Balanset-1A를 사용한 진동 분석: Spectrum Diagnostics 초보자 가이드

소개: 밸런싱에서 진단까지 - 진동 분석기의 잠재력을 최대한 활용하기

Balanset-1A 장치는 동적 밸런싱에 효과적인 도구로 주로 알려져 있습니다. 하지만 그 기능은 그보다 훨씬 뛰어나 강력하고 접근성이 뛰어난 진동 분석기입니다. 고감도 센서와 고속 푸리에 변환(FFT) 스펙트럼 분석을 위한 소프트웨어가 탑재된 Balanset-1A는 종합적인 진동 분석에 탁월한 장비입니다. 이 가이드는 공식 매뉴얼의 부족한 부분을 메우고, 진동 데이터가 장비 상태에 대해 무엇을 보여주는지 설명합니다.

이 가이드는 기본부터 실제 응용까지 순차적으로 구성되어 있습니다.

• 1장에서는 진동이 무엇인지, 스펙트럼 분석(FFT)이 어떻게 작동하는지, 진단 전문가에게 중요한 스펙트럼 매개변수가 무엇인지 간단하고 명확하게 설명하여 이론적 토대를 마련합니다.
• 2장에서는 다양한 모드에서 Balanset-1A 장치를 사용하여 고품질의 신뢰할 수 있는 진동 스펙트럼을 얻기 위한 단계별 지침을 제공하며, 표준 지침에 설명되지 않은 실질적인 세부 사항에 초점을 맞춥니다.
• 3절은 본 논문의 핵심입니다. 여기서는 가장 흔한 결함인 불균형, 정렬 불량, 기계적 느슨함, 베어링 결함의 특징적인 스펙트럼 신호인 "지문"을 면밀히 분석합니다.
• 4장에서는 습득한 지식을 통합하여 통합된 시스템으로 구축하고, 모니터링과 간단한 의사 결정 알고리즘을 구현하기 위한 실용적인 권장 사항을 제시합니다.

이 기사의 내용을 숙지하면 Balanset-1A를 밸런싱 장치로만 사용하는 것이 아니라 본격적인 초보자용 진단 장비로도 사용할 수 있으며, 이를 통해 문제를 조기에 식별하고, 값비싼 사고를 예방하고, 운영 장비의 안정성을 크게 높일 수 있습니다.

섹션 1: 진동 및 스펙트럼 분석(FFT)의 기본

1.1. 진동이란 무엇이고 왜 중요한가요?

펌프, 팬, 전기 모터 등 모든 회전 장비는 작동 중 진동을 발생시킵니다. 진동은 기계 또는 개별 부품이 평형 위치에 대해 발생하는 기계적 진동입니다. 이상적이고 완벽하게 작동하는 상태에서 기계는 낮고 안정적인 수준의 진동을 발생시키는데, 이것이 정상적인 "작동 소음"입니다. 그러나 결함이 발생하고 발전함에 따라 이러한 진동 배경은 변화하기 시작합니다.

진동은 메커니즘 구조가 주기적으로 가하는 힘에 반응하는 것입니다. 이러한 힘의 원천은 매우 다양할 수 있습니다.

• 로터 불균형으로 인한 원심력: 회전축을 기준으로 질량이 고르지 않게 분포되어 발생합니다. 이를 "중점(heavy spot)"이라고 하며, 회전 시 베어링과 기계 케이스에 전달되는 힘을 생성합니다.
• 기하학적 부정확성과 관련된 힘: 커플링된 샤프트의 정렬 불량, 샤프트 굽힘, 기어박스의 기어 이빨 모양 오류 - 이 모든 것이 진동을 유발하는 순환적 힘을 생성합니다.
• 공기역학적 및 유체역학적 힘: 팬, 연기 추출기, 펌프, 터빈의 임펠러가 회전하는 동안 발생합니다.
• 전자기력: 전기 모터와 발전기의 특성이며, 예를 들어 권선 비대칭이나 단락된 권선의 존재로 인해 발생할 수 있습니다.

이러한 각각의 원인은 고유한 특성을 가진 진동을 생성합니다. 이것이 바로 진동 분석이 그토록 강력한 진단 도구인 이유입니다. 진동을 측정하고 분석함으로써 "기계가 강하게 진동한다"고 말할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 확률로 근본 원인을 파악할 수 있습니다. 이러한 고급 진단 기능은 모든 최신 유지보수 프로그램에 필수적입니다.

1.2. 시간 신호에서 스펙트럼으로: FFT에 대한 간단한 설명

베어링 하우징에 설치된 진동 센서(가속도계)는 기계적 진동을 전기 신호로 변환합니다. 이 신호가 시간의 함수로 화면에 표시되면 시간 신호 또는 파형을 얻게 됩니다. 이 그래프는 각 순간의 진동 진폭 변화를 보여줍니다.

순수한 불균형과 같은 단순한 경우, 시간 신호는 매끄러운 사인파처럼 보입니다. 그러나 실제로 기계는 거의 항상 여러 가지 가진력에 의해 동시에 작용합니다. 결과적으로 시간 신호는 복잡하고 겉보기에 혼돈스러운 곡선이 되어, 유용한 진단 정보를 추출하는 것은 사실상 불가능합니다.

바로 이 지점에서 수학적 도구인 고속 푸리에 변환(FFT)이 도움을 줍니다. 이는 진동 신호를 위한 마법의 프리즘이라고 할 수 있습니다.

복소 시간 신호가 백색광선이라고 상상해 보세요. 우리에게는 단일하고 구분하기 어려운 것처럼 보입니다. 하지만 이 광선이 유리 프리즘을 통과하면 빨간색, 주황색, 노란색 등 구성 색상으로 분해되어 무지개를 형성합니다. FFT는 진동 신호에도 동일한 원리를 적용합니다. 시간 영역에서 복소 곡선을 추출하여 각각 고유한 주파수와 진폭을 갖는 간단한 사인파 성분으로 분해합니다.

이 변환의 결과는 진동 스펙트럼이라는 그래프에 표시됩니다. 이 스펙트럼은 진동 분석을 수행하는 모든 사람에게 중요한 도구입니다. 스펙트럼을 통해 시간 신호에 숨겨진 내용, 즉 기계의 전체 소음을 구성하는 "순수" 진동을 파악할 수 있습니다.

1.3. 이해해야 할 주요 스펙트럼 매개변수

"진동계" 또는 "차트" 모드에서 Balanset-1A 화면에 표시되는 진동 스펙트럼에는 두 개의 축이 있는데, 이는 진단을 위해 반드시 이해해야 합니다.

수평축(X): 주파수

이 축은 진동 발생 빈도를 나타내며 헤르츠(Hz) 단위로 측정합니다. 1Hz는 1초에 한 번의 완전한 진동을 의미합니다. 주파수는 진동의 원인과 직접적인 관련이 있습니다. 기계의 다양한 기계 및 전기 부품은 고유하고 예측 가능한 주파수에서 진동을 생성합니다. 높은 진동 피크가 관찰되는 주파수를 알면 특정 장치 또는 결함이 원인인지 파악할 수 있습니다.

회전 주파수(1x): 이것은 모든 진동 진단에서 가장 중요한 주파수입니다. 기계 축의 회전 속도에 해당합니다. 예를 들어, 모터 축이 분당 3,000회전(rpm)으로 회전한다면 회전 주파수는 f = 3,000rpm / 60초/분 = 50Hz가 됩니다. 이 주파수는 1x로 표시됩니다. 이는 다른 여러 결함을 식별하는 기준점으로 사용됩니다.

수직축(Y): 진폭

이 축은 각 특정 주파수에서의 진동 강도를 나타냅니다. Balanset-1A 장치에서 진폭은 초당 밀리미터(mm/s) 단위로 측정되며, 이는 진동 속도의 제곱평균(RMS) 값에 해당합니다. 스펙트럼의 피크가 높을수록 해당 주파수에 더 많은 진동 에너지가 집중되며, 일반적으로 관련 결함이 더 심각함을 의미합니다.

배음

고조파는 기본 주파수의 정수배인 주파수입니다. 대부분의 경우 기본 주파수는 회전 주파수 1x입니다. 따라서 고조파는 다음과 같습니다. 2x(2차 고조파) = 2×1x, 3x(3차 고조파) = 3×1x, 4x(4차 고조파) = 4×1x 등. 고조파의 존재 여부와 상대적인 높이는 중요한 진단 정보를 제공합니다. 예를 들어, 순수 불균형은 주로 1x에서 매우 낮은 고조파를 나타냅니다. 그러나 기계적 느슨함이나 축 정렬 불량은 높은 고조파(2x, 3x, 4x 등)로 이루어진 거대한 "숲"을 생성합니다. 1x와 그 고조파 사이의 진폭 비율을 분석함으로써 다양한 유형의 결함을 구별할 수 있습니다.

섹션 2: Balanset-1A를 사용하여 진동 스펙트럼 얻기

진단의 질은 초기 데이터의 질에 직접적으로 좌우됩니다. 부정확한 측정은 잘못된 결론, 불필요한 수리, 또는 반대로 발생 중인 결함을 놓치는 결과로 이어질 수 있습니다. 이 섹션에서는 기기를 사용하여 정확하고 반복 가능한 데이터를 수집하는 실용적인 가이드를 제공합니다.

2.1. 측정 준비: 정확한 데이터의 핵심

케이블을 연결하고 프로그램을 실행하기 전에 센서가 올바르게 설치되었는지 세심하게 확인해야 합니다. 이는 모든 후속 분석의 신뢰성을 결정하는 가장 중요한 단계입니다.

장착 방법: Balanset-1A에는 자기 센서 베이스가 함께 제공됩니다. 이는 편리하고 빠른 장착 방법이지만, 효과를 위해서는 몇 가지 규칙을 준수해야 합니다. 측정 지점의 표면은 다음과 같아야 합니다.

• 깨끗한: 먼지, 녹, 벗겨진 페인트를 제거하세요.
• 평평한: 센서는 자석 표면 전체와 같은 높이에 있어야 합니다. 둥근 표면이나 볼트 머리 부분에는 설치하지 마십시오.
• 엄청난: 측정 지점은 얇은 보호 커버나 냉각 핀이 아닌 기계의 하중 지지 구조(예: 베어링 하우징)의 일부여야 합니다.

고정 모니터링이나 고주파에서 최대 정확도를 달성하려면 기계 설계가 허용한다면 나사 연결(스터드)을 사용하는 것이 좋습니다.

위치: 로터 작동 중 발생하는 힘은 베어링을 통해 기계 케이싱으로 전달됩니다. 따라서 센서를 설치하기에 가장 좋은 위치는 베어링 하우징입니다. 진동을 최소의 왜곡으로 측정하려면 센서를 베어링에 최대한 가깝게 배치하십시오.

측정 방향: 진동은 3차원적인 과정입니다. 기계 상태를 전체적으로 파악하려면 세 방향에서 측정해야 합니다.

• 반경 방향 수평(H): 수평면에서 샤프트 축에 수직입니다.
• 방사형 수직(V): 수직 평면에서 샤프트 축에 수직입니다.
• 축방향(A): 샤프트 축과 평행합니다.

일반적으로 구조물의 수평 방향 강성은 수직 방향보다 낮기 때문에 수평 방향의 진동 진폭이 가장 큰 경우가 많습니다. 이러한 이유로 초기 평가에 수평 방향이 자주 선택됩니다. 그러나 축 진동은 샤프트 정렬 불량과 같은 결함을 진단하는 데 매우 중요한 고유한 정보를 제공합니다.

Balanset-1A는 2채널 장치로, 본 설명서에서는 주로 2면 밸런싱 관점에서 다룹니다. 하지만 진단 측면에서는 훨씬 더 광범위한 가능성을 제공합니다. 두 개의 서로 다른 베어링의 진동을 측정하는 대신, 두 센서를 동일한 베어링 유닛에 서로 다른 방향으로 연결할 수 있습니다. 예를 들어, 센서 채널 1은 반경 방향(수평)으로, 센서 채널 2는 축 방향으로 설치할 수 있습니다. 두 방향의 스펙트럼을 동시에 수집하여 축 방향 및 반경 방향 진동을 즉시 비교할 수 있으며, 이는 신뢰할 수 있는 정렬 불량 감지를 위한 전문 진단 분야의 표준 기술입니다. 이 방법은 설명서에 설명된 수준을 넘어 장치의 진단 기능을 크게 확장합니다.

2.2. 단계별 안내: 빠른 평가를 위한 "진동계" 모드(F5) 사용

이 모드는 주요 진동 매개변수의 운영 제어를 위해 설계되었으며, 신속한 "현장" 기계 상태 평가에 이상적입니다. 이 모드에서 스펙트럼을 얻는 절차는 다음과 같습니다.

1. 센서 연결: 선택한 지점에 진동 센서를 설치하고 측정 장치의 X1 및 X2 입력에 연결합니다. 레이저 타코미터를 X3 입력에 연결하고 샤프트에 반사 마커를 부착합니다.
2. 프로그램 시작: Balanset-1A 프로그램 창에서 "F5 - 진동 측정기" 버튼을 클릭합니다.
3. 작업 창이 열립니다(매뉴얼 그림 7.4). 상단에는 전체 진동(V1s), 회전 주파수에서의 진동(V1o), 위상(F1), 회전 속도(N rev) 등의 디지털 값이 표시됩니다.
4. 측정 시작: "F9 - 실행" 버튼을 클릭하세요. 프로그램이 실시간으로 데이터를 수집하고 표시합니다.
5. 스펙트럼 분석: 창 하단에는 "진동 스펙트럼-채널 1&2(mm/s)" 그래프가 있습니다. 이는 진동 스펙트럼입니다. 가로축은 주파수(Hz)를, 세로축은 진폭(mm/s)을 나타냅니다.

이 모드에서는 밸런싱 매뉴얼에서도 권장하는 가장 중요한 첫 번째 진단 점검을 수행할 수 있습니다. V1s(전체 진동)와 V1o(회전 주파수 1x에서의 진동) 값을 비교하십시오.

• V1s≈V1o이면 대부분의 진동 에너지가 회전 주파수에 집중되어 있음을 의미합니다. 진동의 주요 원인은 불균형일 가능성이 높습니다.
• V1s≫V1o이면 진동의 상당 부분이 다른 원인(정렬 불량, 느슨함, 베어링 결함 등)에 의해 발생함을 나타냅니다. 이 경우, 단순한 밸런싱으로는 문제를 해결할 수 없으며, 스펙트럼에 대한 심층적인 분석이 필요합니다.

2.3. 단계별: 상세 분석을 위한 "차트" 모드(F8) 사용

스펙트럼을 더욱 자세히 검사해야 하는 심각한 진단의 경우, "차트" 모드가 훨씬 더 효과적입니다. 이 모드는 더 크고 풍부한 정보를 제공하는 그래프를 제공하여 피크 식별 및 구조 분석을 용이하게 합니다. 이 모드에서 스펙트럼을 얻는 절차는 다음과 같습니다.

1. "진동계" 모드와 같은 방식으로 센서를 연결합니다.
2. 시작 모드: 메인 프로그램 창에서 "F8 - 차트" 버튼을 클릭합니다.
3. 차트 유형 선택: 열린 창(매뉴얼 그림 7.19) 상단에 버튼들이 있습니다. "F5-스펙트럼(Hz)"을 클릭하세요.
4. 스펙트럼 분석 창이 열립니다(설명서 그림 7.23). 위쪽에는 시간 신호가 표시되고, 아래쪽에는 진동 스펙트럼이 표시됩니다.
5. 측정 시작: "F9-실행" 버튼을 클릭하세요. 기기가 측정을 수행하고 자세한 그래프를 생성합니다.

이 모드에서 얻은 스펙트럼은 분석에 훨씬 더 편리합니다. 다양한 주파수에서 피크를 더욱 명확하게 확인하고, 피크 높이를 평가하고, 고조파 계열을 식별할 수 있습니다. 이 모드는 다음 섹션에서 설명하는 고장 진단에 권장됩니다.

섹션 3: 진동 스펙트럼(최대 1000Hz)을 통한 일반적인 결함 진단

이 섹션은 본 가이드의 실질적인 핵심입니다. 여기에서는 스펙트럼을 읽고 특정 기계 문제와 연관시키는 방법을 배웁니다. 현장에서의 편의성과 빠른 이해를 위해 주요 진단 지표를 통합 표에 요약했습니다. 이는 실제 데이터 분석 시 빠른 참고 자료로 활용될 것입니다.

표 3.1: 진단 지표 요약

잘못	1차 스펙트럼 시그니처	일반적인 고조파	참고
불균형	1× 회전 주파수에서 높은 진폭	낮은	방사형 진동이 지배적입니다. 진폭은 속도에 따라 2차적으로 증가합니다.
정렬 불량	2배 회전 주파수에서 높은 진폭	1×, 3×, 4×	종종 축 진동을 동반합니다.
기계적 느슨함	다중 고조파 1× (고조파의 "숲")	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	균열로 인해 1/2x, 3/2x 등에 아고조파(0.5×, 1.5×)가 나타날 수 있습니다.
베어링 결함	비동기 주파수(BPFO, BPFI 등)에서의 피크	결함 주파수의 다중 고조파	피크 주변의 측파대로 자주 보입니다. 고주파수 대역에서는 "잡음"처럼 들립니다.
기어 메시 결함	기어 메시(GMF)의 고주파와 그 고조파	1x에서 GMF 주변의 측대파	마모, 이빨 손상 또는 편심을 나타냅니다.

다음으로, 이러한 결함 각각을 자세히 살펴보겠습니다.

3.1. 불균형: 가장 흔한 문제

물리적 원인: 불균형은 회전 부품(로터)의 질량 중심이 기하학적 회전축과 일치하지 않을 때 발생합니다. 이로 인해 "무거운 지점"이 발생하고, 회전하는 동안 반경 방향으로 작용하는 원심력이 발생하여 베어링과 기초로 전달됩니다.

스펙트럼 특징: 주된 징후는 회전 주파수(1x)에서 높은 진폭 피크가 나타나는 것입니다. 진동은 주로 방사형입니다. 불균형에는 두 가지 주요 유형이 있습니다.

정적 불균형(단면)

스펙트럼 설명: 스펙트럼은 기본 회전 주파수(1x)에서 단일 피크가 지배적입니다. 진동은 사인파이며, 다른 주파수에서는 에너지가 최소화됩니다.

스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명: 주로 강한 1배 회전 주파수 성분. 고조파는 거의 없거나 전혀 없음(순수 1배음).

주요 특징: 모든 반경 방향에서 큰 1배 진폭. 두 베어링의 진동은 동상(양쪽 끝단 사이에 위상차 없음)입니다. 동일 베어링에서 수평 및 수직 측정값 사이에 약 90° 위상 편이가 종종 관찰됩니다.

동적 불균형(2평면/커플)

스펙트럼 설명: 스펙트럼은 정적 불균형과 유사한 지배적인 1회전당 1회 진동 주파수(1x) 피크를 보여줍니다. 진동은 회전 속도에서 발생하며, 불균형만이 유일한 문제라면 유의미한 고주파 성분은 없습니다.

스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명: 주요 1x RPM 성분(종종 로터의 "흔들림" 또는 흔들림 발생). 다른 결함이 없는 한 일반적으로 고조파는 발생하지 않습니다.

주요 특징: 각 베어링에서 1x 진동은 위상이 틀리다 — 로터 양 끝단의 진동 사이에 약 180° 위상차가 있습니다(커플 불균형을 나타냄). 이러한 위상 관계를 갖는 강한 1x 피크는 동적 불균형의 특징입니다.

해야 할 일: 스펙트럼이 불균형을 나타내는 경우, 밸런싱 절차를 수행해야 합니다. 정적 불균형의 경우 단일 평면 밸런싱으로 충분하며(매뉴얼 7.4절 참조), 동적 불균형의 경우 2평면 밸런싱으로 충분합니다(매뉴얼 7.5절 참조).

3.2. 샤프트 정렬 불량: 숨겨진 위협

물리적 원인: 정렬 불량은 두 축(예: 모터 축과 펌프 축)의 회전축이 일치하지 않을 때 발생합니다. 정렬 불량된 축이 회전하면 커플링과 베어링에 주기적인 힘이 발생하여 진동을 유발합니다.

평행 오정렬(오프셋 샤프트)

스펙트럼 설명: 진동 스펙트럼은 기본파(1x)와 그 고조파(2x 및 3x)에서 특히 반경 방향으로 높은 에너지를 나타냅니다. 일반적으로 1x 성분이 우세하며, 정렬 불량이 나타나고, 2x 성분이 눈에 띄게 동반됩니다.

스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명: 1배, 2배, 3배 축 회전 주파수에서 유의미한 피크가 나타납니다. 이는 주로 축에 수직인 반경 방향 진동 측정에서 나타납니다.

주요 특징: 반경 방향으로 1배 및 2배의 높은 진동이 지표가 됩니다. 커플링의 반대편에서 반경 방향 진동 측정값 사이에 180° 위상차가 종종 관찰되는데, 이는 순수한 불균형과 구별됩니다.

각도 오정렬(경사 샤프트)

스펙트럼 설명: 주파수 스펙트럼은 샤프트 속도의 강한 고조파를 나타내며, 특히 1배속 외에도 2배속의 주행 속도 성분이 두드러집니다. 1배속, 2배속(그리고 종종 3배속) 진동이 나타나며, 축방향(샤프트 방향) 진동이 두드러집니다.

스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명: 작동 속도의 1배 및 2배(때로는 3배)에서 눈에 띄는 피크가 나타납니다. 2배 성분은 종종 1배 성분과 같거나 더 큽니다. 이러한 주파수는 축 진동 스펙트럼(기계 축을 따라)에서 두드러집니다.

주요 특징: 1x에 비해 상대적으로 높은 2차 고조파(2x) 진폭과 강한 축 진동이 결합되어 있습니다. 커플링 양쪽의 축 방향 측정값은 180° 위상 차이를 보이는데, 이는 각도 정렬 불량의 특징입니다.

해야 할 일: 여기서는 균형을 맞춰도 소용이 없습니다. 장치를 멈추고 특수 공구를 사용하여 샤프트 정렬 작업을 수행하십시오.

3.3. 기계적 느슨함: 기계의 "덜거덕거림"

물리적 원인: 이 결함은 구조적 연결부의 강성 손실, 즉 볼트 느슨함, 기초 균열, 베어링 시트의 틈새 증가와 관련이 있습니다. 틈새로 인해 충격이 발생하여 특징적인 진동 패턴이 형성됩니다.

기계적 느슨함(구성 요소 느슨함)

설명: 스펙트럼은 회전 속도의 주파수 성분이 풍부합니다. 1배의 정수배(1배에서 ~10배와 같은 높은 차수까지)의 넓은 범위와 상당한 진폭이 나타납니다. 경우에 따라 아고조파 주파수(예: 0.5배)도 나타날 수 있습니다.

스펙트럼 구성 요소: 회전 속도의 여러 주파수 성분(1배, 2배, 3배 ... 최대 ~10배)이 지배적입니다. 때로는 반복적인 충격으로 인해 1/2배, 3/2배 등의 분수(반정수) 주파수 성분이 나타날 수도 있습니다.

주요 특징: 스펙트럼에서 특징적인 "피크들의 연속"은 회전 속도의 정수배 주파수에서 균일하게 분포된 수많은 피크를 의미합니다. 이는 강성 손실 또는 부품 조립 불량으로 인한 반복적인 충격을 나타냅니다. 고조파(그리고 반정수 부고조파)가 많이 존재하는 것이 핵심 지표입니다.

구조적 느슨함(베이스/마운팅 느슨함)

설명: 진동 스펙트럼에서 기본 주파수 또는 이중 회전 주파수의 진동이 지배적인 경우가 많습니다. 일반적으로 1배 및/또는 2배 주파수에서 피크가 나타납니다. 2배 이상의 고조파는 일반적으로 이러한 주요 고조파에 비해 훨씬 작은 진폭을 갖습니다.

스펙트럼 구성 요소: 샤프트의 1배 및 2배 속도에서 주파수 성분이 주로 나타납니다. 다른 고조파(3배, 4배 등)는 일반적으로 없거나 미미합니다. 느슨함의 유형(예: 회전당 충격 1회 또는 2회)에 따라 1배 또는 2배 성분이 우세할 수 있습니다.

주요 특징: 스펙트럼의 나머지 부분에 비해 1배 또는 2배(또는 둘 다)에서 눈에 띄게 높은 피크가 나타나는데, 이는 베어링이나 구조물의 느슨함을 나타냅니다. 기계가 느슨하게 설치되면 수직 방향으로 진동이 더 강해집니다. 고차 고조파가 적은 한두 개의 저차 우세 피크는 구조물이나 기초의 느슨함을 나타냅니다.

해야 할 일: 장치를 철저히 검사해야 합니다. 접근 가능한 모든 고정 볼트(베어링, 하우징)를 점검하십시오. 프레임과 기초에 균열이 있는지 검사하십시오. 내부에 헐거움(예: 베어링 시트)이 있는 경우 장치를 분해해야 할 수 있습니다.

3.4. 롤링 베어링 결함: 조기 경고

물리적 원인: 구름면(내륜, 외륜, 전동체) 또는 케이지에 결함(피트, 스폴, 마모)이 발생하는 현상입니다. 전동체가 결함 위를 굴러갈 때마다 짧은 충격 임펄스가 발생합니다. 이러한 임펄스는 각 베어링 요소의 특정 주파수 특성에서 반복됩니다.

스펙트럼 특징: 베어링 결함은 비동기 주파수, 즉 회전 주파수(1x)의 정수배가 아닌 주파수에서 피크로 나타납니다. 이러한 주파수(BPFO - 외륜 결함 주파수, BPFI - 내륜 결함 주파수, BSF - 구름 요소, FTF - 케이지)는 베어링 형상 및 회전 속도에 따라 달라집니다. 초보 진단 전문가의 경우 정확한 값을 계산할 필요는 없습니다. 중요한 것은 스펙트럼에서 결함의 존재를 인식하는 법을 배우는 것입니다.

외부 레이스 결함

스펙트럼 설명: 진동 스펙트럼은 외륜 결함 주파수와 그 고조파에 해당하는 일련의 피크를 나타냅니다. 이 피크는 일반적으로 더 높은 주파수(축 회전수의 정수배가 아닌)에 나타나며, 구름 요소가 외륜 결함 위를 지날 때마다 나타납니다.

스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명: 외륜 볼 패스 주파수(BPFO)의 여러 고조파가 존재합니다. 일반적으로 외륜 결함이 뚜렷한 경우 스펙트럼에서 BPFO의 8~10개 고조파가 관찰될 수 있습니다. 이러한 피크 사이의 간격은 BPFO(베어링 형상 및 속도에 의해 결정되는 특성 주파수)와 같습니다.

주요 특징: BPFO에서 뚜렷한 피크 열과 그 연속적인 고조파가 특징입니다. 균일한 간격으로 배열된 수많은 고주파 피크(BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO 등)가 나타나는 것은 외륜 베어링 결함을 분명히 나타냅니다.

내적 인종 결함

스펙트럼 설명: 내륜 단층의 스펙트럼은 내륜 결함 주파수와 그 고조파에서 여러 개의 뚜렷한 피크를 보여줍니다. 또한, 이러한 각 단층 주파수 피크는 일반적으로 주행 속도(1x) 주파수 간격으로 측파대 피크를 동반합니다.

스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명: 내부 레이스 볼 패스 주파수(BPFI)의 여러 고조파를 포함하며, 대개 8~10개 정도의 고조파를 포함합니다. 특징적으로 이러한 BPFI 피크는 ±1x RPM의 측파대에 의해 변조됩니다. 즉, 각 BPFI 고조파 옆에는 샤프트 회전 주파수와 같은 양만큼 주 피크와 분리된 더 작은 측파 피크가 나타납니다.

주요 특징: 확실한 징후는 측파대 패턴을 가진 내륜 결함 주파수(BPFI) 고조파의 존재입니다. BPFI 고조파 주변에 축 속도 간격으로 배치된 측파대는 내륜 결함이 회전당 한 번씩 부하되고 있음을 나타내며, 외륜이 아닌 내륜에 문제가 있음을 나타냅니다.

롤링 요소 결함(볼/롤러)

스펙트럼 설명: 구름 요소(볼 또는 롤러) 결함은 구름 요소 회전 주파수와 그 고조파에서 진동을 발생시킵니다. 스펙트럼은 샤프트 속도의 정수 배가 아닌 볼/롤러 회전 주파수(BSF)의 배수인 일련의 피크를 보여줍니다. 이러한 고조파 피크 중 하나는 종종 다른 피크보다 상당히 크며, 이는 얼마나 많은 구름 요소가 손상되었는지를 나타냅니다.

스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명: 기본 롤링 요소 결함 주파수(BSF)와 그 고조파에서 피크가 나타납니다. 예를 들어, BSF, 2xBSF, 3xBSF 등이 나타납니다. 특히, 이러한 피크의 진폭 패턴은 손상된 요소의 수를 나타낼 수 있습니다. 예를 들어, 2차 고조파가 가장 큰 경우 두 개의 볼/롤러에 스폴이 발생했음을 나타낼 수 있습니다. 롤링 요소 손상은 레이스 손상으로 이어지는 경우가 많으므로, 레이스 단층 주파수에서 진동이 동반되는 경우가 많습니다.

주요 특징: 샤프트 회전 주파수가 아닌 BSF(베어링 요소 회전 주파수)만큼 간격을 둔 일련의 피크가 나타나면 구름 요소 결함을 나타냅니다. BSF의 N차 고조파 진폭이 특히 높은 경우, 이는 종종 N개의 요소가 손상되었음을 의미합니다(예: 매우 높은 2xBSF 피크는 결함이 있는 두 개의 볼을 나타낼 수 있음).

케이지 결함(베어링 케이지/FTF)

스펙트럼 설명: 롤링 베어링의 케이지(분리기) 결함은 케이지 회전 주파수(기본열차 주파수(FTF))와 그 고조파에서 진동을 발생시킵니다. 이러한 주파수는 일반적으로 축 속도보다 낮은 준동기 주파수입니다. 스펙트럼은 FTF, 2xFTF, 3xFTF 등에서 피크를 나타내며, 변조로 인해 다른 베어링 주파수와 상호 작용하는 경우가 많습니다.

스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명: 케이지의 회전 주파수(FTF)와 그 정수배에 해당하는 저주파 피크. 예를 들어, FTF가 샤프트 속도의 0.4배라면, ~0.4배, ~0.8배, ~1.2배 등의 피크가 나타날 수 있습니다. 많은 경우 케이지 결함은 레이스 결함과 공존하기 때문에 FTF가 레이스 결함 신호를 변조하여 합/차 주파수(레이스 주파수 주변의 측파대)를 생성할 수 있습니다.

주요 특징: 베어링 케이지 회전 속도(FTF)와 일치하는 하나 이상의 아고조파 피크(1배 미만)는 케이지 문제를 나타냅니다. 이는 다른 베어링 결함 징후와 함께 나타나는 경우가 많습니다. 주요 특징은 스펙트럼에 FTF와 그 고조파가 나타나는 것인데, 케이지에 결함이 없는 한 이는 흔하지 않습니다.

해야 할 일: 베어링 주파수가 나타나면 조치를 취해야 합니다. 이 장치의 모니터링을 강화하고, 윤활 상태를 점검하고, 가능한 한 빨리 베어링 교체를 계획해야 합니다.

3.5. 기어 결함

기어 편심 / 굽은 샤프트

스펙트럼 설명: 이 결함은 기어 맞물림 진동의 변조를 유발합니다. 스펙트럼에서 기어 맞물림 주파수(GMF) 피크는 기어 축 회전 주파수(기어 RPM의 1배) 간격으로 배치된 측파대 피크로 둘러싸여 있습니다. 편심으로 인한 불균형 효과로 인해 기어 자체의 회전 속도 1배 진동도 커지는 경우가 많습니다.

스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명: 기어 맞물림 주파수와 그 하위 고조파(예: 1x, 2x, 3x GMF)에서 진폭이 눈에 띄게 증가합니다. GMF 주변(그리고 때로는 그 고조파 주변)에서 영향을 받는 기어 회전 속도의 1배 간격으로 선명한 측파대가 나타납니다. 이러한 측파대의 존재는 기어 회전에 의한 맞물림 주파수의 진폭 변조를 나타냅니다.

주요 특징: 1배 기어 주파수에서 뚜렷한 측파대를 갖는 기어 맞물림 주파수가 특징적인 특징입니다. 이 측파대 패턴(최대 회전 속도(GMF)를 중심으로 균일한 간격으로 피크가 분포)은 기어 편심 또는 기어 축의 휘어짐을 강력하게 나타냅니다. 또한, 기어의 기본 진동(1배)이 정상보다 높을 수 있습니다.

기어 이빨 마모 또는 손상

스펙트럼 설명: 기어 톱니 결함(예: 톱니 마모 또는 파손)은 기어 맞물림 주파수와 그 고조파에서 진동을 증가시킵니다. 스펙트럼은 종종 높은 진폭의 여러 GMF 피크(1xGMF, 2xGMF 등)를 나타냅니다. 또한, 이러한 GMF 피크 주변에는 샤프트 회전 주파수만큼 간격을 둔 수많은 측파대 주파수가 나타납니다. 경우에 따라 측파대를 가진 기어 고유 진동수(공진)의 가진도 관찰될 수 있습니다.

스펙트럼 구성 요소에 대한 간략한 설명: 기어 맞물림 주파수(기어 맞물림 주파수)와 그 고조파(예: 2xGMF)에서 피크가 증가합니다. 각 주요 GMF 고조파 주변에는 1x 회전 속도만큼 떨어진 측파대 피크가 있습니다. 1x, 2x, 3x GMF 성분 주변의 측파대 개수와 크기는 기어 손상의 심각도에 따라 증가하는 경향이 있습니다. 심각한 경우에는 기어의 공진 주파수에 해당하는 추가 피크(자체 측파대 포함)가 나타날 수 있습니다.

주요 특징: 고진폭 기어 메시 주파수 고조파와 고밀도 측파대 패턴이 특징입니다. 이는 마모 또는 이 파손으로 인한 불규칙적인 톱니 통과를 나타냅니다. 심하게 마모되거나 손상된 기어는 메시 주파수 피크 주변에 광범위한 측파대(기어 속도의 1배 간격)를 보이며, 이는 정상 기어(기어 속도에 집중된 더 깨끗한 스펙트럼을 가짐)와 구별됩니다.

해야 할 일: 기어 트레인 관련 주파수 발생 시 세심한 주의가 필요합니다. 기어박스 오일 상태를 점검하여 금속 입자가 있는지 확인하고, 기어 톱니 마모나 손상을 평가하기 위해 기어박스 점검을 예약하는 것이 좋습니다.

실제 환경에서 기계에 하나의 결함만 발생하는 경우는 드물다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 스펙트럼은 불균형이나 정렬 불량과 같은 여러 결함의 징후가 복합적으로 나타나는 경우가 많습니다. 이는 초보 진단자에게는 혼란스러울 수 있습니다. 이러한 경우, 간단한 규칙이 적용됩니다. 가장 큰 진폭을 가진 피크에 해당하는 문제를 먼저 해결하세요. 심각한 결함(예: 심각한 정렬 불량) 하나가 베어링 마모 증가나 패스너 풀림과 같은 2차적인 문제를 야기하는 경우가 많습니다. 근본 원인을 제거하면 2차적인 결함의 발생을 크게 줄일 수 있습니다.

섹션 4: 실용적인 권장 사항 및 다음 단계

스펙트럼 해석의 기본을 숙지하셨으니, 이제 가장 중요한 첫걸음을 내딛으셨습니다. 이제 이 지식을 일상적인 유지 관리 업무에 통합해야 합니다. 이 섹션에서는 일회성 측정에서 체계적인 접근 방식으로 전환하는 방법과 수집된 데이터를 활용하여 정보에 기반한 결정을 내리는 방법을 다룹니다.

4.1. 단일 측정에서 모니터링까지: 추세의 힘

단일 스펙트럼은 특정 시점의 장비 상태를 보여주는 "스냅샷"일 뿐입니다. 매우 유용한 정보를 제공할 수 있지만, 그 진정한 가치는 이전 측정값과 비교했을 때 드러납니다. 이 과정을 상태 모니터링 또는 추세 분석이라고 합니다.

아이디어는 매우 간단합니다. 기계의 상태를 절대 진동 값("좋음" 또는 "나쁨")으로 판단하는 대신, 시간 경과에 따라 이 값들이 어떻게 변화하는지 추적하는 것입니다. 특정 주파수에서 진폭이 느리고 점진적으로 증가하는 것은 체계적인 마모를 나타내는 반면, 급격한 증가는 결함이 빠르게 발생함을 나타내는 경고 신호입니다.

실용적인 팁:

• 기준 스펙트럼을 만듭니다. 새 장비, 새로 수리한 장비 또는 정상 작동이 확인된 장비에 대해 철저한 측정을 수행하십시오. 이 데이터(스펙트럼 및 수치)를 Balanset-1A 프로그램 아카이브에 저장하십시오. 이것이 이 장비의 "정상 작동 기준"입니다.
• 주기 설정: 제어 측정을 얼마나 자주 수행할지 결정하십시오. 매우 중요한 장비의 경우 2주에 한 번, 보조 장비의 경우 한 달 또는 분기에 한 번으로 설정할 수 있습니다.
• 반복성 보장: 매번 동일한 지점, 동일한 방향, 가능하다면 동일한 기계 작동 조건(부하, 온도)에서 측정을 수행합니다.
• 비교하고 분석하세요: 새로운 측정 후마다 얻은 스펙트럼을 기준선 및 이전 스펙트럼과 비교합니다. 새로운 피크의 출현뿐만 아니라 기존 피크의 진폭 증가에도 주의하십시오. 피크의 진폭이 급격히 증가하는 경우(예: 이전 측정값의 두 배)는 ISO 표준에 따라 절대 진동 값이 허용 한계 내에 있더라도 결함이 발생하고 있음을 나타내는 확실한 신호입니다.

4.2. 언제 균형을 맞춰야 하고, 언제 다른 원인을 찾아야 할까?

진단의 궁극적인 목표는 단순히 결함을 발견하는 것이 아니라, 필요한 조치에 대한 올바른 결정을 내리는 것입니다. 스펙트럼 분석을 기반으로 간단하고 효과적인 의사결정 알고리즘을 구축할 수 있습니다.

스펙트럼 분석 기반 동작 알고리즘:

1. Balanset-1A를 사용하여 고품질 스펙트럼을 얻으세요. 특히 "차트" 모드(F8)에서 반경 방향과 축 방향 모두에서 측정을 수행하는 것이 좋습니다.
2. 가장 큰 진폭을 가진 피크를 찾으세요. 이는 가장 먼저 해결해야 할 주요 문제를 나타냅니다.
3. 이 피크의 주파수로 단층의 유형을 판별하세요.
   • 1x 피크가 우세한 경우: 가장 가능성 있는 원인은 불균형입니다.
     행동: Balanset-1A 장치의 기능을 사용하여 동적 밸런싱 절차를 수행합니다.
   • 2x 피크가 우세한 경우(특히 축 방향으로 높은 경우): 가장 가능성 있는 원인은 샤프트 정렬 불량입니다.
     행동: 밸런싱이 효과적이지 않습니다. 장치를 정지하고 축 정렬을 수행해야 합니다.
   • 많은 고조파(1x, 2x, 3x,...)의 "숲"이 관찰되는 경우: 가장 가능성 있는 원인은 기계적 느슨함입니다.
     행동: 육안 검사를 실시하십시오. 모든 장착 볼트를 확인하고 조이십시오. 프레임과 기초에 균열이 있는지 검사하십시오.
   • 비동기 피크가 중간 또는 고주파 범위에서 지배적인 경우: 가장 가능성 있는 원인은 롤링 베어링 결함입니다.
     행동: 베어링 유닛의 윤활 상태를 점검하십시오. 베어링 교체 계획을 세우십시오. 결함 발생률을 추적하기 위해 베어링 유닛의 모니터링 빈도를 늘리십시오.
   • 사이드밴드가 있는 기어 메시 주파수(GMF)가 지배적인 경우: 가장 가능성 있는 원인은 기어 결함입니다.
     행동: 기어박스 오일 상태를 확인하세요. 기어박스 검사를 예약하여 기어 마모나 손상을 평가하세요.

이 간단한 알고리즘을 사용하면 추상적인 분석에서 구체적이고 타겟팅된 유지 관리 작업으로 전환할 수 있으며, 이는 모든 진단 작업의 궁극적인 목표입니다.

결론

원래 밸런싱 전용 도구로 설계된 Balanset-1A 장치는 훨씬 더 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 진동 스펙트럼을 수집하고 표시할 수 있는 기능은 이 장치를 강력한 입문용 진동 분석기로 탈바꿈시킵니다. 본 문서는 설명서에 설명된 장치의 작동 성능과 진동 분석 세션에서 얻은 데이터를 해석하는 데 필요한 기본 지식을 연결하는 다리 역할을 하도록 작성되었습니다.

기본적인 스펙트럼 분석 기술을 습득하는 것은 단순히 이론을 공부하는 것이 아니라, 작업 효율성을 높이는 실용적인 도구를 습득하는 것입니다. 불균형, 정렬 불량, 느슨함, 베어링 결함 등 다양한 결함이 진동 스펙트럼에서 고유한 "지문"으로 어떻게 나타나는지 이해하면, 작동 중인 기계를 분해하지 않고도 내부를 살펴볼 수 있습니다.

이 가이드의 주요 내용:

• 진동은 정보입니다. 스펙트럼의 각 피크는 메커니즘에서 발생하는 특정 프로세스에 대한 정보를 전달합니다.
• FFT는 귀하의 번역가입니다. 고속 푸리에 변환은 진동의 복잡하고 혼란스러운 언어를 주파수와 진폭의 간단하고 이해하기 쉬운 언어로 변환합니다.
• 진단은 패턴 인식입니다. 주요 결함의 특징적인 스펙트럼 패턴을 식별하는 법을 배우면 진동 증가의 근본 원인을 빠르고 정확하게 파악할 수 있습니다.
• 절대값보다 추세가 더 중요합니다. 현재 데이터를 기준 데이터와 정기적으로 모니터링하고 비교하는 것은 예측적 접근 방식의 기초이며, 이를 통해 문제를 가장 초기 단계에서 파악할 수 있습니다.

자신감 있고 유능한 진동 분석가가 되는 길은 시간과 연습이 필요합니다. 실험을 두려워하지 말고 다양한 장비에서 데이터를 수집하고, 자신만의 "건강 스펙트럼"과 "질병 스펙트럼" 라이브러리를 만드세요. 이 가이드에는 지도와 나침반이 포함되어 있습니다. Balanset-1A를 사용하면 균형을 맞춰 증상을 "치료"할 뿐만 아니라 정확한 "진단"도 내릴 수 있습니다. 이러한 접근 방식을 통해 장비의 신뢰성을 크게 높이고, 비상 정지 횟수를 줄이며, 질적으로 새로운 수준의 유지 보수를 수행할 수 있습니다.