ISO 20816-3에 대한 종합 분석: Balanset-1A 시스템을 통한 측정, 평가 및 계측기 구현

요약

산업 현장은 기계 건강 모니터링 표준화 분야에서 중대한 패러다임 전환을 목격해 왔다. ISO 20816-3:2022의 도입은 기존 방법론의 통합 및 현대화를 의미하며, 특히 하우징 진동 평가(기존 ISO 10816-3)와 회전축 진동 평가(기존 ISO 7919-3)를 단일하고 일관된 프레임워크로 통합하였다. 본 보고서는 ISO 20816-3에 대한 포괄적인 분석을 제공하며, 각 장, 규범적 부록 및 물리적 원리를 해부합니다. 또한 Balanset-1A 휴대용 진동 분석기 및 밸런서에 대한 상세한 기술적 평가를 통합하여, 이 특정 계측기가 표준의 엄격한 요구 사항 준수를 어떻게 용이하게 하는지 보여줍니다. 신호 처리 이론, 기계 공학 원리 및 실용적인 운영 절차의 종합을 통해, 본 문서는 접근 가능한 고정밀 계측기를 사용하여 상태 모니터링 전략을 글로벌 모범 사례에 맞추려는 신뢰성 엔지니어들을 위한 결정적인 가이드 역할을 합니다.

제1부: ISO 20816-3의 이론적 틀

1.1 진동 기준의 진화: ISO 10816과 ISO 7919의 통합

진동 표준화의 역사는 분산된 부품별 지침에서 종합적인 기계 평가로 점진적으로 이동하는 특징을 보인다. 역사적으로 산업 기계의 평가는 이분화되어 진행되었습니다. ISO 10816 시리즈는 가속도계나 속도 변환기를 사용하여 비회전 부품(특히 베어링 하우징 및 받침대)의 측정에 중점을 두었습니다. 반면 ISO 7919 시리즈는 주로 비접촉식 와전류 프로브를 활용하여 베어링에 대한 회전축의 진동을 다루었습니다.

이러한 구분은 종종 진단상의 모호성을 초래했습니다. 기계는 허용 가능한 하우징 진동(ISO 10816 기준 A구역)을 보일 수 있지만 동시에 위험한 샤프트 런아웃이나 불안정성(ISO 7919 기준 C/D구역)을 겪을 수 있습니다. 특히 진동 에너지의 전달 경로가 감쇠되는 중량 케이싱이나 유체막 베어링이 포함된 시나리오에서 그러합니다. ISO 20816-3은 ISO 10816-3:2009 및 ISO 7919-3:2009를 대체함으로써 이러한 양면성을 해결합니다.1 이러한 관점을 통합함으로써, 새로운 표준은 로터 동적 힘에 의해 생성된 진동 에너지가 강성, 질량 및 감쇠 비율에 따라 기계 구조 전반에 걸쳐 다르게 나타난다는 점을 인정합니다. 따라서 이제 규정을 준수하는 평가에는 구조물의 절대 진동과 해당되는 경우 샤프트의 상대적 운동을 모두 평가하는 이중 관점이 필요합니다.

발란셋-1A 시스템은 이러한 측정 영역을 연결하기 위해 설계된 도구로서 이 분야에 진입합니다. 이 시스템의 아키텍처는 하우징 측정을 위한 압전 가속도계와 선형 변위 센서를 위한 직류 전압 입력을 모두 지원하며, 이는 ISO 20816 시리즈의 이중적 특성 철학을 반영합니다.³ 이러한 통합은 기술자의 도구 키트를 단순화하여 단일 계측기로 통합 표준이 이제 의무화한 포괄적인 평가를 수행할 수 있게 합니다.

1.2 범위 및 적용성: 산업 기계 환경 정의

ISO 20816-3 제1장은 적용 범위를 세밀하게 정의한다. 이 표준은 포괄적이지 않으며, 출력 등급이 15kW 이상이고 작동 속도가 120 r/min에서 30,000 r/min 사이인 산업용 기계에 특화되어 있다.¹ 이 광범위한 작동 범위는 제조, 발전 및 석유화학 분야의 핵심 자산 대부분을 포괄한다.

구체적으로 포함되는 장비는 다음과 같습니다:

• 증기 터빈 및 발전기: 출력이 40MW 이하인 발전기를 다룹니다. 더 큰 발전기(40MW 초과)는 일반적으로 ISO 20816-2에 해당되나, 동기 그리드 주파수(1500, 1800, 3000 또는 3600 r/min) 이외의 속도로 운전하는 경우는 예외입니다.6
• 로터리 압축기: 공정 산업에서 사용되는 원심식 및 축류식 설계를 모두 포함합니다.
• 산업용 가스 터빈: 특히 출력이 3MW 이하인 기종. 더 큰 가스 터빈은 고유한 열적 및 동적 특성으로 인해 표준의 별도 부분으로 분리된다.1
• 슬리퍼: 전기 모터로 구동되는 원심 펌프는 이 그룹의 핵심 구성 요소이다.
• 전기 모터: 모든 유형의 모터가 포함되나, 유연하게 결합된 경우에 한한다. 강성 결합된 모터는 종종 구동 기계 시스템의 일부로 평가되거나 특정 하위 조항에 따라 평가된다.
• 팬과 송풍기: HVAC 및 산업 공정 공기 처리에 필수적입니다.6

제외 사항: 제외된 사항을 이해하는 것 또한 동등하게 중요합니다. 왕복 운동 질량을 가진 기계(예: 피스톤 압축기)는 충격과 변화하는 토크가 지배적인 진동 프로파일을 생성하므로 ISO 20816-8에 명시된 전문적인 분석이 필요합니다. 마찬가지로, 매우 가변적인 공기역학적 하중 하에서 작동하는 풍력 터빈은 ISO 10816-21의 적용 범위에 포함됩니다.7 Balanset-1A의 특정 설계 특징(예: 150~60,000 rpm의 회전 속도 측정 범위⁸)은 표준의 120~30,000 rpm 적용 범위에 완벽히 부합하여, 해당 기기가 적용 가능한 모든 기계의 전체 스펙트럼을 모니터링할 수 있음을 보장합니다.

1.3 기계 분류 시스템: 지지 강성의 물리학

기존 표준에서 유지된 중요한 혁신은 지지 강성에 기반한 기계 분류 방식이다. ISO 20816-3은 기계들을 크기뿐만 아니라 동적 거동에 따라 그룹으로 구분한다.

1.3.1 힘과 규모에 따른 집단 분류

표준은 적절한 심각도 한계를 적용하기 위해 기계를 두 가지 주요 그룹으로 분류합니다:

• 그룹 1: 정격 출력이 300kW를 초과하는 대형 기계 또는 축 높이가 315mm를 초과하는 전기 기계. 이러한 기계는 일반적으로 거대한 회전자를 갖추고 상당한 동적 힘을 발생시킵니다.9
• 그룹 2: 정격 출력이 15kW에서 300kW 사이인 중형 기계 또는 축 높이가 160mm에서 315mm 사이인 전기 기계.10

1.3.2 지원 유연성: 경직성 대 유연성

“강성 지지대”와 “유연 지지대”의 구분은 단순히 구조 재료의 문제가 아니라 물리학적 특성이다. 기계-지지대 복합 시스템의 첫 번째 고유 진동수(공진)가 주요 진동원 주파수(일반적으로 회전 속도)보다 현저히 높을 경우, 지지대는 특정 측정 방향에서 강성으로 간주됩니다. 구체적으로 고유 진동수는 작동 속도보다 최소 25% 이상 높아야 합니다. 반면 유연한 지지대의 고유 진동수는 작동 속도에 근접하거나 그 이하일 수 있어 공진 증폭 또는 격리 효과를 유발합니다.10

이 구별은 매우 중요합니다. 유연한 지지대는 동일한 내부 자극력(불균형)에 대해 자연스럽게 더 높은 진동 진폭을 허용하기 때문입니다. 따라서 유연한 지지대의 허용 진동 한계는 일반적으로 강성 지지대보다 높습니다. Balanset-1A는 위상 측정 기능을 통해 지지대 특성 파악을 용이하게 합니다. 소프트웨어 사양 11에 언급된 “RunDown” 차트 기능을 사용한 런업 또는 코스다운 테스트를 수행함으로써 분석가는 공진 피크를 식별할 수 있습니다. 피크가 작동 범위 내에서 발생하면 지지대는 동적으로 유연한 것이고, 작동 속도까지 응답이 평탄하고 선형적이라면 경직된 것입니다. 이러한 진단 기능을 통해 사용자는 ISO 20816-3에서 올바른 평가 테이블을 선택할 수 있어 오경보나 오류 누락을 방지할 수 있습니다.

제2부: 측정 방법론 및 물리학

ISO 20816-3의 제4장에서는 데이터 수집을 위한 엄격한 절차적 요구사항을 규정하고 있다. 모든 평가의 타당성은 전적으로 측정의 정확성에 달려 있다.

2.1 계측 물리학: 변환기 선택 및 응답

이 표준은 광대역 진동 속도(root-mean-square, r.m.s.)를 측정할 수 있는 계측 장비의 사용을 의무화합니다. 일반 기계의 경우 주파수 응답은 최소 10Hz에서 1,000Hz 범위에 걸쳐 평탄해야 합니다.¹² 저속 기계(600 r/min 미만 작동)의 경우, 주파수 응답의 하한은 기본 회전 성분을 포착하기 위해 2Hz까지 확장되어야 합니다.

발란셋-1A 기술적 적합성:
Balanset-1A 진동 분석기는 이러한 특정 요구 사항을 고려하여 설계되었습니다. 사양에는 표준 작동 시 5Hz에서 550Hz의 진동 주파수 범위가 명시되어 있으며, 측정 기능을 확장할 수 있는 옵션이 제공됩니다. 5Hz 하한값은 매우 중요합니다. 이는 300rpm의 저속으로 작동하는 기계의 규격 준수를 보장하며, 대부분의 산업용 애플리케이션을 포괄합니다. 550Hz의 상한은 대부분의 표준 펌프 및 팬의 주요 고조파(1차, 2차, 3차 등) 및 블레이드 통과 주파수를 포괄합니다. 또한 본 장치의 정확도는 전체 스케일의 5%로 평가되어 ISO 2954(진동 심각도 측정 기기 요구사항)에서 요구하는 계측학적 엄격함을 충족합니다.

이 표준은 두 가지 주요 측정 유형을 구분하며, 둘 다 Balanset-1A 생태계에서 지원됩니다:

• 지진 변환기(가속도계): 이들은 절대적인 하우징 진동을 측정합니다. 베어링 받침대를 통한 힘 전달에 민감합니다. Balanset-1A 키트에는 자석 마운트가 장착된 단일축 가속도계 2개(일반적으로 ADXL 시리즈 기반 기술 또는 압전식)가 포함됩니다.14
• 비접촉식 변환기(근접 프로브): 이들은 상대적인 샤프트 변위를 측정합니다. 유체막 베어링 기계에서 샤프트가 틈새 내에서 움직일 때 필수적입니다.

2.2 심층 분석: 상대적 샤프트 진동 및 센서 통합

ISO 20816-3이 주로 하우징 진동에 초점을 맞추는 반면, 부록 B는 축 상대 진동을 명시적으로 다룹니다. 이를 위해서는 와전류 프로브(근접 프로브)의 사용이 필요합니다. 이 센서는 전도성 축 표면에 와전류를 유도하는 무선 주파수(RF) 필드를 생성하여 작동합니다. 프로브 코일의 임피던스는 간극 거리에 따라 변화하여 변위에 비례하는 전압 출력을 생성합니다.15

발란셋-1A와의 에디 전류 프로브 통합:
Balanset-1A의 독특한 특징은 이러한 센서들에 대한 적응성입니다. 주로 가속도계와 함께 공급되지만, 장치의 입력은 타사 근접 프로브 드라이버(프로크시미터)로부터 전압 신호를 수신할 수 있도록 “선형” 모드로 구성될 수 있습니다.3

• 전압 입력: 대부분의 산업용 근접 프로브는 음의 직류 전압을 출력합니다(예: -24V 전원, 200mV/밀 스케일). Balanset-1A는 사용자가 “설정” 창(F4 키)에서 사용자 정의 감도 계수(예: mV/µm)를 입력할 수 있도록 합니다.3
• DC 오프셋 제거: 근접 프로브는 큰 직류 간극 전압(바이어스)을 가지며, 그 위에 작은 교류 진동 신호가 얹혀 있습니다. Balanset-1A 소프트웨어에는 간극 전압을 필터링하여 제거하는 “직류 제거(Remove DC)” 기능이 포함되어 있어, ISO 20816-3 한계치에 대한 분석을 위해 동적 진동 신호를 분리합니다.
• 선형성과 보정: 이 소프트웨어는 사용자가 보정 계수(예: Kprl1 = 0.94 mV/µm)를 정의할 수 있도록 하여 노트북 화면의 판독값이 샤프트의 물리적 변위와 정확히 일치하도록 보장합니다.3 이러한 기능은 부속서 B의 기준을 적용할 때 필수적이며, 해당 기준은 속도(초당 밀리미터)가 아닌 변위(마이크로미터) 단위로 명시되어 있습니다.

2.3 장착의 물리학: 데이터 정확성 보장

ISO 20816-3은 센서 장착 방식이 측정 정확도를 저하시켜서는 안 된다고 강조합니다. 장착된 센서의 공진 주파수는 관심 주파수 범위보다 현저히 높아야 합니다.

• 스터드 장착: 최고의 주파수 응답(최대 10kHz+)을 제공하는 골드 스탠다드.
• 자석 장착: 휴대용 데이터 수집을 위한 실용적인 절충안.

Balanset-1A는 60kgf(킬로그램-힘)의 고정력을 가진 자기 장착 시스템을 사용합니다.17 이 높은 클램핑력은 매우 중요합니다. 자력이 약한 자석은 “바운싱” 효과 또는 기계적 저역 통과 필터를 유발하여 고주파 신호를 심각하게 감쇠시킵니다. 60kgf의 접촉 강성은 장착된 공진 주파수를 ISO 20816-3에서 관심 대상인 1000Hz 범위를 훨씬 상회하도록 밀어 올려, 수집된 데이터가 기계 동작의 진정한 표현이 되도록 보장하며 부착 방식의 인공적 영향이 아니게 합니다.

2.4 신호 처리: RMS 대 피크

이 표준은 비회전 부품에 대해 RMS(Root Mean Square) 속도 사용을 규정합니다. RMS 값은 진동 신호에 포함된 총 에너지를 측정하는 지표이며, 기계 부품에 가해지는 피로 응력과 직접적으로 관련됩니다.

RMS에 대한 방정식:

V_실효값 = √((1/T) ∫₀^티 v²(t) dt)

축 진동(부록 B)의 경우, 본 표준은 피크 대 피크 변위(S)를 사용합니다._페이지), 이는 베어링 간극 내에서 샤프트의 총 물리적 이동량을 나타냅니다.

S_페이지 = S_최대 − S_분

발란셋-1A 처리:
Balanset-1A는 이러한 수학적 변환을 내부적으로 수행합니다. ADC(아날로그-디지털 변환기)가 원시 신호를 샘플링하고, 소프트웨어가 하우징 측정을 위한 RMS 속도와 샤프트 측정을 위한 피크 투 피크 변위를 계산합니다. 핵심적으로, 전체 주파수 스펙트럼(예: 10-1000 Hz)에 걸친 에너지를 합산한 광대역 값(전체)을 계산합니다. 이 “전체” 값은 기계를 A, B, C 또는 D 구역으로 분류하는 데 사용되는 주요 수치입니다. 또한 이 장치는 FFT(고속 푸리에 변환) 기능을 제공하여 분석가가 전체 RMS 값을 구성하는 개별 주파수 성분(1차, 2차, 고조파)을 확인할 수 있게 하여 진동 원인 진단에 도움을 줍니다.8

2.5 배경 진동: 신호 대 잡음의 도전

ISO 20816-3의 중요하지만 종종 간과되는 측면은 배경 진동 처리입니다. 이는 기계가 정지 상태일 때 외부 소스(예: 인접 기계, 바닥 진동)로부터 기계로 전달되는 진동을 의미합니다.

규칙: 기계 가동 시 측정된 진동의 배경 진동이 25%를 초과하거나, 구역 B와 C 경계에서 25%를 초과할 경우, 심각한 보정이 필요하거나 측정이 무효로 간주될 수 있습니다.18 기존 표준 버전들은 종종 “1/3 규칙”을 인용했으나, ISO 20816-3은 이 논리를 강화하였습니다.

Balanset-1A를 이용한 절차적 구현:

1. 기술자는 기계가 정지된 상태에서 Balanset-1A 센서를 설치합니다.
2. “진동계” 모드(F5 키)를 사용하여 배경 RMS 레벨을 기록합니다.13
3. 기계가 가동되어 부하 상태로 전환됩니다. 작동 중 RMS 값이 기록됩니다.
4. 비교가 이루어집니다. 작동 수준이 4.0 mm/s이고 배경이 1.5 mm/s(37.5%)인 경우 배경이 너무 높습니다. Balanset-1A의 스펙트럼 차감 기능(배경 대비 가동 중인 기계의 스펙트럼 관측)은 배경이 특정 주파수(예: 인근 압축기에서 발생하는 50Hz)에 있는지 여부를 식별하는 데 도움이 되며, 분석가가 이를 무시하거나 정신적으로 걸러낼 수 있습니다.

제3부: 평가 기준 – 표준의 핵심

제6장은 ISO 20816-3의 핵심을 구성하며, 기계 수용 가능성에 대한 결정 논리를 제공한다.

3.1 기준 I: 진동 크기 및 구역 설정

이 표준은 베어링 하우징에서 관측된 최대 진동 크기를 기준으로 진동의 심각도를 평가합니다. 의사 결정을 용이하게 하기 위해, 네 가지 평가 구역을 정의합니다:

• A구역: 신규 가동 기계의 진동. 이것이 바로 “골드 스탠다드”입니다. 이 범주에 속하는 기계는 완벽한 기계적 상태를 유지하고 있습니다.
• B 구역: 제한 없이 장기간 가동 가능한 것으로 간주되는 기계. 이는 전형적인 “그린” 작동 범위입니다.
• C 구역: 장기간 연속 가동에 부적합한 기계로 간주됩니다. 일반적으로 해당 기계는 적절한 보수 조치(정비) 기회가 발생할 때까지 제한된 기간 동안 가동될 수 있습니다. 이는 “경고” 또는 “경보” 상태입니다.
• D구역: 이 구역의 진동 값은 일반적으로 기계에 손상을 유발할 만큼 충분히 심각한 것으로 간주됩니다. 이는 “적색” 또는 “트립” 상태입니다.5

표 1: 그룹 1 및 2에 대한 단순화된 ISO 20816-3 영역 한계(속도 RMS, mm/s)

기계 그룹	기초 유형	구역 A/B 경계	구역 B/C 경계선	구역 C/D 경계선
그룹 1 (>300 kW)	엄격한	2.3	4.5	7.1
	유연한	3.5	7.1	11.0
그룹 2 (15-300 kW)	엄격한	1.4	2.8	4.5
	유연한	2.3	4.5	7.1

참고: 이 값들은 표준의 부록 A에서 도출된 것으로 일반적인 지침을 나타냅니다. 특정 기계 유형에 따라 다른 한계값이 적용될 수 있습니다.

Balanset-1A 구현:
Balanset-1A 소프트웨어는 단순히 숫자를 표시하는 데 그치지 않고 사용자에게 맥락적 지원을 제공합니다. 사용자가 등급을 선택해야 하지만, 소프트웨어의 “보고서” 기능을 통해 이러한 값들을 표준에 대비하여 문서화할 수 있습니다. 기술자가 강성 기초 위에 설치된 50kW 펌프(그룹 2)에서 5.0 mm/s의 진동을 측정할 경우, Balanset-1A 측정값은 명백히 C/D 구역 경계(4.5 mm/s)를 초과하므로 즉시 가동 중단 및 수리가 필요합니다.

3.2 기준 II: 진동 진폭 변화

20816 시리즈에서 가장 중요한 발전은 아마도 절대 한계와 무관하게 진동 변화에 대한 공식적인 강조일 것이다.

25% 규칙: ISO 20816-3에 따르면, 진동 크기의 변화가 구역 B/C 경계(또는 이전 정상 상태 값의 25%)보다 클 경우, 절대값이 구역 A 또는 B 내에 남아 있더라도 이를 유의미한 변화로 간주해야 한다.

시사점:
팬이 2.0 mm/s(구역 B)로 안정적으로 작동한다고 가정합니다. 진동이 갑자기 2.8 mm/s로 증가하더라도, 기술적으로는 여전히 구역 B(일부 등급 기준)에 있거나 구역 C에 진입하는 단계에 불과하다. 그러나 이는 40%(2.8 mm/s)의 증가폭이다. 이러한 급격한 변화는 종종 특정 고장 모드(로터 부품 균열, 균형추 이동, 열 마찰 등)를 시사한다. “아직 안전 구역에 있다”는 이유로 이를 무시하는 것은 치명적 고장을 초래하는 지름길이다.

발란셋-1A 추세 분석:
Balanset-1A는 “세션 복구” 및 아카이빙 기능을 통해 이 기준을 지원합니다.21 측정 세션을 저장함으로써 신뢰성 엔지니어는 현재 데이터를 과거 기준선과 중첩시킬 수 있습니다. “전체 진동” 그래프에 단계적 변화가 나타나면 엔지니어는 기준 II를 적용합니다. 여기서 “마지막 세션 복원” 기능이 특히 유용합니다. 이 기능을 통해 사용자는 지난 달의 정확한 기계 상태를 불러와 25% 임계값이 초과되었는지 확인할 수 있습니다.

3.3 운영 한계: 경보 및 차단 설정

이 표준은 자동화된 보호 시스템 설정을 위한 지침을 제공합니다:

• 경보: 정의된 진동 값에 도달했거나 상당한 변화가 발생했음을 경고하기 위함입니다. 권장 설정값은 일반적으로 기준값 + Zone B/C 경계점의 25%입니다.
• 여행: 즉각적인 조치(정지)를 시작하기 위함이다. 이는 일반적으로 기계의 기계적 무결성에 따라 구역 C/D 경계 또는 그보다 약간 높은 지점에 설정된다.19

Balanset-1A는 휴대용 장치로 벤틀리 네바다 랙과 같은 영구 보호 시스템은 아니지만, 이러한 트립 레벨을 검증하고 보정하는 데 사용됩니다. 기술자들은 Balanset-1A를 사용하여 제어된 가속 또는 유도 불균형 테스트 중 진동을 측정함으로써, 영구 모니터링 시스템이 ISO 20816-3에서 규정하는 정확한 물리적 진동 레벨에서 작동하도록 보장합니다.

제4부: 발란셋-1A 시스템 – 기술 심층 분석

Balanset-1A가 규정 준수 도구로 기능하는 방식을 이해하려면, 그 기술적 구조를 분석해야 한다.

4.1 하드웨어 아키텍처

Balanset-1A는 센서에서 수신한 아날로그 신호를 처리한 후 디지털화된 데이터를 호스트 노트북으로 전송하는 중앙 집중식 USB 인터페이스 모듈로 구성됩니다.

• ADC 모듈: 시스템의 핵심은 고해상도 아날로그-디지털 변환기입니다. 이 모듈이 측정의 정밀도를 결정합니다. Balanset-1A는 신호를 처리하여 ±5%의 정확도를 제공하며, 이는 현장 진단에 충분합니다.
• 위상 기준 (타코미터): ISO 20816-3 준수를 위해서는 불균형과 정렬 불량을 구분하기 위한 위상 분석이 종종 필요합니다. Balanset-1A는 최대 1.5미터 범위와 60,000 RPM 성능을 갖춘 레이저 타코미터를 사용합니다.17 이 광학 센서는 ±1도 정확도로 위상각 계산을 수행합니다.
• 파워와 휴대성: USB(5V)로 전원을 공급받는 본 장치는 주전원 분석기에 흔히 발생하는 접지 루프로부터 본질적으로 안전합니다. 전체 키트 무게는 약 4kg으로, 팬에 접근하기 위해 가터리를 오르는 등 현장 작업에 적합한 진정한 “현장용” 계측기입니다.

4.2 소프트웨어 기능: 단순 측정을 넘어

Balanset-1A와 함께 제공되는 소프트웨어는 원시 데이터를 ISO 표준을 준수하는 실행 가능한 정보로 변환합니다.

• FFT 스펙트럼 분석: 표준은 “특정 주파수 성분”을 언급합니다. Balanset-1A는 고속 푸리에 변환을 표시하여 복잡한 파형을 구성하는 사인파로 분해합니다. 이를 통해 사용자는 높은 RMS 값이 1x(불균형), 100x(기어 맞물림), 또는 비동기 피크(베어링 결함) 중 어느 것 때문인지 확인할 수 있습니다.21
• 극좌표 그래프: 밸런싱 및 벡터 분석을 위해 소프트웨어는 극좌표도 위에 진동 벡터를 표시합니다. 이 시각화는 밸런싱에 영향 계수법을 적용할 때 매우 중요합니다.
• ISO 1940 공차 계산기: ISO 20816-3이 진동 한계값을 다루는 반면, ISO 1940은 균형 품질(G 등급)을 다룹니다. Balanset-1A 소프트웨어는 계산기를 통합하여 사용자가 로터 질량과 속도를 입력하면 시스템이 허용 잔류 불균형량을 그램-밀리미터 단위로 계산합니다. 이는 “진동이 너무 높다”(ISO 20816)와 “제거해야 할 무게는 이 정도다”(ISO 1940) 사이의 간극을 메웁니다.11

4.3 센서 호환성 및 입력 구성

스니펫 연구에서 언급된 바와 같이, 다양한 센서 유형과 인터페이스할 수 있는 능력이 핵심이다.

• 가속도계: 기본 센서. 시스템은 선택된 뷰에 따라 가속도 신호(g)를 속도(mm/s)로 적분하거나 이중 적분하여 변위(µm)로 변환합니다. 이 적분 과정은 노이즈 드리프트를 최소화하기 위해 디지털 방식으로 처리됩니다.
• 와전류 프로브: 시스템은 0-10V 또는 유사한 아날로그 입력을 수용합니다. 사용자는 설정에서 변환 계수를 구성해야 합니다. 예를 들어, 표준 Bently Nevada 프로브의 경우 200 mV/mil(7.87 V/mm)의 스케일 계수를 가질 수 있습니다. 사용자가 이 감도를 입력하면 Balanset-1A 소프트웨어가 입력 전압을 변위 미크론 단위로 표시하도록 스케일링하여 ISO 20816-3.3 부록 B와의 직접 비교를 가능하게 합니다.

제5부: 운영적 구현: 진단에서 동적 균형 조정까지

이 섹션은 기술자가 Balanset-1A를 사용하여 ISO 20816-3 준수를 보장하기 위한 표준 운영 절차(SOP)를 설명합니다.

5.1 단계 1: 기준선 측정 및 분류

기술자가 45kW 원심 팬에 접근한다.

• 분류: 출력 > 15 kW, < 300 kW. 그룹 2에 해당합니다. 기초는 콘크리트에 볼트로 고정됩니다(고정식).
• 한도 결정: ISO 20816-3 부록 A(그룹 2, 경질)에 따르면, 구역 B/C 경계는 2.8 mm/s이다.
• 측정: 센서는 자석 받침대를 사용하여 장착됩니다. Balanset-1A의 “진동계” 모드가 활성화됩니다.
• 결과: 측정값은 6.5 mm/s입니다. 이는 C/D 구역에 해당합니다. 조치가 필요합니다.

5.2 단계 2: 진단 분석

Balanset-1A FFT 기능 사용:

• 스펙트럼은 작동 속도(1x RPM)에서 우세한 피크를 보여준다.
• 위상 분석은 안정된 위상각을 보여준다.
• 진단: 정적 불균형. (위상이 불안정하거나 고조파가 존재하는 경우, 정렬 불량이나 느슨함이 의심될 수 있음).

5.3 단계 3: 균형 조정 절차 (현장)

진단 결과 불균형이 확인되었으므로 기술자는 Balanset-1A의 균형 조정 모드를 활용합니다. 표준은 진동을 A 또는 B 구역 수준으로 감소시켜야 합니다.

5.3.1 삼중 실행법(영향 계수)

Balanset-1A는 밸런싱에 필요한 벡터 연산을 자동화합니다.

• 실행 0 (초기): 진폭 A를 측정하십시오₀ 그리고 위상 φ₀ 원래 진동의.
• 실행 1 (시험 중량): 알려진 질량 M_시험 임의의 각도로 추가된다. 시스템은 새로운 진동 벡터(A)를 측정한다.₁, φ₁).

계산: 이 소프트웨어는 질량 변화에 대한 로터의 민감도를 나타내는 영향 계수 α를 계산합니다.

α = (V₁ − V₀) / M_시험

보정: 시스템은 필요한 보정 질량 M을 계산합니다._수정됨 초기 진동을 무효화하기 위해.

M_수정됨 = − V₀ / α

실행 2 (검증): 시험 중량이 제거되고, 계산된 보정 중량이 추가됩니다. 잔류 진동이 측정됩니다.

.11

5.4 4단계: 검증 및 보고

밸런싱 후 진동은 1.2 mm/s로 감소합니다.
확인: 1.2 mm/s는 1.4 mm/s보다 작습니다. 기계는 현재 구역 A에 있습니다.

문서화: 기술자는 Balanset-1A에 세션을 저장합니다. “이전” 스펙트럼(6.5 mm/s)과 “이후” 스펙트럼(1.2 mm/s)을 표시하고 ISO 20816-3 한계를 명시적으로 참조하는 보고서가 생성됩니다. 이 보고서는 적합성 증명서로 사용됩니다.

제6부: 특수한 고려 사항

6.1 저속 기계

ISO 20816-3은 600 rpm 미만으로 작동하는 기계에 대한 특별 주석을 제공합니다. 저속에서는 속도 신호가 약해지고 변위가 응력의 주요 지표가 됩니다. Balanset-1A는 사용자가 표시 단위를 변위(µm)로 전환하거나, 주요 에너지를 포착하기 위해 저주파 차단점을 5Hz 이하(이상적으로는 2Hz)로 설정하도록 하여 이를 처리합니다. 표준 부록 D의 “주의 사항”은 저속에서 속도 값에만 의존하지 말 것을 경고합니다. Balanset-1A 사용자는 “선형” 설정 또는 저주파 필터를 확인하여 이 점을 반드시 인지해야 합니다.

6.2 과도 상태: 가속 및 감속

시동 시(과도 운전) 진동은 임계 회전수(공진) 통과로 인해 정상 상태 한계를 초과할 수 있다. ISO 20816-3은 이러한 과도 단계 동안 더 높은 한계를 허용한다.23

Balanset-1A에는 실험적인 “RunDown” 차트 기능이 포함되어 있습니다.¹¹ 이를 통해 기술자는 정지 가속 중 진동 진폭 대 RPM을 기록할 수 있습니다. 이 데이터는 다음에 매우 중요합니다:

• 임계 속도(공진) 식별.
• 기계가 손상을 피할 수 있을 만큼 충분히 빠르게 공진을 통과하는지 확인합니다.
• “높은” 진동이 실제로 일시적인 상태이며 영구적인 상태가 아님을 보장한다.

6.3 부록 A 대 부록 B: 이중 평가

철저한 규정 준수 점검에는 종종 두 가지 모두 필요합니다.

• 부록 A (주택): 구조물에 대한 힘 전달을 강제합니다. 불균형 및 느슨함에 효과적입니다.
• 부록 B (샤프트): 로터 동역학을 측정합니다. 불안정성, 오일 와일, 와이퍼 감지에 적합합니다.

기술자가 Balanset-1A를 사용하여 가속도계를 통해 부록 A 요구사항을 충족시킨 후, 기존 Bently Nevada 프로브로 입력을 전환하여 대형 터빈의 부록 B 준수 여부를 검증할 수 있습니다. Balanset-1A가 영구적인 랙 기반 모니터링 장비에 대한 “제2의 검증” 또는 “현장 검증기” 역할을 수행할 수 있는 능력은 두 부록 모두를 충족시키는 핵심 응용 분야입니다.

결론

ISO 20816-3로의 전환은 진동 분석 분야의 성숙을 의미하며, 기계 평가에 있어 보다 정교하고 물리학 기반의 접근법을 요구합니다. 이는 단순한 “합격/불합격” 수치를 넘어 지지 강성, 변화 벡터, 이중 영역(하우징/샤프트) 측정을 분석하는 영역으로 나아갑니다.

Balanset-1A 시스템은 이러한 현대적 요구 사항과 높은 수준의 부합성을 보여줍니다. 주파수 범위, 정확도, 센서 유연성 등 기술적 사양은 이를 유능한 하드웨어 플랫폼으로 만듭니다. 그러나 진정한 가치는 표준의 복잡한 논리를 안내하는 소프트웨어 워크플로우에 있습니다: 배경 진동 보정 및 구역 분류부터 영향 계수 균형의 수학적 엄밀성에 이르기까지. 스펙트럼 분석기의 진단 능력과 동적 밸런서의 보정 기능을 효과적으로 결합함으로써, Balanset-1A는 유지보수 팀이 ISO 20816-3 미준수 사항을 식별할 뿐만 아니라 적극적으로 시정할 수 있도록 지원하여 산업 자산 기반의 수명과 신뢰성을 보장합니다.