안녕하세요, AI 기반 예지보전 솔루션 모터센스입니다.
지난번에는 회전 기계의 고장 종류 중 Imbalance 결함에 대해 알아봤습니다.
만약 해당 게시글을 보지 않았다면, 아래의 링크를 참고해 주세요.
지금까지 회전기계에서 발생할 수 있는 다양한 결함들에 대해 알아봤습니다.
오늘은 드디어 결함 시리즈의 마지막인데요, 바로 ‘Misalignment 결함’에 대해 알아보겠습니다.
Misalignment(오정렬) 결함이란?
여러분도 아시다시피 회전 기계는 여러 부품들로 구성되어 있고, 이 부품들이 균형을 맞춰 작동할 때 비로소 안정적으로 회전할 수 있습니다. 그렇다면 만약 조립 시 미세한 실수로 인해 균형이 맞지 않게 된다면 어떻게 될까요? 이렇게 기계 구성품 간 지지대가 정렬되지 않은 경우를 misalignment 결함이라고 합니다.
잠깐! Imbalance 결함과는 뭐가 다른가요? 
Imbalance 결함은 회전체의 질량, 부품의 무게가 고르게 분포되지 않아서 발생하는 문제입니다.
반면, misalignment 결함은 기계 부품 간 정렬이 일치하지 않아 발생하는 문제입니다.
Misalignment 결함이 발생하는 원인은 여러가지가 있습니다. 그중에서 대표적인 발생 원인으로는 두 가지를 꼽을 수 있는데요. 첫 번째는 탄성 커플링이나 자동 정렬 베어링을 과도하게 사용하는 경우입니다. 두 번째는 부품의 형태가 변형되어 구동 그 자체나, 구동 위치에 변화가 생기는 경우입니다.
Misalignment 결함이 발생하게 되면, 주로 커플링 부근에서 매우 큰 진동이 발생합니다. 이상 진동이 발생하게 되면 베어링 열화, 커플링 블록 마모, 볼트 파손, 전력 소모 증가 등 다양한 현상들이 이어서 나타납니다.
이런 현상들은 기계의 안정성과 효율성을 떨어뜨리고, 때로는 기계를 멈춰버리기도 합니다. 따라서 misalignment 결함이 발생할 경우, 심각한 손상으로 이어지기 전에 빠르게 문제를 해결할 것을 추천합니다.
Misalignment 결함의 종류와 특징
Misalignment 결함은 회전 축의 각도, 결함이 발생한 부품에 따라 다양하게 구분됩니다. 좀 더 자세하게 알아볼까요?
1. Angular Misalignment(각도 오정렬) 결함과 Offset/Parallel Misalignment(오프셋/평행 오정렬) 결함
Misalignment 결함의 대표 사례입니다. 바로 Angular misalignment 결함과 Offset/Parallel misalignment 결함이죠. 실제 misalignment 결함이 발생하는 경우를 분석해 보면, 대부분 이 두 종류의 결함이 동시에 나타납니다.
Angular misalignment 결함은 샤프트의 회전 축이 틀어지면서 두 회전 축 사이에 구조적으로 각도를 형성하는 현상을 말합니다. 그리고 Offset/Parallel misalignment 결함은 두 샤프트 회전 축이 서로 평행하긴 하지만, 두 회전 축의 위치가 일치하지 않는 현상입니다.
그림 1. Angular Misalignment
그림 2. Offset/Parallel Misalignment
Angular 또는 Offset/Parallel misalignment 결함은 다음과 같은 특성의 진동이 발생합니다.
축 방향에서 회전 주파수인 1x RPM은 물론, 2x 및 3x RPM의 고조파에서 큰 진동이 나타납니다.
간혹, 축의 회전 방향에서 1x RPM보다 2x RPM의 고조파가 더 큰 진동을 가질 수도 있습니다. 커플링 양쪽의 반경 방향으로 180°의 위상 차이가 존재합니다.
그림 3. Angular misalignment 결함 진동 특성
2. Bearing Misalignment(베어링 오정렬) 결함
커플링의 정렬은 양호하나, 샤프트와 베어링의 정렬이 맞지 않아 misalignment 결함이 발생하는 경우입니다. Bearing Misalignment 결함은 특히 다음과 같은 경우에서 많이 발생합니다.
•
기계 지지대의 한쪽이 다른 쪽과 같은 평면에 위치하지 않은 경우
•
베이스 플레이트(ex. 바닥, 지면)가 평평하지 못한 경우
•
대형 팬과 같은 금속 구조물이 견고하지 못해 하중 조건이 변형되는 경우
(주로 임펠러 근처에 위치한 베어링에서 더 큰 진동이 발생합니다.)
Bearing Misalignment 결함에서는 다음과 같은 진동 증상이 발생합니다.
축 방향에서 1x~3x RPM에 달하는 강한 진동이 발생합니다.
간혹, 회전 방향에서 1x RPM보다 2x RPM의 고조파가 더 큰 진동을 가질 수도 있습니다.
그림 4. Bearing Misalignment 결함 증상
4. Misaligned Pulley(벨트 풀리의 오정렬)결함
Misaligned Pulley 결함은 두 개의 풀리가 평행하지 않은 경우를 말합니다. 풀리가 평행하지 않으면 풀리 사이를 이어주는 벨트의 움직임이 올바르지 못하게 돼 기계의 효율이 떨어집니다.
그림 5. 다양한 종류의 Belt Pulley Misalignment 결함 (출처 : BRAND TS)
구동 시스템의 1x RPM에서 축 방향과 회전 방향으로 큰 진동이 나타납니다.
주로 회전 방향보다 축 방향에서 더 큰 변화가 나타나는 경우가 많아, 축 방향의 변화에 좀 더 주시해야 합니다.
회전 기계를 이용하다 보면 다양한 종류의 결함이 발생하게 됩니다. 가끔은 바로 수리하지 않아도 될 것처럼 느껴지는 작은 결함이 발생하기도 하죠. 그러나 작은 결함을 간과하면 시간이 흘러 치명적인 고장으로 이어질 수 있습니다. 따라서 결함이 발생한 즉시 빠르게 대응해야 합니다.
그러나 실제 산업 현장에서 회전 기계의 결함을 즉각 발견하는 것은 쉽지 않습니다. 수많은 기계가 동시에 사용되면서 수많은 진동과 소리가 동시에 발생하기 때문이죠. 그 때문에 결함으로 인해 발생한 진동, 소리 등을 즉각 알아채지 못하고 초기 대응에 실패하는 경우가 많습니다. 복잡한 현장에서 작은 결함의 실마리를 놓치지 않고 확인할 방법은 없을까요?
빈틈없는 결함 발견, 모터센스(MotorSense)라면 가능합니다
그림6. 예지보전 솔루션 모터센스의 유·무선 진동 센서가 설치된 모터의 모습
모터센스는 회전 기계의 진동 데이터를 자동으로 측정, 분석하여 기계의 상태를 파악합니다. 진동 측정 센서가 밤낮없이 기계의 진동을 자동으로 측정하기 때문에, 결함으로 인한 이상 진동을 놓치지 않고 포착할 수 있습니다.
측정된 진동 데이터는 인공지능 클라우드에 전송되어 철저하게 분석됩니다. 인공지능은 데이터 분석을 통해 결함의 종류, 예상 고장 발생 시기 등의 정보를 예측할 수 있습니다. 분석한 예측 자료와 특이 사항 발생 내용은 모니터링 사이트 내부 알림 시스템을 통해 이용자에게 전달되는데요. 사이트를 확인하지 못하더라도 알림 메일과 문자 메시지를 통해 이상 여부도 발송하고 있습니다.
기계 고장 최소화는 효율적인 설비 관리의 핵심입니다.
모터센스와 함께 빈틈없이 결함을 발견하고, 최소한의 손실로 설비를 관리하세요.
지금까지 회전 기계의 고장 종류의 마지막 시리즈인 Misalignment 결함에 대해 알아봤습니다.
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