자산 건강 관리: 조기 이슈 탐지와 유지보수 비용 절감을 위한 진동 분석

진동 분석은 자산의 진동 패턴을 측정하고 분석하는 과정입니다. 장비를 더 오래 가동하면서 전체 유지보수 비용을 낮추는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다.

진동 패턴의 변화는 자산이 불균형, 정렬 불량, 베어링 결함이 있음을 나타낼 수 있습니다. 최신 진동 센서는 진동의 미세한 변화까지 감지할 만큼 민감하여, 기술자가 문제를 조기에 발견하고 고장으로 이어지기 전에 수리할 수 있게 합니다.

진동 분석의 작동 원리와 가장 일반적인 접근법을 자세히 살펴보겠습니다.

진동이란 무엇인가?

진동은 물체가 평형 위치를 중심으로 앞뒤로 움직이는 진동 운동입니다. 기타 줄을 튕기면 진동하고, 엔진이 작동할 때도 진동합니다.

모터 구동 자산이 작동 중 진동하는 것은 정상입니다 – 어느 정도까지는 말입니다. 그러나 과도한 진동은 장비 내부에 문제가 발생하고 있음을 시사할 수 있습니다. 휜 샤프트, 정렬 불량 부품, 불균형 자산 모두 비정상적 진동을 유발할 수 있습니다. 신뢰성 엔지니어는 진동 패턴을 분석하여 이러한 문제를 진단합니다.

진동의 특성은 무엇인가?

진동에는 세 가지 중요한 특성이 있습니다:

• 진폭(Amplitude)
• 주파수(Frequency)
• 방향(Direction)

각 특성은 자산 건강에 대한 중요한 정보를 제공합니다.

진폭(변위라고도 함)은 진동의 크기를 나타냅니다. 진폭이 클수록 진동 폭이 큽니다. 파형에서 진폭은 일반적으로 피크 투 피크(peak-to-peak)로 측정됩니다.

진폭은 심각도를 측정하는 좋은 지표입니다. 진폭이 높을수록 더 심각한 문제를 나타낼 수 있습니다.

주파수는 진동하는 물체가 1초당 완료하는 주기 수를 말합니다. 헤르츠(Hz) 단위로 측정됩니다.

방향은 진동 물체의 이동 방향을 의미합니다. 방향은 축방향(axial) 또는 반경방향(radial) 등이 될 수 있습니다.

진동은 어떻게 측정되는가?

진동 분석가는 일반적으로 휴대용 진동 분석기와 무선 진동 센서를 상태 모니터링 소프트웨어와 함께 사용하여 진동 레벨과 주파수를 측정합니다. 가장 진보된 진동 분석 프로그램은 인공지능도 활용합니다.

가장 일반적인 가속도계 유형은 압전 센서로, 물리적 진동을 전기 신호로 변환합니다. 이 신호가 진동 데이터로 기록됩니다. 소프트웨어는 데이터를 파형 또는 고속 푸리에 변환(FFT) 형태로 정리하고 분석합니다.

플랜트 특성에 따라 기술자는 실시간으로 진동 데이터를 측정하는 무선 진동 센서를 설치하길 원할 수 있습니다. 일부 현장에서는 Pruftechnik의 VibXpert II 같은 휴대용 진동 분석기를 사용한 경로 기반 진동 측정을 선호합니다.

진동 데이터 수집 후 다음 단계는 분석입니다.

진동 분석은 어떻게 작동하는가?

진동 분석은 진동 데이터를 해석하여 유지보수 팀이 조치를 취하고 필요한 수리를 할 수 있게 합니다. 진동 데이터 분석에는 스펙트럼 분석과 파형 분석 등 몇 가지 방법이 있습니다.

스펙트럼 진동 분석이란?

스펙트럼 분석은 진동 데이터를 '분해'하여 기술자가 각 구성요소를 개별적으로 연구할 수 있게 합니다. 전체 진동 레벨을 보는 대신, 스펙트럼 분석은 진동 신호를 주파수 영역에서 제시합니다.

스펙트럼 분석은 기계 결함의 위치를 정확히 파악하는 데 탁월합니다. 기계 부품은 고장 날 때 서로 다른 주파수로 진동합니다. 예를 들어 베어링은 결함이 있을 때 더 높은 주파수로 진동하는 경향이 있습니다.

모달 분석은 소프트웨어를 사용하여 자산의 주파수 응답을 시각적으로 표시합니다. 일부 팀은 애니메이션을 사용하여 다양한 진동 모드를 시각적으로 매핑합니다.

파형 진동 분석이란?

파형 분석은 진동 신호를 시간 영역에서 표시합니다. 예를 들어 단순 사인파는 시간에 따른 진동 레벨을 매핑합니다. 이는 진동 이벤트의 전반적인 그림을 얻고 우려스러운 이상 징후를 발견하는 데 훌륭한 방법입니다.

파형 분석은 진동이 얼마나 심각한지 알려줄 수 있습니다. 또한 가장 극심한 진동이 정확히 언제 발생하는지 파악할 수 있습니다. 파형의 '피크'는 충격 이벤트를 가리킵니다. 파형을 연구하면 작동 주기의 어느 시점에서 이러한 충격 이벤트가 발생하는지 알 수 있습니다.

기술자는 RMS(Root Mean Square, 제곱평균제곱근)를 देखकर 진동 강도를 판단하기도 합니다. RMS는 자산 진동으로 인한 전체 에너지를 측정합니다. 문제의 심각도를 가늠하는 유용한 지표입니다.

기계 진동 분석 방법

진동 분석은 회전 기계의 결함을 발견하는 가장 효과적인 기법 중 하나입니다. 제대로 수행하면 진동 분석은 팀이 기계 결함을 조기에 식별하여 유지보수 팀이 즉시 수리할 수 있게 돕습니다.

오랫동안 플랜트들은 진동 분석을 예방 정비 전략의 일부로 사용해 왔습니다. 오늘날 점점 더 많은 현장이 진동 분석을 예측 정비와 상태 모니터링 접근법의 핵심 부분으로 활용하고 있습니다.

진동 분석으로 무엇을 발견할 수 있는가?

진동 분석은 플랜트의 조기 경보 시스템과 같습니다. 오늘날의 진동 센서는 정교하게 조정되어 기계 결함을 가리키는 미세한 진동 변화를 포착합니다.

회전 기계에서 가장 흔한 4가지 기계 결함은 다음과 같습니다:

• 불균형(Imbalance)
• 정렬 불량(Misalignment)
• 베어링 결함(Bearing faults)
• 이완(Looseness)

방치하면 이러한 문제는 큰 골칫거리가 되어 가동 중단이나 생산성 저하를 초래할 수 있습니다. 바로 여기서 진동 분석이 빛을 발합니다.

진동 분석은 불균형, 정렬 불량, 베어링 결함, 이완의 초기 징후를 식별합니다. 즉, 유지보수 팀이 편리한 시기에 수리를 예약할 수 있고, 문제가 걷잡을 수 없이 커지는 것을 방지할 수 있습니다.

진동 분석 사례

거의 모든 현장이 진동 분석의 혜택을 볼 수 있습니다. 자동차, 제조, 석유 및 가스 산업 모두 진동 분석을 활용하여 운영을 지속적으로 가동합니다.

유지보수에서 진동 분석이란?

유지보수 팀은 진동 분석을 통해 불균형, 이완, 베어링 결함, 정렬 불량의 초기 징후를 식별합니다.

대부분의 현장은 빡빡한 생산 일정으로 가동 중단이나 생산 저하의 여유가 없습니다. 일반적인 플랜트는 과거보다 훨씬 더 많은 중요 자산을 보유하고 있습니다. 동시에 대부분의 팀은 인력 부족에 시달립니다.

이 모든 것은 자산을 원활하게 가동하는 것이 그 어느 때보다 중요함을 의미합니다. 진동 분석은 팀이 새롭고 발전하는 기계 결함을 파악하는 데 도움이 됩니다. 또한 결함을 충분히 일찍 식별하여 가장 편리한 시기에 대처할 수 있게 함으로써 유지보수 일정에 여유를 주는 좋은 방법입니다.

종종 유지보수 기술자는 휴대용 진동 분석기를 사용하여 경로 순회 중 데이터를 수집합니다. 그런 다음 진동 측정값을 사내 신뢰성 엔지니어나 Fluke Reliability가 제공하는 외부 상태 모니터링 서비스가 분석합니다.

진동 분석의 일반적인 예

모든 회전 자산에는 표준 진동 '시그니처'가 있습니다. 이 시그니처가 변하면 무언가 잘못되었다는 신호입니다.

펌프와 공기 압축기 같은 모터 구동 자산은 진동 분석의 훌륭한 후보입니다. 펌프와 압축기에 진동 센서를 설치하면 초기 문제 징후를 포착하여 싹을 잘라낼 수 있습니다.

진동 분석 도구는 미세한 문제 징후를 포착할 만큼 민감합니다. 대부분 기술적 배경이 없는 사람도 직관적으로 사용할 수 있습니다.

진동 센서란?

센서는 진동 가속도, 속도, 주파수를 측정하고 기록합니다. 기술자는 모니터링하려는 거의 모든 자산이나 구성요소에 진동 센서를 설치할 수 있습니다.

무선 센서는 진동 데이터를 지속적으로 수집하고 실시간으로 전송하여 어떤 것도 놓치지 않게 합니다. 대부분의 센서는 진동 레벨이 특정 임계값을 넘으면 알림을 보내도록 프로그래밍할 수 있습니다.

진동 분석기란?

진동 분석기는 일반적으로 복합 기기입니다: 센서이자 컴퓨터 역할을 합니다. 진동 분석기에는 압전 가속도계가 장착되어 진동 레벨을 측정합니다. 또한 해당 데이터를 분석하고 표시합니다. 일부 진동 분석기는 기계 결함을 진단하고 사용자를 수리 과정으로 안내하기도 합니다.

진동 모니터링이란?

진동 모니터링은 센서와 데이터 분석을 사용하여 가장 중요한 자산을 지속적으로 감시합니다. 대부분의 플랜트에는 모든 장비를 수동으로 모니터링할 인력이 없습니다. 진동 센서와 분석기 네트워크를 사용하면 문제를 파악하고 제한된 자원을 최대한 활용할 수 있습니다.

상태 모니터링 진동 분석

상태 모니터링은 센서와 데이터 분석을 사용하여 장비의 전반적인 건강 상태를 추적합니다. 목표는 새로운 기계 결함을 아직 작고 관리 가능할 때 포착하는 것입니다. 제대로 수행하면 상태 모니터링은 문제가 되기 몇 주, 심지어 몇 달 전에 징후를 알릴 수 있습니다.

진동 분석은 모든 상태 모니터링 전략의 핵심 부분입니다. 진동 레벨의 미세한 변화를 식별함으로써 진동 분석은 팀이 문제를 앞서가는 데 도움을 줍니다.

상태 모니터링은 센서, 소프트웨어, IIoT 도구에 의존하여 데이터를 수집하고 분석합니다. 대부분의 팀은 상태 모니터링 프로그램을 구현하기 위해 어느 정도 교육이 필요하지만, 도구는 여전히 직관적으로 사용할 수 있습니다.

전문성 제약이 있는 팀이나 린 예산으로 운영되는 플랜트에도 견고한 접근법입니다. 물론 가동 시간과 신뢰성 향상 측면에서 더 많은 결과를 얻고자 하는 누구에게나 훌륭한 방법입니다.