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권상설비 진동분석을 통한 예측보전 기술
권상설비 진동분석을 통한 예측보전 기술 기고 : 한국승강기안전기술원 R&D사업본부 서상윤 과장 설비진단기술이란 설비의 현재 상태량을 파악하고 문제의 발생 유무, 종류, 원인, 정도 및 장래에의 영향을 예지 및 예측해 필요한 대책을 찾아내는 기술을 말한다. 설비진단기술을 현장에 적용할 경우, 가동률을 높이고 정지손실 감소에 따른 생산성 향상, 불량품 감소에 따른 품질 향상, 설비 노후화를 정량적으로 평가해 순차적으로 수리할 수 있어 수리주기가 2배 연장되며 돌발고장 감소와 더불어 설비의 신뢰성이 높아지는 효과를 볼 수 있다. 일본의 경우 보전방식은 여러 단계를 거쳐 진화해왔다. 1950년대엔 예방수리 중심의 예방보전 PM(Preventive Maintenance)에서 생산성 향상을 위한 생산보전 PM(Productive Maintenance), 이후 설비 체질개선을 위한 개량보전 CM(Corrective Maintenance)으로 발전했다. 1960년대에 이르러서는 새로운 설비의 보전방지 설계를 강조한 보전예방 MP(Maintenance Preventive)가, 1970년대 이후 지금까지 설비지난기술에 의한 상태기존 보전방식인 예측보전 PM(Predictive Maintenance)이 주를 이루고 있다. 보전활동은 사후보전과 예방보전, 예측보전 등으로 나뉜다. 사후보전 활동은 중요하지 않은 설비 또는 예비품이 있는 설비 등 고장이 일어난 후 보전을 하더라도 특별히 문제가 없는 설비에 효과적이다. 예방보전은 시간기준 보전(TBM : Time Based Maintenance)으로서 과거의 고장 데이터를 분석하고 평균 고장간격(MTB : Mean time Between Failure)를 기본으로 해 보전시기를 결정하는 방법이다. 초기설비 투자가 들어가지 않지만 장기보전 비용 증가의 한계가 없고 급증의 염려가 있다. 과잉보전, 정상기계의 보전으로 인한 결함, 다음 보전시기가지 생기는 고장에의 대응과 특히 돌발고장의 경우 문제가 된다. 통일계획, 집중관리엔 용이하지만 현실을 경시하고 책임회피에 빠질 우려가 높다. 예측보전은 상태기존 보전(CBM : Condition Based Maintenance)이라고도 하며, 설비진단기술이나 상태감시에 근거해 설비 부품 상태를 정확히 파악하고 부품에서 발생한 결함을 조기에 검지할 수 있다. 또 경과를 추적해 금후의 진전을 예측하고 적절한 시기에 적절한 보전을 수행하는 방식이다. 초기설비투자비용이 많이 소요되지만 데이터 수집기간이 짧고 필요에 따른 보전이 가능하다. 다음은 설비진단기술을 적용한 기어 타입별 권상설비 진동진단 사례를 소개한 것이다. 헬리컬기어 타입 권상설비 진동진단 사례 A 현장의 권상기 소음 및 진동 원인을 도출하기 위해 카 내 및 권상기 진동 및 열화상 분석(회생 저항 진단 포함)을 실시한 결과, 카내 승차감은 Z축에서 NEII-1-2000 기준치인 25gal을 약 10배 이상 초과하는 258gal으로 승차감이 상당히 저하되어 있었다. 승차감 저하 원인으로는 권상기 기어 3, 4차축의 정렬불량 진동과 4차축 기어이 편심 및 손상에 의한 충격 진동인 것으로 나타났다. 권상기 진동은 전동기 반부하 수평 측에서 회전기계 진동평가 기준인 ISO 10816-3의 경고등급인 D등급(4.5mm/s rms)을 초과하고 있으며, 권상기는 ▲1, 2차축 기어의 정렬불량 진동 ▲3, 4차축 기어의 정렬불량 진동(기어 마모) ▲4차축 기어의 편심에 의한 간섭 및 충격진동(기어 손상) ▲하강 시 백래시에 의한 진동 등의 문제로 진동이 발생하고 있었다. 따라서 이같이 권상기의 정렬불량, 편심, 백래시에 의한 진동으로 인해 소음이 발생되고 승차감 저하로 인해 승객들의 불안감이 가중되므로 권상기 기어 이의 교체 및 정렬이 요망되나, 현 권상기는 다단으로 구성되어 부품교체의 어려움이 있으므로 전동기를 제외한 감속기의 전체 교체가 필요한 것으로 보인다. 추가적으로 회생 저항 열화상 분석 결과, 제어반 상단의 회생저항이 열화돼 내부절연물이 흘러나오는 상태이므로 전체 교체가 사료된다. 동기전동기 타입 권상설비 진동진단 사례 B 현장 권상기에 이상 진동 및 소음이 발생해 원인 분석을 위해 권상기 진동 및 승차감 진단을 실시했다. 특히 회전체로 이루어진 권상기의 진동 진단을 실시함으로써 설비의 고장 여부를 확인할 수 있다. 즉, 권상기 및 카 내의 진동 소음을 측정 및 비교하고 고장원인을 분석함으로써 베어링, 기어, 불평형, 축정렬 불량, 공진 및 회전자 편심 등의 권상기 진동 발생 원인 및 고장 전조 증상을 파악할 수 있는 것이다. 회전체 진동 분석 결과, 기계대의 헐거움에 의해 2X 전원주파수와 그 sideband로 회전속도 성분의 3/4X 성분이 발생돼 기계대 bed와의 공진이 발생되고 있는 것으로 나타났다. 가진시험 결과 기계대 하부의 bed측이 가진대상인 것으로 확인됐으며, 상대적으로 공진의 크기가 다른 이유는 bed의 고정상태가 달라 가진에 의해 발생되는 공진과 공진음의 차이로 인한 것으로 판단된다. 따라서 조치방법으로 기계대 bed가 옹벽에 정확히 고정되지 않아 발생한 것으로, 공진 제거를 위해 콘크리트 타설을 통해 강성 증가와 질량 변동이 필요한 것으로 보인다. <본 기고문은 본지의 편집방향과 일치하지 않을 수 있습니다.> |
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