ISO 20816-8 왕복동 압축기의 진동 제한

ISO 20816-8이란 무엇이며 왕복동 압축기에 왜 중요한가요?

ISO 20816-8은 공정 가스, 공기 및 냉동용을 포함한 왕복동 압축기에 대한 진동 심각도 평가 기준을 정의하는 국제 표준입니다. 이 표준은 측정된 속도(mm/s RMS)를 기준으로 네 가지 진동 영역(A, B, C, D)을 설정하여 엔지니어가 압축기가 허용 가능한 범위 내에서 작동하는지 또는 시정 조치가 필요한지 판단하는 데 도움을 줍니다.

왕복동 압축기는 원심 압축기나 축류 압축기와 같은 회전 기계와는 근본적으로 다릅니다. 왕복동 설계에 내재된 피스톤-크랭크 메커니즘과 맥동하는 가스력은 정상 작동 중에 훨씬 높은 진동 수준을 발생시킵니다. 이것이 바로 ISO 20816-8이 ISO 20816 제품군의 별도 표준으로 존재하는 이유입니다. 회전 기계 표준(예: ISO 20816-3)의 제한값을 왕복동 압축기에 적용하면 오해의 소지가 있고 지나치게 보수적인 평가 결과를 초래할 수 있습니다.

그리고 왕복동 압축기의 진동 제한 이 엔지니어링 툴킷에 포함된 무료 온라인 도구는 브라우저 기반 계산기에서 ISO 20816-8 구역 분류를 구현합니다. 엔지니어는 측정된 진동 속도를 입력하고 압축기 유형과 기초 유형을 선택하면 적용 가능한 진동 구역과 운영 권장 사항을 즉시 확인할 수 있습니다. 스프레드시트나 수동 표 검색이 필요하지 않습니다.

ISO 20816-8에 따른 강성 기초의 진동 영역 경계는 무엇입니까?

건물 구조물에 직접 연결된 견고한 콘크리트 또는 강철 블록 기초에 설치된 왕복동 압축기의 경우, ISO 20816-8은 7.1 mm/s RMS의 A/B 영역, 14.0 mm/s RMS의 B/C 영역, 그리고 28.0 mm/s RMS의 C/D 영역으로 세 가지 진동 영역을 정의합니다. A 영역은 신규 설치 또는 양호한 상태를 나타내고, D 영역은 손상을 유발할 정도로 심각한 진동을 나타냅니다.

구역 경계	속도 제한 (mm/s RMS)	운영적 해석
A/B	7.1	신규 가동 초기 단계(우수)에서 장기 운영에 적합한 단계로의 전환
기원전	14.0	허용 운영에서 제한 운영으로 전환됨 - 조사 권장
CD	28.0	제한 구역에서 위험 구역으로 전환됨 - 계속 작동할 경우 손상 위험

강성 기초는 정유 공장 및 화학 공장의 대형 공정 가스 압축기에 가장 일반적으로 사용되는 설치 방법입니다. 기초의 질량과 강성은 프레임의 움직임을 제한하므로, 유연한(스프링으로 격리된) 설치에 비해 허용 범위가 더 낮습니다. 예를 들어, 강성 기초 공정 가스 압축기에서 12mm/s RMS의 측정값은 B 구역에 속하며, 이는 장기간 제한 없이 운전하기에 적합한 범위입니다.

ISO 20816-8에 따른 유연성(스프링 절연) 기초의 진동 영역 경계는 무엇입니까?

스프링으로 진동을 분산시키거나 유연한 기초 위에 설치된 왕복동 압축기의 경우, ISO 20816-8에서는 더 높은 진동 제한값을 허용합니다. A/B는 9.0 mm/s RMS, B/C는 18.0 mm/s RMS, C/D는 36.0 mm/s RMS입니다. 이러한 허용값 증가는 스프링 진동 분산이 프레임의 움직임을 더 크게 허용하면서 주변 구조물로 전달되는 진동을 줄여준다는 점을 반영한 것입니다.

구역 경계	강성 기초 (mm/s RMS)	유연성 기초 (mm/s RMS)	증가 요인
A/B	7.1	9.0	×1.27
기원전	14.0	18.0	×1.29
CD	28.0	36.0	×1.29

건물 내 공기 압축기 및 냉동 압축기의 경우, 구조물로 전달되는 진동을 최소화해야 할 때 스프링으로 진동을 분산시키는 설치 방식이 흔히 사용됩니다. 유연한 기초는 압축기 프레임이 저주파에서 더 자유롭게 움직일 수 있도록 하여 관성력을 전달하는 대신 흡수합니다. 엔지니어는 스프링 분산 기초를 사용하기 전에 기초 유형을 정확하게 파악해야 합니다. 왕복동 압축기의 진동 제한 도구; 잘못된 기초 유형을 선택하면 구역 분류가 한 구역 전체만큼 변경되어 잘못된 유지 관리 결정으로 이어질 수 있습니다.

왕복동 압축기의 진동 한계는 회전 기계의 진동 한계와 어떻게 비교될까요?

왕복동 압축기는 회전 기계에 비해 허용 진동 수준이 훨씬 높습니다. 견고한 기초 위에 설치된 왕복동 압축기의 Zone A 상한 진동수는 7.1mm/s RMS로, ISO 20816-3에 따른 회전 기계의 일반적인 Zone A 한계치인 2.8mm/s RMS의 약 2.5배에 해당합니다. 이러한 차이는 왕복 운동 메커니즘 자체가 정상 작동으로 간주되는 수준의 진동을 발생시키기 때문입니다.

매개변수	왕복동 압축기(ISO 20816-8, 강성형)	회전 기계 (ISO 20816-3, 그룹 2)	비율
A구역/B구역 경계	7.1 mm/s RMS	2.8 mm/s RMS	2.5배
구역 B/C 경계	14.0 mm/s RMS	7.1 mm/s RMS	2.0×
C구역/D구역 경계	28.0 mm/s RMS	18.0 mm/s RMS	1.6배
주요 진동원	피스톤-크랭크 관성력, 가스 맥동	로터 불균형, 정렬 불량	-
주요 주파수 성분	1배, 2배, 그리고 그 이상의 달리기 속도	주로 1배속으로 달립니다.	-

이 비교는 중요한 엔지니어링 원칙, 즉 진동 한계는 기계 유형별로 다르다는 점을 강조합니다. 왕복동 압축기에 회전 기계의 진동 한계를 적용하면 거의 모든 장치가 과도한 진동으로 감지되어 불필요한 가동 중단과 유지보수 자원 낭비로 이어질 것입니다. 반대로 원심 압축기에 왕복동 기계의 진동 한계를 적용하면 실제로 위험한 진동이 감지되지 않을 수 있습니다. 왕복동 압축기의 진동 제한 이 도구는 사용자가 선택한 장비에 따라 올바른 표준이 자동으로 적용되도록 보장합니다.

ISO 20816-8에서 네 가지 진동 영역(A, B, C, D)은 무엇을 의미합니까?

ISO 20816-8에서는 진동의 심각도를 네 가지 영역으로 분류하여 조치를 취할 수 있는 범주로 나눕니다. A 영역은 새로 가동된 기계에서 흔히 볼 수 있는 우수한 상태를 나타내고, B 영역은 허용 가능한 장기 작동 상태를 나타냅니다. C 영역은 진동이 조사 및 작동 제한이 필요한 수준에 도달했음을 의미하며, D 영역은 즉각적인 조치가 필요한 임박한 손상 위험을 나타냅니다.

1. A구역 — 신규 설치 또는 최근 정비를 마친 왕복동 압축기에서 일반적으로 나타나는 진동 수준입니다. 별도의 조치가 필요하지 않습니다. 이는 인수 시험의 기준 목표치입니다.
2. B구역 — 장기간 제한 없이 운전하기에 허용 가능한 진동 수준입니다. 대부분의 압축기는 일상적인 운행에서 이 범위 내에서 작동합니다. 모니터링은 정상적인 간격으로 계속해야 합니다.
3. C구역 — 지속적인 운전에 부적합한 진동 수준입니다. 시정 조치가 계획되는 동안 압축기는 제한된 시간 동안 작동할 수 있지만, 근본 원인에 대한 조사는 즉시 시작해야 합니다. 일반적인 원인으로는 마모된 크로스헤드 가이드, 느슨한 기초 볼트 또는 가스 맥동 공진 등이 있습니다.
4. D구역 진동 수준이 매우 심하여 압축기, 배관 또는 기초에 급속한 손상을 초래할 수 있습니다. 즉시 가동을 중단하거나 부하를 줄이는 것이 좋습니다. D 구역에서 계속 운전할 경우 베어링, 크랭크축 또는 압력 용기 부품에 치명적인 고장이 발생할 위험이 있습니다.

구역 분류 시스템은 운영, 유지보수 및 신뢰성 엔지니어링 팀 간의 보편적인 의사소통 체계를 제공합니다. 특정 진동 수치가 "높음"인지 "낮음"인지에 대해 논쟁하는 대신, 팀들은 ISO 20816-8 구역 분류를 참조하여 다양한 압축기 유형 및 설치 환경에서 일관된 의사 결정을 내릴 수 있습니다.

ISO 20816-8은 어떤 유형의 압축기를 다루나요?

ISO 20816-8은 정유 공장 및 화학 공장에서 사용되는 공정 가스 압축기, 공장 설비용 산업용 공기 압축기, HVAC 및 산업용 냉각 시스템에 사용되는 냉동 압축기 등 모든 주요 왕복 압축기 유형을 포괄합니다. 동일한 구역 경계 구조가 세 가지 유형 모두에 적용되며, 기초 유형(강성 또는 연성)에 따라서만 구분됩니다.

• 공정 가스 압축기 — 일반적으로 수소, 천연가스, 에틸렌 및 기타 공정 가스를 처리하는 대형 다단식 저속(300~600RPM) 기계입니다. 대개 견고한 철근 콘크리트 기초 위에 설치됩니다. 이러한 기계는 가연성 또는 유독성 물질을 취급하기 때문에 가장 위험도가 높은 용도에 해당합니다.
• 공기 압축기 — 중대형 왕복동식 공기 압축기(일반적으로 500~1800 RPM)는 공장 공기 공급에 사용됩니다. 설치 요구 사항에 따라 견고한 기초 또는 유연한 기초 위에 설치되는 경우가 많습니다. 공기 압축기 진동 문제는 밸브 열화 또는 언로더 오작동으로 인해 발생하는 경우가 흔합니다.
• 냉동 압축기 — 암모니아 냉동 시스템, 산업용 냉각기 및 냉동 창고 시설에 사용되는 개방형 또는 반밀폐형 왕복동 압축기. 이러한 압축기는 고속(900~1750RPM)으로 작동할 수 있으며, 소음과 진동이 거주 공간으로 전달되는 것을 최소화하기 위해 스프링으로 절연되는 경우가 많습니다.

그리고 왕복동 압축기의 진동 제한 이 도구는 세 가지 유형의 압축기 모두를 지원하며, 적절한 빠른 사전 설정 값을 제공합니다. 예를 들어, 이 도구에는 견고한 기초 위에 설치된 공정용 압축기(영역 B)의 경우 12mm/s, 공기 압축기(견고한 기초 위의 영역 C, 유연한 기초 위의 영역 C)의 경우 20mm/s, 냉동 압축기(견고한 기초 위의 영역 B, 유연한 기초 위의 영역 A)의 경우 8mm/s의 사전 설정 값이 포함되어 있습니다.

맥동으로 인한 배관 진동이 ISO 20816-8에 포함되지 않는 이유는 무엇입니까?

ISO 20816-8은 압축기 자체의 프레임 및 베어링 하우징 진동만을 다룹니다. 왕복동 압축기 설치에서 가장 중요한 진동 문제인 맥동으로 인한 배관 진동은 에너지 연구소의 공정 배관 진동 유발 피로 파손 방지 지침 또는 API 618 맥동 연구 요구 사항과 같은 표준을 사용하여 별도로 평가해야 합니다.

왕복 압축기는 작동 속도와 실린더 수의 배수에 해당하는 가스 압력 맥동을 발생시킵니다. 이러한 맥동은 연결된 배관 시스템을 통해 전파되어 배관 구간, 소구경 연결부 및 계측 튜브의 기계적 고유 진동수를 여기시킬 수 있습니다. 2019년 에너지 연구소(Energy Institute) 조사에 따르면, 배관 진동 피로는 석유 및 가스 탐사 및 생산 산업에서 발생하는 모든 탄화수소 누출의 약 20%를 차지하며, 누출 사고의 주요 원인 중 하나입니다.

이 구분은 중요합니다. 압축기는 프레임 진동이 ISO 20816-8에 따른 A 또는 B 구역으로 완벽하게 허용 가능한 수준일 수 있지만, 동시에 배관 진동은 몇 주 안에 피로 파손을 일으킬 정도로 심각할 수 있습니다. 왕복동 압축기 설비에 대한 진동 평가를 수행하는 엔지니어는 ISO 20816-8에 따른 압축기 프레임 진동과 해당 배관 진동 표준에 따른 배관 진동을 모두 평가해야 합니다.

ISO 20816-8 진동 평가 도구(무료 온라인 도구)는 어떻게 사용하나요?

그리고 왕복동 압축기의 진동 제한 이 무료 온라인 도구는 압축기 유형(공정 가스, 공기 또는 냉동), 기초 유형(강성 또는 연성), 측정된 진동 속도(mm/s RMS)의 세 가지 입력값만 필요로 합니다. 이 도구는 ISO 20816-8 기준에 따라 적용 가능한 진동 영역, 영역 경계값 및 운영 권장 사항을 즉시 제공합니다.

1. 압축기 유형을 선택하세요 — 공정 가스 압축기, 공기 압축기 또는 냉동 압축기 중에서 선택하십시오. 현재 세 가지 유형 모두 구역 경계가 동일하지만, 이 선택을 통해 권장 사항 텍스트에 적절한 맥락을 제공하고 향후 압축기 유형별로 구분될 수 있는 표준 개정을 지원할 수 있습니다.
2. 기초 유형을 선택하세요 — 강성 기초 또는 연성(스프링 절연) 기초 중에서 선택하십시오. 이 선택에 따라 적용되는 구역 경계가 결정됩니다. 확실하지 않은 경우 압축기 장착부를 점검하십시오. 강성 기초는 프레임이 콘크리트 또는 철골에 직접 볼트로 고정되어 있으며, 연성 기초는 프레임과 지지 구조물 사이에 스프링 또는 고무 절연 요소가 눈에 띄게 설치되어 있습니다.
3. 측정된 속도를 입력하세요 — 압축기 프레임 또는 베어링 하우징에서 측정한 전체 진동 속도를 mm/s RMS 단위로 입력하십시오. 측정은 진동이 가장 큰 방향, 일반적으로 크랭크축 축에 수직인 수평 방향으로 수행해야 합니다.
4. 리뷰 결과 — 이 도구는 색상으로 구분된 구역 표시기(A = 녹색, B = 노란색, C = 주황색, D = 빨간색), 구역 경계에 대한 측정값, 그리고 구체적인 운영 권장 사항을 표시합니다.

일반적인 시나리오에 대한 빠른 사전 설정이 제공됩니다. 예를 들어, 견고한 기초 위에 설치된 공정 압축기의 경우 12mm/s, 공기 압축기의 경우 20mm/s, 냉동 압축기의 경우 8mm/s 등이 있습니다. 이러한 사전 설정을 통해 엔지니어는 측정 데이터를 입력하기 전에 도구의 기능을 빠르게 살펴보고 구역 분류 방식을 이해할 수 있습니다.

ISO 20816-8 평가에 권장되는 측정 방법에는 어떤 것들이 있습니까?

ISO 20816-8 평가에서는 압축기 프레임 또는 주 베어링 하우징에서 측정한 진동 속도(mm/s RMS)를 요구합니다. 측정은 정상 작동 조건에서 3축(수평, 수직, 축 방향) 모두에서 수행해야 하며, 가장 높은 값을 구역 분류에 사용합니다. 최소 10~1000Hz의 광대역 측정을 권장합니다.

• 측정 매개변수: 속도, mm/s RMS(실효값). 피크값 또는 피크-투-피크 값은 사용하지 마십시오. 파형 특성에 따라 이러한 값은 심각도를 40~100%까지 과대평가할 수 있습니다.
• 측정 위치: 메인 베어링 하우징, 크로스헤드 가이드 하우징 및 크랭크축 중심선 근처의 프레임 표면에서 측정하십시오. 얇은 커버, 밸브 캡 또는 배관은 측정하지 마십시오. 이러한 위치에서는 프레임 진동을 나타내지 않는 국부적인 공진 증폭이 발생합니다.
• 주파수 범위: 최소 2Hz에서 1000Hz까지의 광대역 측정이 필요합니다. 왕복 압축기는 저주파수(1배 및 2배 작동 속도)에서 상당한 에너지를 발생시키므로 적절한 저주파수 응답을 갖춘 측정 장비가 필수적입니다. 10Hz 이상으로 설정된 고역 통과 필터가 있는 표준 가속도계는 중요한 저주파수 성분을 놓칠 수 있습니다.
• 작동 조건: 측정은 정상적인 정상 작동 부하 상태에서 수행해야 합니다. 시동, 정지 또는 무부하 작동 중 발생하는 진동은 대표성이 없으므로 구역 분류에 사용해서는 안 됩니다.
• 측정 횟수: 각 지점에서 최소 3회 연속 측정하여 반복성을 확인하십시오. 왕복동 압축기의 진동은 가스 부하, 밸브 상태 및 열 상태에 따라 달라질 수 있습니다.

ISO 20816-8은 ISO 20816 표준군 내에서 어떤 위치를 차지합니까?

ISO 20816-8은 진동 평가 표준 ISO 20816 제품군에 속하는 여러 기계별 표준 중 하나입니다. 각 표준은 서로 다른 기계 범주를 다루며, 해당 장비 유형의 진동 특성에 맞춰 조정된 영역 경계를 사용합니다. 이 제품군은 기존의 ISO 10816 및 ISO 7919 시리즈를 대체하고 통합했습니다.

표준 부품	기계 유형	ISO 20816-8과의 주요 차이점
ISO 20816-1	일반 지침	기본 표준이며, 특정 구역 경계를 제공하지 않습니다.
ISO 20816-3	산업용 기계(펌프, 모터, 팬, 압축기 > 15kW)	회전 기계에만 해당; 진동 한계치가 훨씬 낮습니다.
ISO 20816-5	수력 터빈 및 펌프 터빈	수력 발전기의 축 진동 및 구조 진동을 모두 다룹니다.
ISO 20816-8	왕복 압축기	가장 높은 영역 경계는 왕복 운동 메커니즘의 힘을 반영합니다.
ISO 20816-9	기어 유닛	기어 맞물림 빈도와 치면 맞물림력을 고려합니다.
ISO 20816-21	풍력 터빈	다양한 풍하중 조건에서 엔진 나셀 및 타워의 진동 문제를 다룹니다.

ISO 20816-8이 이 표준군 내에서 어떤 위치를 차지하는지 이해하면 엔지니어는 흔히 저지르는 실수, 즉 특정 기계에 맞지 않는 표준 부분을 사용하는 것을 방지할 수 있습니다. 예를 들어 정유 공장에서 근무하는 신뢰성 엔지니어는 원심 펌프 및 모터에는 ISO 20816-3, 왕복 압축기에는 ISO 20816-8, 기어박스에는 ISO 20816-9를 모두 같은 공장 내에서 적용해야 할 수도 있습니다.

자주 묻는 질문

왕복동 압축기에 허용 가능한 진동 수준은 어느 정도입니까?

견고한 기초 위에 설치된 왕복동 압축기의 경우, ISO 20816-8에 따라 진동 속도가 7.1 mm/s RMS 이하이면 우수한 조건(A 영역)으로 간주되며, 14.0 mm/s RMS 이하이면 장기간 제한 없이 운전할 수 있는 조건(B 영역)으로 간주됩니다. 유연한(스프링으로 절연된) 기초의 경우, 이러한 한계는 각각 9.0 mm/s RMS 및 18.0 mm/s RMS로 증가합니다.

왕복동 압축기에 ISO 20816-3 제한값을 적용할 수 있습니까?

ISO 20816-3은 회전 기계에만 적용됩니다. 왕복동 압축기는 피스톤-크랭크 메커니즘으로 인해 본질적으로 더 높은 진동을 발생시키며, 허용 진동 수준은 회전 기계 허용 기준치의 약 2~2.5배입니다. 오경보 및 불필요한 가동 중단을 방지하려면 왕복동 압축기에는 항상 ISO 20816-8을 사용하십시오.

ISO 20816-8에서 규정하는 강성 기초 한계와 연성 기초 한계의 차이점은 무엇입니까?

유연 기초(스프링 격리 기초)의 한계값은 모든 구역 경계에서 강성 기초의 한계값보다 약 27~29% 더 높습니다. 예를 들어, A/B 경계의 경우 강성 기초는 7.1mm/s인 반면 유연 기초는 9.0mm/s입니다. 이는 격리 시스템으로 인해 허용되는 추가적인 프레임 움직임을 고려한 것으로, 기계 수준의 변위가 증가하는 대신 전달 진동이 감소합니다.

ISO 20816-8은 왕복동 압축기의 배관 진동을 다루고 있습니까?

아니요. ISO 20816-8은 압축기 프레임 및 베어링 하우징 진동만 다룹니다. 맥동으로 인한 배관 진동(종종 가장 중요한 문제)은 에너지 연구소 지침과 같은 표준을 사용하거나 설계 단계에서 API 618 맥동 및 기계적 응답 연구를 수행하여 별도로 평가해야 합니다.

ISO 20816-8 규정에 따라 진동을 측정할 때 변위, 속도 또는 가속도 중 어떤 것을 사용해야 할까요?

ISO 20816-8 구역 경계는 속도, 특히 mm/s RMS로 정의됩니다. 최소 2~1000Hz를 포함하는 광대역 속도 측정값을 사용하십시오. 계측기가 가속도를 측정하는 경우, 왕복 압축기는 1배 및 2배 작동 속도(대부분 20Hz 미만)에서 상당한 에너지를 발생시키므로, 적절한 저주파 응답을 갖춘 속도로 변환할 수 있는 소프트웨어 기반 통합 기능을 갖추고 있는지 확인하십시오.

왕복동 압축기의 진동은 얼마나 자주 측정해야 합니까?

ISO 20816-8에서는 특정 모니터링 간격을 규정하고 있지는 않지만, 업계 모범 사례에서는 중요하지 않은 압축기의 경우 월별 경로 기반 측정을, 중요 공정 가스 압축기의 경우 지속적인 온라인 모니터링을 권장합니다. C 구역에서 작동하는 기계는 시정 조치가 완료될 때까지 모니터링 빈도를 높여야 합니다(주간 또는 지속적).

왕복동 압축기에서 심한 진동이 발생하는 일반적인 원인은 무엇입니까?

일반적인 원인으로는 마모된 크로스헤드 또는 피스톤 로드 패킹, 느슨한 기초 볼트, 불균형한 대향 실린더, 열화되거나 누출되는 압축기 밸브, 배관 시스템의 가스 맥동 공명, 압축기와 구동 장치 사이의 정렬 불량, 크랭크축 또는 베어링 마모 등이 있습니다. 특정 진동 주파수 성분(스펙트럼 분석)을 통해 이러한 근본 원인을 구분할 수 있습니다.

왕복동 압축기 진동 제한 도구는 무료로 사용할 수 있습니까?

예. 왕복동 압축기 진동 한계 계산기(무료 엔지니어링 도구 #024)는 ISO 20816-8 구역 분류를 적용한 무료 웹 기반 엔지니어링 계산기입니다. 등록, 소프트웨어 설치 또는 결제가 필요하지 않습니다. 엔지니어는 측정된 진동 값을 입력하여 즉시 구역 분류 결과와 운영 권장 사항을 확인할 수 있습니다.