모터 베어링 기계 및 전기 진동 테스트

서문

대부분의 회전 장비는 지속적으로 성공적인 작동을 위해 구름 요소 베어링(REB)에 의존합니다. 기능적으로 구름 요소 베어링은 샤프트의 하중을 전달하고 내부적으로 샤프트를 배치하며 회전하는 부품과 회전하지 않는 부품을 분리합니다.

운영 중단이나 제품 품질에 영향을 미치기 전에 구름 베어링 결함을 식별하는 것은 대부분의 예측 유지보수 프로그램의 기본입니다. 주기적인 간격으로 장비 운영 결과를 조사하고 평가함으로써 베어링 결함이 치명적인 상황으로 발전하기 전에 이를 파악하려고 시도합니다.

수년 동안 이러한 조사는 일반적으로 기계적 진동 분석(MVA)을 통해 매우 안정적으로 수행되어 왔습니다. 현재 구름 요소 베어링의 결함을 식별하는 데 사용할 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다. 이 백서에서는 기계적 진동 분석과 전기적 시그니처 분석(ESA)을 통해 이러한 방법을 식별하려고 시도합니다.

소개

이 백서에서는 대부분의 구름 요소 베어링이 일반적인 피로 고장 동안 거치는 4가지 고장 단계에 대해 설명합니다. 또한 롤링 요소 베어링 고장 단계를 식별하기 위한 진동 분석, 신호 인벨로핑, 초음파 감지 및 전기적 시그니처 분석의 사용에 대해서도 설명합니다.

구름 요소 베어링은 상대적으로 저렴한 비용과 높은 신뢰성으로 인해 업계에서 가장 많이 사용되는 유형입니다. 그러나 간격이 좁고 표면이 매우 연마되어 있기 때문에 베어링 고장이 발생할 수 있습니다. 이러한 고장의 수정은 거의 항상 고장난 베어링을 완전히 교체하는 것입니다.

베어링 제조업체는 매우 중요한 기계 부품의 수명을 최대화하기 위해 매우 상세한 유지보수, 윤활 및 작동 절차를 제공합니다. 이러한 관행을 따르면 베어링 수명을 연장할 수 있습니다. 또한 “정밀 유지보수” 관행을 통해 베어링 수명을 연장할 수 있음이 입증되었습니다. 정밀 유지보수를 통해 추가적인 노력 없이도 베어링 수명을 과거보다 5~10배 더 연장할 수 있습니다.

그러나 운영 환경, 정밀하지 않은 공차, 조립 오류 또는 장비 자체의 작동으로 인해 이러한 베어링이 고장날 수 있습니다. 완전한 고장이 발생하기 전에 고장이 감지되면 그에 따른 손상 및 수리는 일반적으로 베어링 자체의 교체로 제한되며 최소한의 수리만 이루어집니다.

최종 결과는 하나 이상의 주요 베어링 구성 요소의 피로로 인한 고장입니다.

베어링 고장의 원인

한 대형 베어링 제조업체는 베어링 고장의 약 16%가 오작동으로 인한 것이라고 추정했습니다. 이는 베어링의 부적절한 보관, 운송 또는 설치로 인해 발생합니다. 나머지 84%의 구름 요소 베어링은 결함 없이 설치됩니다. 이 단계에서는 베어링 결함의 지표가 없습니다. 베어링의 초기 작동 중에 오류 표시기가 나타나면 일반적으로 베어링 장착 또는 조립 문제일 수 있습니다.

REB 고장의 36%는 윤활 불량, 과윤활, 과소윤활, 잘못된 윤활제, 윤활제 혼합 또는 윤활막의 너무 얇은 두께로 인해 발생하며, 과도한 샤프트 운동(진동)으로 인해 발생하는 경우가 많습니다.

REB 교체 중 34%는 작동, 불균형, 정렬 불량 또는 예방 유지보수 프로그램과 같은 기타 유지보수 요구 사항으로 인해 베어링을 교체하는 경우가 있습니다.

최종 14%는 오염으로 인해 실패합니다.

베어링 교체

구름 요소 베어링 고장과 관련된 주요 질문은 “베어링을 언제 교체해야 하나요?”입니다.

이는 플랜트에서만 결정할 수 있습니다. 장애가 제품 품질에 영향을 주나요? 플랜트 운영에 영향을 미치나요? 교체용 베어링은 어떻게 구할 수 있나요? 베어링의 상태를 보다 정확하게 평가하고 최적의 교체 시기를 파악하려면 베어링 고장의 단계를 이해하는 것이 중요합니다.

베어링 고장 단계

베어링 고장에 대한 이해를 높이기 위해 한 대형 베어링 제조업체에서 베어링 고장 원인을 파악하기 위한 연구를 수행했습니다. 연구 결과, 구름 요소 베어링은 사용 수명의 약 80% 동안 결함 없이 작동하는 것으로 나타났습니다. 장애가 발생하면 일반적으로 4가지 단계의 장애가 발생합니다.

1단계: 롤링 엘리먼트 베어링 고장은 일반적으로 표면 아래에서 발생합니다. 일반적으로 레이스웨이 표면 아래 4~5천분의 1인치(0.1~0.125mm)에서 시작됩니다. 이 시점에서 베어링 수명은 10~20% 정도 남은 것으로 추정됩니다.

2단계: 결함이 진행됨에 따라 고장난 구성 요소의 표면에 미세한 구멍(< 40마이크론)이 생깁니다. 이는 2단계로 간주되며 베어링 수명의 5~10%가 남아있는 것으로 추정됩니다.

3단계: 추가적인 고장이 진행되면 일반적으로 구름 베어링 고장과 관련된 초기 박리, 균열 및/또는 갈라짐이 발생합니다. 베어링 수명의 1~5%가 남아 있습니다.

4단계: 여러 개의 균열, 과도한 박리 또는 갈라짐이 발생하는 경우 베어링 고장의 4번째이자 마지막 단계입니다. 종종 롤링 요소가 변형되기 시작하고 케이지가 분해되거나 파손될 수 있습니다. 베어링 수명의 1 ~ 1 회전이 남아 있습니다.

대부분의 유지보수 담당자는 3단계에서 베어링 교체를 선택했습니다. 결함은 시각적으로 명백하지만 손상은 여전히 베어링 자체에 국한되어 있습니다. 1단계에서는 표면 아래에 있기 때문에 결함을 식별하는 것이 거의 불가능합니다. 2단계에서는 결함이 육안으로 보이지 않으므로 돋보기나 현미경과 같은 확대 장치를 사용하여 결함을 식별해야 합니다.

베어링이 4단계에 도달하면 기계를 강제로 가동 중단하고 베어링을 즉시 교체해야 합니다. 기계를 계속 작동하면 결국 베어링이 완전히 고장날 수 있습니다. 이러한 유형의 고장이 발생하면 기계가 서비스에서 제외되며 일반적으로 기계에 과도한 손상을 초래하는 치명적인 고장이 발생합니다.

롤링 엘리먼트 베어링 고장에 예측 유지보수가 필요한 이유

예측 유지보수 프로그램은 고장의 89%가 무작위로 발생하고 68%가 설치 또는 수리 직후에 발생한다는 연구 결과를 기반으로 합니다. 일반적으로 일상적인 예방적 유지 관리 검사 및 작업을 수행하면 실제로 장애가 발생할 확률이 높아진다는 의미입니다.

효과적인 예측 유지보수 프로그램은 기계의 작동 상태를 사용하여 유지보수를 수행해야 하는 시기를 결정합니다. 가장 효과적인 프로그램은 예측 유지보수의 3단계인 감지, 분석 및 수정 단계를 인식합니다.

감지 단계: 감지 단계는 기계 고장을 식별하는 데 사용되므로 가장 중요한 단계입니다. 효과적인 예측 유지보수 프로그램은 고장이 발생하기 전에 베어링을 수리하거나 교체할 수 있는 충분한 시간이 남아 있는 상태에서 이러한 고장을 식별합니다. 탐지 단계의 철학은 가능한 한 많은 머신을 신속하게 조사하는 것입니다. 감지 단계에서는 잠재적인 베어링 고장을 식별합니다. 이러한 조사를 더 빨리 수행할수록 더 많은 기계를 조사할 수 있으므로 더 효과적인 프로그램을 만들 수 있습니다.

참고: 대부분의 성숙한 예측 유지 관리 프로그램은 조사당 1~2%의 새로운 문제를 식별합니다. 즉, 300대의 머신을 조사하면 3~6개의 새로운 문제만 발견할 수 있습니다.

분석 단계: 분석 단계에서는 장애의 심각성과 원인을 파악하기 위해 추가 테스트 또는 다른 기술이 필요할 수 있습니다. 일반적으로 예측 유지 관리 프로그램에서 가장 많은 시간이 소요되는 부분입니다. 정확한 분석을 수행하기 위해 탐지 단계에서 충분한 데이터를 수집하지 않으면 탐지 과정에서 귀중한 시간을 낭비하게 됩니다. 이를 통해 측량할 수 있는 기계의 수를 효과적으로 줄이거나 작업 수행에 필요한 인력을 늘릴 수 있습니다. 이로 인해 PdM 프로그램의 효과가 감소합니다. 즉, 탐지 단계의 철학은 가능한 한 많은 머신을 신속하게 조사하는 것입니다.

수정 단계: 수정 단계에서는 장애를 교체하거나 수리하고 수정 사항을 확인해야 합니다. 또한 장애 원인을 수정하기에 이상적인 시기이기도 합니다.

예측적 유지 관리 도구

효과적인 PdM 기기는 휴대가 간편하고 가벼우며 반복 가능한 비파괴 테스트를 수행할 수 있어야 합니다. 이 매우 중요한 프로세스를 수행할 수 있는 다양한 기술과 도구가 있습니다. 그러나 구름 베어링 고장에 대해 100% 통찰력을 제공하는 단일 측정이나 기술은 없습니다. 또한, 사용 가능한 많은 기술은 롤링 요소 고장을 감지하는 데는 매우 능숙하지만 기계 트레인 내의 다른 결함을 식별하는 데는 제한적인 기능을 제공합니다.

전기적 시그니처 분석

전기적 신호 분석(ESA)은 예측 유지보수 프로그램에서 매우 중요한 감지 단계에서 초기 베어링 고장을 식별하는 데 매우 효과적인 도구로 입증되었습니다. ESA는 또한 기계적 감지 방법으로는 감지할 수 없는 모터 시스템 내의 결함을 감지할 수 있는 추가 기능을 갖추고 있습니다. 이 프레젠테이션에서는 롤링 요소 베어링 고장 분석 프로세스에서 ESA를 정확하게 배치하는 방법을 소개합니다.

베어링 결함의 심각도 결정

대부분의 다른 기계적 진동 결함과 달리, 결함 주파수에서 스펙트럼 피크의 진폭은 베어링 결함의 심각성을 정확하게 나타내지 않습니다. 스펙트럼 피크의 진폭은 결함의 위치, 밸런스 또는 정렬 상태, 결함의 크기와 유형에 따라 달라질 수 있습니다. 또한 기계적 신호는 공진에 의해 증폭될 수 있습니다. 대부분의 경우 스펙트럼 피크의 진폭은 결함이 악화됨에 따라 실제로 감소합니다.

구름 베어링 베어링 결함의 심각성을 파악하는 가장 효과적인 방법은 결함으로 인해 생성되는 신호의 주파수를 결정하는 것이라는 사실은 잘 알려져 있습니다.

롤링 엘리먼트 베어링 고장 주파수

각 로터와 베어링 조합은 고유한 시스템을 생성하므로 각 베어링 고장 단계에서 생성되는 주파수를 정확하게 파악하는 것은 매우 어렵습니다. 각 로터 베어링 시스템의 고유성은 베어링 형상 및 간격뿐만 아니라 샤프트와 베어링, 베어링 하우징 사이의 기계적 맞춤에 기인합니다. 샤프트 직진도 또는 테이퍼, 샤프트 및 하우징 동심도에 따라 초기 단계의 베어링 고장 응답 주파수가 달라질 수 있습니다.

다음은 각 베어링 결함 단계의 결함과 각 단계의 결함으로 인해 생성되는 주파수 범위에 대한 검토입니다. 각 결함 단계에서 이러한 결함을 식별하는 데 현재 사용할 수 있는 다양한 측정 및 신호 처리 기술에 주목합니다.

1단계: (잔여 수명 10~20%)

베어링 결함의 1단계에서 발생하는 하부 표면 균열은 300~500kHz 범위의 매우 낮은 진폭의 응력파를 생성합니다. 특수 센서와 신호 처리 기술은 1단계부터 결함을 성공적으로 식별하는 것으로 입증되었습니다. 그러나 대부분의 경우 이는 고장 프로세스 초기 단계이며 베어링 내부의 결함을 물리적으로 확인하는 것은 매우 어렵습니다.

이 또한 전문적인 기술이 필요하며 수익이 제한적인 전문 기술입니다. 1단계 결함이 발생하면 베어링 수명의 약 80%가 소진된 것으로 추정됩니다.

참고: 표면 하부 균열이 시작되면 고장이 시작되고 베어링 무결성이 손상된 것입니다. 이 시점부터는 베어링이 완전히 고장날 수밖에 없습니다. 베어링은 “스스로 고쳐지지 않으며” 결함은 항상 악화된다는 것을 기억하세요.

2단계: (잔여 수명 5~10%)

결함이 악화됨에 따라 표면 아래 균열이 표면으로 이동하기 시작하여 고장난 구성 요소의 표면에 미세한 구멍이 생깁니다.

2단계 고장의 초기 단계에서는 미세한 구멍으로 인해 발생하는 충격으로 인해 베어링 구성품이 고유 진동수로 진동하게 됩니다. 이러한 고유 주파수는 30~60kHz 범위입니다.

충격 펄스 모니터링, 스파이크 에너지 및 기타 초음파 기술과 같은 특수 측정 기술은 진동 센서의 고유 진동수를 사용하여 공진합니다. 공진 상태에서 트랜스듀서를 작동하면 이러한 매우 작은 결함 신호가 사용 가능한 범위로 증폭됩니다.

공명은 종종 기계 시스템의 속성으로 잘못 이해되는 경우가 많습니다.

고유 진동수: 모든 스프링 시스템에는 고유 진동수가 있습니다. 시스템의 고유 진동수는 충격이 가해졌을 때 시스템이 진동하는 주파수입니다. 한 번의 충격으로 인해 시스템이 고유 진동수로 진동한 후 감쇠합니다. 충격으로 인해 질량이 휘어지고 스프링에 의해 원래 위치로 돌아갑니다. 이 진동이 발생하는 주파수는 스프링 시스템의 질량(m) 및 스프링(k) 관계에 의해 결정됩니다.

스프링 시스템의 고유 진동수에 가까운 주파수를 가진 스프링 시스템에 반복적인 힘을 가하면 각 진동에서 움직임과 같은 방향으로 힘이 가해집니다. 이렇게 하면 매스에 힘이 가해질 때마다 시스템 모션이 증가합니다.

이 상태를 일반적으로 공명이라고 합니다. 공진 상태의 결과는 고유 진동수에 가깝지 않은 힘이 가해졌을 때보다 10~15배 더 크게 증폭된다는 것입니다.

고장이 진행됨에 따라 부품 강성이 감소하여 부품 고유 진동수가 감소합니다. 이렇게 하면 신호의 주파수가 센서 고유 주파수(25kHz)에 더 가깝게 이동합니다. 고장 주파수가 고유 주파수에 가까워질수록 센서의 출력은 더욱 증가합니다. 이러한 방법은 매우 효과적인 것으로 입증되었으며 베어링이 고장 나기 시작하면 이러한 값에 변화가 발생하지만 기계 시스템 내에 이러한 주파수를 증가 또는 감소시킬 수 있는 다른 결함이 있을 수도 있습니다.

이 초기 단계에서 베어링 결함을 보다 정확하게 식별하기 위해 가속 엔벨로핑, ESP 및 피크 뷰와 같은 다른 신호 처리 기법이 개발되었습니다. 이러한 방법은 매우 효과적인 것으로 입증되었지만 다른 유형의 결함을 감지하는 데는 한계가 있습니다.

신호가 30~60kHz 주파수 범위에서 나타나면 베어링은 이제 초기 2단계 결함입니다.

2단계 오류가 진행됨에 따라 신호 강도가 증가합니다. 그러면 이 강한 신호가 시스템의 고유 주파수를 자극합니다. 시스템 고유 진동수에는 샤프트와 베어링 시스템이 포함됩니다. 시스템 및 베어링 고유 진동수는 기계 속도와 무관하지만 로터 및 베어링 지지 질량과 강성의 영향을 받습니다. 질량이 증가하면 시스템 고유 진동수가 베어링 구성 요소 고유 진동수보다 낮아집니다. 시스템 고유 주파수는 일반적으로 500~2000Hz 범위입니다. 신호의 강도는 회전축의 균형 또는 정렬 상태와 센서에 대한 결함의 위치에 따라 달라집니다. 대부분의 경우 이러한 신호는 기계의 배경 진동에 묻혀 있습니다.

전기적 특징 분석(ESA)은 일반적으로 이 단계에서 베어링 고장을 식별하며, 경우에 따라 ESA가 일부 전문 기계 기술보다 더 일찍 고장을 식별하는 경우도 있습니다.

ESA는 일반적으로 2단계부터 잠재적인 베어링 결함을 식별합니다. ESA는 중심 주파수를 중심으로 회선 주파수(일반적으로 50 또는 60Hz)에 걸쳐 스펙트럼 피크를 찾아 기계 결함을 식별합니다. 전류 스펙트럼에는 있지만 전압 스펙트럼에는 없는 라인 주파수 측면 대역은 기계 또는 프로세스에서 고장이 발생했음을 나타냅니다. 어떤 경우에는 이러한 신호가 대부분의 표준 기계적 모니터링 방법에서 문제가 발견되기 전에 전기적 시그니처에 존재했습니다.

이 스펙트럼은 약 2500Hz에서 발생하는 베어링 결함 주파수를 표시합니다. 전류 스펙트럼에는 있지만 전압 스펙트럼에는 없다는 사실은 모터 시스템 또는 구동 기계에서 에너지가 추가되었음을 나타냅니다.

신호가 500~2000Hz 범위에서 나타나면 베어링은 이제 후기 2단계 결함입니다.

3단계: (1~5% 남은 수명)

베어링 결함이 악화되면 고장난 부품의 표면에 균열, 갈라짐, 벗겨짐, 구멍 또는 기타 결함이 발생합니다. 이러한 결함은 대부분의 유지보수 담당자가 잘 알고 있는 결함입니다. 베어링을 육안으로 검사할 때 결함을 먼저 육안으로 관찰할 수 있는 상태입니다. 베어링에서 소음이 들리는 단계입니다.

이러한 결함으로 인해 신호 강도가 강해져 일반적으로 베어링 결함 주파수(BDF)라고 하는 진동 스펙트럼에서 신호가 발생하게 됩니다. 이 지점은 진동 표준 속도 또는 가속도 측정으로 베어링 결함을 가장 먼저 확실하게 식별할 수 있는 고장 범위의 지점입니다. 앞서 설명한 대로 “이러한 신호가 있으면 베어링에 결함이 있는 것입니다.”

베어링 결함 주파수는 베어링 지오메트리에 따라 다릅니다. 여기서 결함이 외부 레이스에 있는 경우 신호를 생성합니다. BPFI는 내부 레이스에서 발생합니다. BSF는 롤링 요소 주파수 FTF는 기본 열차 주파수이며, 이는 케이지 어셈블리의 회전 속도입니다.

베어링 결함 빈도 생성

샤프트가 회전하면 내부 레이스가 샤프트와 함께 회전하고, 케이지 어셈블리(FTF)는 샤프트의 회전 속도보다 낮은 속도로 샤프트 주위를 회전합니다.

외부 레이스에 결함이 발생하면 롤링 요소 중 하나가 결함 위로 굴러갈 때마다 충격이 발생합니다. 결함으로 인한 충격으로 인해 베어링은 베어링 구성 요소의 고유 주파수(30~60kHz) 또는 베어링 시스템 고유 주파수(500~2000Hz)에서 진동하게 됩니다.

구름 요소 베어링 해석에서 충격의 빈도를 베어링 반복율이라고 하며, 더 일반적으로 베어링 결함 빈도 BDF라고 합니다. 외부 레이스 주파수는 종종 BPFO, 볼 패스 주파수 외부 레이스라고 불립니다. 신호의 진폭은 결함의 크기뿐만 아니라 센서의 배치와 관련된 결함의 위치, 베어링 장착의 견고성, 기계의 균형 및/또는 정렬 상태에 따라 달라집니다. 즉, 불균형이 심한 기계는 균형 상태가 양호한 기계보다 더 큰 영향을 미칩니다.

내부 레이스에 결함이 있는 경우 샤프트가 회전할 때 부하 영역 안팎으로 굴러갑니다. 부하 영역에서 충격이 발생하면 신호의 강도는 부하 영역 반대편에서 오류가 발생할 때보다 더 커집니다. 응답 주파수는 베어링 고유 진동수이고, 임팩트 주파수는 BPFI 볼 패스 주파수 내부 레이스입니다.

충격 진동과 강제 진동:

강제 진동은 한 방향으로 먼저 힘을 가한 다음 즉시 반대 방향으로 힘을 가할 때 발생합니다. 그런 다음 이 사이클이 계속 반복됩니다. 강제 진동에 대한 시스템 응답은 가해진 힘과 동일한 주파수에서 발생하는 동작입니다. 가해지는 힘의 주파수를 식별하면 힘의 출처를 파악할 수 있습니다. 예를 들어, 기계가 샤프트가 회전하는 속도와 동일한 속도로 진동하는 경우 진동력의 원인이 샤프트에서 발생한다는 것을 쉽게 확인할 수 있습니다.

충격 진동은 충격과 같은 힘이 가해진 후 다음 충격이 발생하기 전까지 일정 시간 간격이 있을 때 발생합니다. 충격력에 대한 진동 반응은 질량을 고유 진동수로 진동시킵니다. 충격형 진동력에서는 고유 진동수로 진동하기 때문에 모션의 주파수가 소스를 식별하지 못합니다. 영향의 원인을 파악하려면 영향의 빈도를 파악해야 합니다. 주파수 스펙트럼은 충격의 주파수가 아닌 응답의 주파수를 표시합니다.

베어링 결함 빈도 이해

베어링 결함 빈도는 베어링 형상에 따라 달라집니다: Pd는 피치 직경입니다. 이는 한 롤링 요소의 중심선에서 바로 맞은편 롤링 요소의 중심선까지 측정하여 결정됩니다.

Bd는 볼 직경을 나타냅니다.

Nb는 롤링 요소의 수를 나타냅니다.

접촉각 (Ø)은 내부 레이스와 외부 레이스의 관계입니다. 깊은 홈 볼 베어링에서 이 각도는 항상 0도, 축 방향 스러스트 베어링은 90도, 앵귤러 콘택트, 구면 롤러 베어링 및 유사한 유형의 베어링 접촉 각도는 베어링 설계에 따라 달라집니다.

이러한 신호가 생성하는 주파수는 베어링 형상과 샤프트 속도에 따라 달라집니다. 베어링 및 기기 제조업체는 이러한 예상 또는 (계산된) 주파수를 나열하는 표를 게시합니다. 이러한 주파수는 일반적으로 샤프트 회전의 1/100까지 나열되는 매우 정밀한 주파수입니다. 즉, BPFO = 4.68배, BPFI 7.32배 실행 속도입니다.

1) 일반적으로 회전 속도의 정수가 아닌 배수입니다. 이는 항상 작동 속도의 정확한 배수로 작동하는 다른 기계 결함으로부터 분리하는 데 매우 중요합니다.

2) 계산된 결함 빈도는 일반적으로 정확하지 않습니다. 베어링 간극 및 기계의 기타 조건에 따라 달라질 수 있으며, 계산된 공식은 롤링 요소가 샤프트 주위를 360도 회전한다는 사실에 기반합니다. 그러나 경험에 따르면 롤링 요소는 부하 영역을 통과하지만 종종 부하 영역 외부로 미끄러지는 것으로 나타났습니다. 따라서 계산된 주파수는 일반적으로 측정된 주파수와 다를 수 있습니다. 실제 결함 주파수의 이러한 차이는 일반적으로 계산된 주파수의 5~10% 이내입니다.

3) BPFO와 BPFI 주파수를 더하면 항상 동일한 수의 롤링 요소가 됩니다. 즉, BPFO 4.68배, BPFI 7.32배 Nb는 12가 됩니다. 경험상 BPFO는 Nb X 0.4와 거의 같으며, BPFI는 Nb X 0.6이 됩니다.

4) 신호의 진폭은 베어링 결함의 심각성을 나타내는 것이 아니라 결함의 빈도를 나타내는 것이 더 중요합니다.

ESA 스펙트럼에서 생성되는 BDF 주파수는 일반적으로 기계적 스펙트럼과 동일한 주파수입니다. 그러나 주파수는 기계적 스펙트럼보다 ESA 스펙트럼에서 더 일찍 나타나는 경우가 가장 많습니다. 모터의 로터 위치가 아주 조금만 변경되어도 모터의 전류가 변경될 수 있기 때문에 이러한 현상이 발생합니다. 이와 같은 로터 위치의 작은 변화로 인해 베어링 지지 시스템이 진동하지 않을 수 있습니다. 이 진동은 진동 측정 시스템이 이 상태를 감지하기 위한 요구 사항입니다.

BDF 또는 배수의 2배 BDF, 3배 BDF 등에서 신호가 나타나면 베어링은 이제 초기 3단계 결함입니다.

3단계에서는 결함이 계속 악화됨에 따라 결함 주파수의 진폭이 변조 또는 절단되기 시작합니다. 이렇게 하면 스펙트럼이 BDF 주변의 측 대역 또는 BDF의 고조파를 발생시킵니다.

BDF 주변에 사이드밴드가 나타나거나 일련의 고조파가 존재하면 베어링은 이제 3단계 후기 결함입니다. 베어링을 제거할 것을 권장합니다.

ESA를 사용하여 3단계 구름 요소 베어링 결함을 감지하는 규칙은 진동 분석과 동일합니다. 가장 중요한 것은 결함 주파수이며 결함 주파수가 존재하면 베어링에 결함이 있다는 것입니다.

4단계: (잔여 수명의 1% – 1회전)

결함이 악화되면 여러 개의 균열, 벗겨지는 구멍 또는 떨어짐이 나타납니다. 롤링 요소가 변형되어 케이지가 분해될 수 있습니다. 이 단계에서는 베어링 고장 표시의 전부는 아니더라도 대부분이 사라집니다: BDF 스펙트럼 피크, 측 대역 및 고조파.

그러나 샤프트가 베어링 내부에서 더 자유롭게 움직일 수 있으므로 주행 속도(1배)의 힘이 증가합니다. 또한 생성된 주파수가 더 이상 정확히 동일한 시간 간격으로 발생하지 않으므로 전체 스펙트럼의 노이즈 플로어가 증가할 수 있습니다.

이전 주파수가 사라지고 스펙트럼의 노이즈 플로어 또는 1배의 작동 속도에서 신호가 증가하면 베어링이 언제든지 완전히 고장날 수 있으므로 즉시 기계를 서비스에서 제거하는 것이 좋습니다.

롤링 엘리먼트 베어링 고장을 감지하는 데 있어 전기적 시그니처 분석의 역할

대부분의 롤링 엘리먼트 베어링 결함은 전기적 시그니처 분석을 사용하여 2단계에서 찾아낼 수 있습니다.

ESA는 모터의 에어 갭에서 발생하는 자속 변화를 트랜스듀서로 사용합니다. 많은 경우 ESA는 롤링 요소 베어링 결함을 2단계부터 식별했습니다. 이러한 결함은 가속 엔벨로핑을 사용하여 확인되었습니다. ESA 스펙트럼의 주파수는 가속 엔벨로핑을 사용할 때와 동일했습니다.

ESA는 중심 주파수를 중심으로 회선 주파수(일반적으로 50 또는 60Hz)에 걸쳐 스펙트럼 피크를 찾아 기계 결함을 식별합니다. 전류 스펙트럼에는 있지만 전압 스펙트럼에는 없는 라인 주파수 측면 대역은 기계 또는 프로세스에서 고장이 발생했음을 나타냅니다.

ESA 스펙트럼에 나타나는 베어링 결함 주파수 스펙트럼 피크는 진동 스펙트럼과 동일한 주파수입니다. 또한 BDF 신호는 진동 스펙트럼에서와 거의 동시에 전기 스펙트럼에 나타납니다. 두 경우 모두 베어링에 3단계 결함이 발생했음을 나타냅니다.

이 ESA 전류 스펙트럼에서 3단계 결함은 3000CPM(50Hz) 측대역의 BPFI 35374에서 나타납니다. 또한 시스템 70748 CPM ≈1179.13Hz 주변의 라인 주파수(50Hz) 측 대역으로 BPFI의 2배로 나타납니다.

50Hz 측파대에는 3단계 후반 오류를 나타내는 서브 동기 측파대도 있었습니다.

또한 스펙트럼 피크의 넓은 기저는 측정된 주파수가 각 샘플마다 정확히 동일하지 않음을 나타내며, 이는 3단계 후반 결함의 징후이기도 합니다. 이 결함은 진동 속도 측정을 통해 확인되었습니다. 진동 스펙트럼의 주파수는 전류 스펙트럼의 주파수와 동일했습니다.

위쪽 스펙트럼의 전류 스펙트럼에서 스펙트럼 피크에 주목하세요. 이러한 피크는 아래 전압 스펙트럼에는 존재하지 않습니다. 이는 모터 또는 부하에서 오류가 발생했음을 나타냅니다.

결함이 진행됨에 따라 BPFO 또는 BPFI 주변의 라인 주파수 측 대역으로 나타납니다.

결론

롤링 엘리먼트 베어링 결함을 식별하는 것은 회전 장비가 포함된 모든 플랜트의 성공적인 운영에 있어 매우 중요한 프로세스입니다. 전기적 시그니처 분석은 발전소에 내부 모터 결함을 신속하게 식별할 수 있는 추가 도구를 제공할 뿐만 아니라 롤링 요소 베어링 고장을 조기에 감지할 수 있습니다.

전기적 서명 분석(개요)

전기적 시그니처 분석(ESA)은 모터 시스템이 작동하는 동안 전압 및 전류 파형을 캡처한 다음 고속 푸리에 변환(FFT)을 통해 제공된 소프트웨어로 스펙트럼 분석을 수행하는 온라인 테스트 방법입니다. 이 FFT를 통해 들어오는 전원, 제어 회로, 모터 자체 및 구동 부하와 관련된 결함을 감지한 다음 상태 기반 유지보수/예지보수를 위해 추세를 파악할 수 있습니다.

ESA 테스트는 AC 유도 및 DC 모터, 발전기, 권선형 로터 모터, 동기식 모터, 공작 기계 모터 등에 대한 귀중한 정보를 제공합니다. ESA는 많은 사람들에게 생소하므로 아래 도표는 AC 유도 모터 시스템 내의 주요 구성 요소에 대한 ESA의 평가를 보여줍니다.

바이오그래피

윌리엄 크루거는 거의 40년 동안 예측 유지 관리에 종사해 왔습니다. 미 해군 원자력 학교를 졸업하고 샌디에이고 주립대학교에서 학사 학위를 취득했습니다. 그는 SSBN 잠수함에서 진동 프로그램을 운영하면서 예측 유지보수를 처음 접하게 되었습니다. 그는 샌디에이고 가스 앤 일렉트릭에서 10년간 근무하면서 예측 유지보수 프로그램을 시작했습니다. 그 후 스펙트럴 다이내믹스의 DYMAC 사업부에서 애플리케이션 엔지니어로 근무했습니다.

지난 20년 동안 크루거는 예측 유지보수 분야의 교육에 주력해 왔습니다. 업데이트 인터내셔널의 선임 강사였습니다. 크루거는 6개 대륙에서 교육 과정을 진행했으며 기계 분석에 대한 실용적인 접근 방식과 복잡한 기술 자료를 쉽게 이해할 수 있는 원리와 데모로 제시하는 능력으로 전 세계적으로 유명합니다.

크루거는 현재 ALL-TEST Pro의 기술 지원 및 교육 관리자로 일하고 있습니다. 그는 여러 기술 논문을 저술하고 진동 연구소, EPRI, 캐나다 펄프 및 제지 엑스포, 국제 유지보수 컨퍼런스 등 다양한 회의에서 발표를 진행했습니다. ASME, 진동 연구소, ANST, IEEE 및 기타 여러 전문 기관의 회원으로 활동하고 있습니다.