PC420V Series LPS 센서 적용.pub

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1 PC420V Series LPS 센서적용 21 Firstfield Road, Gaithersburg, MD USA T (1) F (1) E 인코시스 경기도성남시분당구구미동 18 시그마2빌딩 C동 314호전화 : 031) 팩스 : 031) 전자메일 :

2 1. 개요 4-20mA 출력을제공하는진동센서를사용하여공장의설비관리자들은 PLC 또는 DCS에서직접적으로진동크기를알수있습니다. 이러한적용방법은설비관리자들이전체진동크기에대한경향데이터를공정데이터와직접적으로취급할수있도록합니다. 또한, 관리자들은특정기계에대해상태에근거하여정비계획을수립하는데도움을줍니다. 그러나다른공정관련데이터, 예를들어, 온도, 압력, 유량등의데이터로만은설비의상태를판단하기에는부족하며, 진동을포함하는것을권고드립니다. ISO 표준에는각기계종류별로진동경보치설정방법을명시하고있습니다. 윌콕슨사의 Loop Powered Sensors ( 이하 LPS ) 는 4-20mA 출력용변환기를센서에내장하고있습니다. 제품을주문할때최대값, 주파수범위, 필터설정등을명시할수있어기계별로최적의감시상태를구현할수있습니다. 표준진동측정방법이나상태평가기법을이용하여어떤상태의기계라도최적의감시범위를추정할수있습니다. 이러한적용방법은진동상태에근거하여개별설비의상태를평가할수있도록합니다. 본문서에서는 ISO 규격에부합하는 4-20mA 출력센서선택방법, 정확한설치방법및경보치설정에대해고찰할것입니다. 본문서에서는기계의진동문제를분석하는세부적인절차를언급하는것은아닙니다. 진동을이용하여설비의상태를분석하는것은다른여러가지문서들을활용하시기바랍니다. 윌콕슨사의홈페이지에서도여러종류의문서를찾을수있습니다. 2. 기계진동기계에서발생하는진동은무엇입니까? 왜기계들은진동을하는것일까요? 모든진동을이용한설비관리또는예지보전에서는이러한매우어려운질문들로접근을시작합니다. 물론여기에는중요한이유들이존재합니다. 만약이러한중요한의미가존재하지않거나진동의원인이없다면진동을감시하거나측정하여분석할이유가없습니다. 진동을측정하고그경향데이터를분석함으로써얻을수있는장점이있습니다. vi bra tion, noun (1655) 1a : a periodic motion of the particles of an elastic body or medium in alternately opposite directions from the position of equilibrium when that equilibrium has been disturbed (as when a stretched cord produces musical tones or particles of air transmit sounds to the ear) b : the action of vibrating : the state of being vibrated or in vibratory motion: as (1) : OSCILLATION (2) : a quivering or trembling motion : QUIVER 오른쪽그림에서와같이, 힘이기초에작용하고스프링을통해질량에전달됩니다. 만약질량을자동차로가정하면, 스프링은자동차의서스펜션이될것입니다. 작용하는힘은타이어를통해전달되는노면의굴곡이될것이며, 이는도로위를달리는자동차로묘사될수있습니다. 대부분의사람들은이러한비유를쉽게이해할수있습니다. 포장도로상의과속방지턱은자동차를진동하게할수있으며, 다양한노면의상태또한진동상태를변경시킬수있습니다. 대부분의기계들은항상진동을발생시키는데이유는모터의회전자또는기계의회전축은불균형력을내재하고있기때문입니다. 불균형력은우측그림상에서단순한스프링-질량시스템에편심을가진캠과같이힘을작용합니다. 1차적인불균형력은사인파형태의진동을만들어낼것입니다. 회전축은베어링에의해고정됩니다. 기계의회전축은회전하므로회전하는속도에비례하여반복적으로작용합니다. 이러한반복적인진동은 주기 를가지며, 이에대한관심이필요합니다. 기계의베어링도회전축의진동을기계의기초로전달할때, 스프링-질량시스템과같이동작합니다. 베어링은일정한크기의강성을가지고있고축의움직임을허용하고있습니다. 회전축의힘은불균형력에의해생성되며, 베어링하우징을통해 첫번째질문에대한답으로대부분진동에대한정의가될수있습니다. 다음은 Merriam-Webster Collegiate Dictionary에수록된정의입니다. 2

3 PC402V Series LPS 센서적용 전달됩니다. 결과적으로기계의케이싱에설치된진동센서를통해회전체에서발생된진동을간접적으로측정할있습니다. 측정된진동신호를오실로스코프나스펙트럼분석기를통해관측해보면사인파형으로나타나는것을알수있습니다. 결론적으로, 모든기계가진동하는원인은회전축에내재된불균형력에기인합니다. 불균형력은원심력으로변환되고베어링으로전달됩니다. 베어링은이러한힘을움직임으로변환하는데그이유는베어링하우징과지지구조물상에서강성을가지고있기때문입니다. 최종적인움직임은지진계식센서를통해측정될수있습니다. 물론다른기계구성요소또는조립과관련된요인도있을수있으며, 다음과같은요인이있습니다. 축의오정렬 기계의내부오정렬 베어링마멸 베어링부품손상 회전자와공극문제 기어손상 커플링손상 기계적이완 벨트구동문제등상기의기계문제목록이전체를나타내지는못하지만진동감시와분석을통해발견할수있는일부기계문제를명시합니다. 진동감시체제를도입한대부분의공장은불시정지에의한생산손실최소화, 유지 / 보수비용절감및설비가용성향상에대한결과를도출하였습니다. 3. 공정용 4-20mA 전원공급형센서공정용센서들은통상 4-20mA 장치로인식됩니다. 왜그럴까요? 다른전류출력이나전압과같은신호를사용하지않을까요? 여기에는상당히많은이유와긴역사를가지고있습니다. 가장단순한답으로는 VHS 방식과 Beta 방식의비디오형식이될수있습니다. 4-20mA 센서는대부분의경우에적용하는데문제가없습니다. 이것이가장단순한답변이될수있을것입니다. 일반적으로센서는전압과전류형태로동작할수있습니다. 전압신호전송을사용하는경우 Stray Electro-Magnetic Interference, EMI 에대한상당한 고려가필요합니다. 전기장과자기장은근접한두전선사이에서서로영향을미칩니다. 두가닥의전선을꼬아서사용하는경우, EMI 효과가양쪽케이블에동일하게발생하여현상을완화시킬수있습니다. 두전선에발생하는영향이동일하므로상호간의전위차는거의 0으로나타납니다. 차폐를시킬경우전자기장의영향은매우감소될수있습니다. 그러나이러한방법을사용하더라도그영향을감소시키는것이지제거할수는없습니다. 대형전동기는전류서지를생성하며, 강한전기장을형성합니다. 전원공급용장치들도이러한현상을발생시킵니다. 센서가전류방식의신호전송을사용하면, EMI에의한현상을효과적으로제거할수있습니다. 쌍을이룬케이블이 EMI 필더내에서상당한전압을생성하지만전류를생성하는것은매우어렵습니다. 이런이유로, 전류신호전송방식의센서는전기적노이즈가최소화되어야하는환경에서선호됩니다. 회로내에서접촉과관련된문제가있는경우접촉저항은변경되고전압에근거한회로들은심각한노이즈문제에직면하게됩니다. 그러나전류에근거한회로들은저항변화에그다지민감하지않습니다. 0-1 Volt, 0-5 Volt, 0-10 Volt 또는 1-5Volt 전압범위는전압에근거한센서들이사용합니다. 전류에근거한센서들은 0-20mA, 4-20mA 및 10-50mA를사용합니다. 전압신호전송방식의센서들은노이즈에매우민감함으로장거리신호전송에는사용되지않습니다. 단거리신호전송과노이즈에대한완벽한대책을가지경우에는전압방식의센서를사용할수있습니다. 장거리케이블포설은자체적으로노이즈를생성하는장치로동작합니다. 전류신호전송방식은더긴거리까지신호를전송할수있습니다. 이유는폐회로내에서의전류는전기적인장비에대해서만영향을받기때문입니다. 0-20mA 출력을사용하는센서는전원을분리하여사용하여야합니다. 만약 0 신호출력을나타낼때 0mA 전류를의미함으로전원을다른장치에서공급하여야합니다. 4-20mA나 10-50mA 회로는 0 신호출력을나타낼때더작은전류를소모함으로회로가이를인지할수있습니다. 센서가 3mA 이하로동작할수있다면, Residual 폐회로구성으로동작할수있습니다. 센서로공급되는어떤전압이가능하지만, 24V DC가거의표준으로사용됩니다. 그이유는무엇일까요? 몇년전직류전원은교류전원에비해위험한것이확인되었습니다. 토마스에디슨은직류전원을고유의 3

4 안전성을가진것으로생각하는옹호자였습니다. 사실, 에디슨은최초로교류를전원으로하는사형용전기의자를고안한사람입니다. 직류를전원으로사용하고자하는주장을위해교류의위험성을알리는이장치는활용되었습니다. 그러나실제적으로교류전원은발전과송배전분야에서표준으로채택되었습니다. 직류전압이 50Volt를초과하거나교류가 30Volt RMS를초과하는경우생명에위협이될수있습니다. 예를들어, 일반적인전화기는 50V DC보다약간낮은전압이교환기로부터공급됩니다. 수화기를들었을때약 48V DC 가전화선에인가됩니다. 대부분의사람들은이러한전화가방폭지역에설치되는것을간과하는경향이있습니다. 직류전원으로동작하는회로가축전지로부터전원을공급받으면서빈번히동작한다면점점충전됩니다. 납축전지는셀전압을가지고있는데통상 2Volt입니다. 자동차용이나선박용납축전지는 6, 12, 24 Volt로여러가지입니다. 직류를공급하는납축전지의최대전압은 24V DC입니다. 결과적으로전압으로사용되는 24V DC가위험하지않는회로를구성하는데사용됩니다. 측정범위가중요한장치에서는 10-50mA 장치가 4-20mA 장치보다더넓은측정범위를제공합니다. 그런데왜 4-20mA 가 10-50mA 출력을제공하는장치보다더많이사용되었을까요? 이에대한답은각회로를구성하는데서찾을수있습니다. 아날로그나디지털시스템을사용할때, 측정값으로전압을사용하는것이필수적입니다. 아날로그측정기는전압에대해저항을연결한후전류를측정합니다. 오옴의법칙을적용하면전력은전류의제곱에전압을곱하여구할수있습니다. (P=I 2 R) 또한, 전압은전류에저항을곱하여구할수있습니다. (V=IR) 측정시스템에서최대 5V DC 입력을가지는아날로그장치나디지털시스템을사용하는경우, 5V DC에대한전압을전류로변환하여야합니다. 오옴의법칙을적용하여 20mA에대해서는 250ohm을, 50mA에대해서는 100ohm을사용합니다. 그러나저항에서의전력손실을고려해보면 250ohm의경우에는 0.1watt, 100ohm의경우에는 0.25watt가필요합니다. 4-20mA 신호전송에사용되는 250ohm 저항은 1/4watt 저항이될수있으나 10-50mA에사용되는 100ohm 저항은 1watt 저항이됩니다. 이러한전력소모는최대치의 2 배이상이사용되고더많은열을발생시킵니다. 또한, 10-50mA 용센서의전원공급장치는 4-20mA 용시스템보다최대 2배의전류를소모합니다. 상기와같은이유로 4-20mA 전류폐회로가사실상 4 산업용표준이되었습니다. 이것은어떤기구에서표준으로명시한것이아닙니다. 이것은상당히긴시간개발되었고많은사용자들이사용함으로써최적화되었고장치비와설치비는최소화되었습니다. 24V DC를폐회로전원으로사용한것도안전과방폭에대한고려로실제적인표준으로자리매김하였습니다. 4. 국제표준기구 [International Standards Organization, ISO :1995(E)] 국제표준기구에서는 ISO 10816, 기계진동 비회전부에서의측정에의한기계진동의평가 를제정하였습니다. 이것은다년간의경험을근거로하여기계진동전문가에의해작성되었습니다. ISO 은기계의외함에서측정한진동에만국한되어있습니다. ISO 10816은기존의진동규격인 ISO 2372와 VDI 2056 을대체합니다. 모든규격은회전기계의감시에서얻었던경험에근간을두고있습니다. 현재표준인 ISO 10816은진동평가영역, 기계의크기및기계의설치방법등에근거하여정의되었습니다. 진동평가영역은기계의외함에서측정된진동을심각도로분류하는데사용합니다. 기계진동의측정은통상기계상태평가에대한기준으로속도를사용합니다. 경험적으로나이론적으로속도는외함에서측정하는방법론을사용할때회전기계의상태를나타내는데가장효과적입니다. ISO :1995(E) 5.3.1에는다음과같이명시되어있습니다. Zone A: The vibration of newly commissioned machines would normally fall within this zone. Zone B: Machines with vibration within this zone are normally considered acceptable for unrestricted long-term operation. Zone C: Machines with vibration within this zone are normally considered unsatisfactory for long term continuous operation. Generally, the machine may be operated for a limited period in this condition until a suitable opportunity arises for remedial action. Zone D: Vibration values within this zone are normally considered to be of sufficient severity to cause damage to the machine. 각영역에대한의미는다음과같이해석될수있습니다.

5 PC402V Series LPS 센서적용 Zone A Good Zone B Acceptable Zone C Unsatisfactory Zone D Unacceptable 기계의크기에따라구분될수있으며, 설치조건에따라서도구분됩니다. 경험과이론적으로작은기계는일반적으로더낮은진동수준을가져야합니다. 회전체가가볍고더작은불균형력을생성합니다. 결과적으로작은기계는큰기계에비해더낮은진동허용치를가집니다. Class I Individual parts of engines and machines, integrally connected to the complete machine in its normal operating condition. (Production electrical motors of up to 15 kw are typical of machines in this category.) Class II Medium-sized machines (typically electrical motors with 15 kw to 75 kw output) without special foundations, rigidly mounted engines or machines (up to 300 kw) on special foundations. Class III Large prime-movers and other large machines with rotating masses mounted on rigid and heavy foundations which are relatively stiff in the direction of vibration measurements. Class IV Large prime-movers and other large machines with rotating masses mounted on foundations which are relatively soft in the direction of vibration measurements (for example, turbo generator sets and gas turbines with outputs greater than 10 MW). 이러한평가영역및기계의종류를종합하여, ISO 은일반적인진동허용치에대한도표를정의하였습니다. 왼쪽행은허용치와관련된진동수준을나타냅니다. ISO 은 mm/s 단위에대해서는, 실효치 (r.m.s) 값을전체진동구간에대해사용합니다. 괄호로표시된부분입니다. 일반적으로 in/sec, peak 도명시되어있습니다. in/sec, peak 단위는미국에서진동측정및평가에일반적으로사용되는단위입니다. Table I에서주어진값은전체진동수준을나타냅니다. 그러나전체진동수준은특정주파수범위에서측정되어야합니다. ISO 에서는이에대한지침도제공하고있습니다. ISO :1995(E) 3.1.1에다음과같이기술되어있습니다. The frequency range of vibration shall be broad band, so that the frequency spectrum of the machine is adequately covered. The frequency range will depend on the type of machine being considered (e.g. the frequency range necessary to assess the integrity of rolling element bearings should include frequencies higher than those on machines with fluid film bearings only). Guidelines for instrumentation frequency ranges for specific machine classes will be given in the appropriate parts of ISO NOTE 1 In the past, vibration severity was often related to broad-band vibration velocity [mm/s (r.m.s.)] in the range 10 Hz to Hz. However, different frequency ranges and measurement quantities may apply for different machine types. 주파수범위에대한지침은진동측정의역사를통해정해졌습니다. IRD 544 진동측정기는초기에지진계식속도센서를이용하여진동을측정하는데많이사용되었습니다. 지진계식속도센서는내부에영구자석이있고주변에코일이움직일수있는구조를가지고있어영구자석의자속을자르는속도에비례하여전압출력이발생합니다. 영구자속의자속을자르는속도는진동과도비례함으로진동은출력전압과비례합니다. IRD 544 센서의측정범위는통상 10Hz에서 1,000Hz까지였으며, 측정오차는 ± 10% 였습니다. 5. 기타진동평가기준 대부분의회전기계는축의회전속도에해당하는진동성분을가장많이생성합니다. 축의회전속도는통상 1회전당 1회 혹은 1X 라고칭합니다. 회전수에 2배주파수는 2X, 3배주파수는 3X 등으로칭합니다. 예를들어, 완벽한전동기가부하없이운전되고있을때, 1X 진동만나타날것입니다. 다른주파수성분이발생할수있는요인이없습니다. 1X 진동이발생하는 5

6 것은모터의회전자에존재하는불평형성분을완벽히제거하는것은불가능하기때문입니다. 잔존하고있는불평형성분은항상 1X 진동을생성시킵니다. 기계에구름요소베어링 (Rolling Element, Anti-friction) 이설치된경우에는기계에설치된베어링내에간극이없어야합니다. 구름요소들의마모는간극을증대시킵니다. 베어링간극은축의불균형과조합되어더높은진동을발생시킵니다. 발생되는진동성분은 1X와더불어 2X, 3X 등의성분이조합되어더큰전체진동을발생시킵니다. 또한, 베어링고장과관련된주파수성분이진동에너지에조합되어높은진동을나타내는원인이됩니다. 4-20mA 진동센서는기계의문제를진단하는데이터를제공하도록설계되지않았습니다. 단지전체진동을측정하고그경향을관측할수있도록설계되었습니다. 기계문제는진단전문가에의해분석이필요합니다. 진동분석전문가는전체진동경향이기계에문제가발생하였을정도로심각한경우정밀한분석작업을수행합니다. 기계정비요원또는기계엔지니어들은기계의정비이력과기계특성을잘알고있으므로진동이증가하는원인을분석할수있을것입니다. 5.1 고진동의기계 ISO 규격에서명시한진동크기보다높은진동을나타내는기계에대해서어떤조치를취할수있습니까? ISO 규격에서명시한평가기준에서경계선은 2.5배의비율을가지고있습니다. 즉, A영역 경계치와 B영역 경계치간에는 2.5배라는의미입니다. 예를들어 Class III 기계에대해적용해볼때, Good 영역은 0.1 in/sec이며, Good 과 Acceptable 의경계는 0.25 in/sec 가되며, Acceptable 과 Unsatisfactory 의경계는 0.63 in/sec 가되는식입니다. ISO 표준이좋은지침을제공하지만, 일부기계관리자들은기계분류와경보치를따르지않을것입니다. 또한, 일부기계들은 ISO 규격에서규정한경보치를상회하는진동상태로항상운전되는기계에대해서도마찬가지입니다. 냉각탑내의팬과기어박스가견고하게고정되지않는경우가이러한예가될수있습니다. 견고하지않은기계설치는기계의크기에비해더높은케이싱진동을나타냅니다. 기어박스의지지구조가기어박스의무게에대비하여충분한강성을가지고있는경우라도팬의불균형력에의한흔들림에의해서도발생할수있습니다. 다시말하면, 팬의날개에서발생하는불균형력이기어박스 지지대를흔드는경우에그크기가작을때는특별한조치가필요하지않습니다. 이해할필요가있는한가지점은진동의 기본수준 입니다. 기계들은동일해보일수있으나사람과마찬가지로각각의특성을가지고있고다른진동을나타냅니다. 기계를완벽하게밸런싱을한경우에도서로다른진동을나타냅니다. 심한경우에는그기본크기가 2~3배가될수도있습니다. 진동분석전문가들은이러한현상에대해잘이해하고있습니다. 각기계의진동은개별적인 기본수준 에서부터경향데이터를구축할수있습니다. 이러한 기본수준 은일정기간일정운전조건에서동일하게나타나는경우정비요원들과협의하여그값을결정할수있습니다. ISO 지침이적절한경우나그렇지않은경우나기계관리자들은경보치를설정하여야합니다. 이때, 영역과경계의관계는도움이될것입니다. 각영역간의경계점은 2.5배의관계에있는지침을활용하여진동변화에따른경보치를설정할수있습니다. 예를들어, Class II 기계에서 기본수준 이 0.2 in/ sec로결정되었다고합시다. ISO 규격에서제시한지침보다높은진동을기록하고있는여러가지설치여건과운전조건이있을수있습니다. 그러나이기계는향후몇년간운전되어야하며, 어떤사람도불시에정지되어생산에영향을주기를원하지않을것입니다. 어떤사람도기계의진동이 0.4 in/sec로증가하여기계가정지되는것을원하지않을것입니다. 진동수준이두배로증가하였으나이것이비정상적이거나매우위험한상태를나타내는것은아닙니다. 이러한경우어떤경보치가가장적절할까요? 위에서언급한경계치간의배수관계를적용하여그크기를증가하여결정합니다. 그값을 3으로설정하면기계는 0.6 in/sec가되었을때설비관리자들에게이상유무를알려주어정비를계획하도록합니다. 그러나경보치를결정하는것은경험치와정확한판단이요구되는중요한작업임을유념하여야합니다. 5.2 불필요한경보 4-20mA 진동센서를사용하는기계관리자들은불필요한경보가너무많이발생한다고불평합니다. 여기에는여러가지이유가있을수있습니다. 갑작스런높은진동이발생하였을경우에도이러한현상이발생합니다. 원인으로는신호차폐나접지에이상이발생하거나운전조건의급격한변화가있을수있습니다. 예를들어지게차가기계를건드리거나 6

7 PC402V Series LPS 센서적용 기계가설치된기초근처에충격을주었을경우에짧은시간이지만높은진동이기록됩니다. 이러한현상을최소화할수있는한가지방법으로는진동을평균화하여지시하는것입니다. 그러나많은진동측정치들을평균화하는것은실용적이지못할수도있습니다. 또다른방법은새로측정된값에일정한비율을적용하여기존의평균값에산술적으로더하여평균화하는것입니다. 예를들어, 기존평균치에는 99% 를적용하고새로측정된값에는 1% 를적용하여산술적으로더하면최종값이산출됩니다. 이것은 1% 비중치라고볼수있습니다. 이러한기법은초기에는경보를발생하지않을수있으나 500회이상의데이터측정후에는충분히그결과가변경됩니다. 수렴성을원한다면비중치를 1% 에서 3% 로조정하면됩니다. 이러한경우에는약 100회의측정후에는그값이현재측정값과유사하게조정될수있습니다. 5.3 진동증가비율 ISO 규격은절대진동을측정에대해서만고려되었습니다. 앞서설명된그림에서설명된것과같이기계가 ISO 규격에서명시한것과달리좋지않은경향을나타내는경우도있습니다. ISO 규격에서진동경향이증가하는비율에대해서는고려하지않고단지현재측정치에대해서만고려하고있습니다. 진동경향치의증가비율은기계상태를평가하는데유용한정보가될수있습니다. 다음그림은데이터가경향에어떤영향을미치는지를나타내고있습니다. 아래의두경향은 1% 비중치가적용된것으로급격한경향변화가발생하지않지만실제진동과유사한경향을나타냅니다. 위쪽의두경향은실측치를경향으로표시한것으로 6개의측정치는경보치를상회하는값으로기록되어있습니다. 기계가기계적인문제를가지고있는경우진동은증가할것입니다. 이러한진동의증가는기계적손상이진행되는것과비례하여나타납니다. 일정기간동안의진동증가비율을관측하면허용된진동경보치까지증가하는데걸리는시간을추정할수있습니다. PLC나 DCS에이러한경향그래프를분석할수있는알고리듬을프로그래밍하면더욱효과적인설비관리가가능합니다. 그러나통상적으로이러한기능은잘사용되지않습니다. 기계의전체진동이 기본수준 의 2배로증가하였을때, 증기비율또한경향화하여감시합니다. 이를통해 기본수준 의 2배에서 3배로증가하는데소요되는기간을산출할수있으며, 추가적인 50% 의상승에대한기간을산출하여확인할수있습니다. 기본수준 의 3배는기설정한경보치에해당합니다. 진동증가비율경향을통해경보치도달기간을산출하고진동의심각성을미리파악할수있습니다. 새로수집된데이터가더많은영향을주고빠른 ISO 에서명시한 Good 과 Unacceptable 의경계는 기본수준 의 6배가됩니다. 전체진동이 3배정도로증가하고지속적으로증가하는상태에있을때, 2배에서 3배로증가하는데 1개월이내가경과하였다면이는즉각적인기계정비를고려하여야합니다. 7

8 진동이 기본수준 의 2배에서 3배로증가하는데걸리시간의 2배이내에서기계의심각한손상을방지하기위해정비작업을실시하는것이좋습니다. 이러한경향분석과경향증가비율에대한고찰은일반적인상식과정확한판단의기준이될수는없습니다. 공장의설비운전과정비에대한책임을맡고있는관리자들은고장이발생한기계에대해어떤작업이수행되어야할것인지를가장잘알고있습니다. PC420V 시리즈센서는설비관리자들이기계의전체진동을감시할수있도록설계되었습니다. 진동경보치의설정과경향증가비율은자동화된감시업무로전환할수있습니다. 6. PC420V 시리즈속도변환기의최대측정범위선정지금까지본지침은 ISO 규격의진동수준과진동증가비율에대해살펴보았습니다. 이점을숙지하고있으면, PC420V 시리즈속도변환기의적절한최대측정범위를선택할수있습니다. 이론적으로다음세가지질문에대해쉽게답변할수있을것입니다. 6.1 정상상태에서의기계에서측정되는진동은얼마입니까? 이값은매우중요한의미를가지는데, 일반진동수준에서아주미세한변화를감지하기에충분한해상도를가지는신뢰성측정치를제공할수있도록하여야합니다. 변환기는일반적인진동치가최대측정범위의 10~20% 범위내에있는것을선정하여야합니다. 예를들어정상상태의기계에서측정되는진동이 0.15 in/sec peak 인경우최대측정범위는 1.0 in/sec peak인제품이최적이될수있습니다. 6.2 최대허용진동치는얼마입니까? 기계제작사에서최대진동허용치를제공한경우, 이값을이용하여 PC420V 시리즈속도변환기의최적측정범위제품을선정하는기준으로사용하여야합니다. 기계제작사에서최대진동허용치를제공하지않은경우에는 ISO 규격에서제시한기준을적용합니다. 예를들어, 200HP의전동기가강성축인경우최대허용진동치는 0.63 in/sec peak입니다. 6.3 최대허용진동치이상에서의경향데이터수집을원하십니까? PC420V 시리즈속도변환기는최대측정치보다더 높은값을측정할수있는능력을가지고있습니다만, 사용자들이더많은범위를원할수도있습니다. 50HP 전동기가날개에균열이발생했던이력이있는송풍기를구동할수있습니다. 균열이발생하였을때, 송풍기의진동은 1 ~ 2 in/sec의진동이관측될수있습니다. 이경우속도변환기의최대측정범위를 2.0 in/sec까지측정할수있도록하여균열이발생한날개의불균형력에대응할수있도록할수있습니다. 만약상기의질문에하나도답변할수없다면, ISO 규격에서제시한값에따라 PC420V 시리즈센서의최대측정범위를선정할수있습니다. 100HP 이하의작은기계에대해서는통상 0.5 in/sec peak의측정범위를갖는변환기가가장적절합니다. 100HP 이상의기계에대해서는 1.0 in/sec peak의측정범위가적절합니다. 특정기계문제와관련된고진동의이력을가진기계에대해서는 2.0 in/sec peak의측정범위를가지는 PC420V 시리즈속도변환기를선택할것을권고드립니다. 7. 측정위치진동측정위치에대한일반적인사항에대해다음과같이기술할수있습니다. 회전요소가구조물과접촉하는모든부위에서진동을측정할것. 변환기가설치된위치에서부가적으로측정되는값은구조물과관련된문제를추정하는데도움이될수있습니다. 예를들어, 회전기계를지지하는구조물의공진현상또는펌프에연결된파이프의공진현상등이있습니다. 일반적인진동센서의설치지침은 ISO :1995 기계진동 비회전부에서의진동측정에의한기계의평가, 파트 1: 일반지침 에기술되어있습니다. 다음은 3.2 측정위치 에기술된지침입니다. Measurements should be taken on the bearings, bearing support housing, or other structural parts which significantly respond to the dynamic forces and characterize the overall vibration of the machine. To define the vibrational behavior at each measuring position, it is necessary to take measurements in three mutually perpendicular directions. The full complement of measurements (at each support and in three mutually perpendicular directions) is generally only required for acceptance testing. The requirement for operational monitoring is usually met by performing one or both measurements in the radial direction (i.e. normally in the horizontaltransverse and/or vertical directions). These can be supplemented by a measurement of axial vibration. The latter is normally of prime significance atthrust 8

9 PC402V Series LPS 센서적용 bearing locations where direct axial dynamic forces are transmitted. 본지침은회전체진동을베어링에서 90 간격을두고반경방향으로 2개소와축방향 1개소를측정하도록명시하고있습니다. 이것은또한대부분의진동분석장치제작사와진동교육과정에서도동일하게권고하고있습니다. 다음도해는각측정위치에서영구적으로진동센서를설치하는경우완벽한설치위치에대한예를나타냅니다. 또한, 기계에설치되는센서가최적의상태될수있도록하는설치표면에대한가공정도를표시하고있습니다. 설치지점에대한표면가공과나사가공용구멍가공은 Wilcoxon 사의 ST101, Spot-face tool 을이용하여동시에가능합니다. ST101은 1.25 인치의센서설치표면가공과동시에 1/4-28 나사산생성용구멍을쉽게가공할수있습니다. 산업용가속도센서의설치와관련된추가적인정보는 Wilcoxon Research Inc. 사의홈페이지에게시된 Technical Note 21, Mounting Considerations 을참고하시기바랍니다. 가장많이가지는의문점중하나는 각베어링에세축모두에대해진동측정센서를설치하는것이반드시필요한가? 하는것입니다. 일반적인답은 아니오 입니다. ISO 문서에서도운영상필요로하는하나또는두방향에대해서센서를설치하는것을허용하고있습니다. 베어링기초에대해표현된다음도해에서, 베어링을지지하고있는구조물은수직방향으로최대의강성을가지고있습니다. 결론적으로, 베어링에서발생되는최대진동을측정하고자한다면수평방향 ( 반경방향 ) 에서최대진동치가측정될것입니다. 이유는수평방향의강성이수직방향의강성보다낮기때문입니다. 일반적으로각베어링당한개의센서가설치되어야한다면지지강성이가장낮은방향으로설치하는것이권고됩니다. 수직펌프와같이, 수직으로고정된설비들은수평방향으로는어느각도로나동일한강성을가집니다. 결과적으로측정치는동일하게나타날것입니다. 그러나이것은기계의구조와밀접한관련이있으므로기계지지구조를검토하여야합니다. 지지구조에서서로동일하지않은경우에는특정방향의진동이더높게측정될것입니다. 이러한경우, 센서는가장강성이약한방향으로설치되어높은진동치를측정할수있도록하는것을권고드립니다. 축방향에대한진동측정에대해서도의문이있을수있습니다. 각베어링위치에서진동을측정하였을경우, 모든위치에서축방향진동도측정하여야하는가? 하는것입니다. 이것이절대적으로필요한것은아니지만, 추력베어링이위치한곳이나축방향부하를받는곳에서최소한개의진동측정을하는 9

10 것을권고드립니다. 특정기계문제는반경방향보다는축방향으로그변화를나타내는경향이있습니다. 이러한진동에너지는축방향부하를받는베어링을통해기계의케이싱에전달되며, 이지점이최적의측정지점이될수있습니다. 진동측정위치에대한또다른지침은기계의실제정비작업을통해서얻을수있습니다. 특정기계또는동일한종류의기계가특정문제를겪었던이력이있다면, 이러한문제를가장잘측정할수있는지점에센서를설치하는것을권고드립니다. 예를들어, 특정모델의펌프에서펌프의구동부측베어링에서지속적인문제가발생하였다면, 구동부측베어링에서반경방향의진동을측정하는것이가장좋은위치가될수있습니다. 한개의센서만설치할수있는경우, 기계의고장을가장잘나타내는위치에설치하는것이최선의선택입니다. 진동분석전문가들이직면하는가장큰두가지문제는얼마나많은센서를어느위치에설치하여야하는것입니다. 일반적인규칙은한개의센서만설치하여야하는경우에는추력베어링에설치하여반경방향과축방향에대한베어링손상을동시에감시하는것입니다. 축방향의진동에너지가더낮게관측되지만분석에서는효과적입니다. 그외에추가적으로센서를어디에설치할것입니까? 최적의센서수량은몇개입니까? 축방향측정이한가지이며, 반경방향이다른한가지입니다. 일반적인한개의구동기와한개의피구동기구조를가진기계는 ( 예, 전동기구동수평펌프 ) 4개의베어링이있으며, 한개는추력베어링역할을합니다. 이러한경우 5개의센서를설치하는것이최적입니다. 예를들어, 도해에표시된모터구동펌프를고려해봅시다. 여기에는모터에 2개, 펌프에 2개로총 4개의베어링이축을지지하고있습니다. 펌프의구동부측베어링은추력베어링역할과반경방향베어링역할을동시에하고있습니다. 이경우, 최적의센서수량은 5 개입니다. 각베어링의수평방향으로 1개씩의센서를설치하고펌프구동부측베어링에축방향으로 1개의센서를설치합니다. 8. 결론진동변환기는산업현장에진동을다른변수와같이 PLC 또는 DCS에서감시할수있도록해줍니다. 진동은유량, 압력또는온도와달리생산공정과직접적인관련을가지고있지않습니다. 진동스크린이나믹서등은직접적인연관이있어일정수준또는직접적으로생산과관련을가지고있습니다. 공장의설비관리자들은어떤수준의진동경보치를설정하여야할지를결정하여야합니다. 기존에수집된진동데이터를통해수용가능하거나경보를발생시켜야하는제한치를얻을수도있습니다. 과거수집된데이터가없는경우에는 ISO 규격을이용하여적절한진동경보치를설정할수있습니다. 이규격은진동경보치를설정함에있어필요한추가적인정보를제공하고있습니다. 본지침서에서는기준수준, 증가비율및데이터가중치등에대해소개하였습니다. ISO 10816을사용하여몇개의센서를설치하고어느위치에설치하여야하는가에대해서도설명하였습니다. 그러나, 진동을감시하여야하고, 어느위치에센서를설치하며, 허용가능한진동수준이얼마이고언제정비작업을수행하여하는지를결정하는것은공장의설비관리자가가져야하는기본적인책무입니다. 본지침은이러한결정에도움을주기위해작성되었으며, 경험많은정비전문가의지식을대체하기위한목적은아닙니다. 운전요원과정비전문가들은관리대상설비들에대해가장좋은상태가어떤것인지잘알고있습니다. 진동감시가관련된어떤상황에서도가장최선의지침은일반적인상식과최선의판단입니다. 10