10. 울림 진동

Beat Vibration

 

울림 진동은 2개의 주파수가 서로 근접하여 있거나, 단일 주파수에서 진폭과 주파수가 연속적으로 변화할 때 발생할 수 있다. 종종 “울림 진동”은 둘 또는 그 이상의 정상상태의 진동 원인에 의해 서로 근접된 주파수를 생성할 때 발생된다.

예를 들면, 동일한 기초 위에 놓여진 2개의 송풍기가 거의 동일한 속도로 운전중일 경우, 감지될 수 있는 울림 진동이 발생된다. 예를 들어 2개의 송풍기가 각각 900 rpm과 950 rpm로 운전되면, 50 rpm의 울림 진동수 (Beat Frequency)가 발생할 것이다. 2개의 거의 동일한 주파수를 분리 관찰하기에 불충분한 해상도의 분석기를 통해 관찰하면 상․하로 맥동하는 하나의 Peak를 발견할 수 있다. 예를 들어 기기의 최대 주파수가 60,000 cpm(150 cpm의 해상도)으로 설정되었다면, 분석기는 900 cpm에서 한 개의 Peak를 나타낼 것이다. 이것을 “실시간(Real-Time)”으로 관찰하면, Peak값이 맥동하는 것을 알 수 있다. 화상확대(Zoom)기능을 이용하여 900 cpm에서의 주파수를 확대하여 보면 2개의 개별적인 Peak값으로 분해할 수 있다. 또한, 낮은 주파수역의 지진계식 진동변환기를 사용하여 50 cpm의 울림 진동수(Beat Frequency)를 감지할 수 있다.

가청 울림 진동수는 고정자 또는 회전자에 문제가 있는 유도 전동기에서 종종 발견된다. 이와 같은 경우, 운전속도의 조화성분은 종종 전력계통 주파수의 2배 부근에서 발생하여 울림을 일으킨다. 예를 들어 3,580 cpm 전동기의 주파수가 편심된 회전자로 인해 7,200 cpm으로 되면, 그 전동기의 7,160 cpm의 2차 운전속도 조화성분은 2×Line Frequency(7,200 cpm)와 함께 울림 진동을 일으키며, 40 cpm의 울림 진동수를 발생한다.

그림 10-45는 울림 진동수에 대해 보여주고 있다. 그림의 상단부에 2개의 개별적인 주파수에 대한 시간에 따른 파형이 나타나 있다. 주파수가 각각 조금씩 다르듯이 파형도 조금 다르다는 점에 주목하여야 한다. 주기적으로 각각의 파형은 서로 동일한 위상일 때 동시에 Peak값을 갖는다. 이 점에서 이 두 파형은 서로 가산되어 울림 진동수의 시간파형은 그림 하단부에서 볼 수 있듯이 최대의 진폭을 갖게 된다. 상단부의 그림에서의 다른 시간영역에서 180˚의 위상차를 갖는 두 주파수의 파형은 서로를 상쇄한다는 점에 주의한다. 하단부 파형에서 이 점에 해당하는 위치의 진폭이 거의 0에 근접하는 것을 볼 수 있다. 이런 이유로 울림 진동이 발생할 때 맥동하는 소음과 진동을 감지할 수 있는 것이다. 사실상, 하단부의 파형은 2개의 주파수에 의해 생성된 울림 진동수 FB이다. 그림에서 볼 수 있듯이 울림 진동 주파수 FB는 두개의 주파수의 차 (F1-F2) 이다.

그림 10-45 울림 진동수의 모양

 

그림 10-46은 실제 기계에서의 울림 진동을 보여주고 있다. 이 스펙트럼은 그 출력이 긴 Jackshaft에 전달되는 커다란 기어박스에서 취해졌다. 구동 전동기로부터 기어 박스에 전달되는 입력은 1477 rpm이었고 Jackshaft로의 출력은 1395 rpm 이었다 (단지 82 cpm의 차). 주파수역을 더 크게 하여 관찰하면 2개의 개별적인 첨두 주파수가 하나로 결합되어 크게 맥동하는 것을 볼 수 있다. 그림 10-47은 구동 전동기의 높은 운전속도와 Jackshaft의 낮은 운전속도의 차이에 의한 울림 진동수를 보여주고 있다.

그림 10-46 구동 전동기 (FB, F1, F2는 그림 10-45의 시간파형에서 취한 것임)

 

그림 10-47 울림 진동에 의한 Jackshaft 및 전동기 속도 주파수에서의 진동

 

울림 진동수 자체가 문제되는 것은 아니다. 그러나 이것으로 인해 기계의 Balancing 작업이 매우 힘들어지며 특히 Strobe Light 기기를 사용할 경우 더욱 힘들어지게 된다. 울림이 발생하면 Strobe Light 이미지가 울림 진동수에서 연속적으로 회전하게 된다. 이 경우 위상 측정이 불가능해지므로 어떤 종류의 Balancing 작업도 수행할 수 없게 된다.

다른 경우로서 두 대의 기계중 한대만 운전중일때는 엄격한 조건의 진동 한계내에서 운전될 수 있으나 두 대가 동시에 운전되면 두 기계의 진동상태는 경보치 이상이 될 수 있다. 이 경우 한가지 해결방안은 한 대 또는 두 대의 기계속도를 변화시켜 울림을 방지하여야 한다. 또 다른 해결방안은 각 기계의 하단부에 진동절연 물질을 설치하여 서로에게 영향을 주는 것을 막아야 한다. 일반적으로 맥동하는 울림 진동수에 의한 진동을 방지하기 위해 서로간의 가진 주파수의 차가 최소한 10% 이상이 되도록 유지하는 것도 좋은 방안이 될 수 있다. 어떤 경우든, 그 차가 150에서 200 cpm 이내의 주파수차에 의한 울림은 문제가 되지 않는다.

그림 10-48 울림 진동수의 발생

 

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