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현재까지의 설비 상태를 파악하고, 이상 혹은 고장에 관한 원인 및 장래의 영향을 예측하고, 필요한 대책을 찾아내는 기술로 설비 진단의 종류는 상태 감시와 진단으로 나눌 수 있다.
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설비 진단 기술은 1960년대 후반 미국에서 항공, 우주, 군사, 원자력 설비의 조기 이상 발견을 목적으로 탄생했다. 1970년대에 대량 생산이 본격화 되고 설비의 돌발 고장에 따른 정비 비용이 경영을 압박하게 됨에 따라 이를 절감하기 위해 선진국을 중심으로 진단기술이 이용되기 시작했다. 최근에는 설비 고장이나 플랜트 사고는 기업의 사회적 신용도나 이미지를 훼손하여 금액으로 환산할 수 없는 큰 손실을 가져오므로 설비 진단은 점점 중요한 기술로 부각되고 있다.
산업 현장 설비의 대부분은 회전 설비이며 이러한 회전 설비의 상태를 감시하고 진단하는 가장 유용하고 일반적인 방법은 진동 진단 기술이다. 회전 설비의 고장 초기에는 진동이 증가한다. 평소에 이러한 진동을 감시하고 분석함으로써 사전에 문제를 인식하여 돌발 고장을 예방하고 근본적인 원인을 밝혀내어 재발을 방지할 수 있다.
2003년부터 ISO에서는 ISO18436-2에 의거하여 진동 진단 국제 자격증 제도를 운영하고 있으며 우리나라에서도 2007년부터 ISO 자격증 제도를 시행하여 많은 진동 진단 기술자를 양성하고 있다.
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설비 진단을 위해서는 주로 회전체를 대상으로 진동을 측정한다. 비접촉 변위계를 사용하여 축 진동을 직접 측정하거나, 가속도계로 베어링 하우징에서 진동을 측정하기도 한다. 측정된 진동은 시간 파형, 주파수 스펙트럼의 형태로 분석하며 수직과 수평방향의 시간 신호를 결합하여 만든 리사쥬 도형으로 분석하기도 한다. 또한 트리거 신호를 이용하여 위상을 측정하고 이를 통해 진동 형상을 분석하거나 회전체의 발란싱에 이용하기도 한다.
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기술 | 용도 | 그래프 | 계측기 |
시간영역 분석 | 변조, 펄스, 위상, 신호 잘림, 작은 결함 |
진폭 vs 시간 | 오실로스코프, 데이터 수집기 또는 FFT |
주파수 분석 | 직접적인 주파수 분석, 고유진동수, 측대역, 맥놀이, 분수조화 성분, 합차 주파수 |
진폭 vs 주파수 | 데이터 수집기 또는 FFT |
리사쥬 분석 (Orbit) | 축 운동, 분수 조화 휘돌림 | 베어링에 대한 상대 변위 – X,Y 방향 |
디지털 벡터 필터 오실로스코프 |
위상 분석 | 결함 진단 원인 및 효과 분석 | 위상 vs 다양한 위치 (특정 주파수에서) |
FFT, 트래킹 필터, 오실로스코프 |
과도신호 분석 | 위험속도, 고유진동수, 댐핑 | 진폭과 위상 vs 속도 | 트래킹 필터 |
복조 또는 엔벨로핑 | 신호 분석 | 저주파로 변조되는 고주파 신호의 복조 (예) 베어링 결함 주파수로 변조되는 고유진동수 |
진폭과 주파수 복조기 |
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기어 및 베어링 결함 분석
저널 베어링 결함 분석
터빈 발전기 비틀림 진동 측정
구조 공진 및 모달 테스팅
회전체 횡진동 해석
회전체 비틀림 진동 해석
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ISO 20816 Mechanical vibration
Measurement and evaluation of machine vibration
General guidelines
Land-based gas turbines, steam turbines and generators in excess of 40 MW, with fluid-film bearings and rated speeds of 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min and 3 600 r/min
ndustrial machinery with a power rating above 15 kW and operating speeds between 120 r/min and 30 000 r/min
Gas turbines in excess of 3 MW, with fluid-film bearings
Machine sets in hydraulic power generating and pump-storage plants
Reciprocating compressor systems
Gear units
Horizontal axis wind turbines
ISO 10816 Mechanical vibration
Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts
Reciprocating machines with power ratings above 100 kW
Rotodynamic pumps for industrial applications, including measurements on rotating shafts
ISO 17359:2018 Condition monitoring and diagnostics of machines -
General guidelines
ISO 13372:2012 Condition monitoring and diagnostics of machines -
Vocabulary
ISO 13373 Condition monitoring and diagnostics of machines -
Vibration condition monitoring
General procedures
Processing, analysis and presentation of vibration data
Guidelines for vibration diagnosis
Diagnostic techniques for gas and steam turbines with fluid-film bearings
Diagnostic techniques for fans and blowers
Diagnostic techniques for machine sets in hydraulic power generating and pump-storage plants
Diagnostic techniques for electric motors
Diagnostic techniques for electrical generators with fluid-film bearings
ISO 18436 Condition monitoring and diagnostics of machines -
Requirements for qualification and assessment of personnel
Vibration condition monitoring and diagnostics
API 684, Tutorial on the API Standard Paragraphs
Covering Rotor Dynamics and Balancing:
An Introduction to Lateral Critical and Train Torsional Analysis and Rotor Balancing
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