진동 분석에서 보드 플롯 이해
A 보드 플롯 (발음은 “보디”이며, 엔지니어 헨드릭 보데의 이름을 딴)는 기계의 진동 응답은 회전 속도에 따라 달라집니다. 이 그래프는 공통된 속도(RPM) 축을 기준으로 두 개의 곡선(위상 곡선 위에 진폭 곡선)을 나란히 표시하며, 로터의 임계 속도. 속도가 변하는 동안 가장 의미 있는 데이터가 나타나기 때문에, 보데 도표는 거의 항상 제어된 런업 또는 해안 아래로.
1. 정의: 보데 도표란 무엇인가?
이 그림은 수평 속도 축을 공유하는 두 개의 그래프로 구성되어 있습니다:
- 안 amplitude plot (위), 속도에 따른 1X(동기) 진동의 진폭을 보여준다.
- A phase plot (하단), 다음을 보여주는 단계 샤프트의 1회전당 1회 진동 기준에 비해 해당 1X 진동의 위상 차이.
이 두 곡선을 종합해 보면 로터의 동적 거동을 완벽하게 파악할 수 있습니다. 무엇보다 중요한 점은 데이터가 1X 성분으로만 필터링된다는 것입니다. 이는 (주로 불균형) 스펙트럼상의 다른 모든 신호와 구분되는데, 바로 이 점이 공명 신호의 특징을 매우 선명하게 만드는 이유입니다.
2. 보드 플롯이 중요한 이유
보데 도표는 임계 속도를 확인하는 가장 확실한 방법입니다. 임계 속도란 로터의 고유 진동수 중 하나와 일치하는 회전 속도로, 이로 인해 기계가 공명 그리고 그 진동을 크게 증폭시킵니다. 임계 속도를 나타내는 두 가지 대표적인 지표는 다음과 같습니다:
- 진폭 그래프에 뚜렷한 피크가 나타남. 주파수가 고유 진동수를 통과할 때, 진폭은 최대치에 도달했다가 다시 감소합니다.
- 위상도에서 180도 회전. 공진 주파수를 통과할 때 위상 지연은 총 180도까지 변동합니다. 임계 속도는 위상이 정확히 90도 변한 지점에 위치하는데, 이는 진동 감쇠로 인해 진폭의 피크가 흐려지더라도 위상 교차점은 뚜렷하게 나타나기 때문에, 진폭의 피크만 보는 것보다 더 신뢰할 수 있는 위치 파악 지표가 됩니다.
중요 지점이 정확히 어디에 있는지 파악함으로써 엔지니어들은 해당 지점을 피하여 정상 가동 속도를 유지할 수 있으며, 이로써 중요 지점에서 가동할 경우 발생할 수 있는 높은 진동, 가속화된 마모 및 치명적인 고장의 위험을 방지할 수 있습니다. 이러한 위치는 다음을 통해 사전에 예측할 수 있습니다. 회전체 임계 속도 계산기 그리고 작동 범위 전반에 걸쳐 캠벨 다이어그램, 그 후 측정된 보데 선도와 대조하여 확인했다.
3. 보데 도표 해석하기
크리티컬 지점을 파악하는 것 외에도, 이 플롯은 로터 시스템에 대해 훨씬 더 많은 정보를 알려줍니다:
- 증폭 계수(AF): 공명 피크의 선명도는 그 정도를 반영합니다 제동 시스템의 특성입니다. 높고 좁은 피크는 감쇠가 적고 증폭 계수가 높다는 것을 의미하며, 이는 잠재적으로 위험할 수 있습니다. 반면 넓고 평평한 피크는 감쇠가 잘 되어 있어 오류에 대한 허용 범위가 더 넓은 로터를 나타냅니다.
- 크리티컬 분할: 로터의 수평 방향과 수직 방향의 강성이 서로 다를 경우(이방성 지지 조건), 하나의 공진 피크 대신 두 개의 매우 근접한 공진 피크가 나타날 수 있으며, 이를 “분할 임계점”이라고 한다.
- System changes: 시간 경과에 따라 기록된 보드 도표를 비교하면 구조적 변화를 확인할 수 있다. 발전 중인 샤프트 균열 또는 기초 볼트를 풀면, 다른 증상이 나타나기도 전에 회전수 한계점의 위치가 이동하고 형태가 변하게 됩니다.
- 정보의 균형: 이 그래프는 유연한 로터의 다중 속도, 다중 평면 균형 조정에 필수적입니다. 이는 각 속도에서 로터의 반응을 보여주고, 특정 임계점을 제어하기 위해 보정 추를 어디에 배치해야 하는지 안내해 주기 때문입니다.
4. 데이터 수집 및 계측
보데 선도를 생성하려면 다음 세 가지 요소가 서로 조화를 이루어야 합니다:
- 진동 변환기 — 대개는 근접 프로브 샤프트의 변위를 직접 측정하지만, 많은 기계에서는 케이싱에 장착된 센서도 사용됩니다.
- 위상 기준 센서 — 타코미터 또는 키페이저 축이 한 바퀴 회전할 때마다 깨끗한 펄스 하나를 출력합니다.
- 속도가 변함에 따라 1차 필터링된 신호의 진폭과 위상을 지속적으로 추적할 수 있는 데이터 수집 시스템.
이 데이터는 제어된 시동 또는 감속 과정에서 수집되므로, 기계가 전체 속도 범위와 그 안의 모든 중요 구간을 모두 통과하게 됩니다. 영구적인 근접 센서가 장착되지 않은 범용 기계의 경우, 다음과 같은 휴대용 2채널 분석기를 사용하여 발란셋-1A 현장에서도 동일한 역할을 수행합니다. 레이저 타코미터의 신호를 트리거로 삼아, 가속 또는 감속 구간 동안 1X 진폭과 위상을 동기화하여 기록하므로, 분석가는 기계에 영구적인 계측 장비를 설치하지 않고도 현장에서 응답 곡선을 작성하고 공진점을 정확히 파악할 수 있습니다.
5. 보드 플롯과 관련 표시
보데 도표는 과도 데이터 시각화 기법 중 하나로, 다른 관련 기법들과 함께 활용할 때 그 진가를 발휘합니다. 나이퀴스트 플롯 단일 극좌표 곡선과 동일한 진폭 및 위상 정보를 보여주며, 공명 지점은 명확한 고리를 이룹니다. A 캐스케이드(폭포형) 플롯 이 도구는 전체 스펙트럼을 속도에 대해 중첩하여 표시하므로, 1X 전용 보드(Bode) 플롯에서는 의도적으로 무시되었던 비동기적 구성 요소들도 명확히 드러납니다. 이러한 보기들을 적절히 조합하면, 시동 기록을 통해 로터 동역학.
