진동 분석 (Vibration Analysis)

기업이 산업현장에서 주로 활용하는 5가지 유지보수 방법을 2번의 포스트로 나누어 알아보았습니다. 2번째 파트에서는 기술의 발전 덕분에 사용 기업이 늘고 있는 예방정비 (Preventive maintenance)와 예지보전 (Predictive maintenance)를 살펴보았죠. 오늘은 미리 예고한 것처럼 이 두 가지 방식에서 많이 사용하는 진동 분석을 정리했습니다.

관련 블로그 링크: https://blog.naver.com/mobilio2/221868944465 The Maintenance of Devices and Facilities (Part 2)We’re looking at into five maintenance methods that are popular among companies. In “Co…blog.naver.com

모빌리오 진동 분석

산업 현상에서 운영되는 기기의 진동 분석을 통해 고장 유무를 진단하는 방법은 이미 수십 년간 이용해 온 기술입니다. 하지만 개인용 컴퓨터 도입의 보급과 맞물리면서 크게 확산되었습니다. 진동 분석이란 산업용 기기의 진동폭과 진동수를 측정하고 해당 정보를 이용해 기기와 부품의 상태를 판별하는 방법이라고 정의할 수 있습니다.

진동 분석은 부품이나 기기에서 발생하는 진동, 진폭의 식별, 진동의 원인 판별 이로 인한 문제 해결에 중점을 두고 있습니다. 거의 모든 기계(모터, 펌프 등)가 작동하면 일정한 진동이 생기죠. 정상적 상황에서도 진동이 생기지만, 기기에 가해지는 과도한 압력, 재료 마모, 기기의 피로도 축척 등도 원인입니다. 후자의 경우에는 심각한 문제로 연결될 가능성이 높죠.

기기의 진동은 가속도계(Accelerometer)로 측정할 수 있죠. 가속도계는 진동수와 진동 빈도에 비례하는 전압 신호를 생성하고, 특정 기간 (초, 분, 시간) 동안 어느 정도의 진동이 일어나는지 파악합니다. 가속도계의 전압 신호는 데이터 수집 장치에 모이고, 이 신호는 시간 파형(진폭 vs. 시간)나 고속 푸리에 트랜스폼(진폭 vs. 주파수) 형식 중 하나로 저장하거나 두 가지 형식 모두 저장하기도 합니다. 저장된 데이터의 분석은 경험 많은 진동 분석가 혹은 컴퓨터 프로그램 알고리즘을 이용해 진행할 수 있습니다. 그 다음 분석된 데이터를 사용하여 기기의 “상태”를 확인하고 정렬 상태 미비, 불균형, 베어링 및 윤활유 문제, 나사 풀림 등의 문제를 찾아냅니다.

아래는 절삭 공구가 작동하는 과정에서 발생하는 진동을 보여주는 그림입니다.

절삭 공구에서 발생하는 진동의 시각화 정보 (모빌리오)

간단한 사례를 생각해볼까요? 여러분이 산업용 대형 선풍기의 날개 하나를 떼어낸 다음 스위치를 키면, 선풍기는 균형이 맞지 않기 때문에 날개가 회전할 때마다 비정상적인 진동과 소음이 발생할 겁니다. 그리고 이것이 일정 시간 반복되면 선풍기에 장애가 발생할 가능성이 높아지게 됩니다.

진동 패러미터

그럼 기기의 진동 분석에 이용 가능한 요소들은 어떤 것이 있을까요? 진동 분석에 사용 가능한 주요 패러미터는 다음과 같습니다:

● Frequency(주기): 한 번의 진동 사이클이 진행되는데 필요한 시간입니다. 진동 분석에서는 초당 주기 (Cycles Per Minute)나 Hz(헤르츠)를 단위로 사용합니다.

● Displacement(변위): 변동 요소가 한쪽 끝에서 다른 끝까지 이동한 전체 거리를 보여주는 패러미터입니다.

● Speed & Acceleration(속도 및 가속도): 진동의 속도와 가속 비율을 기준으로 분석하는 방법입니다.

● Direction(방향): 진동은 3개 선형 방향과 3개 회전 방향으로 발생합니다.

● Free Vibration(자유진동): 어떤 원인으로 인해 순간적으로 시스템 발생하는 진동 현상을 의미합니다.

● Forced Vibration(강제진동): 기계적 원인으로 인해 지속적인 진동이 발생하는 상황입니다.

기기나 부품 등의 요소가 진동하게 만드는 일반적인 이유는 다음과 같습니다:

● 기기 불균형(회전 기계)으로 인한 진동

● 정렬 불량으로 인한 진동(회전 기계)

● 베어링 고장으로 인한 진동

● 기어와 벨트 문제로 인한 진동(윤활 부족, 마찰 증가 등)

(주)모빌리오는 예지보전솔루션 전문 기업입니다.

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