설비 결함 시뮬레이터를 활용한 베어링 결함 진단

Abstract

현대에는 다양한 목적과 사용방법에 따라 한정적인 자원으로부터 최대의 발전을 통해 전기를 생산하는 플랜트들이 설립되고 있다. 발달된 공학기술의 적용을 통해 각종 플랜트에서는 최소 수백에서 수천 기까지의 회전기기가 각기 다른 목적에 맞게 운용되고 있다. 제한적인 조건에서 최대의 효율을 보증하기 위해 플랜트 내부에 구동 중인 각종 회전기기들의 지속적인 운용은 이에 따른 관점에서 매우 중요하다. 회전기기의 지속적인 운용을 보장하기 위해 기기의 고장 징후를 사전에 감지하여 고장률을 낮추는 작업을 수행하는데, 대표적인 정비 방법으로 예방정비(preventive maintenance) 또는 상태기준정비(condition-based maintenance)를 수행할 수 있다. 구동 중인 회전기기로부터 상태기준정비에 요구되는 각종 데이터를 수집하는 작업에는 플랜트 운용자와의 각종 협조가 필요하기 때문에, 원활하게 데이터를 수집하는 데에 제한사항이 존재한다. 특히 회전기기로부터 발생할 수 있는 결함의 종류와 발생 여부, 이에 따른 특징 등 다양한 케이스 연구가 필요함에 따라 소요되는 기간이 다소 길다 보니 제한점이 가중화되는 요인이 될 수 있다. 이에 회전기기의 특징을 모사하여 각종 결함과 관련된 케이스를 연구할 수 있도록 제작된 설비 결함 시뮬레이터(machinery fault simulator)가 대체재로 활용되고 있다. 본 연구에서는 설비결함 시뮬레이터에서 적용 가능한 결함 케이스인 베어링 결함에 대해 실험을 진행한다. 회전기기로부터 발생하는 진동신호를 취득하여 효과적인 특징점을 분석함으로써 최종적으로 설비 결함 시뮬레이터가 연구의 목적으로 의미 있는 장비로 활용될 수 있음을 제시하고자 한다. 수집된 데이터는 FFT 과정을 통한 spectrum과 cepstrum을 통하여 최종적으로 도출된 liftered spectrum에 대해 비교 과정을 수행하여 각종 결함을 분류할 수 있는 특징점을 분석한다. 본 연구에서 적용한 설비 결함 시뮬레이터는 Spectra Quest, inc.(SQI)사의 magnum(MFS-MG)이며, 결함 유형 중 normal과 inner-race fault 및 outer-race fault의 결함 유형을 분석하였다.