진동 분석과 교차 채널 위상으로 설비 문제 조기 발견하기

최신 진동 데이터 수집기는 다중 동시 센서를 지원하여 강력한 교차 채널 위상 분석 기능을 제공합니다.

교차 채널 위상 분석을 수행하려면 표준 분석기와 진동 라우트 케이블 외에 추가 케이블과 센서 하나만 있으면 됩니다.

교차 채널 위상은 구조적 느슨함, 무결성 문제, 정렬 불량, 공진 상태 등 일반적인 방법으로는 감지하기 어려운 문제를 밝혀냅니다.

작동 원리

일반 라우트 수집은 중첩된 사인파를 주파수별로 분리하여 각기 다른 스펙트럼 피크로 표시합니다.

위상 분석은 단일 주파수를 분리하여 기준 신호 대비 운동을 측정합니다. 기준은 반사 테이프의 타코미터 펄스, 키 페이저, 또는 교차 채널 설정에서 다른 진동 신호가 될 수 있습니다.

타코미터 펄스가 구형파를 만들고 진동 신호가 사인파를 만들면, 두 피크의 타이밍을 비교합니다. 결과적인 시간 차이는 도(degree)로 표현되어 회전 운동을 반영합니다.

회전 설비에서 반사 테이프의 리딩 에지가 타코미터 펄스를 생성하면, 이후 진동 피크는 축의 무거운 지점(heavy spot)을 나타냅니다. (이 글에서는 무거운 지점이 진동 고점과 일치하지 않는 경우는 다루지 않지만, 그런 경우도 발생할 수 있음을 인지하세요.)

교차 채널 구성에서 두 센서를 사용하면 분석기는 각 신호의 진동 피크를 비교합니다. 사용자는 대상 주파수(대개 축 속도)를 지정할 수 있습니다.

일반적인 접근은 센서 A를 모터 아웃보드 수직 단부에, 센서 B를 모터 풋에 놓고 두 센서의 상대 위상을 관찰하는 것입니다. 한 센서는 고정하고 다른 센서를 추가 지점으로 이동시킬 수 있습니다.

센서 B가 센서 A 대비 ±30°를 읽으면 두 지점이 일제히 움직인다는 뜻으로 정상 상태입니다. ±180° 읽기는 아웃오브스텝(out-of-step) 운동을 의미하며, 보통 풋 근처에서 하우징이 분리되는 균열이 원인입니다. 이 발견을 기록해 두세요.

센서 B를 풋 볼트로 이동: 0도 읽기는 볼트 플레이트가 모터 상단과 함께 움직임을 의미하여 패스너가 단단함을 나타냅니다. 반대로 풋과 볼트 간 ±180° 위상 차이는 해당 위치의 느슨함을 알립니다.

같은 논리를 베이스와 바닥에 적용: 모든 지점이 센서 A 읽기와 일치하면 상대적 느슨함이 없습니다.

다음, 센서 A를 모터 인보드 단부로 재배치하고 검사를 반복합니다. 그런 다음 센서 A를 커플링 건너 펌프 인보드와 아웃보드 단부로 이동하며 각 결과를 기록합니다.

개별 부품 평가 후, 기계 트레인을 따라 수직과 수평 양방향으로 판독값을 비교합니다. 기계가 수직으로 정렬되어도 수평으로는 정렬 불량일 수 있으므로 양축 모두 필수입니다.

센서 A가 0도에서 고정되었다 가정하고, 센서 B를 베어링에서 베어링으로 이동시킵니다. 베어링에서 0도 읽기는 올바른 정렬을 확인하며, ±180° 읽기는 기준과 반대 방향으로 끝단이 움직임을 의미하여 각도 정렬 불량을 시사합니다.

예를 들어 센서 B가 펌프 인보드 베어링에서 ±180°를 보이면 펌프 아웃보드 베어링에서는 0도를 기대할 수 있습니다. 모든 베어링에서 일관된 인페이즈(in-phase) 읽기는 적절한 정렬을 확인합니다.

수평 방향도 동일하게 반복: 센서 A를 모터 아웃보드 수평 지점에 두고 센서 B를 같은 측면을 따라 이동한 뒤 반대편으로 건너가며 모든 판독값을 기록합니다.

축 방향 위상 측정은 추가 통찰을 줍니다. 센서 A를 모터 인보드 베어링 축 방향에, 센서 B를 펌프 아웃보드 베어링 축 방향에 배치합니다. 인페이즈 읽기는 정상이며, ±180° 시프트는 회전 중 축이 서로 밀며 발생하는 각도 정렬 불량을 알립니다.

교차 채널 위상은 기계 베이스의 구조적 무결성도 평가합니다. 센서 A를 모터 아웃보드 베어링 수직에 고정하고 센서 B를 베이스 따라 2~3인치 간격으로 이동시킵니다.

일관된 인페이즈 읽기는 플렉스가 없음을 의미합니다. 베이스 앞뒤 간 90° 또는 180° 위상 변화는 상당한 플렉스나 구조적 결함을 시사합니다. 앞쪽에서 해당 뒤쪽 위치로 180° 위상 변화는 베이스가 반대 방향으로 휘고 있음을 의미하므로 전형적인 위험 신호입니다.

진폭은 어떤가?

위상 판독값에는 두 가지 핵심 지표가 있습니다: 도 단위 위상각과 진동 진폭. 일부 분석기는 이를 '피크 및 위상(Peak & Phase)'이라 표시하며, 피크는 선택 주파수에서 최대 진동을 나타냅니다.

아래 그림에서 베이스 위의 원들은 위상 방향(틱 마크)을 나타내고 내부 값은 인치/초 단위 속도를 표시합니다. 진폭이 왼쪽 가장자리 0.114 in/s에서 중심 근처 0.954 in/s로 상승했다가 오른쪽에서 다시 하강합니다. 위상이 일정하므로 이 패턴은 공진이 아닌 강성 문제를 나타냅니다.

이러한 국소적 강성 문제는 그라우팅 부실이나 보강재 누락을 가리키는 경우가 많습니다. 엔지니어를 참여시켜 다른 영역을 해치지 않으면서 강성을 개선하는 보강 설계를 의뢰하세요.

요약

교차 채널 위상은 최신 2채널 분석기의 필수 기능으로, 기술자가 기계 문제를 조기에 감지, 확인, 문서화할 수 있게 합니다. 정상 기계 운동에 대한 확실한 이해가 정확한 해석의 전제입니다.