예지보전 사례 연구: 진동, 적외선, 오일, 모터 전류 분석 실전 데이터

다음 사례 연구들은 저자가 분석한 실제 데이터를 보여주며, 예지보전 도구들—진동 분석, 적외선 열화상, 오일 분석, 모터 전류 분석—이 어떻게 고장을 조기 감지하고 설비 수명을 연장하는지 입증한다.

각 예제는 주파수 스펙트럼으로 제시되며, 관련 시점에선 시간 파형으로도 제공되어 특정 데이터 세그먼트의 구체적 고장 증거를 보여준다.

오일 청결도 리포트는 ISO 청결도 수준을 벤치마크로 더러운 오일 상태를 식별한다. 오일 품질 유지는 조기 부품 고장 방지와 가동률 극대화에 필수적이다.

적외선 열화상 이미지는 설비 부품 간 온도 변화를 드러낸다. 미묘한 편차도 근본 이슈를 신호할 수 있어 열화상 해석 훈련된 인력이 매우 가치 있다.

제조 작업의 핵심인 전기 모터는 베어링 마모나 권선 절연 파괴로 흔히 고장난다. 모터 전류 분석은 권선 고장을 예측해 선제적 유지보수 일정을 가능하게 한다.

진동 데이터 (기어 메시) 사례 연구

모든 기어 세트는 치수에 축속도를 곱한 기어 메시 주파수를 생성한다. 사이드밴드가 기본 기어 메시 주파수 양쪽에 나타난다.

그림 1은 제재소 작업의 유성 기어박스 데이터를 보여준다. 핵심 주파수는 37,915.8 CPM, 고조파는 75,831.6 CPM. 이 주파수 주변에 사이드밴드가 있고, 시간 파형 임팩트가 메시 결함을 확인시켜준다.

유성 기어 세트—선 기어가 3개 유성 기어를 구동해 링 기어와 맞물림—에서 메시 주파수 식별은 까다로울 수 있다. 스펙트럼이 계산된 주파수와 일치하고 파형 임팩트가 결함 있는 기어 이빨을 가리킨다.

피팅과 스팰링 같은 결함은 오염된 오일에서 기인. 높은 메시 압력(최대 300,000 psi)이 모래와 흙으로 금속 이빨에 압입을 만들어 마모 유도. 진단 후 장치 탈거, 수리, 검사에서 3개 유성 기어 모두에 가시적 결함 발견.

그림 1. 기어 메시 데이터

진동 분석으로 이 이슈를 감지해 치명적 기어 고장 방지. 분석 없으면 결함 진행돼 금속 부스러기 발생하고 연쇄 고장 초래. 오일 분석으로도 마모 금속 식별 가능했을 것.

밸런싱 같은 시정 조치는 진동을 극적으로 줄일 수 있다. 그림 2는 블로워 1X 속도에서 높은 진폭 진동으로 불균형 지시. 그림 3은 밸런싱 후 진동 감소로 알람 임계값 이하로 떨어져 설비 수명 연장.

그림 2. 팬 진동 데이터

그림 3. 밸런싱 후 진동 추세 데이터

감지 넘어 예지보전은 근본 원인 식별과 예방 조치 구현으로 재발 방지를 목표로 한다.

그림 4는 베어링 고장—외륜 결함—을 보여주며, 결함 주파수 주변 사이드밴드와 시간 파형의 진폭 변조로 식별. 소프트웨어 베어링 데이터베이스(10,000개 이상 결함 주파수)가 이 주파수들을 자동 라벨링.

그림 4. 불량 베어링 진동 데이터

진동 분석은 운전 속도가 고유 주파수에 접근할 때 공진 위험도 식별. 그림 5의 임팩트 테스트가 구조물 고유 주파수 식별. 7,313.1 CPM의 20% 이내 운전 시 공진 발생, 진동 최대 20배 증폭.

그림 5. 구조물 고유 주파수 식별 데이터

적외선 열화상 사례 연구

적외선 열화상은 과열 감지가 직관적이라 널리 채택된다. 공인 해석 교육 이수로 진단 정확도 극대화 권장.

그림 6은 느슨한 'B' 단자 연결이 있는 모터 스타터 하이라이트. 핫스팟 최대 온도 172.8°F 도달. 느슨한 연결은 과열 생성해 단상 고장과 조기 모터 정지 유발 가능.

그림 6. 저자 촬영 모터 스타터 적외선 데이터

그림 7은 기술자가 결함 위치 찾는 데 도움 되는 시각적 참조 제공.

그림 7. 문제 영역 이미지

적외선 열화상 응용은 저전압 시스템을 넘어선다. 그림 8은 160.2°F의 고전압 라인 잭—주변 온도 2배 초과—으로 방치 시 플랜트 가동 중단과 수백만 달러 손실 초래 가능한 느슨한 연결 지시.

그림 8. 느슨한 연결 적외선 데이터

다른 PdM 도구들과 결합 시 적외선 열화상은 조기 고장 방지로 상당한 비용 절감 제공.

오일 분석

그림 9는 ISO 오염도 22/21/17 표시—일반적 표준(예: 16/14/11) 크게 초과. 각 숫자 증가는 오염 농도 2배 의미, 이 수준은 표준보다 64배 더러움.

그림 9. 오일 분석 데이터

오일 분석은 유입이나 내부 마모에서 기인한 오염물을 신뢰성 있게 감지. 높은 수준은 마모 가속화와 설비 수명 단축. 완화책은 고효율 여과(3µm, 200 β 비율)와 엄격한 누유 방지.

모터 전류 분석 사례 연구

모터 전류 분석은 절연 파괴 예측해 선제적 조치 가능. 적외선이나 진동 데이터와 결합 시 전기적·기계적 건전성 종합 뷰 제공.

그림 10은 가습기 순환 팬 모터 두 측정 비교: 기준선(2005년 9월 7일)과 후속(2006년 7월 27일). 저항 불균형(% Res. Imbalance) 증가가 신규 절연 고장 신호, 모터 탈거 및 재정비 필요.

그림 10. 저자 촬영 데이터

모터 전류 분석은 다른 파라미터가 정상으로 보여도 로터-스테이터 마찰 유발 가능한 에어갭 이상도 감지. 이 이슈 해결로 치명적 모터 고장 방지.

진동, 적외선, 오일, 모터 전류 등 다중 PdM 기술 구현으로 중첩된 통찰 확보, 유지보수 신뢰성 극적 향상과 가동 중단 비용 절감 달성.

게리 포어, CMRP
I&E 신뢰성 전문가
이글 록 에너지

저자 소개:
게리 포어, CMRP,는 이글 록 에너지의 I&E 신뢰성 전문가. 에너지 및 건축 제품 분야 22년 경력, 신뢰성 엔지니어링과 상태 모니터링 집중. 자격: 공인 유지보수 및 신뢰성 전문가, 3단계 진동 분석가, 2단계 적외선 열화상 분석가, 공인 윤활 전문가, 1단계 기계 윤활유 분석가.