5. 파형 분석

Waveform Analysis

 

비록 진폭 대 주파수(스펙트럼) 특성에 의한 진동분석이 기계 진동문제 해결에 유용하지만 때로는 특별한 운전조건에서 운전되는 기계의 결함을 진단하고 운동특성(Dynamic Behavior)을 연구하기 위한 또 다른 정보가 필요한데, 그림 7-24와 같이 오실로스코프에 나타나는 진동의 파형을 관찰하는 것이 도움이 된다. 파형의 수직축은 진폭이고 수평축은 시간을 나타낸다.

기계에서 발생하는 진동파형을 Oscilloscope에서 관찰하면 많은 기계의 문제점들을 확인할 수 있다. 예를 들면 불평형 및 Misalignment시 정상적인 파형은 그림 7-24a와 같이 정현파를 발생한다. 마찬가지로 기계적 이완, Oil Whirl 및 구름 베어링의 손상시는 그림 7-24 b, c, d와 같은 진동 파형이 생긴다. Oscilloscope의 또 다른 용도로는 충격 또는 과도상태 진동을 측정하는데 사용된다.

Scratch가 발생된 축의 진동 진폭과 주파수를 비접촉식 Pickup으로부터 측정하면 실제 축진동과 다른 값이 검출되므로 Oscilloscope에 연결하여 보면 Scratch의 특성이 Spike와 같은 신호로 나타나 쉽게 알 수 있다.

a) 불평형이나 Misalignment시의 파형(1×RPM) b) 기계적 이완시의 파형(2×RPM)

 

c) 작은 신호 “B"는 1×RPM 파형 d) 구름베어링 손상시 1×RPM에
“A"는 Oil Whirl 파형 고주파가 중첩된 파형

그림 7-24 전형적인 Time-Waveform

어떤 기계적 문제는 주파수는 같더라도 운동특성은 아주 다르다. 예를 들어 기어에서 하나의 이가 변형되거나 손상된 경우 그이는 매 회전시마다 맞물리는 기어에 충격을 가하여 1×RPM의 진동주파수를 발생할 것이다. 이것은 불평형에 의한 진동으로 잘못 판단할 수 있다.

그러나 파형으로 보면 손상된 기어에 의한 진동과 불평형에 의한 진동은 그림 7-25와 같이 확연히 구별된다. 불평형에 의한 진동은 정현 곡선 모양인 반면에 손상된 기어에 의한 진동은 못과 같은(Spike-Like)모양이다. 또한 손상된 기어 이빨에 의하여 실제 진동진폭이 나타날 수 있는가 하는 것도 의심스럽다. 못 모양의 신호는 주파수 분석을 위해 필터를 통과하면 진폭이 나타난다.

그림 7-25 불평형에 의한 진동과 손상된 기어에 의한 진동과의 파형 비교

 

진동의 파형을 관찰하는 또 다른 이점은 Oscilloscope에 의하여 감쇠되지 않은 진동모양을 즉시 볼 수 있다는 것이다. 따라서 짧은 과도상태 진동을 분석하는데 Oscilloscope는 아주 중요한 역할을 한다. 예를 들어 그림 7-26은 전동기의 기동시 얻은 과도상태 진동을 나타낸다. 이 진동은 아주 짧은 기간만 나타나지만 Oscilloscope에 실제 Peak 진폭이 쉽게 나타난다.

그림 7-26 전동기 기동순간 진동의 파형 분석

대부분의 진동계와 분석기에 있는 진폭 측정기의 경우는 지침의 흔들림을 방지하기 위하여 Damping이 있어 이 Damping 때문에 측정기의 응답이 늦어져 실제 Peak 진폭을 나타내지 못한다. 디지털 측정기라도 Reading값이 나타나기 전에 데이터를 “Count”해야하기 때문에 과도상태 진동의 실제 최대진폭을 나타내지 못한다.

 

TRAC Mark INCOSYS