VISOPE-진동소음음향방출분석-진단모니터링-한국CBM

2015년 6월 8일 월요일

임계 주파수, 임계속도, 위험속도 (Critical frequency, Critical speed)

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모든 변하는 것에는 미리 정해 높았던, 갑자기 발생하던 한계점(인계점, Critical point)이라는 것이 존재하게 된다. 물이 얼거나 끓기 시작하는 점도 그렇게 부르고 법규로 지키자고 정해놓은 것도 ‘한도’라고 한다. 진동에서도 있다. 주기적으로 진동하며 감쇠하는 상태와 진동이 없이 감쇠하는 상태의 경계를 임계감쇠(Critical damping)라고 한다. 그리고 임계속도(Critical speed)도 있다. 진동이 문제가 되는 것은 항상 결론에는 얼마나 진폭이 큰가?를 한정하는 것이 대부분 이므로 과연 어떠한 경우에 이 진폭이 크게 상승하는지가 관심사항이 된다

Critical Frequency & Critical Speed

고유주파수(Natural frequency)와 가진주파수(Operational frequency)가 일치할 경우 공진(Resonance)라고 하는데 이 때에는 진폭이 크게 상승하게 된다. 고유주파수는 기계나 구조의 경우 감추어져 있는 원래의 그 성질을 말하지만 가진주파수는 가동을 하면서 변동시킬 수 있는 경우(가변속기기)이므로 이 가진 또는 회전주파수가 고유주파수에 일치하게 되는 그 때의 주파수를 바로 ‘임계주파수 혹은 한계주파수’라고 한다. 이때는 보통 1차 진동모드(Mode)의 고유주파수만을 의미하기도 한다.

범위를 넓혀서 진동과 음향까지로 단어를 확대하면 다음의 두 가지를 더 생각할 수 있는데 첫째로 음향계에서의 임계주파수는 계의 고유음향주파수와 일치하는 가진주파수를 의미하며 예를 들면 도파관(Waveguide)의 경우 차단주파수(Cut-off frequency)라고도 일컫는다. 이 주파수 이하는 고체음(Structure borne)이 전파되지 않는다. 두 번째는 진동계와 음향계가 연성(coupling)된 경우로 유연한 격벽에 음파가 입사되었을 때 표면을 따라 전파되는 굴곡파(Flexural wave)가 발생되어 입사음파와 파장이 같아져서 공진을 유발하는 상태의 주파수이다. 이때는 물론 격벽이 음파를 전혀 차단하지 못하는 상태이다.

실제로 터빈, 발전기 등 회전체에서 회전자(Rotor)가 고유주파수(회전체, 고정자 또는 기타 구조가 가지고 있는)와 일치하는 속도로 회전하면 공진현상이 유발되어 회전체가 상당히 위험한 상황이 되는데 진동이 심하면 이를 감지하여 발전소의 가동을 중지시킬 수 도 있는 상태에 이르는데 이를 위험속도라고 부른다. 이때에는 회전체 운전시 위험속도보다 낮은 영역에서 운전하든가 가능한 빨리 위험속도 영역을 탈출하여 위험속도 이상에서 운전하도록 해야 하는데 후자의 운전방법이 발전소에서 사용하는 대부분의 운전방법에 해당된다

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2015년 6월 7일 일요일

계측편람- 진동분석 및 감시용 FFT진동측정시스템 Sequoia fast tracer

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2015년 6월 1일 월요일

자동차속도와 진동속도의 차이점 (Vibration velocity는 크기로 판단한다)

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자동차가 60km/h로 달리고 있을 때, 진동은 어느 정도일까? 환산해서 60x1,000,000/3,600 = 16,666 mm/s일까?

진동은 변위, 속도, 가속도라는 세가지 진폭단위로 표현한다. 즉, 기준위치로부터의 최대변위량(변위), 시간의 변동에 따른 변위의 시간당 변화량(속도) 또는 속도의 시간당 변화량(가속도)으로 그 크기를 가늠한다는 것이다. 하지만 이 때 진동의 단위는 ‘크기’를 의미할 뿐, ‘빠르기’를 의미하는 것은 아니라는 것에 중요한 차이점이 있다. 다시 말하면 빠르기, 시속 60km/h로 주행하고 있는 자동차가 진동도 60km/h이라는 것은 절대로 아니다라는 뜻이다.

진동의 속도 (mm/s, rms or peak)

진동에 대한 ‘빠르기’는 변위, 속도, 가속도의 모든 단위에 있는 ‘주파수’ 또는 ‘주기’로 표현된다. 진동이란 기준점을 중심으로 반복하는 것이어야 하므로 ‘얼마나 빨리 반복하는가?’가 이 주파수 또는 주기가 담당하는 것이고 ‘얼마나 크게 움직이는가?’라는 양을 바로 진폭의 종류인 변위(µm), 속도(mm/s), 가속도(g)로 나타내는 것이다. 즉, 자동차의 속도는 지나가는 speed를 나타내고 진동의 속도는 에너지의 양인 진폭의 크기에 대한 종류인 것이다.

근본적인 착각의 원인제공자는 진동의 진폭단위를 3가지로 각기 표현하는데 따른 것으로 추정된다. 적합한 주파수 구역대가 다르고 목표로 정한 측정대상이 다르기 때문에 각기 다른 단위를 사용하며 그렇다는 것을 이해하여야 한다. 진동의 속도로 평가하는 대상은 ‘파괴’와 ‘에너지’가 관련이 있는 건축물의 진동안전평가나 회전기계류의 수명판단에 주로 사용되며 이때 같은 속도의 부속단위로 사용되고 있는 rms와 peak의 사용구분은 기준을 rms로 정한 ISO와 peak를 계속 사용하고 있는 North American standard간의 차이점도 있다.

결론적으로 자동차의 진동은 자동차가 빨리 달리면 진동도 커지는 면이 있으므로 자동차의 주행속도와는 전혀 관련이 없다고는 할 수 없으나, 주로 엔진의 RPM에 의한 진동가진력이 주도하므로(4기통의경우, RPMx2배의 주파수에서 진동이 발생) 그때 발생하는 정상적인(규칙적인) 진동이나 주행노면에 의한 충격진동(불규칙적인)과 관련이 있다고 해야 옳다.

키워드	진동, 주파수, 속도, rms, peak, 가속도, 진동의 단위

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계측기술검토-계측시스템(DAQ+FFT+S/W)가 내장된 MEMS타입 다축 진동센서 SEQUOIA Fast tracer

계측기술검토-User의 관점

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Key word

-사용이 매우 간편하고 이렇게 3축 진동측정이 간편할 수가 있다니 노트북을 켜자마자, 하지만 주파수가 2500Hz이상도 측정할 수 있었다면…

Model: Fast tracer, Balancer

현장계측용, 실시간계측 모니터링용, 진동평가용, 실시간 진단용, 교육용

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2015년 5월 25일 월요일

계측편람- 고급용 설비관리용 진동계 Adash 4900 vibro M

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고유주파수 (소음과 진동에서 의미하는 고유한 성질)

고유주파수 (소음과 진동에서 의미하는 고유한 성질) ---------------------

기타나 바이올린 줄은 선의 종류나 조여있는 정도에 따라서 소리가 서로 다르다. 와인잔에 담겨있는 포도주의 양에 따라서 울리는 소리가 다르다. 어린이가 뛰던 어른이 걷던 아래층에서 들리는 쿵쿵거리는 소리는 같다. 똑 같은 크기이지만 잘 만들어진 도자기와 균열(Crack)이 있어서 불량인 도자기의 소리는 서로 다르다. 영화에서 어떤 전파발생기기를 조작하여 소리가 커지는 듯 하더니 유리잔이 산산조각 나는 장면을 보았다. 그네를 탈 때 올라가는 높이는 달라도 왔다갔다하는 왕복시간은 같다. 위의 모든 예들은 고유주파수(고유주기)를 잘 설명하는 예라고 할 수 있다.

고유주파수(Natural frequency, Eigen frequency)

질량을 가지고 있는 물체나 공간을 가지고 있는 Cavity, 장력을 가지고 있는 선(Line)에는 한 가지 공통점이 있다. 바로 고유한 성질이 있다는 것이다. 진동과 소음분야에서는 이것을 ‘주파수(frequency)’라고 하는데 주기의 역수이며 초당 반복수를 의미한다. 자연의 조화는 매우 어렵고 복잡한 신호를 나타낸다면 사람의 귀는 그 신호를 소리로 구분할 수 있다.

물론 사람이 느끼는 고유주파수는 대체로 소리이다. 소리가 불편하면 소음인데 이 것으로는 특성을 파악하여 위험한 범위를 예측한다고 할 것 까지는 없다. 문제는 진동인데 진동은 심하면 즉 한 번 움직이고 마는 것이 아닌 지속적인 외부 힘(가진력)이 주어진다면 고유주파수와 중첩하여 큰 진동을 유발할 수 있기 때문에 세상에 자주 사용하는 공학용어가 되고 있는 셈이다. 이 것을 바로 공진(Resonance)라고 한다.

고유한 진동 즉 고유한 주파수와 움직이는 형상(고유모드;Mode)은 물체의 거동을 예측하는데 중요한 설계자료로서 활용되어야 하며 강체를 가정할 경우에 3차원 방향에 각 비틀림까지 감안하여 6개의 자유도가 존재하고 고유주파수도 같은 개수로 있다는 것을 말한다. 하지만 실제의 물체는 연속체이며 무한대의 고유주파수가 존재하므로 실제로는 주로 사용하는 가진 주파수 대역에 어떤 고유주파수가 있는지를 연구만 하면 되는 것이다.

고유주파수는 질량을 가진 물체로 본다면 강성에 비례하고 질량에 반비례하는 관계를 가지고 있으며, 장력을 가진 선으로 본다면 장력에 비례하고 선밀도에 반비례한다. 또한 공간을 가진 Cavity로 본다면 입구의 길이당 면적에 비례하고 체적에 반비례한다.

주파수가 높으면 고주파라고 하며 높은 소리, 진동으로는 빈번한 반복성 진동을 나타낸다. 반대로 저주파는 낮은 소리나 파도 같은 긴 파장의 반복성 진동을 나타낸다.

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공진, 고유주파수, Eigen frequency, natural frequency

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2015년 5월 21일 목요일

계측편람- 다용도 열화상 카메라 IRtek Ti160

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진동의 발생원인 (가진력)------------

진동의 필수적인 구성요소는 힘, 질량과 스프링으로 표현될 수 있으며 진동의 발생원인은 진동의 요소 중에서 힘(가진력)은 초기의 과도진동(Transient)을 유발하며 또한 지속적인 힘의 발생으로 정상상태의 진동(Steady state)을 유발하게 된다. 자동차를 통해 원인을 찾아보면 엔진의 회전과 요철의 통과 맞바람에 의한 차체의 움직임 등을 통해 진동이 발생하는 것을 알 수 있으며 이러한 진동의 가진력을 세부적으로 구분하면 다음과 같다.

진동의 가진력 (Exciting force)

진동은 고체적인 의미를 가지고 있으며 동적인(Dynamic force) 힘이 가해져야 반복적인 운동인 진동을 줄 수 있기 때문에 동적인 힘을 분석하면 다음과 같은 3가지의 가진력으로 구분할 수 있다.

1.     회전운동에 기인한 질량불평형의 발생이 유도하는 원심력

2.     충격과 직선왕복운동에 기인한 충격의 발생이 유도하는 충격력

3.     유체의 운동에 기인한 고체의 충돌에 의해 발생하는 유체기인 자려진동(Self exciting)

이중에서 설비진단에서 문제가 될 만한 가진력은 회전운동이 주로 많으며 충격력과 자려진동으로 인해서 진단의 난위도가 결정되게 된다. 주로 문제가 되는 것은 고체와 고체의 마찰로서 이는 크게 파괴가 되는 원인이기 때문이다. 물론 기타 진동을 유발하는 가진력으로 전기에 의한 전자기력도 가진력이라고 할 수 있다. 모터의 전기적결함이나 전자기력에 의한 가진기(Shaker)를 그 예로 들 수 있겠다.