2021년 7월 16일 금요일

설비진단 진동평가기준 2 (ISO10816 Vs ISO7919)

 설비진단 진동평가기준 2 (ISO10816 Vs ISO7919)

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기계(설비)의 진단을 위한 진동평가기준에는 과거에는 엔지니어협회계측기 제조사보험사 등이 각각 만들어 놓은 기준들이 많았다따라서 ISO에서는 이러한 기준들을 상황에 맞게 조정하여 재정리하였는데 크게 2가지 종류로 다시 구분해야 할 필요가 있었다그 방법은 변위센서(회전축거동을 비접촉방법으로 측정)의 기준과 가속도센서(베어링으로부터 전달된 진동의 비회전부의 측정)의 기준으로 나누어졌다

 

평가기준(회전기계) ISO10816 Vs ISO7919

10816

ISO세부항목

7919

1

일반사항

1

2

증기터빈

2

3

산업용기계

3

4

가스터빈

4

5

수력기계

5

6

왕복동기계

 

7

회전형(Rotodynamic) 펌프

 

진동평가는 Overall(진동량)으로 평가한다진동계(Vibrometer)에서 읽어 나타내는 그 값이다비접촉 변위진동센서를 이용하여 기계의 축의 변위(Peak to Peak, )를 관찰하는 것과 다른 하나는 가속도 센서를 이용하여 진동속도(rms, mm/s)의 값을 측정하는 것이다이 중에서 가속도 센서를 이용하여 측정하는 방법은 베어링 케이싱에 접촉형센서(가속도센서)를 부착하고 진동계에서 값을 읽는 방법으로 가장 많이 사용되고 있는손쉬운 기계상태평가방법이다. 1970년 전부터 사용되던 진동평가기준은 회전수에 따라 얼마만큼의 진폭을 나타내는가(Blake chart, Rathbone chart 1939, VDI2056 1964)에 따라 상태를 등급화 했지만, 1989년에 개정된 ISO10816(아래표)에는 ISO2372의 기준을 포함하여 기계의 크기(동력), 종류와 지지형식에 따른 진폭으로 세분화한 것이 특징이다하지만이것도 절대적 표준은 아니며법적인 기준도 전혀 없으므로각 설비의 상태에 적합한 기준은 제조사 매뉴얼을 가장 많이 참조하며제조산업의 위험도 및 수준또는 경험에 의한 MTBF(고장빈도율수명판단 등에 따라 각기 달리 정하는 바가 옳다고 생각한다.

주요용도별로 정리하면 다음과 같다.


10816: 가속도센서로 측정속도(rms)값으로 판단적어도 10Hz에서 1000Hz를 포함하여 측정하여야 함,  주로 구름베어링이 사용되는 산업용기계 10816-3이 주로 사용됨, VDI2056, ISO2372, ISO3945가 모체

7919: 변위센서(Proximity probe)로 측정변위(Peak to Peak)로 판단적어도 회전속도의 2.5배 이상 주파수를 포함하여 측정하여야 함주로 Sleeve bearing이 사용되는 대형 고속 회전기기(2,3,4가 주로 사용)에 사용절대진동과 상대진동기준이 별도로 있으며 낮은 기준으로 우선 적용, Dresser-Clark선도, API611, VDI2059가 모체.


주의사항

하나의 설비 조합 유닛(Application, Assembly component)에서 측정된 수평수직축방향 DE NDE측 모두에서 측정된 것 중 최고 진동량(Overall)으로 평가하며 7919 10816으로 동시에 평가했을 경우에는 더 낮은 평가로 우선 적용한다.


관련 Tag

진동평가설비진단, ISO10816, ISO7919

 


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2021년 7월 9일 금요일

한눈에 사례 15 팬 압축기

 한눈에 사례 15 팬 압축기

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사례요약 5팬 압축기-일부생략

설비진동진단사례를 현상에 따라 한눈에 요약하였다체크하면서 패턴을 확인하며 학습할 수 있다.

 

번호

진단의 문제

현상

비고

1

 cage결함,크랙

구름베어링 제지기계 140G peak,  FTF 127mm/s

팬베어링간의 misalignment

2

팬하모닉

구름베어링 Inboard, Harmonics 전기분해에 의해 손상베어링

 

3

Comp aerodynamic whip

유체진동, tilting pad 0.457X, 위상차변동 0~82토출단 sub harmonics

Seal anti-swirl공급장치설치

4

Comp 자려진동

4단원심, 4pad tilt brg, 50Hz전후 저주파진동증가저속축에서만 발생베어링제진능력부족

 

Preload 0.3->0.5상승, pad지지점을 후방으로이동

7

팬 공진

3600rpm, 520kW 베어링지지대 진동크고축방향큼위상각 90도변화베어링지지대 축방향 Fn일치

 

베어링지지대 하부를 H형강의 리브구조로 변경

8

Comp rubbing

스크롤압축기(에어컨 서리제거용), 급유량중단시 진동증가,기어치면 맞닿음편심접촉, Orbit

 

스프링으로 가동스크롤의 경사를 구속함(한쪽만 닿도록 스프링으로 수정)

9

comp공진

2700kW, 14293rpm, 피니언 축진동 6X증가, Fn 3차모드가 pinion4차모드 6X와 중첩, S/W고유치해석

기어재연삭(F저감), 베어링형상변경(Fn저감)

10

Comp 불평형+Misalignment

Expander gear motor 1X, 2X

 

 

키워드

1X, 스펙트럼진동분석설비진단사례진동진단사례요약

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2021년 6월 24일 목요일

자동차와 진동소음1

 자동차와 진동소음1

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자동차는 수많은 부품들로 이루어진 종합기계인 동시에 최근에는 단순한 이동수단이면서 동시에 생활공간으로까지 인식되고 있다이에 따라 과거의 자동차 외부로 전달되는 소음과 진동에 큰 노력을 하였던 것과는 달리 이외에 자동차 내부에서 발생하는 소음과 진동은 직접적인 차량의 품질과 관련되고 있다따라서 엔진 및 풍단절 소음이외에 BSR(buzz버튼전자기, squeak마찰, rattle부재충격)같은 잡소리연구에도 많은 노력을 기울여야 하며 반면에 전기자동차 같은 소음이 거의 없는 곳에서는 새로운 품질의 음발생장치도 개발되고 있다.

 

자동차잡소리

국제적인 자동차 품질평가기관에서도 최악품질 10개 항목에서 잡소리를 중요하게 다루고 있다그 잡소리의 측정은 물론 마이크로폰과 진동가속도 센서 등으로 수행하는데 음향카메라가 효과적인 추적장비로 활용될 수 있다한편 이 잡소리의 평가는 대표적으로 ISO KS에 규정된 Loudness를 이용하기도 하는데 이때에는 일정시간 측정 후 라우드니스 값의 N10(통계레벨80%상한선)을 계산한다.

다음은 자동차 마케팅사? 2012년 한국자동차 품질백서 TGW-d worst Items 10개 항목을 정리한 것으로 이 10개 항목 중 소음과 진동에 관련된 항목이 6개가 되는 것을 알 수 있다.


소음진동관련성

순서

내용   bisope

%

y

1

주행시 바람소리

21.48

 

2

공조기 작동시 냄새

20.32

y

3

차체하부로부터 이상음

10.6

y

4

비정상적 이상음

9.2

 

5

엔진출력부족

8.94

y

6

타이어 편마모

8.57

 

7

바닥매트 고정불량

8.33

y

8

브레이크 마찰음

8.26

 

9

라디오 수신불량

7.35

y

10

변속기의 부드럽지 않은 변속

7.19

 


키워드

자동차진동소음수송기계진동소음진동라우드니스, BSR, N10

 


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2021년 6월 4일 금요일

Misalignment(축정렬불량)-3

 Misalignment(축정렬불량)-3

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운전 중에 각 축의 중심이 동일 축 선상에서 벗어나 있다면 축정렬 불량인 상태이다이러한 축정렬 불량이 발생할 경우 축 전체에 초기 굽힘을 발생시켜 회전할 때마다 회전수 성분의 진동을 일으키며, 1차 위험속도에서 과대한 진동을 발생시킨다축정렬 불량의 상태는 각도성 불량과 평행선 불량의 상태로 구분할 수 있으나 이 것은 물론 운전상태일 경우를 의미한다는 것을 명심해야 한다왜냐하면 정지해 있을 때 정렬작업을 했으나 운전중에 어긋남이 발생할 경우가 있다또한 축정렬은 자동차 타이어의 정렬과 마찬가지로 작업한 이후 일정한 시간이 지나면 정렬상태가 흐트러질 수 있으므로 현상을 확인하는 것은 중요한 정비업무에 필요한 사항이다.


 

Misalignment의 원인

l  부적절한 조립과 설치 (Improper assembly and Adjustment)

l  기초 파손 (Foundation failure)

l  열적 증가 (Thermal growth)

l  커플링고착 (Locked coupling)

 

Misalignment의 특성

l  축 방향의 높은 진동 레벨

l  1X, 2X, 3X, 4X 또는 고차 배수에서 반경 방향의 높은 진동

l  커플링을 따라서 축과 반경 방향의 180° 위상차

l  회전 당 1, 2, 3 또는 4개의 선명한 피크를 갖는 반복적이고 주기적인 시간 파형

l  베어링의 과도한 온도

l  베어링의 조기 결함

l  커플링의 결함

l  밀봉점에서의 오일 유출

l  커플링 커버상의 과도한 양의 그리스

l  축의 파손




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키워드

축정렬불량, Misalignment, 커플링, 2X, 스펙트럼


2021년 5월 28일 금요일

유체진동-5-칼만과 록인

 유체진동-5-칼만과 록인

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유체의 와류(Vortex shedding)에 대한 진동으로는 유속’V’의 유동장에 놓인 직경 ‘D’의 후방에서 발생하는 칼만와류가 있다이 현상은 매우 변화무쌍한 유동유체 물리현상이며 유체의 밀도와 점성계수와도 관련이 있다관군을 형성했을 때 매우 큰 진동과 파괴를 유발할 수 있으며 공진(록인현상)과도 매우 밀접하다유체의 유기활동에 민감한 교량파이프관군초고층건축물수력기기 등에 설계가 감안이 되어 있다.


Karman vortex & Lock in

이 칼만와류는 유동의 직각방향으로 양력변동을 일으켜 원기둥일 경우 유동과 직각방향으로 진동한다.

 


 

 

 

여기서 스트로할 수는 상수인데 와류의 발생은 레이놀즈수 ‘Re’와 관련이 있다이 상수는 안정한 와류원기둥일 경우 0.2의 상수이며 기둥의 형상에 따라서 변동이 있다.

 

칼만와류의 생성을 방지하려면 기둥 후부의 형상변경후류제어 표면유동교란방법이 있다대체로 유동직각방향의 진동현상이 주요하지만 유동방향의 진동도 문제가 있었다. (1995년 12월 몬주 원자로사고대칭와류에 의한 유동방향진동(In line진동). 또한 배관의 군(array)에 의한 진동현상도 복잡한 연구의 결과를 보이는데 병렬로 배치했을 때 엇갈려 배치했을 때의 결과 등에 의해 다양한 공명진동도 발생한다.

유동 속에 놓인 원기둥은 칼만와류 발생주파수로 진동할 때의 상태를 강제진동으로 본다면 이 때 지지부를 포함한 원기둥의 고유진동수와 가진주파수가 일치하면 공진(Resonance)이 발생한다이 때 다시 유속을 올려도 진동은 즉시 멈추지는 않고 유속을 많이 올려야 진동이 작아진다이처럼 와류 가진주파수가 시스템의 고유진동수에 가까워지면 공진하는데 일단 진동이 커지면 와류가진주파수와 관계없이 고유진동수 성분의 진동이 지속된다이를 잠김(Lock in)현상이라고 한다따라서 칼만와류에 의한 진동은 강제진동이며 또한 자려진동이기도 하다이때의 대책은 다음의 예를 들 수 있다.

 

-기둥에 나선형 고리를 부착(spoiler)

-사각기둥일 경우 모서리에 홈을 만들어 난류를 임의형성(와류생성방해)

-원기둥 후류에 유동분리판 설치(분기장치)

-기타 발생주파수를 와류주파수와 이격(공진회피)

 

키워드

유체진동자려진동, cavitation, surging, BPF, Recirculation, 캐비테이션공동현상난류유동와류진동

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2021년 5월 21일 금요일

고유주파수 산출방법 (Natural frequency를 확인하는 방법)

 고유주파수 산출방법 (Natural frequency를 확인하는 방법)

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공진(Resonance)은 고유주파수가 강제주파수(기계회전유체발생전기발생주파수 등)와 중첩되어 진폭이 상승하는 경우를 의미하므로 고유진동주파수를 미리 알아내는 것이 설계 및 Trouble shooting의 핵심이라고 해도 과언이 아니다이것은 안전문제뿐만 아니라 제품의 품질과 기계나 구조의 수명에 모두 해당하는 중요한 설계요소이다.  


고유주파수 산출방법(Natural frequency)

먼저 고유주파수를 알아내는 방법으로 정현 주파수(Sine wave) sweep 가진에 의한 방법과 충격 주파수를 이용해서 Broadband가진하는 방법이 있다현실적으로는 기계의 속도(RPM)를 상승시켜 시간-주파수그래프(Waterfall)를 이용하는 방법과 Impact test에 의한 방법그리고 컴퓨터 시뮬레이션(FEM)에 의한 산출방법이 많이 사용되고 있다물론실험에 의한 해석이 시뮬레이션해석보다 정확하고 우선한다실험할 수 없을 경우(물체가 큰 경우)에 시뮬레이션 해석을 주로 사용하고 실험이 전제로 된 설계수정작업에 매우 적절한 방법이다고유주파수를 알아내는 응용방법들을 정리하면 다음과 같다.


1.     가진기(shaker)를 이용하여 주파수를 Sweep하는 방법(고가의 설비 및 부대시설 필요)

2.     Impact 가진(Force sensor hammer, Bump test, Running negative averaging)

3.     Speed변속 가진위험속도 분석(Bode, Nyquist, Waterfall, Polar plot)  



 

 

고유주파수를 측정하는 방법에는 센서 선정부터 미리 준비하고 알고 있어야 할 사전지식이 많이 요구된다구조의 대략적인 고유방향성(비틀림포함)파악그래프를 읽는 방법가진의 실수요소가진 Tip의 선택, Averaging횟수위상(Phase)의 변화기여도 확인(Coherence), Sampling 등이다. 고유주파수는 우리가 보통 생각하는 어떤 구조체(기계구조시스템)에서 연성(Coupling)에 의해서 무한대의 고유주파수가 재생산되므로 모두를 알아내는 것이 아니라 내가 원하는 주파수대역의 주요 고유주파수를 알아내는 데 그 초점이 있다는 것이 키워드라고 할 수 있다.

 

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관련 Tag

Resonance, 가진고유주파수, Impact test, EMA, Modal test


2021년 5월 14일 금요일

플렉시블 커플링(Flexible coupling)과 진동의 관련성 2

 플렉시블 커플링(Flexible coupling)과 진동의 관련성 2

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축과 축을 서로 연결하는 방법으로 가장 많은 경우직결로 연결된 플랜지 등의 고정형 커플링이 설치되어 있다이것은 소형의 설비이며 축의 변동성이 크지 않은 경우에 설계에 적용이 되고 있다그러나 설비의 특성상 고속 대형설비축방향 진동이 크거나 원동기와 피동기계의 열적성장(Thermal growth)이 서로 다를 것으로 예상되는 경우 등에 특히 플렉시블 커플링을 사용한다물론 설치도 어렵고 가격도 비싼 반면 일정 소량의 축정렬불량 상태 등을 흡수할 수 있다고 한다그러나 원칙적으로 축정렬의 불량상태는 처음부터 제거하고 있어야 설비의 진동더 나아가 설비의 수명을 장기간 유지할 수 있는 방법에는 틀림이 없다.




유연 커플링의 종류와 진동

고정형 커플링(원통형클램프플랜지 등)과 비교되는 유연커플링(플렉시블커플링)은 양 축의 중심선이 정확하게 일치하지 않을 때 사용되는 커플링으로 커플링 부분에 고무가죽목재스프링 등 탄성체를 개입시키거나 축이음의 간격을 넓힘으로써 구동축에 생기는 변동토오크충격진동 등에 대한 완화작용을 한다처음에는 양 축이 일직선 상에 정확하게 설치되었다고 하더라도 베어링의 마멸이 서로 다르게 되어 축선이 휘어지고 베어링에 무리가 생긴다또 전달토오크에 변동이 일어나거나 고속으로 회전하면 진동이 발생한다이와 같은 상태들을 완화시킬 필요가 있고 축이음의 기능에 추가로 충격과 진동을 감소시키고 베어링에 생기는 무리를 소멸시키기 위해 플렉시블 커플링을 사용한다.

플렉시블 커플링은 탄성식과 비탄성식으로 구분할 수 있다탄성식은 플렌지의 둘레에 돌출부를 벨트를 통해 양축으로 연결하는 벨트식플랜지 속에 강철로 만든 코일스프링과 리벳모양의 스프링 밀기를 중개물로 연결한 압축스프링식이 있고 특히 이 것은 충격과 진동의 완화작용이 높다또한 리본스프링의 커플링합성고무의 전단탄성을 이용한 고무커플링 등이 있다.

비탄성식은 대표적으로 기어커플링과 로울러체인식커플링이 있다이 형식은 물론 탄성은 없으나 축선이 약간 경사지더라도 강도가 커서 고속회전을 시킬 수가 있는 특성이 있다.

 


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키워드

유연커플링커플링고무커플링진동비틀림비틀림고유주파수기어커플링.

 


2021년 5월 7일 금요일

진동 자격문제 샘플-계산문제8

 문제-8

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다음의 그림처럼 왕복동 압축기(질량 1000kg, 스프링상수 400kN/m, 감쇠비 0.3)가 탄성지지로 설치되어 있다이 왕복동 압축기의 내부 피스톤(질량 10kg)의 행정은 40cm이며 600rpm으로 작동하면서 진동을 발생시키고 있다.


그림 아래참조.....


1-1.  왕복동 압축기로부터 발생되는 가진력(F0)을 구하라.

    1627290 N

    813645 kgf

    81364 N

    19845 N

    198 kgf


1-2.  본 시스템의 주파수비를 구하라.

    0.3

    1.3

    2.1

    3.15

    4.2


1-3.  본 시스템으로부터 바닥에 전달되는 힘(Ft[N])를 구하라.

    29845

    96009

    23410

    68952

    19838

 

키워드

 진동자유도감쇠강성운동방정식고유진동수진폭주파수공진

 

 

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