위상 분석:진동 분석을보다 쉽게 만들기

진동 분석은 대부분 학습 된 기술입니다. 그것은 경험에 70%,교실 교육 및 자기 연구에 30%를 기반으로합니다. 자신감 있고 유능한 진동 분석가가 되려면 몇 년이 걸립니다. 분석이 잘못된 경우,수리에 대한 권장 사항도 잘못 될 것입니다. 진동 분석가가 잘못된 전화를 걸기를 원하지 않습니다. 이 사업안에,신뢰성은 작은 단계안에 얻고 큰 덩어리안에 잃는다.

베어링 하우징에 배치되고 진동 분석기에 연결된 진동 센서는 파형과 스펙트럼의 형태로 시간,주파수 및 진폭 정보를 제공합니다(그림 1). 이 데이터는 진동 분석의 기초입니다. 그것은 기계에 존재하는 거의 모든 기계 및 전기 결함의 서명을 포함합니다.

그림 1. 진동 파형 및 스펙트럼

진동 분석 프로세스에는 진동 심각도 결정,주파수 및 패턴 식별,피크 및 패턴을 기계 또는 전기 부품과 연결,결론 형성 및 필요한 경우 수리 권장 사항이 포함됩니다.

진동 분석에 참여하는 모든 사람들은 진동 분석이 쉽지도 자동화되지도 않는다는 것을 알고 있습니다. 왜 그런지 궁금해 한 적이 있습니까? 몇 가지 이유가 있습니다:

1)기계에 여러 오류가 있습니다.: 우리가 훈련에서 배우고 책에서 읽는 진동 패턴은 현실 세계에서 똑같이 보이지 않습니다. 우리는 기계 및 전기 결함이 가장 순수한 형태로 어떻게 보이는지 배웁니다–마치 기계에 항상 진동을 일으키는 한 가지 문제 만있는 것처럼. 기계에는 보통 1 개 이상 진동 생성 결함이 있습니다. 최소한 모든 기계에는 불균형 및 오정렬이 있습니다. 다른 결함이 발생하면 파형 및 스펙트럼이 빠르게 복잡해지고 분석하기 어려워집니다. 데이터는 더 이상 우리가 배운 오류 패턴과 일치하지 않습니다.

2)원인과 결과 진동:모든 행동에 대해 반응이 있습니다. 우리가 측정하는 진동 중 일부는 다른 문제의 영향입니다. 예를 들면,회전자 불균형에 기인한 힘은 줄맞춤,느슨한 또는 마찰에서 인 처럼 기계를 볼 수 있습니다. 하나의 타이어가 균형을 벗어날 때 차에 흔들리고 딸랑 거리는 모든 것을 고려하십시오.

3)많은 결함 유형에는 유사한 본이 있습니다: 기계 로터는 특정 속도로 회전하고 진동은 주기적인 힘이기 때문에 많은 기계적 및 전기적 결함은 한 결함을 다른 결함과 구별하기 어렵게 만드는 유사한 주파수 패턴을 나타냅니다.

진동 분석 학습에는 시간이 걸립니다. 분석 기술을 향상시키고 학습 곡선을 단축 할 수있는 교육 과정,기술 출판물 및 온라인 리소스 및 상업용 자체 교육 자료와 같은 기타 리소스를 사용할 수 있습니다.

대부분의 진동 문제의 근원에 신속하게 도달하는 하나의 진단 기술이 있습니다. 그것은 아마도 모든 진동 진단 기술 중 가장 강력합니다. 진동 분석 자체가 아직 많은 관심을 얻지 못한 한 오랫동안 사용되어 왔으며 주제에 대한 좋은 정보를 찾는 것은 드뭅니다. 이 기술은 무엇입니까? 이를 위상 분석이라고합니다.

단계는 무엇입니까?
위상은 고정점과 관련하여 임의의 순간에 회전하는 부품의 위치이다. 단계는 우리에게 진동 방향을 제공합니다. 타이밍 라이트 및 유도 센서를 사용하여 자동차 엔진을 튜닝하는 것은 위상 분석의 응용입니다(그림 2).

그림 2. 타이밍 라이트를 사용한 엔진 튜닝은 위상 분석입니다.

위상 연구는 기계 또는 구조에서 수행되고 구성 요소 간의 상대 운동에 대한 정보를 나타 내기 위해 평가 된 위상 측정 모음입니다. 진동 분석에서 위상은 절대 또는 상대 기술을 사용하여 측정됩니다.

절대 위상은 회전축의 마크를 참조하는 하나의 센서와 하나의 회전 속도계로 측정됩니다(그림 3). 각 측정 지점에서 분석기는 회전 속도계 트리거와 다음 양의 파형 피크 진동 사이의 시간을 계산합니다. 이 시간 간격은도로 변환되어 절대 위상으로 표시됩니다(그림 4). 단계는 갱구 회전 빈도 또는 갱구 속도(동시 빈도)의 어떤 정수 배수에 측정될 수 있습니다. 절대 단계는 회전자 균형을 잡기를 위해 요구됩니다.

그림 3. 절대 위상 측정

상대 위상은 둘 이상의(유사한 유형)진동 센서를 사용하여 다중 채널 진동 분석기에서 측정됩니다. 분석기는 교차 채널 위상을 측정 할 수 있어야합니다. 하나의 단일 축 센서가 고정 기준 역할을 하며 기계 어딘가에(일반적으로 베어링 하우징)배치됩니다. 다른 단일 축 또는 3 축 센서가 다른 모든 테스트 포인트로 순차적으로 이동합니다(그림 5). 각 테스트 지점에서 분석기는 고정 센서와 로빙 센서 사이의 파형을 비교합니다. 상대 위상은 각도로 변환된 특정 주파수에서 파형 간의 시간 차이입니다(그림 6). 상대 위상은 회전 속도계를 필요로하지 않으므로 위상은 모든 주파수에서 측정 할 수 있습니다.

그림 5. 상대 위상 측정

그림 6. 두 진동 파형 사이에서 계산 된 상대 위상

두 가지 유형의 위상 측정 모두 쉽게 만들 수 있습니다. 상대 위상은 샤프트에 반사 테이프를 설치하기 위해 기계를 멈출 필요가 없기 때문에 기계에서 위상을 측정하는 가장 편리한 방법입니다. 위상은 모든 주파수에서 측정 할 수 있습니다. 대부분의 단일 채널 진동 분석기는 절대 위상을 측정 할 수 있습니다. 도 7 에 도시된 프루프테크닉 진동퍼트와 같은 다중 채널 진동 분석기는 절대 및 상대 위상을 측정하기 위한 표준 기능을 가지고 있다.

그림 7. 2 채널 진동 분석기

위상 분석 사용시기
누구나 위상 분석이 필요합니다. 진동의 원인이 명확하지 않거나 의심되는 진동 원인을 확인해야 할 때 문제 기계에 대한 위상 연구를 수행해야합니다. 위상 연구에는 기계 베어링에서만 측정되는 포인트가 포함되거나 기초부터 베어링까지 전체 기계에 대한 포인트가 포함될 수 있습니다. 다음은 위상이 진동을 분석하는 데 도움이 되는 방법의 예입니다.

소프트 풋
소프트 풋이라는 용어는 기계 프레임 왜곡을 설명하는 데 사용됩니다. 모터,펌프 또는 기타 구성 요소의 발이 평평하지 않고 정사각형이며 장착에 단단하지 않은 상태 또는 가공 오류,구부러 지거나 꼬인 발 및 평평하지 않은 장착 표면과 같은 다른 많은 것들로 인해 발생할 수 있습니다. 연약한 발은 진동을 증가하고 방위,물개 및 연결에 과도한 긴장을 둡니다. 모터에 연약한 발은 2 시간 선 주파수에 진동의 결과로 고정자 에어갭에 비균일 회전자를 창조하는 고정자 주거를 왜곡합니다.

좋은 레이저 샤프트 정렬 시스템을 사용하여 기계 발을 한 번에 하나씩 풀어 부드러운 발을 확인해야합니다.

단계는 기계가 작업 중 인 동안 연약한 발을 확인하기 위하여 이용될 수 있습니다. 발과 장착 표면 사이의 수직 위상을 측정하십시오. 조인트가 단단한 경우 위상 각도는 표면 간 동일합니다. 위상 각도가 20 도 이상 다른 경우 발이 느슨하거나 기계 프레임이 깨지거나 어설픈 것입니다. 그림 8 은 부드러운 발을 가로 지르는 위상 편이의 예입니다.

그림 8. 발과 마운트 사이의 위상 변화는 부드러운 발을 나타낼 수 있습니다.

쏠 베어링 및 구부러진 샤프트
위상은 쏠 베어링 및 구부러진 샤프트를 감지하는 데 사용됩니다. 방위 주거의 주위에 4 개의 축 위치에 측정 단계. 방위가 격발준비작용되거나 갱구가 방위를 통해서 구부리는 경우에,단계는 각 위치에 다를 것입니다. 샤프트가 직선이고 베어링이 비틀어지지 않으면 각 위치에서 위상이 동일합니다(그림 9).

그림 9. 위상은 평면 또는 비틀림 베어링 모션을 식별합니다.

불균형 확인
회전 당 1 회 방사형 진동은 일반적으로 로터 불균형을 의미합니다. 불균형을 증명하는 단계를 사용하는 것은 문제입니다. 불균형을 확인하려면 샤프트 또는 베어링 하우징의 수평 및 수직 위상을 측정하십시오. 위상 값 간의 차이가 약 90 도인 경우 문제는 로터 불균형입니다(그림 10). 위상차가 0 도 또는 180 도에 가까운 경우 진동은 반력에 의해 발생합니다. 편심 풀리 및 샤프트 오정렬은 반응력의 예입니다.

그림 10. 약 90 도의 수평 내지 수직 위상 시프트는 불균형을 확인한다

느슨 함,굽힘 또는 비틀림
위상은 구조의 느슨한 조인트를 감지하고 약점 또는 공진으로 인한 굽힘 또는 비틀림을 감지하는 데 사용됩니다. 느슨 함을 확인하려면 그림 11 의 화살표로 표시된 각 기계 조인트에서 수직 위상을 측정하십시오. 관절이 느슨하면 약 180 도의 위상 변화가 있습니다. 단계 각은 단단한 합동의 맞은편에 변화하지 않을 것입니다.

그림 11. 볼트 조인트 사이의 위상 변화는 느슨 함을 나타냅니다.

갱구 부정합
갱구 부정합은 단계로 쉽게 확인됩니다. 수평,수직 및 축 방향으로 각 베어링을 측정하십시오. 그림 12 와 같이 테이블 또는 거품 다이어그램에 값을 기록합니다. 베어링에서 각 구성 요소 및 커플 링을 통해 베어링까지 수평 단계를 비교하십시오. 수직 및 축 데이터를 사용하여 비교를 반복하십시오. 좋은 줄맞춤은 방위 사이 또는 연결의 맞은편에 실질적 위상 이동을 보여주지 않을 것입니다. 그림 12 의 기계는 반경 방향으로 커플링을 가로질러 180 도 위상 편이를 갖습니다. 축 방향은 기계의 맞은편에 에서 단계 입니다. 데이터는 병렬(오프셋)샤프트 오정렬을 나타냅니다.

그림 12. 위상 데이터는 병렬 샤프트 오정렬을 나타냅니다.

외경은 정상 작동 중에 회전 장비 및 구조물의 움직임을 분석하는 데 사용되는 측정 기술입니다. 컴퓨터 생성 모델은 위상 및 크기 데이터 또는 동시에 측정된 시간 파형으로 애니메이션됩니다. 애니메이션은 시각적으로 분석되어 문제를 진단합니다. 공진 테스트는 느슨 함,부드러운 발,깨진 용접,오정렬,불균형,공진으로 인한 굽힘 또는 비틀림,구조적 약점 및 기초 문제와 같은 다양한 기계적 결함 및 공진 문제를 식별 할 수 있습니다.

그림 13 은 3 개의 직접 결합 샤프트로 이루어진 단순한 외경이다. 위상 및 크기는 영구적으로 장착 된 엑스 과 와이 변위 프로브 터빈 발전기에. 표에 나열된 값은 고압 및 저압 터빈 샤프트와 발전기 샤프트의 스틱 그림을 애니메이션하는 데 사용됩니다. 표의 오른쪽 그림은 각 샤프트의 진동 패턴과 분당 3,600 사이클(회전 속도)의 샤프트 사이의 상대 운동을 보여주는 오드 애니메이션에서 캡처 한 것입니다.

그림 13. 샤프트 작동 편향 모양

기초의 열화,느슨 함,지지 구조의 공명 및 기계 베어링 아래에서 발생하는 기타 문제로 인해 많은 기계가 진동합니다. 위상 연구에는 기계 및 기초 전체에서 측정 된 수백 개의 테스트 포인트가 포함될 수 있습니다. 많은 수의 테스트 지점에서 위상 및 크기 데이터를 쉽게 분석 할 수 있습니다. 외경 검사 분석에는 움직이는 기계의 관찰 및 해석이 포함됩니다. 도 14 는 수직 펌프의 구조 도면이다.

그림 14. 수직 펌프 작동 편향 형상 구조 도면

결론
조건 기반 진동 테스트는 신뢰성 기반 유지 보수 프로그램의 중요한 구성 요소입니다. 진동 센서,계측기 및 소프트웨어는 기계 상태에 대한 주요 정보를 제공 할 수 있습니다. 체인의 약한 링크는 분석가가 데이터를 해석하고 문제를 정확하게 진단하며 시정 조치를 권장 할 때까지 오류를 추세화하는 능력입니다. 위상 분석은 매우 강력한 진단 도구입니다. 모든 진동 분석가는 진동 분석 정확도를 향상시키기 위해 위상을 사용해야합니다.

저자에 관하여:
토니 데마 테오 4 배 진단 유한회사,컨설팅 서비스,진단 측정,분석,운영 편향 형상 테스트 및 모달 분석 멘토링 및 교육을 제공하는 서비스 및 교육 회사와 진동 분석 및 기술 교육 강사입니다. 그는 585-293-3234 에 도달 될 수 있다 또는 www.4xdiagnostics.com.