Gear 진동-3-뜯기고 손상된 기어

 Gear frequency-3-뜯기고 손상된 기어

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순간적인 과도한 하중이 가해지는 경우 기어의 문제는 기어이에 흠집이 있는 경우나 손상이 된 정도일 것이다. 이 상태를 진동으로 확인하는 방법은 다음과 같다.

뜯기고 손상된 기어(Broken, chipped)

하나의 기어치가 뜯기고 손상이 된 상태라면 1X RPM의 진동이 크게 나타나게 된다. 이러한 문제의 증명은 1X RPM을 나타내는 다른 현상들이 너무 많기 때문에 스펙트럼 데이타 하나만 가지고는 확인하기 어렵다. 이 때 가장 좋은 방법은 시간파형에서 충격파형의 반복이 문제가 있는 기어의 회전수와 일치하는 지를 확인하는 것이다. 이 결함에서는 충격파 현상이 반드시 발생하기 때문에 시간파형에서는 가속도에서 잘 확인되며 가능하면 많은 축 회전수들을 확인할 수 있도록 길게 시간주기 설정을 하여야 한다.

 

                                 

 

 

키워드	기어진동, 기어박스, 베어링진동, 사이드밴드, GMF, 기어 맞물림 주파수, 마모된 상태의 기어

 

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수식을 통한 진동의 물리적 설명1

 수식을 통한 진동의 물리적 설명1

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진동은 기준점을 중심으로 반복하는 운동이므로 수식으로 이를 표현할 수도 있다. 공학적인 입장에서 운동에너지와 위치에너지(탄성에너지)의 교번작용이 또한 진동이며 가진력(충격 또는 회전, 유체마찰)과 내부력(관성력, 감쇠력, 탄성력의 합산)의 힘겨루기가 진동이다. 우선, 동역학(Dynamic) 중의 하나인 진동, 동특성해석이라 부르는 대부분의 진동 중에서 ‘동(動)’은 “움직이는 상태”, 또는 “시간에 따라 물리적 특성이 변동하는 상태”를 의미한다. 즉, 똑 같은 힘, 토크라도 시간에 따라 변동이 된다면 (시간의 함수를 포함) 정역학이 아닌 동역학으로 해석해야 한다는 뜻이다. 예를 들면, 다리교량을 설계할 때 100톤의 무게만 가지고 최대하중을 설계하는 경우와 300톤의 교번하중이 초당 몇 번 반복하는지를 피로파괴해석에 도입하여 허용하중을 설계하는 경우의 차이라 할 수 있다.

 

 

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진동, 가진력, 탄성, 감쇠, 진동수식

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배관유체진동-펌프

 배관유체진동-펌프

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유체기계 중에서 펌프는 비압축성유체인 물과 그 밖의 다른 유체를 운송하는 데 다른 유체기계와 마찬가지로 서징과 같은 많은 유체진동이 발생하지만 펌프만의 독특한 진동특성도 나타나고 있다. 특히 캐비테이션이나 수격진동 등과 같은 것은 펌프에 연결된 배관만이 나타날 수 있는 현상이며 한 번 발생하기 시작하면 반복특성이 배관의 피로파괴와 연결이 되기 때문에 언젠가 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 특히 위험한 액체를 운송하는 배관에서 누설이 생긴다거나 중요한 설비의 냉각용이 문제될 경우를 대비해서 펌프가 보조시스템을 채용하고 있는 것을 상기하기 바란다.

 

배관유체진동-펌프

서징(surging)은 송풍기와 압축기와 마찬가지로 펌프에서도 발생한다. 펌프는 공기유체기계와 달리 배관계에 공기와 가스가 공존하는 탱크가 있다는 것과 그 탱크 하부에 유량조절밸브가 있다는 특징이 있다. 여기서 서징이 발생한다. 이를 대비하여 항상 열교환기 등의 잔류공기를 제거하고 시운전하는 대책이 있다.

고압펌프를 낮은 유량에서 운전할 때 흡입측에 캐비테이션(cavitation)의 발생도 없고 성능곡선도 항상 오른쪽으로 감소하는 안정영역이지만 서징과 유사한 맥동현상이 발생하는데 이 것을 동적불안정의 맥동현상이라 한다. 이 주파수 영역에 마침 배관계의 음향고유진동수가 있으면 압력맥동이 자려적으로 증가하여 큰 배관진동이 발생한다. 정격유량을 30%로 운전하여야 맥동을 비로소 피할 수 있다.

급수펌프의 시험운전시 최소유량으로 운전할 때 펌프의 회전수보다 낮은 압력맥동이 생겨 큰 배관진동을 일으킬 수 있다. 이 압력맥동 주파수는 배관계의 2차 음향고유진동에 해당하며 펌프가 그 압력맥동공명모드형상의 반절점(anti node)근처에 있기 때문에 발생한다. 압력맥동의 발생원인은 토출배관의 역류방지 밸브에서 주기적 와류가 발생하고 배관계의 공명모드와 공진하는 것이다. 이때 펌프의 위치는 압력맥동의 음향고유모드의 반절점에 있는 경우이다. 이처럼 펌프의 설치위치의 영향도 유념하기 바란다. 

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배관진동, 파이프진동, 설비진단, 배관진동의 측정, 배관진동설계, 유체진동

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

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

기계의 기초와 진동 (기계의 기초와 진동과의 관계)

 기계의 기초와 진동 (기계의 기초와 진동과의 관계)

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기계는 대부분 회전하는 회전력과 충격력을 동반한 강한 진동을 발생하기 때문에 자체적으로 그 위험을 방지하거나 진동이 전달되는 것을 차단하기 위해 기초(Foundation)에 고정한다. 진동이 전달되는 것을 차진하기 위해서 탄성지지를 사용하기도 하지만(건축물 내 설치, 시험실 등)산업현장의 대부분 기계는 강하게 바닥기반에 고정된다. 이때 대부분의 기계 고정형태는 기계-(강한 고정)-철프레임-(강한 고정)-콘크리트기초의 지반내 매입되는 구조로 되어 있다. 자세히 살펴보면 기계와 철프레임 사이에 탄성(스프링)이 존재하고 또 다른 탄성역할은 지반의 탄성이 콘크리트를 받쳐주고 있는 이중구조임을 알 수 있다.

 

기초콘크리트와 지반의 관계

지반에는 지반계수(Kv수직, Kh수평)가 존재한다 할 수 있는데 이는 전체 계의 스프링정수로 생각하면 지반에 접하는 면적(A)와 수직지반계수의 곱한 값으로 환산한다. 따라서 수직방향의 기초 지반과 관련된 고유진동수는 다음과 같이 계산된다.

 

이 때 Kh=0.6~0.7Kv이며 수평일 경우에는 두 면이 접하므로 K=2AKh로 계산해야 한다. 이 식을 검토하면 접촉면적을 늘리면 강성이 증가하는 효과로 지반지지 고유주파수가 상승하여 더욱 강한 지지조건이 되며 지반접촉 면적이 작거나 지반이 무르면 유연지지 조건이 되어 저주파 가진 기계(왕복동 설비류)에 공진을 유발하기 쉬운 구조가 된다.

지반의 종류별 고유진동수는 Vs(횡파속도: 지반의 분산파로 약 200~300m/s가 된다), 견고한 지층 위에 두께 H의 연약계층이 있을 경우(Fn1), 중간에 연약계층이 있을 경우(Fn2) 대략 다음과 같은 기초계의 고유진동수를 구할 수 있다.

( Fn1=Vs/4H,  Fn2=Vs/2H ) 또한, 다수의 기계의 설치간격에도 규칙이 존재하는데 기계수n, 설치간격D일 때 Fn3=nVs/2D가 된다.

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키워드	방진, 고유주파수, 기계의 기초, 기계의 Foundation

비틀림진동센서 토크센서 파워모니터링시스템-연구/진단 모니터링용-HVR

 비틀림진동센서 토크센서 파워모니터링시스템-연구/진단 모니터링용-HVR

 

 

TEL: 02-6480-9991   mail: sales@astint.co.kr        Copyright. 에이에스티(AST) www.astint.co.kr

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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)

 

인체가 발생하는 뇌파(EEG)

 인체가 발생하는 뇌파(EEG)

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바람이 왜 부는가?처럼 파동도 발생이유가 있다. 파동(Wave)은 반복의 빠르기(주파수)와 크기(진폭)을 가지고 있는 물리적 현상으로서 발생원인으로 유체와 고체 등의 압력의 변동, 전기 및 전자기의 조절에 의한 전파, 고체와 고체 또는 유체간의 마찰에 의한 진동 및 소음, 회전과 질량불평형 상태에 의한 진동소음 등이 파장을 형성한다, 하지만 인체에서도 파동이 발생한다. 바로 뇌와 귀인데 뇌에서 발생하는 파동을 뇌파라고 한다. 잠이 자는 상태나 활동중인 상태의 뇌파는 서로 다르다는 것을 상식을 통해서 알 수 있었을 것이다.

 

뇌파의 주파수별 구분

뇌파는 EEG(Electroencephalography)라 하며 사람의 뇌에서 발생하며 두뇌가 활동하는 상태에 따라서 달리 발생하는 파동(Wave)가 다르다. 유행하고 있는 뇌파를 이용하여 공부나 집중에 필요하도록 조명과 음악 등 보조역할을 주는 것 또는 장치가 이 것을 이용하는 것이다. 인체가 발생하는 주파수는 생각보다 그리 높지 않다. 참고로 멀미를 느끼는 진동주파수는 0.1~1Hz사이의 초저주파수이다. 잘 살펴보면 깨어 있을수록 고주파이고 특이한 것은 REM수면상태가 제일 고주파라는 것이다.

주파수(Hz)	EEG	설 명
0~4	δ	무의식상태(Comatose states)
4~8	θ	수면상태(Meditation), 명상
8~13	α	깨어있으나 눈감은 평안한 시간
13~30	β	일상 활동중인 상태
30~50	γ	REM수면상태           bisope

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진동, 인간과 진동, 주파수, 뇌파, EEG, 파동, 파장

적용사례- 무선 진동 3축센서의 활용 2-Wiser3X-EI

 적용사례- 무선 진동 3축센서의 활용 2-Wiser3X-EI

진동을 측정할 때 측정자체에 불편함이 있다면 또 다른 문제가 발생한다. 여러 방향의 진동을 동시에 측정한다는 것, 이때 3축 진동센서가 편리하고 빠르다는 것은 모두 잘 이해하고 있을 것이다. 그런데 또 다른 필요,…..무선으로 측정한다면…, 그리고 핸드폰으로 볼 수 있다면…, 발란싱은 가능할까?..., 실시간으로 측정은?...밧데리는 얼마나 측정할 수 있을까?...,클라우드에 전송…?. 그래도 아마 내가 사용하는 계측기에 연결할 수는 없을 꺼야!… 이런 문제들이 해결된다면 어떨까?

 

적용사례2 (진동 무선3축센서)

상상한대로 진동을 데이터로 측정자에게 잘 전달해 준다. 진동분석기로 핸드폰을 사용한다. 3축무선센서를 이용하여 핸드폰과 연결하면 동시에 4채널까지 FFT분석기능이 있는 app에서 진동을 확인하여 볼 수 있다. 수신기(receiver)도 필요 없다.  그리고 핸드폰이 아닌 다른 모든 계측기와도 연결할 수 있어서 측정자의 소프트웨어로 분석하면 된다. 발란싱(Balancing), 동적발란싱(multiplane, dynamic)도 이 ‘wiser3X센서’ 호환 app으로 핸드폰에서 실제로 빠르게 수행할 수 있다. 생각한 대로 그렇게 측정이 된다.

 

다음의 용도로 사용

-      진동원인 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, Paper, Petrochemical, Machine tool, Ship, Cement, Tire , Robot, Automobile, 건설현장, 학교, 연구소)

 

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진동교육, TPI, 진동진단, 발란싱 EI Digivib, Phantom, Motion Amplification, 진동모니터링, 진동시뮬레이터, ODS, DragonVision

 

신뢰도, 정비도, 내구도, 가용도

 신뢰도, 정비도, 내구도, 가용도

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센서가 설치된 장치 및 시스템의 형식에 주로 그 신뢰 및 성능 등을 판단하는 근거로 사용되는 용어들이 있다. 예를 들어 분석대상의 장비가 특정시점에 요구기능을 수행할 수 있는 확률을 신뢰도(Reliability)라고 하는데 이 밖에 고장률(Failure rate), 정비도(Maintainability), 내구도(Durability), 가용도(Availability) 등에 대하여 자료를 정리하였다.

 

RAMS용어들(신뢰도관련)

고장이 나는 정도, 신뢰할 수 있는 정도, 사용의 정도, 버틸 수 있는 정도를 알고자 한다면 이 것이 시스템을 인증하고자 하는 목적과 유사하다. 이에 관련된 RAMS활동에서 많이 사용되는 용어를 정리하였다.

신뢰도(Reliability)	분석대상의 장비가 특정시점에 원하는 기능을 수행할 수 있는 확률, R(t)
고장률(Failure rate)
MTBF(Mean time between failure)	고장간 평균시간(시간),
MTTR(Mean time to repair)	고장에서 수리완료까지 걸린 평균시간(분)
MTBM, MTBR	M(Maintenance), R(Removal)
정비도(Maintainability),	MTTR (설계자),  MCT(corrective time, 운용자)
수리율(repair rate)
내구도(Durability)	임의의 시점까지 고장을 허용하지 않는다.
가용도(Availability)	수치화표현 LSA(logistic support analysis)

본 자료는 간추린 정리자료로서 상세한 내용은 관련 용어를 상세히 학습하기를 바란다.

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키워드	신뢰도, 고장률, 가용도, 내구도, 정비도 MTBF, MTTR

상태 모니터링용 진동경사온도센서- 방폭방수 적용 사례-TNK

 상태 모니터링용 진동경사온도센서- 방폭방수 적용-TNK

모니터링용 진동온도경사센서는 어떤 위험한 지역과 상황에서도 그 역할을 다해야 합니다. 일반적 센서에서는 지킬 수 없는 방폭이나 방수의 특성은 인증을 취득하기도 어렵고 가격도 높습니다. 그런데 방폭/방수처리가 된 진동경사온도센서가 바로 있군요. 러시아는 강한 것 알아줍니다.

방폭방수 진동온도경사센서의 장점

-      위험 지역에 맞는 영역대로 보호된 진동센서

 (예: 중화학, 군사용 방폭지역 중요설비 또는 보조설비 감시용 센서, 수자원댐의 수문 등 수중감시용센서)

-      상태모니터링용 기본센서에 최적, 디지탈 출력(modbus, 485), 다양한 값으로 출력.

-      안정성, 편리성, 합리적 가격대.

        

(진동-변위,속도,가속도, 경사, 온도……………방폭방수)

2000㎛, 1000m/s², 1000m/s, -60 to 80℃, ±2°, 1000Hz, MTBF 40000hr, 1W, IP65/IP68,  0Ex ia IIC T5...T6 Ga X ------고정밀이 아닌 high protection용 이 것으로 존재를 증명할 수 있습니다.

다음의 용도로 사용

-      중요 위험지역, 방수방폭지역 회전기계 하우징 케이싱진동 감시용 진동경사온도센서

-      설비모니터링관리 (정유 중화학공장, 식품제조, 수자원, 군사용, 조선, 가스제조 사업체)

 

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