진동 분석의 기초

장비를 중지하고 분해할 필요 없이 다양한 기계 구성 요소의 상태를 평가하기 위해 사용할 수 있는 다양한 비파괴 검사(NDT) 방법이 있습니다. 진동 분석은 많은 산업 분야에서 사용되는 탁월한 NDT 도구입니다.

이 기사에서는 진동 분석 프로세스, 매개변수, 도구 및 사용 사례의 복잡성을 자세히 살펴보겠습니다.

왜 진동인가요?

작동하는 동안 모든 움직이는 기계에서 진동이 발생합니다. 모든 재료는 특정 조건에서 고유한 진동 패턴을 가지고 있습니다. 이러한 진동 특성의 변화를 측정, 기록 및 연구하면 시험 재료 자체의 변화를 이해하는 데 사용할 수 있습니다.

진동 분석이란 무엇입니까?

진동 분석은 진동 신호를 사용하여 진동 패턴의 이상을 식별하는 프로세스입니다. 진동 패턴의 변화는 테스트 대상의 물리적 특성의 변화를 나타냅니다.

장비 유지 관리에서 진동 분석은 장비 상태를 추적하고 평가하는 데 도움이 됩니다.

비정상적인 패턴이 관찰되면 근본 원인 분석을 수행하여 변경 이유를 식별할 수 있습니다. 필요하다고 판단되는 경우 적절한 수정 유지 관리 작업을 예약할 수 있습니다.

어디서 그리고 언제 사용되나요?

진동 분석은 회전 운동을 하는 구성요소, 즉 비틀림력을 경험하는 구성요소를 테스트하는 데 적합합니다. 다음 조건을 테스트하거나 추적하는 데 사용됩니다.

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베어링, 기어, 샤프트, 로터

모터, 팬, 구동계, 기어박스

펌프, 피스톤 엔진, 압축기 및 기타 왕복 기계

이것을 완전한 목록으로 받아들이지 마십시오. 진동 분석에는 더 많은 틈새 응용 분야가 있으며 회전 기계 또는 기계 진동에만 국한되지 않습니다.

예를 들어 진동 데이터를 수집하여 전기장과 자기장의 변화와 변동을 측정하고 교량, 파이프 및 기타 기반 시설의 구조적 무결성을 모니터링할 수 있습니다.

변속기 검사

기어 파손은 기어박스에서 흔히 발생합니다. 부러진 기어는 보기 도 전에 많은 피해를 입힙니다. 뭔가 잘못되었습니다. 진동 분석은 아무 것도 분해할 필요 없이 파손된 기어 톱니를 조기에 식별하는 데 도움이 됩니다.

이렇게 하면 작업 주문을 생성하고 치명적인 오류가 발생하기 전에 문제를 해결할 수 있습니다.

베어링 결함 포착

베어링 결함은 회전 부품이 있는 기계에서 과도한 진동을 유발합니다. 진동 분석을 사용하여 베어링 상태를 모니터링하면 베어링 고장을 식별하고 적절한 수정 조치를 취하는 데 도움이 됩니다.

진동 분석은 다음을 포함할 수 있는 정확한 베어링 결함을 조명합니다.

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역 로딩

거짓 브리넬링

과열

피로

부식

맞춤 문제

오정렬

불균형

파이프라인의 상태 모니터링

송유관은 숨겨진 작업의 또 다른 좋은 예입니다. 여기서 일반적인 문제는 누출 및 화재 위험으로 이어질 수 있는 부식입니다. 지금쯤 짐작할 수 있듯이 진동 및 진동 주파수 데이터를 사용하여 진동 분석을 통해 파이프라인 내부의 부식을 분석하고 측정할 수 있습니다.

고정된 유속으로 유체를 운반하는 부식된 파이프는 동일한 유속의 정상적인 파이프와 비교하여 다른 진동 특성을 갖습니다.

진동 분석 프로세스

진동 분석을 수행하기 위해 취해야 하는 표준 단계는 다음과 같습니다.

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기준선 설정 . 이상적인 특성으로 작동하는 기계에 대한 진동 분석을 수행합니다. 진동 수준은 이 (유형) 기계의 기준선 역할을 하기 위해 기록됩니다.

루틴 개발 . 분석은 일정한 간격으로 수행되어야 합니다. 진동 분석을 수행하기 위해 적절한 간격을 선택하십시오. 선택한 간격은 기계 특성과 작동 조건을 반영해야 합니다. (실시간 진동 데이터를 스트리밍하기 위한 센서를 설치한 경우 이 단계를 건너뛸 수 있습니다.)

프로세스 표준화 . 진동 분석을 수행하는 데 사용되는 도구와 기술은 표준화되어야 합니다. 일관된 SOP로 동일한 장비를 사용하면 비슷한 결과를 얻을 수 있습니다.

기록 보관 보장 . 모든 정기 분석의 결과는 저장되어야 합니다. 이것은 기계의 과거 데이터를 기록하는 데 도움이 됩니다. 이는 지속적인 분석에 필수적입니다. (온라인 모니터링 시스템이 있는 경우 과거 진동 데이터가 자동으로 저장됩니다.)

진동 분석 수행 . 각 진동 분석 검사의 결과는 기준 데이터와 비교되어 이상 및 결함을 파악하고 필요한 유지 보수 작업을 수행합니다.

진동 측정 매개변수

파형으로 표시되는 모든 진동에는 주파수, 진폭 및 주기가 있습니다.

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빈도 :1초에 발생하는 진동수입니다. 주파수는 헤르츠(Hz)로 측정됩니다.

진폭 :평형 위치에서 파동의 최대 변위입니다. RMS 값은 진폭에 일반적으로 사용되는 값입니다.

기간 :파형에서 두 개의 정점 또는 골 사이의 시간이 주기입니다. 초 또는 기타 적절한 시간 단위로 측정됩니다. 주기는 주파수의 역수입니다.

진동 분석에서 진폭은 세 가지 물리적 매개변수로 측정되고 기록됩니다. 그들은:

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변위 :부품의 정지 위치와 최대 이탈 위치 사이의 거리를 나타냅니다. 구성 요소가 이동하는 정도를 측정합니다. 측정 단위는 밀리미터(mm), 마이크로미터(μm) 또는 기타 적절한 변위 단위입니다.

속도 :단위 시간당 변위를 나타냅니다. 구성 요소가 얼마나 빨리 진동하는지 측정합니다. 단위는 초당 밀리미터(mm/s) 또는 초당 마이크로미터(μm/s)입니다.

가속 :속도의 변화율을 나타냅니다. 구성 요소의 움직임이 방향이 반대일 때 가장 높습니다. 초당 밀리미터 제곱(mm/s2) 또는 마이크로미터/초 제곱(μm/s2)으로 측정됩니다.

진동은 인간의 인식에 따라 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 우리가 보거나 만지거나 들을 수 있는 것. 출처: IMV Corporation

VA를 수행하기 위해 특별한 진동 분석 장비가 필요합니까?

대답은 예입니다. 우리는 드라이버로 진동을 측정할 수 없습니다. 당신이 알아야 할 중요한 진동 분석 장비에 대해 간략하게 논의합시다.

진동 센서

서로 다른 진동 매개변수는 서로 다른 유형의 센서로 측정됩니다. 따라서 변위 센서, 속도 센서 및 가속도계를 구별할 수 있습니다.

가장 일반적으로 사용되는 유형은 압전 가속도계, MEMS(Microelectromechanical sensor), 근접 프로브, 레이저 도플러 진동계 등과 같은 가속도계 센서입니다.

다양한 유형의 진동 센서

어떤 센서를 사야 할까요? 글쎄, 그것은 당신의 응용 프로그램에 따라 다릅니다. 구매 가격은 제쳐두고 다음과 같은 기능을 고려해야 합니다.

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진동 진폭

감도

대역폭

소음

센서 장착 옵션

한 번에 다룰 수 있는 축의 수

샘플링 주파수

여기에서 너무 많은 세부 사항을 다루지는 않겠지만 이러한 기능에 대해 더 자세히 알고 싶은 모든 사람은 진동 분석에 적합한 센서 선택에 대한 이 훌륭한 가이드를 읽으십시오.

진동 분석 소프트웨어

다음은 이 기사를 작성하는 동안 발견한 다양한 진동 분석 소프트웨어의 짧은 목록입니다.

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EI 분석

ReVibe Energy의 Vibinspect

플롯

진동 연구의 제어 소프트웨어

Xcitex의 ProAnalyst

enDAQ의 랩 소프트웨어

FEM도구

이러한 솔루션 중 일부는 진동 분석을 위해 특별히 사용되는 반면, 다른 솔루션은 다른 많은 응용 프로그램이 있는 더 큰 소프트웨어 패키지의 일부입니다. 구매하기 전에 실사를 수행하십시오.

온라인 진동 모니터링 시스템

온라인 진동 모니터링 시스템은 다음과 같은 설정을 제공합니다.

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중요 장비에 진동 센서를 설치했습니다.

이러한 센서는 실시간 데이터를 클라우드로 지속적으로 전송합니다.

선택한 진동 소프트웨어가 수신 진동 데이터를 읽고 분석하고 경고 및 권장 사항을 내보냅니다.

분석을 기반으로 적절한 유지 관리 작업을 예약할 수 있습니다.

휴대용 진동 모니터링 장비

센서를 설치하는 것이 진동 데이터를 얻는 유일한 방법은 아닙니다. 진동 측정을 수행하는 데 사용할 수 있는 휴대용 진동 장비 유지보수 엔지니어와 기술자가 많이 있습니다.

휴대용 진동 모니터링 장비

휴대용 진동 측정기는 상태 기반 유지 관리를 실행하는 조직에 매우 유용합니다. 컴퓨터 유지 관리 시스템(CMMS)을 사용하여 다양한 구성 요소/기계에 대한 정기적인 진동 측정을 예약할 수 있습니다.

진동 분석의 "분석기" 부분

진동 센서 및 장비의 데이터는 데이터 수집기 ​​소프트웨어 도구에 의해 수집되고 기록됩니다. 소프트웨어는 다음 두 가지 형식 중 하나(또는 둘 다)로 데이터를 기록합니다.

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시간 파형 :시간 파형은 센서의 원시 데이터입니다. 파형을 구성하는 두 가지 변수는 진폭과 시간입니다. 요즘은 그 사용이 점점 줄어들고 있습니다.

고속 푸리에 변환(FTT) :시간 파형에서 고속 푸리에 변환 파형을 생성합니다. 진폭은 시간에 대한 주파수로 표시됩니다. 컴퓨터 기술은 FFT를 기계 상태를 분석하는 훨씬 더 나은 도구로 만들었습니다.

센서의 진동 데이터는 숙련된 진동 분석가 ​​또는 신뢰성 엔지니어가 분석할 수 있습니다. 컴퓨터 알고리즘 및 분석 도구를 사용하여 이상을 감지하고 테스트된 구성 요소의 상태를 확인할 수도 있습니다.

진동 분석을 위해 FTT 스펙트럼 분석 사용. 출처: IMV Corporation

시간 파형 분석을 통해 테스트 대상에 결함이 있는지 여부를 표시할 수 있습니다. 하지만 이상 현상의 원인을 파악할 수 없습니다. . 반면에 고속 푸리에 변환을 사용하면 결함의 근본 원인을 정확히 찾아낼 수 있습니다.
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예를 들어 이를 보여드리겠습니다.

모터, 벨트 및 구동축이 있는 시스템에서 실제 진동 분석을 수행한다고 상상해 보십시오. 진동 데이터는 적절한 센서로 감지되고 분석기 소프트웨어를 통해 기록됩니다. 데이터는 단순한 시간 파형으로 캡처됩니다. 기준선에서 이상이 있음을 식별할 수 있습니다. 하지만 더 이상 아무것도 없습니다. 시간 파형은 결함이 모터, 벨트 또는 구동축에 있는지 여부를 결정할 수 없습니다.

여기에서 FFT가 작동합니다. FFT는 서로 다른 구성요소(모터/벨트/구동축) 각각에 대해 이산 파형을 제공하기 때문에 , 결함의 정확한 위치를 찾아내어 궁극적으로 다운타임을 훨씬 단축할 수 있습니다. 알고리즘을 사용하여 분석을 수행함으로써 FFT가 더욱 정확하고 정밀해졌습니다.

교육, 인증 및 인증

진동 분석은 신뢰성 엔지니어와 숙련된 진동 분석가가 수행합니다. 진동 분석을 수행할 수 있도록 진동 분석가와 신뢰성 엔지니어를 교육하고 인증하는 기관이 있습니다.

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미국 비파괴 검사 협회(ASNT) 비파괴 검사를 위한 신뢰성 엔지니어 인증의 선구자입니다. 진동 분석은 ASNT 과정 및 인증의 일부입니다.

진동 연구소 진동 분석가를 교육하고 인증하는 데 전념합니다. 인증 범위는 카테고리 I 카테고리 IV로 진동 분석가. 진동 연구소는 ANSI(American National Standards Institute)에서 인정한 기관입니다.

뫼비우스 연구소 상태 모니터링, 유지 관리 및 자산 신뢰성 엔지니어링에 대한 교육을 제공합니다. 진동 분석에 대한 교육 및 인증을 제공합니다. 기관의 인증은 국제 표준화 기구(ISO)의 인증을 받았습니다.

또한 미국 노동부에서도 비파괴 검사 전문가를 인정하고 있습니다. 여기에는 진동 분석을 전문으로 하는 전문가가 포함됩니다. 그 외에도 모든 국가에는 자격을 갖춘 신뢰성 엔지니어를 인정하는 자체 인증 및 인증 시스템이 있습니다.

진동 분석 및 장비 유지보수

다음은 진동 측정이 사전 예방 및 사후 유지 관리 시나리오 모두에서 어떻게 도움이 되는지에 대한 간단한 설명입니다.

예측 유지보수를 위한 진동 분석 사용

구성 요소 또는 기계가 언제, 왜 실패하는지 아는 것은 성공적인 예측 유지보수 프로그램의 핵심입니다. 진동 분석은 예측 데이터 모델에 제공할 유용한 데이터 포인트를 제공하여 장비 고장 예측의 정확성을 향상시킵니다.

진동 분석 및 예측 분석을 최대한 활용하려면 이를 Limble과 같은 최신 CMMS 소프트웨어와 결합해야 합니다. Limble은 진동 센서와 통신할 수 있으며 설정 방법에 따라 긴급 작업 주문을 자동으로 트리거합니다.

진동 센서 데이터를 기반으로 하는 Limble CMMS에서 트리거된 WO

고장 및 수정 유지 보수를 위한 진동 분석 사용

진동 분석은 반응 시나리오에서도 도움이 될 수 있습니다. 고장의 근본 원인을 식별하는 데 도움이 되도록 고장 유지 관리 프로세스의 일부로 진동 분석을 수행할 수 있습니다. 다음을 수행하는 데 도움이 됩니다.

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결함을 해결하기 위해 적절한 시정 조치를 취하십시오.

미래에 유사한 오류가 발생하지 않도록 방지

Limble CMMS를 사용하는 경우 기술자는 작업 주문을 종료하는 동안 발견된 오류 원인, 진동 테스트 데이터, 장비 상태 및 가동 중지 시간에 대한 중요한 메모를 남기면서 의견을 남길 수 있습니다.

이 데이터는 다음에서 사용할 수 있습니다.

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고장 분석을 수행할 때 신뢰성 엔지니어

유지보수 비용 평가를 위한 유지보수 관리자

이러한 유형의 장비에 대한 향후 문제 해결 및 수리 프로세스의 속도를 높이기 위해 다른 기술자가

진동 분석의 장점과 한계

다른 유지보수 도구나 기술과 마찬가지로 진동 분석에는 특정 장점과 한계가 있습니다. 이를 알면 생산 현장에서 진동 분석을 위한 실행 가능한 사용 사례를 식별하는 데 도움이 됩니다.

진동 분석의 장점:

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계획된 종료 없이 액세스하기 어려운 구성 요소를 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다.

올바른 설정으로 원격으로 사용할 수 있습니다.

중요 자산의 상태에 대한 실시간 통찰력을 제공할 수 있습니다.

진동 분석 프로세스를 단순화하는 데 사용할 수 있는 확립된 SOP, 방법론 및 소프트웨어가 많이 있습니다.

요즘에는 특정 작동 조건을 추적하기 위해 개발된 상용 센서가 많이 있습니다.

진동 분석의 한계:

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진동 분석을 올바르게 수행하려면 전문 지식, 교육 및 인증이 필요합니다.

빠르게 움직이는 결함(단시간에 기계를 통해 전파되는 결함)을 추적하는 데 사용할 수 없습니다.

진동 장비 및 소프트웨어 도구에 대한 사전 투자가 필요합니다.

결함 위치 파악이 복잡할 수 있습니다.

모든 것이 말해지고 완료되면 진동 모니터링은 예측 유지 관리 또는 상태 기반 유지 관리를 실행하는 모든 조직에 강력한 동맹국입니다. 즉, 센서와 도구를 구현하려면 비용-편익 분석이 선행되어야 합니다.

일찍 일어나는 새가 벌레를 잡는다

장비 성능 저하를 가능한 한 빨리 포착하면 특히 비즈니스 프로세스가 값비싼 물리적 자산에 의존하는 경우 장기적으로 많은 돈을 절약할 수 있습니다.

여유 공간이 더 많아 유지 관리 팀은 교체 부품을 주문하고 필요한 도구를 할당하고 생산 및 기타 부서와 협력하여 유지 관리 작업을 예약할 수 있는 충분한 시간을 갖습니다.

CMMS, 진동 분석 및 기타 상태 모니터링 도구 덕분에 유지보수 작업을 조직하는 것이 그 어느 때보다 쉬워졌습니다.