 파워산출, 비틀림고유주파수산출)

진동모니터링 측정시 센서의 최적위치선정

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

 

진동비젼 사례-DragonVision-EI

진동비젼 사례-DragonVision-EI

인간은 관찰력은 뛰어나지만 눈과 손은 실제로 기계보다 둔감할 경우가 많습니다. 진동현상도 정지된 것처럼 보이지만 실제로 아주 빠르게 움직이고 있습니다. 이 것을 이용한 것이 바로 진동비젼 Dragon Vision™ 입니다.

 

진동비젼의 사례 특별제안

 

진동이 발생하고 있는 기계, 구조, 건물 등을 진동 동영상으로 볼 수 있습니다. 간단한 동영상 촬영만으로도 진동을 볼 수 있습니다. DragonVision기술로 진동을 카메라로 촬영하여 저장하고 화면에 보이는 진동을 분석하고 문제점을 찾을 수 있습니다.

다음의 용도로 사용

-      진동원 거동 및 분석 (자동차, 정유 중화학공장, 제지, 전력, 가스, 에너지, 시멘트, 공작기계, 식품제조, 전자생산, 조립생산, 자동차, 조선 관련 사업체, 로봇, 반도체)

-      진동진단, 설비진단 (Motor, Turbine, Pump, Compressor, Roll, Bearing, Fan, Blower, Generator, Paper, Petrochemical, Machine tool, Ship, Cement, Tire , Robot, Automobile, 건설현장, 학교, 연구소)

 

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굽힘진동과 비틀림진동

굽힘진동과 비틀림진동

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기계가 움직이기 위해서는 반드시 원동기가 필요하며 그 종류로는 모터, 터빈, 내연기관이 있다. 모든 회전기계는 축(Shaft)이 반드시 존재하므로 이의 거동에 해당하는 운동과 진동의 모드를 나타낼 수 있는데 종진동, 횡진동, 그리고 비틀림진동이다. 흔히 교육과정에서 확인할 수 있는 진동은 직선(횡)운동으로서 상하로 움직이는 바(bar), 보(beam)나 스프링과 질량으로 나타내는 종진동일 것이다.

 

 

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비틀림진동, 질량관성모멘트, 각가속도, 각고유주파수, Torsional

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Torsional vibration

회전기계는 분당 회전수(RPM)으로 주로 정격속도를 표현한다. 정상적인 회전을 갖는다는 것은 분당 일정하게 토오크(Torque)가 가해진다고 할 수 있지만 사실 토오크는 변동(진동)한다. 이 것이 바로 비틀림 거동이고 축에 매우 많은 이의 수를 가진 기어를 설치하여 회전각도를 측정하는 이유이기도 하다. 축은 고유한 비틀림 모드를 가지고 있으므로 비틀림 고유주파수도 있다. 터빈로터 같은 대형 축일 경우 대체로 이는 Pre 1차 위험속도에서 그 위치를 찾을 수 있다.

비틀림 진동은 굽힘진동처럼 수식으로 표현할 수 있다. 가속도는 각가속도로 굽힘강성은 비틀림강성(Kt), (L:길이, G:전단탄성계수, Ip:단면2차모멘트)으로 표현한다. 또한 고유주파수의 표현으로 질량은 질량관성모멘트(J 또는 I), 강성은 Kt [kgm]를 사용한다. 따라서 일정한 힘이 가해질 때 가속도에 대한 저항의 의미처럼 질량관성모멘트(J)는 일정한 모멘트(토오크, T, M)가 가해질 때 각가속도에 대한 저항의 의미라고 할 수 있다. Solid shaft의 경우, J=1/2mr²으로 단위는 [kgm²]을 사용한다.