1.9 전체 진동이란?

What is Overall Vibration

 

전체 진동은 지금까지 논의한 특정 주파수의 진동과는 다르며, 특정 주파수에 관계없이 모든 진동을 합한 것이다. 분석자가 사용하는 전체 진동은 두 종류가 있다. 디지털 전체 레벨과 Analog 전체 레벨이다. Analog 전체 레벨은 사용된 장비와 변환기의 특성에 의해 제약을 받지만 디지털 전체 레벨은 분석자가 설정한 주파수 영역(0~FMAX)에 의해 주로 제약을 받는다. 디지털 전체 레벨에 비해 Analog 전체 레벨의 장점에 대해 이 절에서 논의한다. 먼저 디지털 전체 레벨을 살펴보자.

1.9.1 Digital(Spectral) Overall Level

스펙트럼에서 보여지는 진동은 변환기에 의해 측정된 진동 중에서 주파수 영역 안에 든 것을 모두 합한 것이다. 변환기는 이웃한 기계에서 발생한 진동도 감지하여 진동 스펙트럼에 나타낸다. 변환기가 무엇을 감지하던 간에, 진동원에 와, 스펙트럼의 일부가 되어 전체 진동으로 나타난다.

최신 장비는 장비 내에서 전체 스펙트럼을 자동적으로 계산하거나 주컴퓨터에서 계산한다. 그러나 모든 분석자가 최신 장비를 보유하고 있지는 않다. 오래된 장비나 소프트웨어는 이러한 기능을 갖고 있지 않다. 그렇지만 분석자가 스펙트럼 또는 디지털 전체 레벨을 결정할 수 있는 두 가지 기법이 있다. 하나의 기법은 정확한 수식을 이용하는 것이며 다른 하나는 근사식을 이용한 후에 보정하는 것이다. 그림 6-34는 스펙트럼의 디지털 전체 레벨을 정확하게 계산하는 것을 보여준다. 이것은 “RSS” 레벨로 알려져 있으며 이는 그림 6-34의 식에서 정의되듯이 “Root Sum Square” 레벨을 의미한다.

스펙트럼의 정확한 디지털 전체 진동 레벨을 계산하기 위해서는 각 주파수 Bin의 진폭(Ai)을 취한 후에 제곱 (Ai)2하여 모두 더한다. 이것에 제곱근을 취한 후에 사용된 FFT 윈도우의 잡음인자(Noise Factor)로 나눈다(대부분의 PMP 측정에서는 Hanning 윈도우가 사용되며 이의 잡음인자는 1.5이다). 물론 이것을 400 Line의 스펙트럼에 적용할 경우에는 매우 긴 과정이 된다(3200 Line FFT에 대해서는 더더욱 그러하다). 그러나 이것이 실제 최신 장비에서 자동적으로 계산하는 과정이며, 요즈음 수작업으로는 이러한 계산을 할 필요가 없다.

그림 6-34 Spectrum의 디지털 전체진동 레벨을 계산하는 정확한 식

 

그림 6-35는 전체 진동 스펙트럼을 근사적으로 계산하는 과정과 이 근사가 어떻게 적용되는 지를 설명하는 샘플 스펙트럼을 보여주고 있다. 여기서는 다섯 개의 분리된 주파수 Peak를 스펙트럼의 전체 레벨을 근사적으로 계산하기 위해 묶었다. 그림 6-35는 또한 상태가 나쁜 베어링에서 전체 진동 레벨의 증가는 상태가 악화되었음을 의미하는 것을 보여준다. 기저선 스펙트럼은 베어링 주파수가 0.030 in/sec의 진폭을 갖고 있음을 보여준다. 그러나 4주 후에 베어링 주파수의 Peak가 0.120 in/sec로 증가된 것을 보여준다. Peak는 4배만큼 커졌다. 근사식에 의하여 결정된 전체 진동 레벨에 주의하자. 기저선에서 전체 진동 레벨은 0.435 in/sec이었다. 4주 후에는 계산된 전체 진동이 0.450 in/sec이다. 만약 전체 진동 레벨에만 의존한다면 이와 같이 조금 증가된 값은 경고의 원인이 되지 않는다. 그러나 경고의 원인이 있다. 4주만에 스펙트럼 Peak가 4배 증가하였다! 요점은 계산되었거나 측정된 전체 진동 레벨이 그렇게 크지 않더라도 이것이 스펙트럼 정보의 변화를 적절하게 지시하지 않는다는 것이다. 스펙트럼 Peak나 진폭이 크게 변해도 스펙트럼은 미소한 변화를 보인다.

그림 6-36은 실제 스펙트럼을 이용하여 전체 진동 계산 결과의 예를 보여준다. 계산된 전체 값은 0.161 in/sec이다. 데이터 수집기로 실제 측정한 전체 값은 0.182 in/sec이다. 실제 전체 값은 각 Bin에 포함된 개개의 진폭과 사용자가 정의한 기준선 이상의 peak들을 모두 포함하기 때문에 계산 값보다 항상 크다 (사용자가 정의한 기준선의 예가 그림 6-16에 보인다). 계산된 값에 보정 인자 1.1(실험적으로 결정)을 곱함으로써 보정된 진동이 실제 값에 근사하게 된다(즉 0.161×1.1=0.177 in/sec로서 전체 진동의 실제 값인 0.182 in/sec에 근사하다). 다행히 데이터 수집기와 컴퓨터 소프트웨어는 이러한 모든 계산을 수행하며 이상한 경우에만 사람이 이 계산을 할 필요가 있다.

그림 6-35 Spectrum의 전체 진동 레벨을 근사적으로 계산하는 식

그림 6-36 계략적인 전체 진동의 계산 예

 

1.9.2 Analog Overall Level

오직 디지털(스펙트럼) 전체 진동 레벨만 봄으로써 발생되는 문제의 하나는 중요한 진동이 분석자가 설정한 주파수 영역(0~FMAX) 밖에 놓일 때이다. 예를 들어, 만약 0.60 in/sec의 큰 레벨을 갖는 100,000 cpm의 주파수는 FMAX이 60,000 cpm인 주파수 영역밖에 놓이기 때문에 디지털 전체 레벨에 포함되지 않는다. 이 경우 디지털 전체 레벨은 0.20 in/sec로 계산된다. 이것은 주파수 영역이 120,000 cpm인 경우의 디지털 전체 레벨에 비해 매우 작은 값이다.

이러한 문제를 극복하기 위해 어떤 PMP 시스템은 매우 넓은 고정된 주파수 영역 내의 시간파형을 봄으로써 전체 레벨을 계산한다. 이렇게 하면 분석기에 의해 측정된 전체 레벨은 사용자가 선택한 주파수 영역의 스펙트럼에 전혀 무관하게 된다. 이것이 Analog 전체 레벨이다. 한 예로서 어떤 시스템이 300~3,900,000 cpm(5~65,000 ㎐)의 고정된 주파수 영역 내에서 시간파형을 이용한다고 하자. 위의 예에서(100,000 cpm에 0.60 in/sec의 진폭이 있는 경우), Analog 전체 레벨은 FMAX가 60,000 cpm인 경우의 디지털 전체 레벨에 비해 상당히 커진다. 이러한 이유로 만약 PMP 시스템이 스펙트럼(디지털) 전체 레벨과 Analog 전체 레벨의 Option을 택한다면, Analog 전체 레벨의 Option을 택한다.

Analog 전체 레벨과 디지털 전체 레벨 사이의 값 차이를 비교함으로써 특정한 FMAX보다 큰 스펙트럼 성분이 있는가를 분석자는 결정할 수 있다. 만약 있다면 이 성분을 측정하기 위해 분석자는 FMAX를 크게(아마도 최대값으로) 변화시킬 수 있다. 전체 레벨 측정 시스템을 사용하는 것에 관계없이 스펙트럼은 기계 상태의 실제 변화를 나타내기에 좋은 지시값이다. 전체 레벨은 분석자가 그가 설정한 FMAX가 모든 스펙트럼을 측정할 수 있을 정도의 큰 값인가를 알게 해준다.

 

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