KR100861579B1 - 구름 베어링의 잔여수명 진단방법 및 이 잔여수명진단장치 - Google Patents

구름 베어링의 잔여수명 진단방법 및 이 잔여수명진단장치 Download PDF

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Abstract

구름 베어링의 수명에 가장 크게 영향을 주는 윤활유로의 먼지의 혼입이나 물의 혼입에 의한 윤활유의 열화상태를, 가속도센서의 공진 주파수대 신호나 고주파 신호를 이용함으로써, 저가로 검출하고, 검출한 먼지의 상태, 윤활유의 상태를 근거로 구름 베어링의 수명을 조기에 높은 정밀도로 추정한다. 구름 베어링(3)에 있어서의 먼지의 혼입상태와 진동·베어링 수명과의 관계, 및 윤활유의 열화와 진동·베어링 수명과 관련하여, 각 구름 베어링(3)의 형식번호, 업체명 등의 베어링 제원마다에 대해, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호를 실험장치에 의해 채취하는 기초 데이터 채취수단과, 펌프, 팬 등의 회전기기(1, 2)에 구비된, 잔여수명을 진단하는 구름 베어링(3)에 관해서, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호를 측정하는 측정수단과, 측정수단에 의해 구한 측정값과, 베어링 제원 판정수단의 판정결과와, 기초 데이터 채취수단으로 구한 데이터를 이용하여, 피진단 구름 베어링(3)의 먼지 혼입상태와 윤활유의 열화상태를 추정하여, 피진단 구름 베어링(3)의 잔여수명을 산출하는 판정수단으로 이루어지는 방법이다.

Description

구름 베어링의 잔여수명 진단방법 및 이 잔여수명 진단장치{METHOD AND DEVICE FOR ASSESSING REMAINING LIFE OF ROLLING BEARING}
본 발명은 화학 플랜트, 제철소 및 발전소 등에서 사용되고 있는 보조기기인 펌프, 팬의 구름 베어링이나 그들 기기를 구동하는 모터에서 사용되고 있는 구름 베어링의 잔여수명을 추정하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법 및 이 잔여수명 진단장치에 관한 것이다.
화학 플랜트, 제철소 및 발전소 등에서 사용되고 있는 보조기기인 펌프, 팬의 구름 베어링이나 그들 기기를 구동하는 모터에서 사용되고 있는 구름 베어링에서는, 부하하중이 정격하중의 5% 이하로 상당히 작아, 통상의 사용상태에서는 금속피로가 발생하지 않는다. 따라서, 이들 구름 베어링의 수명은, 먼지의 혼입에 의해 발생하는 압흔(壓痕)의 돌출부에 있어서의 「응력집중에 의한 박리」 또는, 물의 혼입에 의해 그리스의 유막 끊김이 발생하여, 구름 베어링의 궤도면의 표면 거칠기가 증대함으로 인한 「진동 증가」 2종류가 있다.
그 구름 베어링의 잔여수명 진단방법으로서는, 각종 수단이 제안되어 있다. 가령, 특허문헌 1의 「베어링 피(被)진단방법」에 나타낸 바와 같이, 가속도센서 신호를 이용하여 베어링의 진동을 측정하고, 이 베어링 진동값이 허용값을 넘으면 경보를 발하는 방법, 어코스틱 이미션(Acoustic Emission; AE)법 등이 제안되어 있다. 그 밖에도, 베어링 진동의 주파수 해석에 의해, 그 고장의 원인을 추정하는 방법이 있다. 또, 베어링 진동값의 증가경향을 예측함으로써, 그 수명을 미리 알아내는 방법도 있다.
특허문헌 1: 일본 특개평 8-159151
가속도센서신호를 이용한 베어링 진동값의 증가경향 예측방법은, 가장 많이 사용되고 있는 예측방법이다. 베어링의 가속도 진동의 증가경향을 직선이나 2차곡선, 지수곡선으로 예측하고, 미리 설정한 허용 진동값에 도달할 때까지의 나머지 시간으로 베어링의 잔여수명을 예측하는 방법이다.
가령, 도 12에 도시한 바와 같이, 가속도 진동파형에 관해서, 0부터 10㎑의 실효값을 산출하고, 판정은 절대값과 상대값 2종류의 한계값을 측정하고, 이 한계값을 넘지 않으면, 피진단 구름 베어링은 「정상」이라고 판정한다.
한편, 한계값을 넘었을 때는 피진단 구름 베어링이 「이상」이라고 판정하고, 진동파형의 주파수 스펙트럼을 산출한다. 1N, 2N, 3N, mN이라고 하는 회전수의 n배 성분을 추출한다.
또는, 피진단 구름 베어링은 「이상」이라고 판정했을 때에, 다음에 절대값과 LPF(Low Pass Filter)처리에 의한 진동파형의 포락선 처리를 하고, 이 포락선 처리한 파형의 주파수 스펙트럼을 산출한다. 다음에, finn.fout.fball의 베어링 패스 주파수 성분을 추출한다.
이들 측정결과에 의거해서, 각 진동성분의 크기를 고려하여 이상원인을 추정한다. 이 이상원인으로서는 구름 베어링의 언밸런스(unbalance)와 미스얼라이먼트(misalignment), 기초의 이완 등이 있다.
어코스틱 이미션법은, 가속도로부터 주파수의 높은 AE신호를 이용하여, 구름 베어링의 고장을 조기에 발견하고, 잔여수명을 진단하는 방법이다. 이 AE법은, 물체가 변형 또는 파괴될 때에, 그 때까지 축적되어 있던 왜곡 에너지가 음으로 되어서 전파되는 현상인 AE신호를 이용한 진단방법이다. 이 AE신호는 재료 내부의 탄성 에너지가 해방될 때의 탄성파의 전파로, 반드시 파괴 시만은 아니며, 재료의 결정구조의 전위나 변태 등도 대상으로 한다. 이 AE신호를 회전하고 있는 구름 베어링에 관해서 AE센서를 이용하여 신호처리를 실시하고, 그 AE파의 발생빈도를 관찰하여, 그 구름 베어링의 피진단을 실행한다.
이와 같은 진단방법을 이용하여, 구름 베어링의 예기치 못한 고장을 미연에 미리 알아내서, 그 베어링의 교환시기를 미리 예측하고 있다. 이와 같이, 베어링의 이상을 인지하는 「무사고 수명」과, 베어링의 소착, 파손에 이르는 「사고발생 수명」을 명화하게 해서, 그 무사고 수명으로부터 사고발생 수명의 기간, 즉 잔여수명을 예측하고 있다. 이와 같이 종래에는, 회전기기의 이상 유무의 판정과 원인의 추정을 행하고, 이상의 정도를 판정하여, 구름 베어링의 수리 타이밍을 결정하고 있다. 가장 잘 이용되고 있는 가속도 진동의 통계적 예측에서는, 수명 예측시점까지의 진동값을 파라미터로 하고, 2차곡선이나 지수함수로 곡선 회귀하여, 허용할 수 있는 진동값에 도달할 때까지의 기간을 구해서 잔여수명으로 하고 있었다.
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나, 상기 종래의 진단 또는 예측법에서는, 허용할 수 있는 진동값의 설정이 어렵고, 그 값의 설정에 따라 잔여수명이 크게 변화하여, 정밀도 높은 잔여수명의 예측이 곤란하였다. 또한, 진동이 증가하기 시작할 때는, 이미 베어링 수명의 말기이기 때문에, 장기적인 보수계획을 세우기가 힘들며, 또 잔여수명을 예측해도 수리가 제시간에 이루어지지 않는 경우도 있었다. 그 때문에, 실제로는 진짜 수명에 대해서 충분한 여유가 있음에도 불구하고, 그 구름 베어링을 조기에 교환하는 경우가 많았다. 또, 이와 같은 잔여수명 진단 정밀도의 저하로 인해, 실제 발전소나 공장 등에서는, 베어링의 점검주기를 연장할 수가 없어, 베어링을 수년마다 전수 교환하는 정기점검이라고 하는 보수체제를 택할 수밖에 없었다. 이들은 보전 본래의 코스트 삭감, 노동력 절감을 저해한다고 하는 문제를 갖고 있었다.
게다가, 상기 종래의 어코스틱 이미션법은, 가속도를 이용한 상기 통계적 방법에 비하면 조기의 피진단은 가능하지만, 이 피진단에서 이용하는 AE(Acoustic Emission)센서 및 신호처리 회로가 고가이고, 또 AE파는 미묘하기 때문에 주변소음을 혼입하기 쉽다고 하는 문제를 갖고 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 구름 베어링의 수명에 상당히 영향을 주는 윤활유로의 먼지의 혼입이나 물의 혼입에 의한 윤활유의 열화(劣化)상태를, 가속도센서의 공진 주파수대 신호 또는 고주파 신호를 이용함으로써, 저가로 검출하고, 검출한 먼지의 상태, 윤활유의 상태를 근거로 구름 베어링의 수명을 조기에 높은 정밀도로 추정할 수 있는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법 및 이 잔여수명 진단장치를 제공하는데 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명의 잔여수명 진단방법에 의하면, 구름 베어링(3)에 있어서의 먼지 혼입상태와 진동·베어링 수명과의 관계, 및 윤활유의 열화와 진동·베어링 수명과 관련하여, 각 구름 베어링(3)의 형식번호, 업체명 등의 베어링 제원마다에 대해, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호를 포함하는 주파수대역 신호를 실험장치에 의해 채취하는 기초데이터 채취수단과, 펌프, 팬 등의 회전기기(1, 2)에 구비된, 잔여수명을 진단하는 구름 베어링(3)에 관해서, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호를 포함하는 주파수대역 신호를 측정하는 측정수단과, 상기 측정수단에 의해 구한 측정값과, 상기 베어링 제원에 관한 판정결과와, 상기 기초데이터 채취수단으로 구한 데이터를 이용하여, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 먼지 혼입상태와 윤활유의 열화상태를 추정하여, 피진단 구름 베어링(3)의 잔여수명을 산출하는 판정수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법이 제공된다.
가령, 상기 판정수단은, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 진동측정 파형을 처리한 결과, 산출한 진동값과 그 구름 베어링(3)의 계산수명을 이용하여, 그 구름 베어링(3)의 잔여수명을 산출하는 방법이다.
상기 판정수단은, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑의 진동파형을, 1/2옥타브 밴드로 주파수를 분할하여 복수의 밴드를 채취하고, 각 주파수대의 파형에 대해서, 포락선 처리를 행해, 주파수 스펙트럼을 산출하고 나서, 그 피진단 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명 등의 베어링 제원에 관해서 판정하는 방법이다.
상기 판정수단은, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑의 진동파형을, 1/2옥타브 밴드로 주파수를 분할하여 복수의 밴드를 채취하고, 각 주파수대의 파형에 대해서, 포락선 처리를 행해, 주파수 스펙트럼을 산출하고, 베어링의 형식번호와 업체명 등의 베어링 제원에 관해서 판정하고, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명을 알 때에, 그 베어링 제원으로부터 베어링 패스 주파수를 계산하고, 각 주파수대의 포락선 처리 스펙트럼으로부터 패스 주파수 성분(finn.fout.fball의 3개)을 추출하고, 추출한 각 주파수대의 패스 주파수 성분의 상대감도(정상일 때와의 비)를 산출하여, 패스 주파수 성분의 상대감도의 분할한 밴드수의 상위밴드의 평균을 구하고, 패스 주파수 성분의 복수 밴드로 분할한 밴드수의 상위밴드 평균의 어느 것이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정하는 방법이다.
상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 5k∼35㎑의 진동파형을, 1/2옥타브 밴드로 주파수를 분할하여 합계 3밴드를 채취하고, 각 주파수대의 파형에 대해서, 포락선 처리를 행해, 주파수 스펙트럼을 산출한다.
상기 판정수단에 있어서의 한계값은 1을 넘은 수치이다.
상기 판정수단은, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑의 진동파형을, 1/2옥타브 밴드로 주파수를 분할하여 복수의 밴드를 채취하고, 각 주파수대의 파형에 대해서, 포락선 처리를 행해, 주파수 스펙트럼을 산출하고, 베어링의 형식번호와 업체명 등의 베어링 제원에 관해서 판정하고, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명을 알지 못할 때에, 각 주파수대의 포락선 처리 스펙트럼으로부터, 회전수×1.6∼7의 범위 내에서 주파수 스펙트럼의 피크를 추출하고, 추출한 각 주파수대의 피크 주파수 성분의 상대감도(정상일 때와의 비)를 산출하여, 피크 주파수 성분의 상대감도의 상위 3밴드 평균을 구하고, 피크 주파수 성분의 분할한 상위밴드의 상대감도 평균이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정하는 방법이다.
상기 판정수단은, 상기 구름 베어링(3)에 관해서, 5k∼35㎑의 진동파형을, 1/2옥타브 밴드로 주파수를 분할하여 합계 6밴드를 채취하고, 각 주파수대의 파형에 대해서, 포락선 처리를 행해, 주파수 스펙트럼을 산출하고, 베어링의 형식번호와 업체명 등의 베어링 제원에 관해서 판정하고, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명을 알지 못할 때에, 각 주파수대의 포락선 처리 스펙트럼으로부터, 회전수×1.6∼7의 범위 내에서 주파수 스펙트럼의 피크를 추출하고, 추출한 각 주파수대의 피크 주파수 성분의 상대감도(정상일 때와의 비)를 산출하여, 피크 주파수 성분의 상대감도의 상위 3밴드 평균을 구하고, 피크 주파수 성분의 상위 3밴드의 상대감도 평균이 한계값(=2.0)을 넘었는지의 여부를 판정하는 방법이다.
상기 판정수단에 있어서의 한계값은 1을 넘은 수치이다.
본 발명의 윤활유 열화의 검출방식에 의한 잔여수명 진단방법에 의하면, 구름 베어링(3)에 있어서의 먼지 혼입상태와 진동·베어링 수명과의 관계, 및 윤활유의 열화와 진동·베어링 수명에 관련하여, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호를 포함하는 주파수대 신호를 실험장치에 의해 채취하는 기초 데이터 채취수단과, 펌프, 팬 등의 회전기기(1, 2)에 구비된, 잔여수명을 진단하는 구름 베어링(3)에 관해서, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호를 포함하는 주파수대역 신호를 측정하는 측정수단과, 상기 측정수단에 의해 구한 측정값과, 상기 기초데이터 채취수단으로 구한 데이터를 이용하여, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 먼지 혼입상태와 윤활유의 열화상태를 추정하고, 그 피진단 구름 베어링(3)의 잔여수명을 산출하는 판정수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법이 제공된다.
상기 판정수단은, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑의 주파수대역을 갖는 진동신호로부터, 센서 공진 주파수대역을 포함하는 협대역 및 광대역 2개의 주파수 대역의 실효값의 상대감도를 계산하고, 협대역 실효값 상대감도×광대역 실효값 상대감도라고 하는 특징량이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 판정하는 방법이다.
상기 판정수단은, 상기 구름 베어링(3)에 관해서, 5k∼35㎑의 주파수대역을 갖는 진동신호로부터, 23k∼32㎑와 5k∼35㎑ 2개의 주파수대역의 실효값의 상대감도를 계산하고, 23k∼32㎑ 실효값 상대감도×5k∼35㎑ 실효값 상대감도라고 하는 특징량이 한계값을 넘었는지를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 판정하는 방법이다.
상기 판정수단에 있어서의 한계값은 1을 넘은 수치이다.
상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 패스 주파수 성분의 복수 밴드로 분할한 밴드수의 상위밴드 평균의 어느 것이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에, 압흔/윤활유 열화의 오식별 방지를 위해서, 진동파형의 웨이브릿(wavelet) 분포를 작성하여, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 표시하고, 인간에 의한 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 확인한다.
상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 피크 주파수 성분의 상위 3밴드의 상대감도 평균이, 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에, 압흔/윤활유 열화의 오식별 방지를 위해서, 진동파형의 웨이브릿 분포를 작성하여, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 표시하고, 인간에 의한 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 확인한다.
상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 광대역 실효값 상대감도×협대역 실효값 상대감도가, 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에, 압흔/윤활유 열화의 오식별 방지를 위해서, 진동파형의 웨이브릿 분포를 작성하여, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 표시하고, 인간에 의한 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 확인한다.
상기 판정수단에 있어서, 압흔 기점형 박리모드 및 윤활유 열화모드의 잔여수명을, 계산수명과 0∼1의 잔여수명계수의 곱으로써 산출되는 잔여수명 추정식을 이용하여 진단한다.
상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 패스 주파수 성분의 복수 밴드로 분할한 밴드수의 상위밴드 평균의 어느 것이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에,
압흔 기점형 박리모드라고 확인하고,
상위 3밴드의 상대감도 평균으로부터 압흔 사이즈를 추정하고,
압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 하기의 수학식 (1)로 계산하여 진단하는 것을 특징으로 하는 청구항 4의 구름 베어링(3)의 잔여수명 진단방법.
[수학식 (1)]
Figure 112006077855844-pct00001
상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 피크 주파수 성분의 상위 3밴드의 상대감도 평균이, 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에, 압흔 기점형 박리모드라고 확인하고, 상위 3밴드의 상대감도 평균으로부터 압흔 사이즈를 추정하고, 압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 하기의 수학식 (1)로 계산하여 진단한다.
[수학식 (1)]
Figure 112006077855844-pct00002
상기 판정수단에 있어서, 압흔 기점형 박리모드에 있어서의 잔여수명 추정식은, 계산수명을 하기의 수학식 (2)의 기본 동(動)정격수명으로 하고, 잔여수명계수를 P/C 및 진동값의 함수로 한 압흔 발생으로부터의 잔여수명으로 한다.
[수학식 (2)]
Figure 112006077855844-pct00003
상기 판정수단에 있어서, 윤활유 열화모드에 있어서의 잔여수명 추정식은, 계산수명을 하기 수학식 (3)에 의한 계산수명으로 하고, 잔여수명계수를 진동값의 함수로 한 윤활유 열화발생으로부터의 잔여수명으로 한다.
[수학식 (3)]
Figure 112006077855844-pct00004
상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 센서 공진 주파수대 23k∼32㎑ 실효값 및 5k∼35㎑ 실효값의 상대감도를 산출하고, 23k∼32㎑ 실효값 상대감도×5k∼35㎑ 실효값 상대감도가 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에, 윤활유 열화모드라고 확인하고, 23k∼32㎑ 실효값 상대감도로부터 윤활유 열화모드에서의 잔여수명을 하기의 수학식 (4)로 계산하여 진단한다.
[수학식 (4)]
Figure 112006077855844-pct00005
상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑ 진동파형의 케프스트럼(cepstrum)을 산출하고, 케프스트럼의 쿠트시스를 산출하여, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값을 넘었는지를 판정하고, 한계값을 넘었을 때는 압흔 기점형 박리모드라고 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 윤활유 열화모드라고 추정한다.
상기 판정수단에 있어서의 한계값은 3을 넘은 수치이다.
상기 판정수단에 있어서, 압흔 기점형 박리모드 또는 윤활유 열화모드에 이상이 있다고 판정했을 때, 인간에 의한 판단은 불필요하며, 시간 주파수 분포(웨이브릿)에 관해서는 표시하지 않는다.
상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 상기 한계값을 넘었을 때로서 압흔 기점형 박리모드라고 판정했을 때에, 상위 3밴드의 상대감도 평균으로부터 압흔 사이즈를 추정하고, 압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 피진단하여, 잔여수명을 시간단위로 표현한다.
상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 상기 한계값을 넘지 않을 때로서 윤활유 열화모드라고 판정했을 때에, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 23k∼32㎑ 실효값으로부터 윤활유 열화정도를 추정하고, 윤활유 열화모드에서의 잔여수명을 진단하여, 잔여수명을 시간단위로 표현한다.
상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 5k∼35㎑의 진동파형을 측정하고, 압흔을 검출하기 위해서 5k∼35㎑ 대역을 6개의 주파수대로 분할하여 포락선 처리 스펙트럼을 산출하고, 이 포락선 처리 스펙트럼이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정하고, 한계값을 넘었을 때는, 압흔 기점형 박리모드의 이상·고장모드를 특정할 수 없으나 이상이 있다고 추정한다.
상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서 윤활유 열화를 검출하기 위해서, 그 특징량(23k∼32㎑ 실효값×5k∼35㎑ 실효값)을 산출하고, 윤활유 열화의 특징량이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정하고, 한계값을 넘었을 때는, 윤활유 열화모드의 이상·고장모드를 특정할 수 없으나 이상이 있다고 추정한다.
상기 판정수단에 있어서의 한계값은 2.0이다.
상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서 압흔과 윤활유 열화를 식별하기 위해서, 그 특징량(케프스트럼의 쿠트시스)을 산출하고, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때는 압흔 기점형 박리모드에 이상이 있다고 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 윤활유 열화모드에 이상이 있다고 추정한다.
상기 판정수단에 있어서의 한계값은 3.8이다.
상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서 압흔 검출결과가 한계값을 넘지 않을 때, 그리고 윤활유 열화 검출결과도 한계값을 넘지 않을 때에, 그 피진단 구름 베어링(3)은 정상이라고 판정한다.
상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서 압흔 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 고장모드를 특정할 수 없을 때, 또는 윤활유 열화 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 고장모드를 특정할 수 없을 때는, 요주의라고 인식하고, 압흔량, 윤활유 열화량, 압흔/윤활유 식별량을 특정하여, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 표시하고, 인간에 의해 고장모드를 판정하여 진단한다.
상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 대해서 압흔 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값을 넘었을 때는, 압흔 기점형 박리모드에 이상이 있고, 압흔의 발생이 있다고 판정하여, 압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 진단한다.
상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서 윤활유 열화 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값을 넘지 않을 때는, 윤활유 열화모드에 이상이 있고, 윤활유 열화의 발생이 있다고 판정하여, 윤활유 열화모드에서의 잔여수명을 진단한다.
상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서 압흔 기점형 박리모드에 이상이 있을 때, 또는 윤활유 열화모드에 이상이 있다고 판정했을 때는, 요주의라고 인식하고, 압흔량, 윤활유 열화량, 압흔/윤활유 식별량을 특정하여, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 표시하고, 인간에 의해 고장모드를 판정하여 진단한다.
상기 판정수단에 있어서, 압흔 및 윤활유 열화검출을 위한 한계값을, (a) BRG(베어링) 사이즈, (b) 기기중량, (c) 전동기 출력, (d) 기기종류, (e) 이들 (a)∼(d)의 조합에 의해 변경할 수 있다.
상기 판정수단에 있어서, 압흔 및 윤활유 열화의 검출에 추가해서, 기기의 언밸런스, 미스얼라이먼트, 기초의 이완 등을 주파수 해석에 의해 진단하는 종래의 고장검출수법을 추가한, 회전기의 모든 고장을 종합적으로 진단할 수 있다.
본 발명의 잔여수명 진단장치에 의하면, 잔여수명을 피진단하고자 하는 피진단 구름 베어링(3)에 관한 진동신호를 측정하는 가속도센서(4)와, 그 가속도센서(4)로 구한 데이터를 변환하는 아날로그/디지털 변환기(5)와, 그 아날로그/디지털 변환기(5)로 변환한 진동신호로부터, 압흔 및 윤활유 열화의 특징을 추출하는 특징량 추출부(6)와, 구름 베어링(3)에 있어서의 먼지 혼입상태와 진동·베어링 수명과의 관계, 윤활유의 열화와 진동·베어링 수명과의 관계를 기록한 기초 데이터, 및 펌프, 팬 등의 회전기기(1, 2)에 구비된 피진단 구름 베어링(3)의 정상상태일 때에 채취한 진동 데이터, 및 베어링 하중, 회전속도, 운전시간 및 구름 베어링 호칭번호에 관한 데이터를 보존한 측정결과 데이터베이스(7)와, 그 측정결과 데이터베이스(7)에 탑재된 데이터를 이용함으로써, 상기 특징량 추출부(6)로 추출한, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 진동신호에 의거해서, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 먼지 혼입과 윤활유의 열화 상태를 판정하여, 그 잔여수명을 진단하는 잔여수명 진단부(8)와, 그 잔여수명 진단부(8)의 결과를 표시하는 피진단 결과 표시부(9)를 구비한 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단장치가 제공된다.
(발명의 효과)
상기 구성의 진단방법에서는, 기초데이터 채취수단에 있어서, 미리 먼지의 혼입 또는 윤활유의 열화에 의해 윤활유가 열화하였을 때에 발생하는 구름 베어링의 압흔의 형성상태에 관해서, 그 가속도와 먼지 혼입상태의 관계, 가속도와 윤활유 상태의 관계에 대해서 실험장치에 의해 채취한 기초데이터를 취득한다. 측정수단에 있어서, 잔여수명을 피진단하고자 하는 회전기기(1, 2)에 구비된 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호 또는 고주파 신호를 측정한다.
다음에, 판정수단에 있어서, 판정수단에 의해 구한 측정값과, 상기 기초데이터 채취수단으로 구한 데이터, 미리 측정한 피진단 구름 베어링(3)의 정상상태의 베어링 하중, 회전속도, 운전시간 및 구름 베어링 호칭번호에 관한 진동데이터를 이용하여, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 먼지 혼입상태, 윤활유의 열화상태를 추정하고, 그 피진단 구름 베어링(3)의 잔여수명을 산출한다.
이 판정수단에 있어서는, 먼저 진동의 증가경향을 산출함으로써, 상기 피진단 구름 베어링(3)이 열화 초기인지 말기상태인지를 판정한다.
열화초기라고 판정하였을 때는, 추가로 다음과 같이 판정한다. 먼저, 상기 측정수단으로 구한 피진단 구름 베어링(3)의 가속도센서(4)의 공진 주파수대 신호, 또는 고주파대 신호, 및 미리 측정한 피진단 구름 베어링(3)의 정상일 때의 진동 데이터를 이용하여, 상기 피진단 구름 베어링(3)이 정상적인 열화과정인지, 먼지 혼입과정인지, 윤활유의 열화과정인지를 판정한다.
피진단 구름 베어링(3)에 먼지도 혼입되어 있지 않고, 윤활유도 열화상태는 아닌, 열화초기이지만 베어링 상태가 정상이라고 판정한 경우는, 그 잔여수명으로서 정격수명을 산출한다. 다음에, 피진단 구름 베어링(3)에 먼지가 혼입되고, 열화 초기상태가 되었다고 판정한 경우는, 상기 기초데이터 채취수단에 있어서의 진동 데이터에 의해, 혼입된 먼지의 사이즈를 추정하여, 그의 잔여수명을 산출한다. 또한, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 윤활유가 열화된 경우는, 베어링 상태가 열화초기라고 판정하고, 상기 데이터 채취수단에 있어서의 진동 데이터로부터, 상기 윤활유의 열화를 추정하여, 그 잔여수명을 산출한다.
마지막으로, 열화말기라고 판정했을 때는, 상기 가속도의 저주파수대 진동의 증가경향에 의거하여 잔여수명을 산출한다. 이때, 본 발명의 피진단 방법에서는, 진동의 증가경향 예측뿐만 아니라, 먼지 혼입이나 윤활유의 열화로부터 가속도의 증감까지의 경과시간을 관측함으로써, 보다 정밀도가 높은 잔여수명을 산출할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 회전기기(1, 2)의 가동 중에 그 구름 베어링(3)의 수명을 추정함으로써, 교환시기를 추정하여, 보다 효율적인 기기(1, 2)의 보수가 가능하게 된다. 가령, 발전소에 있어서의 회전기기(1, 2)에 관해서는, 가동률이 높은 여름철을 피해 가을철에 그 구름 베어링(3)의 교환을 실시한다고 하는 계획을 용이하게 세워, 보수의 효율화를 꾀할 수 있다. 또, 종래의 잔여수명 진단방법의 정밀도 부족으로부터 정기점검을 실시할 수 없게 된 회전기기에 대해서 조기에 잔여수명 진단이 가능한 점으로부터, 점검주기의 장기화, 열화 데이터의 채취가 용이해지며, 종래의 정기점검 체제로부터 기기의 상태에 따라서 보수를 행하는 상태기준 보수체제로의 이행 효율화를 기대할 수 있다.
특히, 본 발명에서는, 잔여수명을 피진단하고자 하는 그 피진단 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명 등의 베어링 제원에 관해서 판정함으로써, 그 베어링의 특성에 의거하여 정확하게 잔여수명을 진단할 수 있다. 즉, 피진단 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명을 판별할 수 있을지의 여부에 의거해서, 그 후의 특정한 측정결과로부터 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하여, 정상과 이상의 차이에 대한 판정없이 추정할 수 있다.
또, 본 발명에서는 그 피진단 구름 베어링(3)의 이상이, 압흔에 의한 것인지, 윤활유 끊김의 이상에 의한 것인지의 차이를 판정하여 정확하게 잔여수명을 판정하고 있다. 가령, 압흔 기점형 박리모드라고 추정했을 때는, 소정의 수식에 의거하여 압흔 사이즈를 추정하여 잔여수명을 진단할 수 있다. 또, 윤활유 열화모드라고 추정했을 때는, 소정의 수식에 의거하여 윤활유 열화정도를 추정하여 잔여수명을 진단할 수 있다.
압흔 기점형 박리모드에 의한 이상인지, 윤활유 열화모드에 의한 이상인지의 판별이 곤란할 때는, 그 오식별을 방지하기 위해서 인간에 의한 시간 주파수 분포(웨이브릿)을 확인함으로써, 확실한 잔여수명을 진단할 수 있다.
이와 같이, 압흔 기점형 박리모드, 윤활유 열화모드의 양쪽을 종합적으로 판정함으로써, 구름 베어링(3)에 관해서 보다 정교하고 치밀한 잔여수명을 진단할 수 있다. 본 발명의 잔여수명 진단방법은, 종래의 언밸런스, 미스얼라이먼트 및 기초의 이완을 검출하는 종래의 검출방법과 조합시킬 수 있다.
상기 구성의 잔여수명 진단장치에서는, 윤활유로의 먼지의 혼입이나 윤활유의 열화상태를, 가속도센서(4)의 공진 주파수대 신호 또는 고주파 신호를 이용함으로써, 저가로 검출하고, 검출한 먼지의 상태, 윤활유의 상태를 근거로 구름 베어링(3)의 수명을 조기에 높은 정밀도로 추정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 회전기기(1, 2)의 가동중에 그 구름 베어링(3)의 수명을 추정함으로써, 점검 스케즐·피진단 리포트 출력부(10)에서 교환주기 또는 교환시기가 확정되어, 보다 효율적인 기기의 보수가 가능하게 된다. 가령, 발전소에 있어서의 회전기기(1, 2)에 관해서는, 가동률이 높은 여름철을 피해서 가을철에 그 구름 베어링(3)의 교환을 실시한다고 하는 계획을 용이하게 세울 수 있다. 또, 종래는, 정기점검을 실시할 수 없게 된 설비에 대해서, 조기에 잔여수명 판정이 가능한 점으로부터, 점검주기의 장기화, 열화 데이터의 채취가 용이해지며, 종래의 정기점검 체제로부터 기기의 상태에 따라서 보수를 행하는 상태기준 보수체제로의 이행 효율화를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 구름 베어링의 잔여수명 진단방법을 나타내는 블록도이다.
도 2는 잔여수명 진단방법으로 진단하는 대상물이 되는 전동기와 회전기기에 구비된 구름 베어링의 일예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 구름 베어링의 잔여수명 진단방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 베어링 제원을 판정하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 베어링 제원을 알 때의 압흔 특징량에 의한 구름 베어링의 잔여수명 진단방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 베어링 제원을 알지 못할 때의 압흔 특징량에 의한 구름 베어링의 잔여수명 진단방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 압흔의 크기 및 하중의 크기가 베어링의 잔여수명에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 8은 윤활유 끊김에 의한 베어링의 상대 진동값과 잔여수명의 관계를 구한 실험결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 상대감도와 압흔 사이즈의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 펌프 구동용 전동기에 사용되고 있는 구름 베어링의 잔여수명을 진단한 결과이며, 상단부터 파형, FFT 스펙트럼, 확대한 웨이브릿 분포를 나타내는 것으로, (a)는 정상상태, (b)는 압흔의 발생상태 및 (c)는 윤활유의 열화가 발생한 상태를 나타내는 것이다.
도 11은 본 발명의 구름 베어링의 잔여수명 진단장치를 나타내는 구성 블록도이다.
도 12는 종래의 잔여수명 진단방법을 나타내는 흐름도이다.
(부호의 설명)
1: 펌프, 팬
2: 전동기
3: 구름 베어링(피진단 구름 베어링)
4: 가속도센서
5: 아날로그/디지털 변환기
6: 특징량 추출부
7: 측정결과 데이터베이스
8: 잔여수명 진단부
9: 피진단결과 표시부
10: 점검 스케즐·피진단 리포트 출력부
11: 전송용 모뎀
12: 프린터
본 발명의 구름 베어링의 잔여수명 진단방법은, 미리 실험기에 있어서, 먼지 혼입상태·윤활유의 열화상태와 진동·수명의 관계를 채취하는 기초데이터 채취수단과, 펌프, 팬 등의 회전기기 또는 전동기기 등의 회전기구 부분에 구비된 구름 베어링의 잔여수명을 진단하고자 하는 구름 베어링의 공진 주파수대 신호 또는 고주파 신호를 측정하는 측정수단과, 피진단 구름 베어링의 잔여수명을 판정하는 판정수단으로 이루어지는 것이다.
실시예 1
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 구름 베어링의 잔여수명을 진단하는 방법을 나타내는 블록도이다. 도 2는 잔여수명 진단방법으로 진단하는 대상물이 되는 전동기와 회전기기에 구비된 구름 베어링의 일례를 나타내는 단면도이다.
기초데이터 채취수단에서는, 먼지 혼입을 모의하기 위해서, 분해한 베어링의 전동면에 직접 상처를 내서, 베어링에 압흔을 생성시키고, 또 윤활유의 열화상태를 모의하기 위해 윤활유를 감소시킨 베어링을 이용하여 베어링 하중 시험기로써 시험을 실시해서, 기초 데이터를 채취한다. 또, 그 밖에 먼지 혼입을 모의하는 방법으로서, 윤활유에 먼지 대신 이물질을 혼입시키고, 혼입하는 이물질의 양이나 크기를 변화시키거나, 혼입하는 이물질의 경도를 변화시키는 것 등이 있다. 마찬가지로, 윤활유의 열화를 모의하는 방법으로서, 산화 열화시킨 윤활유를 사용하거나, 물을 혼입시키는 것 등이 있다.
이 기초데이터 채취수단에 있어서, 미리 먼지의 혼입 또는 윤활유의 열화에 의해 윤활유가 열화했을 때 구름 베어링(3)에 생긴 압흔의 형성상태에 관해서, 그 가속도와 압흔의 크기의 관계에 관한 데이터를 취득한다. 구름 베어링(3)의 주요 열화상태는, 내부 기점형 박리와 표면 기점형 박리 2개의 열화모드가 있다. 이 내부 기점형 박리는, 구름요소 전동면이 받는 반복응력이 전동면 표층 아래에 집중되어, 전동면 내부로부터 박리가 발생하는 것이다. 표면 기점형 박리는, 윤활유 속에 먼지 등의 이물질이 혼입하여 전동면 표면에 상처가 생겨서, 전동면 표면으로부터 박리가 발생하는 것이다. 베어링 본래의 수명이란, 내부 기점형 박리모드에 있어서의 수명으로, 이 수명은 최근의 재료기술의 진보에 따라서, 베어링의 정격수명이 수배~수집배 연장되었다. 한편, 윤활유 속으로의 이물질 혼입 등에 의한 표면 기점형 박리모드의 수명은, 내부 기점형 박리 수명의 수분의 일 내지 수십분의 일로 현저하게 짧아진다.
이와 같이 구름 베어링(3)은 다양한 열화모드를 가지며, 이들 열화모드·파괴 메카니즘을 고려하는 것은 베어링의 잔여수명 진단에 있어서 매우 중요하다. 그래서, 본 발명에서는 이와 같은 구름 베어링(3)의 열화모드를 고려해서, 종래보다도 조기에 피진단이 가능하면서, 높은 정밀도로 잔여수명을 진단하기 위해, 그 전제로서 기초데이터 채취수단을 이용하였다.
잔여수명을 피진단하고자 하는 회전기기(1, 2)에 구비된 피진단 구름 베어링(3)에 관해서는, 판정수단 중 잔여수명 진단 준비단계와 측정수단을 강구한다. 잔여수명 진단 준비단계에서는, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 베어링 하중, 회전속도, 운전시간 및 구름 베어링의 호칭번호에 관한 데이터, 및 가속도센서(4)를 이용하여 정상일 때의 진동 데이터를 수집한다. 측정수단에서는 운전중에 있어서의 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호 또는 고주파수대 신호를 측정한다.
도 3은 구름 베어링의 잔여수명 진단방법을 나타내는 흐름도이다.
이들 기초데이터 채취수단 및 잔여수명 준비단계에서 구한 데이터를 이용하여, 피진단 구름 베어링(3)이 열화초기인지, 말기상태인지를 도 3에 나타낸 바와 같은 흐름도에 의거해서 추정하여, 잔여수명을 진단한다.
피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑의 진동파형을 측정한다. 또, 바람직하게는 5k∼35㎑의 진동파형을 측정한다. 압흔을 검출하기 위해서, 상기 주파수대역을 복수의 주파수대로 분할하여, 포락선 처리 스펙트럼을 산출하고, 이 복수 주파수대의 포락선 처리 스펙트럼이 한계값(=2.0)을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정한다. 한편, 한계값을 넘었을 때는, 압흔 기점형 박리모드에 이상이 있다고 판정하거나, 이상이지만 고장모드를 특정할 수 없을 때에 다음 판정으로 진행한다.
가령, 피진단 구름 베어링(3)의 진동측정 파형을 처리한 결과, 산출한 진동값과 구름 베어링(3)의 계산수명을 이용하여, 이 구름 베어링(3)의 잔여수명을 산 출하여 판정한다.
윤활유 열화를 검출하기 위해서, 그 특징량(23k∼32㎑ 실행값×5k∼35㎑ 실행값)을 산출하고, 윤활유 열화의 특징량이 한계값(=2.0)을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정한다. 한편, 한계값을 넘었을 때는 윤활유 열화모드의 이상이라고 추정하거나, 이상이지만 고장모드를 특정할 수 없을 때에 다음의 판정으로 진행한다.
여기서, 한계값은 2.0이 바람직하지만, 1.0을 넘은 값이면 판정에 이용할 수 있다. 이 한계값은, 구름 베어링(3)의 사이즈·형식, 사용되고 있는 기기의 중량, 기기의 종류, 전동기기의 용량(㎾)등에 의거해서 변동시키는 것이다. 또는, 이들의 조합에 의거해서 변동시킨다.
압흔과 윤활유 열화를 식별하기 위해서, 그 특징량(케프스트럼)을 산출하고, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값(=3.8)을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때는 압흔 기점형 박리모드의 이상이라고 판정한다. 한편, 한계값을 넘지 않을 때는 윤활유 열화모드의 이상이라고 추정한다.
여기서, 한계값은 3.8이 바람직하지만, 3.0을 넘은 값이라면 판정에 이용할 수 있다. 이 한계값은 상술한 바와 같이, 구름 베어링(3)의 사이즈·형식, 사용되고 있는 기기의 중량, 기기의 종류, 전동기기의 용량(㎾) 등에 의거해서 변동시키는 것이다. 또는, 이들의 조합에 의거해서 변동시킨다.
상기 압흔 검출결과가 한계값을 넘지 않을 때, 및 윤활유 열화 검출결과도 한계값을 넘지 않을 때에, 그 피진단 구름 베어링(3)은 「정상」이라고 판정한다. 압흔 검출결과가 한계값을 넘지 않을 때도, 윤활유 열화 검출결과가 이상이라고 판정했을 때에는 그 피진단 구름 베어링(3)은 이상이라고 판정한다. 마찬가지로, 윤활유 열화 검출결과가 한계값을 넘지 않을 때에도 압흔 검출결과가 이상이라고 판정했을 때에, 그 피진단 구름 베어링(3)은 「이상」이라고 판정한다.
상기 압흔 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 고장모드를 특정할 수 없을 때, 또는 윤활유 열화 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 고장모드를 특정할 수 없을 때는, 요주의라고 인식하고, 압흔량, 윤활유 열화량, 압흔/윤활유 식별량을 특정하고, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 표시한다. 또한, 인간에 의해 고장모드를 판정하여, 진단한다.
압흔 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값을 넘었을 때는, 압흔 기점형 박리모드의 이상이라고 판정한다. 그 결과, 압흔의 발생이 있다고 판정하고, 압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 진단한다.
윤활유 열화 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 케프스트럼의 쿠트시스는 한계값을 넘지 않을 때는, 윤활유 열화모드의 이상이라고 판정한다. 그 결과, 윤활유 열화이 발생이 있다고 판정하고, 윤활유 열화모드에서의 잔여수명을 진단한다.
또한, 압흔 기점형 박리모드에 이상이 있다고 추정하거나, 윤활유 열화모드에 이상이 있다고 판정했을 때는, 요주의라고 인식하고, 압흔량, 윤활유 열화량, 압흔/윤활유 식별량을 특정하고, 시간 주파수 분포(웨이브릿)을 표시한다. 또한, 인간에 의해 고장모드를 판정하여, 진단한다.
또, 압흔 기점형 박리모드 또는 윤활유 열화모드에 이상이 있다고 판정했을 때는, 그 압흔량, 윤활유 열화량, 압흔/윤활유 식별량을 특정하지 않고, 시간 주파수 분포(웨이브릿)에 관해서는 표시하지 않는다.
실시예 2
도 4는 실시예 2의 구름 베어링의 형식번호와 업체명을 판정하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법을 나타내는 흐름도이다. 도 5는 베어링 제원을 판정할 때의 압흔 특징량에 의한 구름 베어링의 잔여수명 진단방법을 나타내는 흐름도이다. 도 6은 베어링 제원이 판정되지 않을 때의 압흔 특징량에 의한 구름 베어링의 잔여수명 진단방법을 나타내는 흐름도이다.
실시예 2의 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명 등의 제원 판정에 따른 압흔 검출방식에 대해서 설명한다.
피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 5k∼35㎑의 진동파형을 1/2 옥타브 밴드로 주파수를 분할하여 총 6밴드를 채취하고, 각 주파수대의 파형에 대해, 포락선 처리를 행해, 주파수 스펙트럼을 산출하고, 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명에 관해서 판정한다. 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명을 판별할 수 있으면, 그 베어링의 특징을 알고서, 그 잔여수명을 보다 정확하게 추정하기가 쉬워지기 때문이다.
구름 베어링의 형식번호와 업체명을 알 때는 다음과 같은 판정을 행한다.
구름 베어링(3)의 제원으로부터 베어링 패스 주파수를 계산하고, 각 주파수대의 포락선 처리 스펙트럼으로부터 패스 주파수 성분(finn.fout.fball의 3개)을 추출하고, 추출한 각 주파수대의 패스 주파수 성분의 상대감도(정상일 때와의 비)를 산출 하고, 패스 주파수 성분의 상대감도의 상위 3밴드 평균을 구한다. finn.fout.fball의 3개에 대해 독립해서 연산한다. 이 밴드 주파수 성분의 상위 3밴드 평균(finn.fout.fball의 3개)의 어느 것이 한계값(=2.0)을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정한다.
한편, 이 한계값을 넘었을 때는, 압흔/윤활유 열화의 오식별 방지를 위해 인간에 의한 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 확인해서, 진동파형의 웨이브릿 분포를 작성하고, 시간 주파수 분포(웨이브릿)을 표시한다. 이것은 인간의 판정이 가장 정확하게 행할 수 있기 때문이다.
구름 베어링의 형식번호와 업체명을 알지 못할 때는 다음과 같은 판정을 행한다.
피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 각 주파수대의 포락선 처리 스펙트럼으로부터, 회전수×1.5∼7의 범위 내에서 주파수 스펙트럼의 피크를 추출하고, 추출한 각 주파수대의 피크 주파수 성분의 상대감도(정상일 때와의 비)를 산출하여, 피크 주파수 성분의 상대감도의 상위 3밴드 평균을 구하고, 피크 주파수 성분의 상위 3밴드의 상대감도 평균이 한계값(=2.0)을 넘었는지의 여부를 추정하여, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정한다.
한편, 한계값을 넘었을 때는, 압흔 기점형 박리모드라고 확인하고, 상위 3밴드의 상대감도 평균으로부터 압흔 사이즈를 주청하여, 압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 진단하고, 잔여수명을 하기 수학식 1로 계산하여 진단한다.
[수학식 1]
Figure 112006077855844-pct00006
이와 같이 본 발명은, 회전기기(1, 2)의 운전 중에, 그 구름 베어링(3)의 수명을 추정함으로써, 교환시기를 확정하여, 보다 효율적인 회전기기(1, 2)의 보수가 가능하게 된다. 가령, 발전소에 있어서의 회전기기(1, 2)에 관해서는, 가동률이 높은 여름철을 피해서 가을철에 그 구름 베어링(3)의 교환을 실시한다고 하는 계획을 용이하게 세울 수 있다.
구름 베어링의 내륜에 록크웰 경도계를 이용하여 프레서(presser)로 원추형상의 압흔을 제작하고, 압흔의 크기와 부하하중을 변화시킨 피로시험을 실시해서, 압흔이 발생한 후에 운전할 수 있는 시간을 구한 시험 베어링에는 모터로 가장 많이 사용되고 있는 깊은 홈 볼베어링(deep groove ball bearing)을 사용하고, 일본학술 진흥회 126위원회가 제작한 피로시험기로 시험을 실시한 시험 베어링은 JIS6206(내경 30㎜, 외경 62㎜, 폭 16㎜)이다. 회전속도는 2000rpm, 윤활유는 터빈유 ISOVGIO이다. 도 11에 결과를 나타낸 바와 같이, 구름 베어링의 계산수명에 대한 수명비는 압흔의 크기가 커지면 저하되고, 수명비의 저하율은 부하하중이 작을수록 크다는 것을 알았다.
도 7은 압흔의 크기 및 하중의 크기가 수명에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
여기서, P축은 베어링 시험시의 레이디얼 하중, C는 베어링의 기본 동정격하 중, LlOh는 JISB1518·1992의 기본 동정격수명으로 수학식1에 나타냈다. LlO는 수명 시험데이터를 와이블(Weibull)분포에 적용한 경우의 10% 수명이다.
[수학식 1]
Figure 112006077855844-pct00007
여기서, n은 회전속도(rpm), C는 베어링의 기본 동정격하중 및 P는 베어링 시험시의 레이디얼 하중이다. 또, 구름 베어링의 기본 동정격수명이란, 일군의 동일 베어링을 동일조건에서 개별적으로 회전시켰을 때, 그 90%가 구름 피로에 의한 플레이킹(flaking, 박리)을 일으키는 일 없이 100만회 회전할 수 있는 시간이다.
도 8로부터, 각 사이즈의 압흔에 있어서 수학식 2를 확인할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112006077855844-pct00008
Sayles들의 연구(문헌: Sayles들, ASTM STP771(1982)255-274)에 의하면, 3미크론 이하의 필터를 사용하여 구름 베어링에 공급한다. 윤활유의 청정도를 관리한 경우는 수명이 일정한 것으로 알려져 있다. 또, 구름 베어링의 궤도면은 초정밀 마무리 가공되어 있고, 그 표면 거칠기의 피치는 2.5㎛ 전후이다. 따라서, 압흔 사이즈가 2.5㎛인 경우에는, 압흔에 의한 수명저하는 없다고 생각한 압흔이 없는 경우의 구름 베어링의 수명은, 최근의 베어링용 강의 청정도의 향상에 의해 기본 동정격수명보다 증가되었다. 일본학술 진흥회가 행하고 있는 통일 시험에서는 2배의 실 력이 있는 것으로 되어 있다. 따라서, 압흔 사이즈가 2.5㎛인 경우의 상대수명을 2로 하였다.
압흔 사이즈를 230㎛ 및 460㎛로 한 경우의 실험결과 및 압흔 사이즈가 2.5㎛인 경우의 결과를 토대로 회귀식의 계수 a, b를 결정하였다. 결과로서, 하기의 수학식 3을 얻었다.
[수학식 3]
Figure 112006077855844-pct00009
여기서, d는 압흔의 직경으로, 단위는 미크론이다.
이 식을 변형하여 잔여수명을 추정하는 수학식 4를 얻었다.
[수학식 4]
Figure 112006077855844-pct00010
압흔의 크기는 베어링의 진동파형을 처리함으로써 결정할 수 있다.
구름 베어링의 윤활유 막이 파단되면 금속 접촉부의 발열에 의해 윤활유의 산화 열과가 가속되거나, 또 금속 접촉부의 마모분에 의한 촉매작용으로 윤활유의 산화 열화가 가속된다.
구름 베어링의 궤도륜과 전동체 간의 윤활상태와 베어링 진동 사이에는 상기와 같은 관계가 있으며, 윤활상태를 변화시킨다. 윤활유 수명시험을 실시하여, 상대진동수와 상대수명의 관계를 구하였다. 시험 베어링 및 시험기에는 압흔을 만들었다. 시험의 경우와 동일하다. 시험하중은 기본 동정격하중의 10%로 하였다. 건조 상태 및 ISOVG2의 윤활유에 의한 시험을 실시하였다. 회전속도는 900rpm 및 1800rpm이다. 결과를 도면에 나타냈으나, 정상상태에 대한 상대진동값과 상대수명(시험 베어링의 수명을 Booser의 그리스 수명식으로 구한 계산수명과의 비) 간의 시험식을 얻었다.
다음에, 구름 베어링의 윤활유 열화 검출 방식에 대해서 설명한다.
피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 센서 공진 주파수대 23k∼32㎑의 실효값을 산출하고, 23k∼32㎑ 실효값의 상대감도를 산출하여, 23k∼32㎑ 실효값의 상대감도가 한계값(=1.5)을 넘었는지의 여부를 판정함으로써, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정한다.
한편, 한계값을 넘었을 때는, 압흔 기점형 박리모드라고 확인하고, 상위 3밴드의 상대감도 평균으로부터 압흔 사이즈를 추정한다. 압흔 기점형 박리모드의 잔여수명을 진단한다. 잔여수명을 하기 수학식(1)로 계산하여 진단한다.
[수학식 (1)]
Figure 112006077855844-pct00011
또한, 한계값을 넘었을 때는, 윤활유 열화모드라고 확인하고, 23k∼32㎑ 실효값으로부터 윤활유 열화정도를 추정하여, 윤활유 열화모드에서의 잔여수명을 진단하고, 잔여수명을 시간단위(hrs)로 표시하여 진단한다.
피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 5k∼35㎑ 진동파형의 케프스트럼을 산출하고, 케프스트럼의 쿠트시스를 산출하여, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값(=3.8)을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때는 압흔 기점형 박리모드라고 판정한다.
상위 3밴드의 상대감도 평균으로부터 압흔 사이즈를 추정하여, 압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 피진단하고, 잔여수명을 하기 수학식(1)로 계산하여 진단한다.
[수학식 (1)]
Figure 112006077855844-pct00012
한편, 한계값을 넘지 않을 때는 윤활유 열화모드라고 판정하고, 23k∼32㎑ 실효값으로부터 윤활유 열화정도를 추정하여, 윤활유 열화모드에서의 잔여수명을 진단하고, 잔여수명을 하기 수학식 (2)로 계산하여 진단한다.
[수학식 (2)]
Figure 112006077855844-pct00013
도 8은 윤활유 끊김에 의한 베어링의 상대 진동값과 잔여수명과의 관계를 구한 그래프이다.
도 8의 계산수명은 수학식 (5)의 Booser 식의 Lhb이다.
[수학식 5]
Figure 112006077855844-pct00014
여기서, t는 베어링 외륜온도(℃), SG는 그리스 조성에 의한 반감수명 뺄셈계수, SN 및 Sw는 각각 회전수에 의한 반감수명 뺄셈계수, 하중·속도에 의한 반감수명 뺄셈계수이며, 각 계산식은 수학식 6, 수학식 7에 나타낸 바와 같다.
[수학식 6]
Figure 112006077855844-pct00015
여기서, d(㎜)는 베어링의 내경치수, nL은 카달로그 허용 회전속도이며, 단위는 rpm이다.
[수학식 7]
Figure 112006077855844-pct00016
여기서, P(lbf)는 부하하중, Cr(lbf)은 기본 동정격하중이다.
따라서, 잔여수명은 수학식 8의 수식으로 한다.
[수학식 8]
Figure 112006077855844-pct00017
이와 같이, 구름 베어링의 형식번호와 업체명을 판정했을 때의 진단결과에 관해서, 고장모드를 판정할 수 없을 때는, 진동파형의 웨이브릿 분포를 작성한다. 다음에, 요주의라고 인식하고, 압흔량, 윤활유 열화량, 압흔/윤활유 식별량을 특정하여, 시간 주파수 분포(웨이브릿)을 표시한다.
압흔 모드의 이상이 있을 때는, 상위 3밴드의 상대감도 평균으로부터 압흔 사이즈를 추정한다. 압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 진단하고, 잔여수명을 시간단위로 표시한다.
윤활유 열화모드의 이상이 있을 때는, 23k∼32㎑ 실효값으로부터 윤활유 열화정도를 추정한다. 윤활유 열화모드에서의 잔여수명을 진단하고, 잔여수명을 시간단위로 표시한다.
도 9는 상대감도와 압흔 사이즈와의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명에서는, 기초 데이터 채취수단과 측정수단 및 판정수단에 있어서의 먼지 혼입량에 의한 압흔 발생의 검출 및 압흔 사이즈를, 가속도센서(4)중 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대의 진동신호를 포함한 주파수대역에서 구할 수 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 압흔 사이즈의 추정곡선은, 기기의 종류나 기기의 크기에 따라 변화시켜 산출된 상대감도로부터 압흔 사이즈를 추정할 수 있다.
도 10은 펌프 구동용 전동기에서 사용되고 있는 구름 베어링의 잔여수명을 진단한 결과로, 상단부터 파형, FFT 스펙트럼, 확대한 웨이브릿 분포를 나타내는 것으로, (a)는 정상상태, (b)는 압흔의 발생상태 및 (c)는 윤활유의 열화가 발생한 상태를 나타내는 것이다.
정상적인 구름 베어링의 수명을 상대수명 1(정격수명을 상대수명 1이라고 한다)이라 하면, 압흔을 만든 베어링의 수명은 그보다 훨씬 짧아, 정격수명의 1/100 이하가 되는 경우도 있다. 또, 피진단 구름 베어링(3)의 박리는, 예외없이 압흔을 기점으로 하고 있으며, 베어링 수명의 편차는 극히 적은 것으로 알려져 있다. 본 발명의 판정수단은 이와 같은 압흔 사이즈와 수명의 관계에 의해 추정한다.
실시예 3
도 11은 본 발명의 구름 베어링의 잔여수명 진단장치를 나타내는 구성 블록도이다.
구름 베어링의 잔여수명 진단장치는, 가속도센서(4)와, 아날로그/디지털 변환기(5)와, 특징량 추출부(6)와, 측정결과 데이터베이스(7)와, 잔여수명 진단부(8)와, 피진단결과 표시부(9)와, 점검 스케즐·피진단 리포트 출력부(10)와, 전송용 모뎀(11)을 구비하는 것이다.
아날로드/디지털 변환기(5)는, 상술한 잔여수명을 피진단하고자 하는 피진단 구름 베어링(3)등에 관해서 가속도센서(4)로 구한 데이터를 변환하는 것이다. 특징량 추출부(6)는, 이 아날로그/디지털 변환기(5)로 변환한 진동신호 중에서, 가장 고감도 검출이 가능한 공진주파수대의 진동신호를 검출하는 것이다.
측정결과 데이터베이스(7)는, 상술한 바와 같이, 미리 실험기에 있어서 먼지 혼입상태·윤활유의 열화상태와 진동·수명의 관계를 채취한 기초 데이터와, 펌프, 팬 등의 회전기기(1) 또는 전동기(2) 등의 회전기구 부분에 구비된 잔여수명을 베어링 호칭번호에 관한 데이터, 및 피진단 구름 베어링(3)의 정상일 때의 진동 데이터를 수집하여 저장하는 것이다.
잔여수명 진단부(8)는, 이 측정결과 데이터베이스(7)에 탑재된 데이터를 이용함으로써, 특징량 추출부(6)로 추출한, 피진단 구름 베어링(3)의 진동신호에 의거해서 피진단 구름 베어링(3)의 먼지 혼입과 윤활유의 열화상태를 판정하여, 그 잔여수명을 진단하는 것이다.
피진단결과 표시부(9)는, 잔여수명 진단부(9)의 결과를 표시하는 것이다. 점검 스케즐·피진단 리포트 출력부(10)는, 잔여수명 진단부(9)의 피진단결과에 의겨해서, 피진단 구름 베어링(3)의 다음번 점검 스케즐과 피진단결과 리포트를 프린터(1, 2)등에 출력하는 것이다. 이와 같이 본 발명은, 회전기기(1, 2)의 가동 중에 그 구름 베어링(3)의 수명을 추정함으로써, 점검 스케즐·피진단 리포트 출력부(10)에 있어서 교환주기 또는 교환시기를 추정하여, 보다 효율적인 기기의 보수가 가능하게 된다. 가령, 발전소에 있어서의 회전기기(1, 2)에 관해서는, 가동률이 높은 여름철을 피해서 가열에 그 구름 베어링의 교환을 실시한다고 하는 계획을 용이하게 세울 수 있다.
상기 구성의 잔여수명 진단장치에서는 윤활유로의 먼지의 혼입이나 윤활유의 열화상태를, 가속도센서(4)의 공진주파수대 신호 또는 고주파신호를 이용함으로써, 저가로 검출하고, 검출한 먼지의 상태, 윤활유의 상태를 근거로 구름 베어링의 수명을 높은 정밀도로 추정할 수 있다.
전송용 모뎀(11)은, 파형 데이터와 피진단 결과를 인터넷 회선에 접속하는 것이다. 이와 같이, 인터넷 회선에 접속함으로써, 원격지에서 소정의 구름 베어링(3)의 잔여수명을 용이하게 추정할 수 있다.
또, 본 발명은 상술한 발명의 실시예로 한정되지 않는다. 즉, 피진단 구름 베어링(3)의 잔여수명을 추정하여, 피진단 구름 베어링(3)의 잔여수명을 산출하는 방법이면, 상술한 구성으로 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
또, 미리 먼지가 혼입된 상태나 윤활유가 열화된 상태와, 그 가속도와 압흔의 크기 등과의 관계에 관해서 데이터를 채취해 두고, 채취한 먼지 혼입상태·윤활유의 열화상태와 가속도·수명의 관계 데이터와, 특징량 추출부(6)로 추출한 피진단 구름 베어링(3)의 진동신호를 비교·판정함으로써, 피진단 구름 베어링(3)의 먼지 혼입상태·윤활유의 열화상태를 추정하여, 그 잔여수명을 진단하는 구조이면, 도시한 구성으로 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 구름 베어링의 잔여수명 진단방법은, 화학 플랜트, 제철소 및 발전소 등에서 사용되고 있는 보조기기인 펌프, 팬의 구름 베어링, 또는 그들 기기를 구동하는 모터에서 사용되는 구름 베어링에 관해서 그 잔여수명 진단을 할 때에 이용할 수 있다.

Claims (42)

  1. 구름 베어링(3)에 있어서의 먼지 혼입상태와 진동·베어링 수명과의 관계, 및 윤활유의 열화와 진동·베어링 수명과 관련하여, 각 구름 베어링(3)의 형식번호, 업체명 등의 베어링 제원마다에 대해, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호를 포함하는 주파수대역 신호를 실험장치에 의해 채취하는 기초데이터 채취수단과,
    펌프, 팬 등의 회전기기(1, 2)에 구비된, 잔여수명을 진단하는 구름 베어링(3)에 관해서, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호를 포함하는 주파수대역 신호를 측정하는 측정수단과,
    상기 측정수단에 의해 구한 측정값과, 상기 베어링 제원에 관한 판정결과와, 상기 기초데이터 채취수단으로 구한 데이터를 이용하여, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 먼지 혼입상태와 윤활유의 열화상태를 추정하여, 피진단 구름 베어링(3)의 잔여수명을 산출하는 판정수단으로 이루어지고,
    상기 판정수단은, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑의 진동파형을, 1/2옥타브 밴드로 주파수를 분할하여 복수의 밴드를 채취하고, 각 주파수대의 파형에 대해서, 포락선 처리를 행해, 주파수 스펙트럼을 산출하고 나서, 그 피진단 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명 등의 베어링 제원에 관해서 판정하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 판정수단은, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑의 진동파형을, 1/2옥타브 밴드로 주파수를 분할하여 복수의 밴드를 채취하고, 각 주파수대의 파형에 대해서, 포락선 처리를 행해, 주파수 스펙트럼을 산출하고, 베어링의 형식번호와 업체명 등의 베어링 제원에 관해서 판정하고,
    상기 피진단 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명을 알 때에,
    그 베어링 제원으로부터 베어링 패스 주파수를 계산하고, 각 주파수대의 포락선 처리 스펙트럼으로부터 패스 주파수 성분(finn.fout.fball의 3개)을 추출하고, 추출한 각 주파수대의 패스 주파수 성분의 상대감도(정상일 때와의 비)를 산출하여, 패스 주파수 성분의 상대감도의 분할한 밴드수의 상위밴드의 평균을 구하고,
    패스 주파수 성분의 복수 밴드로 분할한 밴드수의 상위밴드 평균의 어느 것이 한계값을 넘었는지를 판정하고,
    한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 5k∼35㎑의 진동파형을, 1/2옥타브 밴드로 주파수를 분할하여 합계 6밴드를 채취하고, 각 주파수대의 파형에 대해서, 포락선 처리를 행해, 주파수 스펙트럼을 산출하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서의 한계값은 1을 넘은 수치인 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 판정수단은, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑의 진동파형을, 1/2옥타브 밴드로 주파수를 분할하여 복수의 밴드를 채취하고, 각 주파수대의 파형에 대해서, 포락선 처리를 행해, 주파수 스펙트럼을 산출하고, 베어링의 형식번호와 업체명 등의 베어링 제원에 관해서 판정하고,
    상기 피진단 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명을 알지 못할 때에,
    각 주파수대의 포락선 처리 스펙트럼으로부터, 회전수×1.6∼7의 범위 내에서 주파수 스펙트럼의 피크를 추출하고,
    추출한 각 주파수대의 피크 주파수 성분의 상대감도(정상일 때와의 비)를 산출하고,
    피크 주파수 성분의 상대감도의 상위 3밴드 평균을 구하고,
    피크 주파수 성분의 분할한 상위밴드의 상대감도 평균이 한계값을 넘었는지를 판정하고,
    한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 판정수단은, 상기 구름 베어링(3)에 관해서, 5k∼35㎑의 진동파형을, 1/2옥타브 밴드로 주파수를 분할하여 합계 6밴드를 채취하고,
    각 주파수대의 파형에 대해서, 포락선 처리를 행해, 주파수 스펙트럼을 산출하고,
    베어링의 형식번호와 업체명 등의 베어링 제원에 관해서 판정하고,
    상기 피진단 구름 베어링(3)의 형식번호와 업체명을 알지 못할 때에,
    각 주파수대의 포락선 처리 스펙트럼으로부터, 회전수×1.6∼7의 범위 내에서 주파수 스펙트럼의 피크를 추출하고, 추출한 각 주파수대의 피크 주파수 성분의 상대감도(정상일 때와의 비)를 산출하여, 피크 주파수 성분의 상대감도의 상위 3밴드 평균을 구하고,
    피크 주파수 성분의 상위 3밴드의 상대감도 평균이 한계값을 넘었는지를 판정하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서의 한계값은 1을 넘은 수치인 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  10. 구름 베어링(3)에 있어서의 먼지 혼입상태와 진동·베어링 수명과의 관계, 및 윤활유의 열화와 진동·베어링 수명에 관련하여, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호를 포함하는 주파수대 신호를 실험장치에 의해 채취하는 기초 데이터 채취수단과,
    펌프, 팬 등의 회전기기(1, 2)에 구비된, 잔여수명을 진단하는 구름 베어링(3)에 관해서, 가속도센서(4)를 이용하여 진동신호를 구하고, 가장 고감도 검출이 가능한 공진 주파수대 신호를 포함하는 주파수대역 신호를 측정하는 측정수단과,
    상기 측정수단에 의해 구한 측정값과, 상기 기초데이터 채취수단으로 구한 데이터를 이용하여, 상기 피진단 구름 베어링(3)의 먼지 혼입상태와 윤활유의 열화상태를 추정하고, 그 피진단 구름 베어링(3)의 잔여수명을 산출하는 판정수단으로 이루어지고,
    상기 판정수단은, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑의 주파수대역을 갖는 진동신호로부터, 센서 공진 주파수대역을 포함하는 협대역 및 광대역 2개의 주파수 대역의 실효값의 상대감도를 계산하고, 협대역 실효값 상대감도×광대역 실효값 상대감도라고 하는 특징량이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  11. 삭제
  12. 제 10항에 있어서, 상기 판정수단은, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 5k∼35㎑의 주파수대역을 갖는 진동신호로부터, 23k∼32㎑와 5k∼35㎑ 2개의 주파수대역의 실효값의 상대감도를 계산하고, 23k∼32㎑ 실효값 상대감도×5k∼35㎑ 실효값 상대감도라고 하는 특징량이 한계값을 넘었는지를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서의 한계값은 1을 넘은 수치인 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  14. 제 4항 또는 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 패스 주파수 성분의 복수 밴드로 분할한 밴드수의 상위밴드 평균의 어느 것이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에,
    압흔과 윤활유 열화의 오식별 방지를 위해서, 진동파형의 웨이브릿(wavelet) 분포를 작성하여, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 표시하고, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 확인하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  15. 제 7항 또는 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 피크 주파수 성분의 상위 3밴드의 상대감도 평균이, 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에,
    압흔과 윤활유 열화의 오식별 방지를 위해서, 진동파형의 웨이브릿 분포를 작성하여, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 표시하고, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 확인하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  16. 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 광대역 실효값 상대감도×협대역 실효값 상대감도가, 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에,
    압흔과 윤활유 열화의 오식별 방지를 위해서, 진동파형의 웨이브릿 분포를 작성하여, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 표시하고, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 확인하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  17. 삭제
  18. 제 4항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 패스 주파수 성분의 복수 밴드로 분할한 밴드수의 상위밴드 평균의 어느 것이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에,
    압흔 기점형 박리모드라고 확인하고,
    상위 3밴드의 상대감도 평균으로부터 압흔 사이즈를 추정하고,
    압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 하기의 수학식 (1)로 계산하여 진단하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
    [수학식 (1)]
    Figure 112008039163093-pct00037
  19. 제 7항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 피크 주파수 성분의 상위 3밴드의 상대감도 평균이, 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에,
    압흔 기점형 박리모드라고 확인하고,
    상위 3밴드의 상대감도 평균으로부터 압흔 사이즈를 추정하고,
    압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 하기의 수학식 (1)로 계산하여 진단하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
    [수학식 (1)]
    Figure 112006077855844-pct00019
  20. 제 1항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 압흔 기점형 박리모드에 있어서의 잔여수명 추정식은, 계산수명을 하기의 수학식 (2)의 기본 동(動)정격수명으로 하고, 잔여수명계수를 P/C 및 진동값의 함수로 한 압흔 발생으로부터의 잔여수명으로 하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
    [수학식 (2)]
    Figure 112006077866149-pct00035
  21. 제 1항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 윤활유 열화모드에 있어서의 잔여수명 추정식은,
    계산수명을 하기 수학식 (3)에 의한 계산수명으로 하고, 잔여수명계수를 진동값의 함수로 한 윤활유 열화발생으로부터의 잔여수명으로 하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
    [수학식 (3)]
    Figure 112006077866149-pct00036
  22. 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 센서 공진 주파수대 23k∼32㎑ 실효값 및 5k∼35㎑ 실효값의 상대감도를 산출하고, 23k∼32㎑ 실효값 상대감도×5k∼35㎑ 실효값 상대감도가 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘었을 때에,
    윤활유 열화모드라고 확인하고,
    23k∼32㎑ 실효값 상대감도로부터 윤활유 열화모드에서의 잔여수명을 하기의 수학식 (4)로 계산하여 진단하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
    [수학식 (4)]
    Figure 112006077855844-pct00022
  23. 제 1항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑ 진동파형의 케프스트럼(cepstrum)을 산출하고, 케프스트럼의 쿠트시스를 산출하여, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값을 넘었는지를 판정하고,
    한계값을 넘었을 때는 압흔 기점형 박리모드라고 판정하고,
    한계값을 넘지 않을 때는 윤활유 열화모드라고 추정하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서의 한계값은 3을 넘은 수치인 것 을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  25. 삭제
  26. 제 5항 또는 제 8항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 상기 한계값을 넘었을 때로서 압흔 기점형 박리모드라고 판정했을 때에,
    상위 3밴드의 상대감도 평균으로부터 압흔 사이즈를 추정하고, 압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 피진단하여, 잔여수명을 시간단위로 표현하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  27. 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 상기 한계값을 넘지 않을 때로서 윤활유 열화모드라고 판정했을 때에,
    상기 피진단 구름 베어링(3)의 23k∼32㎑ 실효값으로부터 윤활유 열화정도를 추정하고, 윤활유 열화모드에서의 잔여수명을 진단하여, 잔여수명을 시간단위로 표현하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  28. 제 1항 또는 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 5k∼35㎑의 진동파형을 측정하고, 압흔을 검출하기 위해서 5k∼35㎑ 대역을 6개의 주파수대로 분할하여 포락선 처리 스펙트럼을 산출하고, 이 포락선 처리 스펙트럼이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정하고,
    한계값을 넘었을 때는, 압흔 기점형 박리모드의 이상 및 고장모드를 특정할 수 없으나 이상이 있다고 추정하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  29. 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서 윤활유 열화를 검출하기 위해서, 그 특징량(23k∼32㎑ 실효값×5k∼35㎑ 실효값)을 산출하고, 윤활유 열화의 특징량이 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 정상이라고 추정하고,
    한계값을 넘었을 때는, 윤활유 열화모드의 이상 및 고장모드를 특정할 수 없으나 이상이 있다고 추정하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서의 한계값은 2.0인 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  31. 제 1항 또는 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서 압흔과 윤활유 열화를 식별하기 위해서, 그 특징량(케프스트럼의 쿠트시스)을 산출하고, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값을 넘었는지의 여부를 판정하고,
    한계값을 넘었을 때는 압흔 기점형 박리모드에 이상이 있다고 판정하고, 한계값을 넘지 않을 때는 윤활유 열화모드에 이상이 있다고 추정하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서의 한계값은 3.8인 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  33. 삭제
  34. 제 1항 또는 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서 압흔 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 고장모드를 특정할 수 없을 때, 또는 윤활유 열화 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 고장모드를 특정할 수 없을 때는, 요주의라고 인식하고, 압흔량, 윤활유 열화량, 압흔과 윤활유 열화의 식별량을 특정하여, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 표시하고, 고장모드를 판정하여 진단하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  35. 제 1항 또는 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 대해서 압흔 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값을 넘었을 때는, 압흔 기점형 박리모드에 이상이 있고, 압흔의 발생이 있다고 판정하여, 압흔 기점형 박리모드에서의 잔여수명을 진단하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  36. 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 피진단 구름 베어링(3)에 관해서 윤활유 열화 검출결과가 한계값을 넘었을 때로서, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값을 넘지 않을 때는, 윤활유 열화모드에 이상이 있고, 윤활유 열화의 발생이 있다고 판정하여, 윤활유 열화모드에서의 잔여수명을 진단하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  37. 제 1항 또는 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서 압흔 기점형 박리모드에 이상이 있을 때, 또는 윤활유 열화모드에 이상이 있다고 판정했을 때는, 요주의라고 인식하고, 압흔량, 윤활유 열화량, 압흔과 윤활유 열화의 식별량을 특정하여, 시간 주파수 분포(웨이브릿)를 표시하고, 고장모드를 판정하여 진단하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  38. 제 6항, 제 9항, 제 13항 또는 제 24항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 압흔 및 윤활유 열화검출을 위한 한계값을, (a) BRG(베어링) 사이즈, (b) 기기중량, (c) 전동기 출력, (d) 기기종류, (e) 이들 (a)∼(d)의 조합에 의해 변경하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  39. 제 8항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서의 한계값은 1을 넘은 수치인 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  40. 제 39항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 압흔 및 윤활유 열화검출을 위한 한계값을, (a) BRG(베어링) 사이즈, (b) 기기중량, (c) 전동기 출력, (d) 기기종류, (e) 이들 (a)∼(d)의 조합에 의해 변경하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  41. 제 10항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서, 상기 피진단 구름 베어링(3)에 관해서, 1k∼64㎑ 진동파형의 케프스트럼(cepstrum)을 산출하고, 케프스트럼의 쿠트시스를 산출하여, 케프스트럼의 쿠트시스가 한계값을 넘었는지를 판정하고,
    한계값을 넘었을 때는 압흔 기점형 박리모드라고 판정하고,
    한계값을 넘지 않을 때는 윤활유 열화모드라고 추정하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
  42. 제 41항에 있어서, 상기 판정수단에 있어서의 한계값은 3을 넘은 수치인 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 잔여수명 진단방법.
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