조기 결함 감지를 위한 엔벨로프 분석(복조)

정의: 포락선 분석이란 무엇인가?

봉투 분석로도 알려진 복조 고주파 포위 분석(High Frequency Enveloping)은 진동 분석에서 구름 베어링과 기어박스의 초기 결함을 감지하는 데 사용되는 강력한 신호 처리 기법입니다. 미세한 균열이나 스폴과 같은 이러한 유형의 결함은 구름 요소가 결함 위를 지날 때마다 일련의 저에너지 고주파 응력파 또는 "충격"을 생성합니다. 포위 분석은 기계의 일반적인 배경 진동에서 이러한 반복적인 충격 신호를 추출하는 방법입니다.

표준 FFT가 충분하지 않은 이유는 무엇입니까?

이러한 미세한 초기 충격으로 인한 에너지는 표준 진동 스펙트럼(FFT)에서 관측하기에는 너무 낮고 주파수가 높은 경우가 많습니다. 신호는 종종 노이즈 플로어에 묻히거나 불균형이나 정렬 불량과 같은 원인으로 인한 더 크고 저주파의 진동에 의해 압도됩니다. 이러한 충격은 기계의 고유 공진 주파수에 대한 *변조기* 역할을 합니다. 포락선 분석은 이 신호를 복조하여 근본적인 고장 주파수를 밝혀내도록 설계되었습니다.

봉투 분석 프로세스

이 기술은 고주파 신호를 분리한 후 반복률을 검사하는 방식으로 작동합니다. 이 과정은 여러 단계로 구성됩니다.

1. 대역 통과 필터링: 원시 진동 신호는 먼저 고역 통과 필터 또는 대역 통과 필터를 통과합니다. 이를 통해 강력한 저주파 진동(예: 1kHz 또는 5kHz 미만)은 모두 제거되고, 충격과 관련된 고주파 울림파와 응력파는 분리됩니다.
2. 정류: 필터링된 고주파 신호는 정류되는데, 이는 신호의 음극 부분을 양극으로 반전시킵니다. 이를 통해 신호가 인벨로핑될 준비가 됩니다.
3. 포괄(저역통과 필터링): 정류된 신호에 저역 통과 필터를 적용합니다. 이렇게 하면 고주파 반송파 신호가 평활화되어 원래 충격의 반복률을 나타내는 진폭 변조 패턴을 나타내는 파형인 "포락선"만 남게 됩니다.
4. 봉투의 FFT: 마지막으로, 이 새로운 포락선 신호에 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행합니다. 그 결과 생성되는 "포락선 스펙트럼"은 반복적인 충격의 빈도를 명확하게 보여줍니다.

엔벨로프 스펙트럼을 사용한 오류 진단

봉투 스펙트럼의 피크는 베어링의 계산된 값에 해당합니다. 단층 주파수스펙트럼의 피크를 알려진 주파수와 비교함으로써 분석가는 결함의 정확한 위치를 파악할 수 있습니다.

• BPFO(볼 패스 빈도, 아우터 레이스): 베어링의 고정된 외륜에 결함이 있음을 나타냅니다.
• BPFI(볼 패스 빈도, 이너 레이스): 회전하는 내륜에 결함이 있음을 나타냅니다. 이 피크는 결함이 부하 영역 안팎으로 이동하기 때문에 1x RPM에서 측파대를 갖는 경우가 많습니다.
• BSF(볼 스핀 주파수): 롤링 요소(볼 또는 롤러) 중 하나에 결함이 있음을 나타냅니다.
• FTF(기본 열차 주파수): 가장 느린 주파수는 롤러를 제자리에 고정하는 베어링 케이지에 결함이 있음을 나타냅니다.

마찬가지로 기어박스의 경우, 포락선 스펙트럼은 이가 금이 가거나 부러진 기어의 작동 속도에서 피크를 나타낼 수 있으며, 이는 회전당 한 번씩 반복적으로 충격을 받는다는 것을 나타냅니다.

조기 발견의 힘

포락선 분석의 주요 장점은 민감도입니다. 베어링 및 기어 결함을 표준 속도 스펙트럼에서 나타나거나 적외선 열화상 카메라로 확인할 수 있을 만큼 충분한 열을 발생시키기 몇 달 또는 심지어 1년 전에 감지할 수 있습니다. 이는 매우 귀중한 조기 경보를 제공하여 최소한의 중단으로 유지 보수를 계획하고 일정을 정하여 치명적인 고장 및 2차 피해를 방지할 수 있습니다.

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