진동 분석에서 주파수 이해
주파수 이는 주어진 시간 단위 내에서 반복적인 사건이 얼마나 자주 발생하는지를 나타내는 척도입니다 — 진동 분석, 이는 물체가 얼마나 빠르게 진동하고 있는지를 수치로 나타냅니다. 이는 기계 문제의 근본 원인을 진단하는 데 있어 가장 중요한 단일 지표입니다. 한편 진폭 tells you the 심각도 진동의 주파수는 발생원. 진폭 값을 확인하면 문제의 심각성을 알 수 있고, 주파수 값을 확인하면 문제가 무엇인지 알 수 있다.
1. 정의: 진동 주파수란 무엇인가?
주파수는 주기적 운동의 속도를 나타내며, 진동하는 부품이 단위 시간당 완료하는 완전한 진동 주기의 횟수를 의미합니다. 분당 1,800회(rpm)로 회전하는 로터는 초당 30회 회전을 완료하므로, 회전당 한 번 발생하는 힘이 초당 30회 반복됩니다. 기계 내부 깊숙이 숨겨진 모든 주기적 구성 요소는 시간 파형 각각 고유한 주파수를 가지고 있으며, 이러한 성분들을 분리하는 것이 모든 진단 작업의 기초가 됩니다.
중요한 점은 주파수가 진폭과 무관하다는 사실입니다. 똑같은 주파수라도 진동이 격렬할 수도 있고 거의 감지되지 않을 수도 있습니다. 단층이 성장할 때 변화하는 것은 대개 진폭인 반면, 주파수는 이를 발생시키는 물리적 메커니즘에 고정되어 있습니다. 바로 이러한 안정성 덕분에 주파수는 그토록 신뢰할 수 있는 식별표지가 되는 것입니다.
2. 주파수의 진단적 위력
의 핵심 원칙은 진동 진단 기계 및 전기 부품들은 고장이 시작될 때 특정하고 예측 가능한 주파수의 진동을 발생시킵니다. 분석가는 기계의 진동 패턴에서 어떤 주파수가 나타나는지, 그리고 각 주파수의 강도가 어느 정도인지 파악함으로써 문제를 일으키는 정확한 부품을 찾아낼 수 있습니다. 이는 의사가 청진기를 사용하여 다양한 질환을 암시하는 특정한 소리를 듣는 방식과 매우 유사합니다.
각 잠재적 결함에는 고유한 주파수 특성이 있습니다:
- 불균형: 회전 어셈블리 전체에 문제가 있는 경우, 예를 들어 불균형, 축 회전 주파수에서 나타나며 — 1× 운전 속도.
- 정렬 불량: 두 축 사이의 연결부에 발생한 문제, 예를 들어 정렬 불량, 일반적으로 회전 속도의 두 배에서 나타나며 (2×), 종종 돌출된 3×.
- 베어링 결함: 구름 베어링의 결함은 비정수 배수의 주파수를 발생시키며 베어링 결함 주파수 이는 베어링의 홈과 볼의 형상, 그리고 축의 회전 속도에 의해 결정됩니다.
- Gear problems: 이빨이 맞물리면 에너지가 발생하며 기어 맞물림 주파수 (GMF) — 톱니 수에 기어 속도를 곱한 값 — 종종 양옆에 측파대.
이러한 신호 패턴이 서로 겹치는 경우가 거의 없기 때문에, 기계를 분해하지 않고도 잘 분해된 단일 스펙트럼만으로 불균형, 정렬 불량, 베어링 고장을 구분할 수 있습니다.
3. 주파수의 단위
주파수는 여러 단위로 표시되며, 실무 분석가는 이 모든 단위를 능숙하게 다룰 줄 알아야 합니다.
헤르츠(Hz)
국제 단위계(SI) 단위입니다. 1헤르츠는 1초당 1사이클에 해당합니다. 이는 과학 분야 및 대부분의 계측 환경에서 표준으로 사용되며, FFT 주파수 축에서 사용되는 단위이기도 합니다.
분당 회전수 (CPM)
분당 회전수(RPM)로 표시되는 회전 속도와 직접적인 관련이 있어 산업 유지보수 분야에서 널리 사용됩니다. 1분은 60초이므로, 환산식은 간단히 CPM = Hz × 60따라서 30Hz의 진동은 1,800CPM에 해당합니다. 그리고 분당 1,800회전(rpm)으로 작동하는 기계의 경우, 이 피크 값은 정확히 작동 속도와 일치하며, 이는 Hz보다 CPM으로 표시할 때 더 쉽게 파악할 수 있는 경우가 많습니다.
주문
차수는 기계 자체의 회전 속도의 배수로 정의됩니다. 즉, 회전 속도가 1차, 회전 속도의 두 배가 2차이며, 이와 같이 이어집니다. 이의 장점은 기계의 속도가 변하더라도 차수는 일정하게 유지된다는 점입니다. 즉, 축이 분당 900회전(rpm)으로 회전하든 3,600회전(rpm)으로 회전하든 불균형은 1차에 머무르지만, 그 주파수(Hz)는 변합니다. 이러한 특성 때문에 차수는 가변 속도 장비에 있어 필수적이며, 이는 차수 분석. A free 고조파 주파수 계산기 RPM을 한 번의 단계로 1배에서 10배까지의 주파수로 변환하며, 진동 단위 변환기 Hz–CPM 기록 관리를 담당합니다.
4. 주파수의 결정 방식
진동 신호 속에 숨겨진 주파수들은 다음을 통해 추출됩니다. 고속 푸리에 변환(FFT). An 가속도계 원시 시간 파형을 캡처하고, FFT 알고리즘이 이를 주파수 스펙트럼 — 복잡한 진동을 구성하는 모든 개별 주파수를 보여주는 그래프로, 각 피크의 높이는 해당 주파수에 얼마나 많은 에너지가 집중되어 있는지를 나타냅니다. 분석가는 그런 다음 이러한 피크들을 위의 결함 신호와 대조합니다. 현장에서는 다음과 같은 휴대용 2채널 계측기를 사용하여 발란셋-1A 이 FFT를 즉시 수행하여 대략 5Hz에서 1000Hz에 이르는 주파수 스펙트럼을 측정하므로, 기계에서 직접 회전 속도 피크와 그 고조파를 확인할 수 있으며, 회전당 한 번씩 발생하는 타코미터 펄스를 통해 어떤 피크가 1배 주파수인지 정확히 식별할 수 있습니다.
5. 주파수, 속도, 가속도의 관계
주어진 진동 에너지 수준에서, 진동의 진폭은 변위, 속도, 그리고 가속도 주파수에 크게 좌우되기 때문에, 각 장치는 서로 다른 대역을 담당합니다:
- 저주파: 변위가 가장 크기 때문에, 이는 축의 느린 운동에 대한 자연스러운 단위입니다.
- 중음역대: 속도가 가장 크고 가장 일정하기 때문에, 이것이 바로 진동 심각도 다음과 같은 표준 ISO 20816 (ISO 10816의 현대적 후속 표준)은 mm/s 단위의 속도를 기준으로 기계의 전반적인 상태를 평가합니다.
- 고주파: 가속도가 가장 크기 때문에 베어링 및 기어 소음 측정에 가장 적합한 단위입니다.
특정 주파수 대역에 부적절한 단위를 선택하면 실제 결함이 노이즈 플로어 속에 묻혀 버릴 수 있지만, 올바른 단위를 선택하면 동일한 결함도 차트에서 확연히 드러나게 됩니다. 이러한 관점에서 볼 때, 주파수는 진동 분석의 진단 잠재력을 끌어내는 열쇠로서, 원시적이고 복잡한 신호를 실질적인 유지보수 정보로 전환해 줍니다.
