다수의 공장이 여전히 ‘고장 날 때까지 가동’ 하는 유지보수 전략으로 운영되고 있습니다. 이 전략에서는 기계가 고장 날 때까지 아무런 조치도 취하지 않습니다. 유지보수 직원은 한 참사에서 다른 참사 현장으로 달려가기 바쁩니다. 이 전략은 유지보수 비용과 생산 손실이 높습니다.
또한, 일부 회사는 예방적 또는 날짜 기반 유지보수 전략으로 전환했습니다. 이 경우, 장비의 실제 상태에 관계없이 작업이 예약됩니다. 이러한 접근 방식을 사용하면 고장 없는 기계를 불필요하게 수리하게 되어 유지보수 비용이 증가할 수 있습니다.
지난 30년 동안 미국 해군과 포춘(Fortune)지 선정 500대 기업들이 예방적 유지보수에서 상태 기반 유지보수로 전환했습니다. 상태 기반 유지보수를 사용하면 진동 분석과 같은 방법으로 기계를 측정하므로 기계의 상태를 파악하기 위해 기계를 일일이 분해할 필요가 없습니다. 기계 상태 오류가 발생하면 너무 늦지도 않고 너무 이른 일도 아닌 필요할 때 수리가 예약됩니다.
기계 상태의 초기 지표
기계 상태를 측정하고 진단하는 데에는 여러 기술이 사용됩니다. 가장 중요한 두 가지는 진동 테스트와 적외선 열화상 촬영입니다. 이 그래프는 먼저 진동 테스트를 실시한 다음, 적외선 열화상 촬영을 통해 변화를 감지하는 방법을 보여줍니다. 뒤늦게 기계 고장이 발생하기 직전에야 이상 소음을 듣거나 열을 느낄 수 있습니다.
초기 진동 테스트의 이점은 다음과 같습니다.
- 예측 가능성. 유지보수 직원에게 필요한 수리 일정을 세우고 필요한 부품을 확보할 시간을 줍니다.
- 안전. 위험한 상황이 발생하기 전에 결함이 있는 장비를 오프라인으로 전환합니다.
- 수익. 예상치 못한 심각한 고장 발생을 감소시켜 생산 중단으로 인한 수익 감소를 방지할 수 있습니다.
- 유지보수 간격 증가. 장비 수명을 연장하고 필요에 따라 유지보수 일정을 예약합니다.
- 신뢰성. 고장이 발생하기 전에 문제 영역을 예상할 수 있으므로 예상치 못하거나 치명적인 고장이 적게 발생합니다.
- 마음의 평화. 유지 관리 일정, 예산 책정 및 예상 생산성에 대한 확신을 얻으십시오.
진동 테스트의 기능적 구조
변환기(transducer)는 베어링 위치에서 진동 신호를 찾아내어 데이터 수집 장치로 전송합니다. 진동 테스트의 기능적 구조와 관련하여 유의해야 할 몇 가지 중요한 사항은 다음과 같습니다.
- 모든 회전 장비는 고유한 진동 신호 또는 특징을 만듭니다.
- 이러한 고유한 신호는 일반적으로 시간(x축)에 따라 표시되는 신호의 진폭(y축)과 함께 직렬로 캡처됩니다. 이를 시간 파형이라고 합니다.
- 파형에는 측정 시점의 기계에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 진동은 회전축, 인접한 기계, 기초(foundation), 소음, 회전 부품, 구조적 공명, 유동 난류 및 기타 원인에서 발생합니다.
- 그러나, 다양한 이벤트의 패턴이 중첩되고 함께 뒤섞입니다. 한 진동 신호를 다른 진동 신호와 분리 및 격리하는 것은 복잡합니다.
- 데이터 수집기에서 수행되는 주파수 분석은 파형을 특정한 반복 패턴으로 단순화합니다. 고속 푸리에 변환(FFT)은 개별 진동 신호를 분리하기 위해 진동 테스트 도구에 의해 수행되는 수학적 알고리즘입니다.
- 스펙트럼은 이러한 개별 신호를 각각 주파수(x축)에 대해 진폭(y축)을 나타낸 것입니다.
이를 3단계 프로세스로 간소화할 수 있습니다.
- 기계의 소스 구성 요소와 관련된 진동 피크를 식별합니다.
- 진동 규칙에 따라 데이터에서 패턴을 찾습니다.
- 진동 피크의 진폭을 측정하여 결함의 심각도를 결정합니다.
결함과 심각도가 확인되면 수리를 권장하고 작업 지시를 할 수 있습니다.
베어링 결함 및 고장
SKF 그룹은 한 연구에서 30개의 동일한 베어링의 수명을 추적한 결과, 베어링 간 수명이 크게 다르다는 사실을 확인하였습니다. 따라서, 날짜 기반 유지보수 프로그램을 효과적으로 사용할 수 없습니다.
또 다른 연구에 따르면 베어링 결함이 기계적 결함의 60% 이상을 차지할 수 있는 것으로 나타났습니다. 베어링은 기계적 문제의 주요 원인이지만, 때때로 베어링 결함은 불균형과 같은 별개의 근본적인 문제로 인해 발생하기도 합니다. 일부 고객은 몇 개월에 한번씩 베어링을 교체하다가 기계의 균형을 맞추고 정렬하는 방법을 배웁니다. 그러면 베어링은 몇 년 동안 지속됩니다. 베어링 고장의 이유는 다음과 같습니다.
- 절연 불량
- 윤활 불량
- 오염
- 마모 피로
- 기타 오류
롤링 요소(rolling-element) 베어링이라고도 하는 롤러 베어링은 두 부품 사이에 둥근 요소를 배치하여 하중을 전달합니다. 오늘날 대부분의 기계에는 롤러 베어링이 있습니다.
롤러 베어링 결함 분석
베어링 주파수는 비동기식입니다. 볼, 케이지 및 레이스의 기하학은 다른 속도로 나타납니다. 이 속도는 샤프트 속도의 배수가 아닙니다. 대부분의 경우, 비동기 피크는 롤러 베어링 때문입니다. 대부분의 진동 프로그램은 다음과 같은 베어링 주파수를 사용합니다.
- 내부 레이스
- 외부 레이스
- 케이지
- 볼 스핀
그래프에 베어링 결함이 있는 데이터의 예가 나와 있습니다. 샤프트의 진동 피크는 샤프트 속도(1,775RPM)의 1배입니다. 4개의 펌프 임펠러 베인(impeller vane)과 7개의 모터 냉각 팬 블레이드가 시스템 내에 있습니다. 샤프트 속도의 3.56배에서 큰 진동 피크가 발생합니다. 3.56개의 팬 블레이드 또는 3.56개의 펌프 베인이 있을 수 없습니다.
베어링 마모의 9단계
장비 결함에는 4,700가지 이상의 규칙 패턴이 있습니다. 이러한 규칙은 회전하는 기계에서 볼 수 있는 패턴 분석을 기반으로 하며 Fluke 810 진동계의 진단 분석 알고리즘에 내장되어 있습니다. 가장 일반적인 결함은 불균형, 정렬 불량, 느슨함, 베어링 고장입니다. 아래 9단계는 베어링 마모 진행에 따른 패턴 변화를 보여줍니다.
기존 베어링 분석
진동 분석가는 불량 베어링을 어떻게 발견합니까? 분석가는 먼저 복잡한 파형을 살펴봅니다. 이를 수행하려면 파형 분석에 대한 수년간의 훈련과 수년간의 경험이 필요합니다.
또 다른 기법이 있지만, 시간이 많이 걸립니다. 베어링 제조업체에 문의하여 베어링 주파수 표를 받는 것입니다. 그런 다음 주파수를 대입하여 데이터에서 찾은 비동기 피크와 일치하는지 확인할 수 있습니다. 일치하면 베어링 결함을 발견한 것입니다. 일치하지 않으면 예상과 다른 베어링이 있을 수 있습니다.
이 경우, 누군가가 유지보수 기록을 업데이트하지 않고 베어링을 다른 제조사의 베어링으로 교체했는지 여부를 판단합니다.
펜형 진동계, 미터 및 테스터
진동계를 사용하면 특정 변수 외에도 전체 진동을 측정할 수 있습니다. Fluke 805 진동미터에는 사용자 편차(힘 또는 각도)를 보상하는 진동 및 힘 센서 팁이 결합되어 정확하고 반복 가능한 정밀한 판독값을 제공합니다. 이 미터는 이해하기 쉬운 문구로 된 알림 기능(양호, 만족, 불만족, 허용 불가)를 사용하여 베어링 상태 및 전체 진동을 계산하는 4단계 심각도 척도와 온보드 프로세서를 갖추고 있습니다. 이 센서는 대부분의 기계 및 부품 유형을 포함하는 광범위한 주파수(10~1,000Hz 및 4,000~20,000Hz)를 읽을 수 있습니다. 805의 간단한 사용자 인터페이스는 필요한 사전 사용자 입력을 RPM 범위 및 장비 유형으로 최소화합니다. 이를 통해 일선 유지보수 담당자와 운영자는 어떤 장비가 정상이고 어떤 장비가 추가적인 문제 해결이 필요한지 결정할 수 있는 선별 기준을 제공합니다.
앞서 설명한 바와 같이 고급 진동 테스트 도구인 Fluke 810 진동계에는 실제 측정 경험 데이터베이스를 누적한 진단 알고리즘 엔진이 있습니다.