진동 분석에서의 비트: 원인 및 식별
In 진동 분석, 고동 (or a 이기다)는 진동 신호의 진폭이 느리게 주기적으로 상승과 하강을 반복하는 특징적인 현상입니다. 진동 신호는 매우 근접하지만 동일하지 않은 두 개의 별개 진동 성분이 빈도 을 가지고 동시에 존재하며 결합할 때 발생합니다. 그 결과로 나타나는 시간 파형 는 마치 숨을 쉬는 듯한 리드미컬한 패턴으로 진폭이 서서히 커졌다 작아지는 단일 사인파처럼 보입니다. 비트를 인식하는 것은 매우 유용한데, 거의 동일한 속도로 동작하는 두 개의 공존하는 발생원을 나타내는 직접적이고 명확한 신호이기 때문입니다.
1. 정의: 진동 비트란 무엇인가?
비트는 그 자체로 단일 주파수가 아니라 두 주파수가 상호작용하여 발생하는 가청적·측정 가능한 결과입니다. 귀로는 특유의 “울림” 또는 맥동하는 소리로 들리며, 진동 진폭 미터에서는 규칙적인 주기로 위아래로 변동하여 안정되지 않는 수치로 나타납니다. 두 발생 주파수가 가까울수록 진폭 팽창이 느리고 뚜렷해지며, 멀어질수록 맥동이 빨라져 결국 귀와 분석기에서 변조된 단일 음 대신 두 개의 뚜렷한 음이 들립니다.
이는 비팅을 단일 기계 내부 결함으로 인한 진폭 변조와 근본적으로 다르게 만듭니다. 비트에는 비슷한 세기를 가진 두 개의 독립적인 가진이 필요하며, 이는 interference 효과이며, 특정 부품의 결함이 아닙니다.
2. 맥동(Beating)의 물리적 원리
맥동은 보강 간섭과 상쇄 간섭의 결과입니다. 두 진동파의 마루가 일치하면(동위상), 진폭이 합산되어 전체 진폭이 커집니다. 한 파의 마루가 다른 파의 골과 일치하면(역위상), 두 파가 부분적으로 또는 완전히 상쇄되어 전체 진폭이 작아집니다. 이러한 보강과 상쇄의 연속적인 반복이 맥동 특유의 소리와 진동 패턴을 만들어냅니다.
이 진폭 변조의 주파수는 다음과 같이 알려져 있습니다. 비트 주파수, 두 소스 주파수의 절대 차이와 같습니다.
맥동 주파수 = |주파수 1 − 주파수 2|
예를 들어, 두 기계가 각각 29.5 Hz와 30.5 Hz의 진동을 발생시키는 경우, 결과적인 맥동 주파수는 |29.5 − 30.5| = 1.0 Hz입니다. 따라서 전체 진폭은 매 초마다 한 번씩 상승과 하강을 반복합니다. 중요한 세부 사항을 주목하십시오: 실제로 느껴지는 진동은 여전히 두 주파수의 약 평균 평균값(여기서는 약 30 Hz)으로 진동하고, 그 위의 느린 포락선이 1 Hz 맥동 속도로 맥을 형성합니다. 포락선의 각 정점에서 도달하는 최대 진폭은 두 개별 진폭의 합입니다. 즉, 동일한 2 mm/s 두 신호원이 순간적으로 거의 4 mm/s로 합쳐질 수 있습니다.
3. 산업 기계에서 맥동의 일반적인 원인
맥동은 두 개의 근접한 구동 주파수를 명확하게 가리키기 때문에 유용한 진단 단서가 됩니다. 산업 현장에서 흔히 발생하는 원인은 다음과 같습니다:
- 공통 구조물 위의 복수 기계: 대표적인 예는 동일한 베이스플레이트나 배관 시스템 위에서 작동하는 두 대의 동일한 펌프 또는 팬입니다. 운전 속도가 약간 다른 경우(예: 1780 rpm과 1785 rpm), 저주파 맥동이 발생합니다. 이는 달리기 속도(1배) 각 유닛에서 발생하는 진동.
- 전동기: 모터의 회전 주파수와 전기 주파수 사이에서 맥동이 발생할 수 있습니다. 예를 들어 유도 전동기에서 이것이 두 배의 극 통과 주파수 와 겹치는 경우로, 이는 특정 슬립 주파수의 특징적인 맥동입니다. 전기적 결함.
- 다단 펌프 또는 압축기: 약간 다른 유효 속도로 운전되는 서로 다른 스테이지 간의 상호작용.
- 기어박스: 두 기어 맞물림 주파수 비슷한 잇수를 가진 기어와의 상호작용.
- 유체역학적 또는 공기역학적 맥동: 겹치는 유동 관련 난류의 두 가지 다른 발생원 간의 상호작용. 수력 또는 공기 역학적 힘.
4. 진동 데이터에서 맥동을 식별하는 방법
시간 파형 분석
그리고 시간 파형 맥동을 관찰하는 가장 직접적인 방법입니다. 신호는 명확하고 반복적인 진폭 변조 패턴을 보여줍니다. 연속된 두 진폭 정점(또는 두 골) 사이의 시간이 맥동의 주기이며, 그 역수가 맥동 주파수입니다. 충분한 측정 시간 창이 필수적입니다. 기록 길이가 맥동 주기보다 짧으면 팽창의 일부만 보이게 되어 단순한 상승 또는 하강 추세로 잘못 판독할 수 있습니다.
주파수 스펙트럼(FFT) 분석
주파수 영역에서 스펙트럼, a beat appears as two distinct peaks located very close together. A standard FFT 두 주파수를 분리하기 위한 분해능이 부족하여 하나의 넓은 피크로 합쳐질 수 있습니다. 맥동을 올바르게 진단하려면 분석자가 스펙트럼 분해능을 높여야 합니다. 더 많은 라인 수, 더 긴 취득 시간 또는 줌 FFT 관심 영역에 집중합니다. 필요한 라인 수와 대역폭을 사전에 계산할 수 있습니다. FFT 해상도 계산기맥동을 생성하는 두 성분 주파수가 명확하게 보이게 되며, 그 간격이 관측된 맥동 주파수와 일치해야 합니다.
5. 실제 현장 측정에서의 맥놀이
현장에서 적절한 계측 장비를 사용하면 진정한 맥놀이와 단일 결함을 쉽게 구별할 수 있습니다. 다음과 같은 휴대용 2채널 분석기 발란셋-1A 를 사용하면 실시간 시간 파형과 고해상도 스펙트럼을 나란히 확인할 수 있으며, 각 기계에 채널 하나씩 배치하면 거의 동일한 운전 속도 으로 작동하는 두 장치가 원인인지 확인할 수 있습니다. 맥놀이는 피크 측정값을 부풀리므로, 팽창된 진폭이 알람 수준 을 초과하는지 여부도 확인할 필요가 있습니다 — 평균 진동이 허용 범위 내에 있더라도 — 계측기의 정점 와 RMS 측정값은 서로 다른 결과를 나타낼 것입니다.
6. 맥놀이는 문제인가?
맥놀이 자체는 결함이 아닙니다 — 주파수들이 상호 작용하는 증상입니다. 그러나 여전히 문제가 될 수 있습니다:
- Annoying noise: 진폭이 오르내리는 소리는 일정한 음보다 작업자에게 더 잘 인지되고 불쾌감을 줄 수 있습니다.
- Peak-amplitude concerns: 보강 간섭 시의 최대 진폭은 개별 신호 각각의 거의 두 배에 달할 수 있습니다. 이 피크값은 경보 한계를 초과하거나 부품에 과도한 반복 응력을 가할 수 있어 기계적 피로 — 평균 진동이 허용 범위 내에 있어 보이는 경우에도 마찬가지입니다.
- Masking other issues: 변동하는 신호는 변조 아래 숨겨진 다른 진동 문제를 발견하기 어렵게 만들 수 있습니다.
문제가 되는 맥놀이를 해소하려면 일반적으로 두 개의 소스 주파수를 파악한 다음, 한 기계의 속도를 변경하거나(두 주파수가 더 이상 일치하지 않도록), 구조물의 공진 주파수를 공명, or adding 제동 진폭 피크를 억제하기 위해 조정해야 합니다. 기저 1× 성분 자체가 과도한 경우, 각 기계의 불균형 을 교정하면 애초에 맥놀이에 사용 가능한 에너지를 줄일 수 있습니다.
