KR20200136197A - 회전 기계의 결함을 검출하는 장치 및 방법 - Google Patents

회전 기계의 결함을 검출하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따라, 회전 기계 결함검사 장치에 의해 수행되는, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법에 있어서, (a) 회전 기계와 결합된 진동 센서로부터 기 설정된 시간 단위마다 측정된 복수의 시계열적인 진동값을 수신하는 단계; (b) 복수의 시계열적인 진동값에 대한 주파수 분석을 통해 기 설정된 예지보전 값 산출 공식을 기반으로 예지 보전 값을 산출하는 단계; 및 (c) 예지보전 값이 기 설정된 값 이상이면, 회전 기계의 결함가능성이 높음을 알리는 경고를 출력하는 단계를 포함하고, 시계열적인 진동값은 특정 시간 동안 측정된 연속적인 진동값에 관한 것이다.

Description

회전 기계의 결함을 검출하는 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING DEFECTS IN ROTATING MACHINES}
본 발명은 회전 기계류에 부착된 센서에서 측정된 값을 기초로 해당 회전 기계의 결함을 검출하는 장치 및 방법에 관한 발명이다.
회전 기계의 특정 부품의 고장을 감지하거나 예측하기 위해서는, 해당 부품의 고장 특성과 관련된 물리량을 계측하여 정상적인 상태와 손상된 상태 간의 차이를 감지하여, 그 부품의 손상 심각도를 산출할 수 있다.
이는 회전 기계에서의 결함과 진동/소음에 관한 많은 경험과 이론을 통해 수립되어 왔다. 특히, 고주파 진동/소음은 윤활 문제, 마모, 유체 유동, 공동 현상, 베어링 또는 기어의 손상 등을 감지하는 용도로 유용하게 사용될 수 있다.
하지만, 단순하게 물리적인 수치인 진동의 크기(진폭)만으로 시설을 관리하는 것은 기계의 종류나 기계의 구성 요소, 설계 요건, 제조 및 운전 상태에 따라 상당한 편차가 존재한다. 따라서, 회전 기계의 종류나 설비의 운영 방법따라 측정되는 결함(손상)과 관련된 물리량 그 자체만 산출하는 경우, 해당 값만으로 결함(손상)의 경중을 판단하기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 회전 기계로부터 측정되는 다양한 물리량을 무차원화하고, 기 무차원된 물리량으로 산출된 기준값과 특정 시점에서의 무차원화된 물리량을 비교하여 회전 기계에 발생할 수 있는 손상을 감지하거나 예측하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따라, 회전 기계 결함검사 장치에 의해 수행되는, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법에 있어서, (a) 회전 기계와 결합된 진동 센서로부터 기 설정된 시간 단위마다 측정된 복수의 시계열적인 진동값을 수신하는 단계; (b) 복수의 시계열적인 진동값에 대한 주파수 분석을 통해 기 설정된 예지보전 값 산출 공식을 기반으로 예지 보전 값을 산출하는 단계; 및 (c) 예지보전 값이 기 설정된 값 이상이면, 회전 기계의 결함가능성이 높음을 알리는 경고를 출력하는 단계를 포함하고, 시계열적인 진동값은 특정 시간 동안 측정된 연속적인 진동값에 관한 것일 수 있다.
또한, (b) 단계는 시계열적인 진동값 각각을 주파수 영역으로 변환하여, 변환된 데이터 내에서 피크값을 추출하여, 각각의 시계열적인 진동값마다 피크값을 추출하되, 복수의 피크값의 평균값 및 복수의 피크값의 표준편차를 하기 수학식1에 적용하여 기준값을 산출 후 예지보전 값 산출 공식에 적용할 수 있다.
또한, 예지보전 값 산출 공식은 회전 기계의 특정 시점에서 가동되는 상태에 대응하는 제 1 예지보전 값을 산출하기 위한 제 1 예지보전 값 산출 공식과 기 설정된 기간 이내에 회전 기계의 가동 상태 변화에 대응하는 제 2 예지보전 값을 산출하기 위한 제 2 예지보전 값 산출 공식을 포함할 수 있다.
또한, 기준값 및 특정 시점에서 진동 센서로부터 산출된 진동값에 대응하는 피크값을 하기의 수학식2에 대응하는 제 1 예지보전 값 산출 공식에 적용하여, 제 1 예지보전 값을 산출할 수 있다.
또한, 기 설정된 시간 단위마다 측정된 복수의 피크값의 변화량, 복수의 피크값의 평균 기준값 및 기 설정된 경고값을 하기 수학식3에 대응하는 제 2 예지보전 값 산출 공식에 적용하여, 제 2 예지보전 값을 산출하되, 경고값은 회전 기계의 종류에 대응하여 예지보전 값을 산출하기 위한 값을 뜻할 수 있다.
또한, 경고값은 1차 경고값 및 2차 경고값으로 구성되되, 1차 경고값은 회전 기계의 주의 또는 감시를 의미하는 수준의 경고를 산출하기 위한 값에 대응하고, 2차 경고값은 회전 기계가 위험 수치에 도달하여 장비를 정지하기 위한 수준의 경고를 산출하기 위한 값에 대응할 수 있다.
또한, 경고는 회전 기계의 상태와 대응하여 적어도 하나 이상의 경고를 포함하되, (c) 단계는 예지보전 값이 기 설정된 구간 에 포함되면, 회전 기계의 주의 또는 감시를 의미하는 1차 경고를 출력하고, 예지보전 값이 기 설정된 값 이상이면, 회전 기계가 위험 수치에 도달하여 장비를 정지하기 위한 2차 경고를 출력할 수 있다.
또한, 회전 기계의 결함을 검출하는 회전 기계 결함검사 장치에 있어서, 회전 기계와 결합하여, 기 설정된 시간 단위로 진동값을 측정하는 진동 센서; 및 회전 기계와 결합된 진동 센서로부터 기 설정된 시간 단위마다 측정된 복수의 시계열적인 진동값을 수신하고, 복수의 시계열적인 진동값에 대한 주파수 분석을 통해 기 설정된 예지보전 값 산출 공식을 기반으로 예지 보전 값을 산출하고, 예지보전 값이 기 설정된 값 이상이면, 회전 기계의 결함가능성이 높음을 알리는 경고를 출력하고, 시계열적인 진동값은 특정 시간 동안 측정된 연속적인 진동값에 관한 분석부를 포함하는 회전 기계 결함검사 장치일 수 있다.
또한, 스피커 모듈 또는 디스플레이 모듈 중 적어도 어느 하나를 포함하는 알림부가 더 포함될 수 있다.
또한, 알림부가 디스플레이 모듈을 포함하면, 디스플레이 모듈로 경고, 시간 단위로 측정된 진동값 및 예지보전 값 중 적어도 하나 이상을 표시할 수 있다.
또한, 회전 기계의 결함을 검출하는 장치는 출력된 경고에 대응하여, 회전 기계에서 실제 결함이 발생되었는지 여부를 입력 받는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 회전 기계 결함검사 장치는 상기 경고가 출력되었으나 실제 결함이 발생하지 않은 횟수를 추출하고, 경고가 출력된 횟수 대비 실제 결함이 발생하지 않은 횟수가 기 설정된 횟수를 초과하는 경우, 예지보전 값을 산출하기 위한 경고값을 하향 보정할 수 있다.
또한, 실제 결함은 상기 회전 기계에서 직접 발생한 결함이나 회전 기계에 의해 생산되는 생산품에 발생한 결함 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명은 회전 기계로부터 측정되는 다양한 물리량을 무차원화하고, 기 무차원된 물리량으로 산출된 기준값과 특정 시점에서의 무차원화된 물리량을 비교하여 회전 기계에 발생할 수 있는 손상을 감지하거나 예측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 회전 기계의 결함을 검출하는 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 회전 기계의 결함을 검출하는 과정을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제 1 예지보전 값을 산출하는 과정을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제 2 예지보전 값을 산출하는 과정을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 5는 종래에 사용되는 회전 기계에 속하는 베어링에서 발생할 수 있는 정렬불량에 대한 예시를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
이하에서, 회전 기계(210)란 전동기, 터빈 등과 같이 회전축 주위를 회전 운동하는 기계이거나 그러한 기계의 부품을 의미하는 것으로서, 예를 들어, 모터, 베어링 등과 같은 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 회전 기계의 결함을 검출하는 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 회전 기계의 결함을 검출하는 장치(10)는 분석부(100) 및 진동 센서(200)로 구성될 수 있다.
이때, 진동 센서(200)와 분석부(100)가 하나의 장치로 구성될 수 있으나, 장치의 구현 방식이나 설치되는 환경에 따라 별도의 독립된 장치로서 구현될 수 있으며, 별도의 독립된 장치로 구현되는 경우 통신망을 통해 상호 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 회전 기계의 결함을 검출하는 장치(10)는 회전 기계(210)에 부착된 진동 센서(200)를 통해 기 설정된 시간 단위마다 측정된 복수의 시계열적인 진동값을 측정한다.
또한, 회전 기계의 결함을 검출하는 장치(10)는 기 설정된 시간 단위마다 측정된 복수의 시계열적인 진동값에 대한 주파수 분석을 통해 기 설정된 예지보전 값 산출 공식을 기반으로 예지보전 값을 산출하며, 산출된 예지보전 값에 따라 경고를 출력하는 것을 특징으로 한다.
이때, 시계열적인 진동값이란 특정 시간 동안 측정된 연속적인 진동값에 관한 수치를 뜻하게 된다. 예컨대, 가동 중인 회전 기계(210)는 지속적으로 진동을 하게 된다. 진동 센서(200)는 이러한 진동을 기 설정된 시간 단위마다 연속적으로 측정하여 진동값을 생성하게 된다.
또한, 분석부(100)는 기 설정된 시간 단위마다 측정된 시계열적인 진동값 각각을 주파수 영역으로 변환하여, 변환된 데이터 내에서 피크값을 추출하고, 각각의 시계열적인 진동값마다 피크값을 추출하게 된다.
이때, 시계열적인 진동값을 주파수 영역으로 변환하는 방법은 푸리에 변환(fourier transform) 등을 적용하여 데이터를 변환할 수 있다.
예지보전 값은 회전 기계(210)의 현재 상태를 확인하기 위한 지표로 사용될 수 있다. 예를 들어, 회전 기계(210)가 정상인 경우 이전에 산출된 예지보전 값과 현재 산출된 예지보전 값이 비슷한 수치를 가지게 되지만, 회전 기계(210)에 이상이 생긴 경우 이전과 현재의 예지보전 값의 차이를 가지게 된다.
따라서, 예지보전 값은 회전 기계(210)의 상태가 정상 혹은 비정상인지를 판단하거나, 비정상인 경우 어느 정도 수준의 결함이 발생하였는지를 유추하는 척도가 되는 것이다.
또한, 분석부(100)가 출력하는 경고는 예지보전 값의 수치가 기 설정된 구간 혹은 값 이상인 경우 서로 다른 경보를 출력할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 분석부(100)는 회전 기계의 결함을 검출하는 장치(10)에 포함되어 있다. 또한, 분석부(100)는 일종의 중앙처리장치로서 회전 기계의 결함을 검출하는 전체 과정을 제어한다. 분석부(100)가 수행하는 각 단계에 대해서는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.
여기서, 분석부(100)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
진동 센서(200)는 회전 기계(210)와 결합하여, 기 설정된 시간 단위로 진동값을 측정하는 장치 또는 모듈을 뜻할 수 있다.
추가 실시예로, 진동 센서(200)는 진동 이외에 회전 기계(210)의 내부 온도 등을 측정하는 모듈이 구현될 수 있으며, 그에 대응하는 예지보전 산출 값이 사용될 수 있다.
또한, 회전 기계 결함검사 장치(10)는 필요에 따라 스피커 모듈 또는 디스플레이 모듈 중 적어도 어느 하나를 포함하는 알림부(300)가 추가될 수 있다. 예를 들어, 별도의 스피커나 디스플레이 화면을 보유하여 경보를 사용자에게 알릴 수 있다. 또한, 휴대 단말과 연동하여 외부의 관리자에게 회전 기계(210)의 상태를 직접 알릴 수 있게 된다.
만약, 알림부(300)가 디스플레이 모듈을 포함하는 경우, 디스플레이 모듈로 경고, 시간 단위로 측정된 진동값 및 예지보전 값 중 적어도 하나 이상을 표시하여 사용자에게 알리게 되는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 회전 기계의 결함을 검출하는 과정을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 진동 센서(200)로부터 기 설정된 시간 단위마다 측정된 복수의 시계열적인 진동값을 수신한다(S210).
분석부(100)는 예지보전 값 산출공식을 통해 예지보전 값을 산출한다(S220).
앞서 설명한 바와 같이, 분석부(100)는 단계(S210)에서 수신된 복수의 시계열적인 진동값에 대한 주파수 분석을 통해 복수의 시계열적인 진동값마다의 피크값을 산출한다.
또한, 산출된 피크값과 기 설정된 예지보전 값 산출 공식을 기반으로 예지보전 값을 산출하게 되는데, 산출하려는 결과에 따라 두 가지 예지보전 값 산출 공식 중 하나가 선택될 수 있다.
먼저, 회전 기계(210)의 특정 시점에서 가동되는 상태에 대응하는 제 1 예지보전 값을 산출하기 위한 제 1 예지보전 값 산출 공식이 있을 수 있다. 예를 들어, 가동 중인 회전 기계(210)의 현 상태에 대한 판단이 필요한 경우 제 1 예지보전 값을 산출하여 회전 기계(210)의 상태를 판단하게 되는 것이다.
또 다른 하나는 기 설정된 기간 이내에 회전 기계(210)의 가동 상태 변화에 대응하는 제 2 예지보전 값을 산출하기 위한 제 2 예지보전 값 산출 공식이 될 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 기간 이내에 가동중인 회전 기계(210)가 얼마나 빠르게 나빠지는 것인지 판단하기 위해 제 2 예지보전 값을 산출하게 되는 것이다. 즉, 제 2 예지보전 값은 시간에 대한 복수의 시계열적인 진동값마다의 피크값의 변화율을 이용하여 산출하게 되는 것이다.
제 1 예지보전 값 또는 제 2 예지보전 값을 산출하는 과정에 대해서는 후술할 도 3 및 도 4를 통해 설명하도록 한다.
단계(S220)에서 산출된 예지보전 값이 기 설정된 수치 이상인지 여부를 판단한다(S230).
만약, 산출된 예지보전 값이 기 설정된 값 이하를 가지게 되면, 분석부(100)는 회전 기계(210)가 안전하다고 판단 후 단계(S210)의 작업을 다시 수행하게 된다.
실행하지만, 기 설정된 값 이상을 가지면, 단계(S240)를 실행하게 된다.
이때, 기 설정된 값이란 예지보전 값에 따라 회전 기계(210)의 상태 유무를 판단하게 하는 기준이 되는 값이 될 수 있다.
예를 들어, 1차 경고값이 2.5로 정의되어 있고, 산출된 예지보전 값이 1.37인 경우 회전 기계(210)의 상태는 양호한 것으로 판단할 수 있으며, 반대로 예지보전 값이 2.9인 경우 이상이 있는 것으로 판단하게 되는 것이다.
단계(S220)에서 산출된 예지보전 값이 기 설정된 값 이상이면, 회전 기계(210)의 결함 가능성이 높음을 알리는 경고를 산출한다(S240).
단계(S240)에서 출력되는 경고는 회전 기계(210)가 가질 수 있는 다양한 상태에 대응할 수 있도록 적어도 하나 이상의 종류로 구성될 수 있다.
이를 상세하게 설명하면, 예지보전 값이 기 설정된 구간에 포함되면 회전 기계(210)의 상태는 주의 또는 감시를 의미하는 1차 경고를 출력하게 되고, 예지보전 값이 기 설정된 값 이상이면 회전 기계(210)가 위험 수치에 도달하여 장비를 정지하기 위한 2차 경고를 출력하게 되는 것이다.
예를 들어 설명하면, 예지보전 값이 2.5 ~ 4 사이에 포함되는 경우 분석부(100)는 1차 경고를 출력하고, 예지보전 값이 4 이상이면 분석부(100)는 2차 경고를 수행하게 되는 것이다.
이때, 1차 및 2차 경고를 수행하기 위해 설정되는 기 설정된 구간의 예지보전 값 및 기 설정된 값은 상기 예지보전 값을 산출하기 위해 사용되는 예지보전 값 산출 공식에 사용되는 값이나 회전 기계(210)의 종류에 따라 달라지게 된다.
또한, 추가 실시예로 분석부(100)는 출력된 경고에 대응하여, 회전 기계에 실제 결함이 발생하였는지 여부를 회전 기계(210)의 관리자로부터 입력 받게 된다.
이후, 분석부(100)는 경고가 출력되었으나, 실제 결함이 발생하지 않은 횟수를 추출하게 된다. 만약, 경고가 출력된 횟수 대비 회전 기계(210)에서 실제로 결함이 발생하지 않은 횟수가 기 설정된 횟수를 초과하면, 예지보전 값을 산출하기 위한 경고값을 하향 조정하도록 보정하게 된다.
이러한 작업을 수행하는 이유는 회전 기계(210)의 종류 및 가동 환경 등에 따라 결함이 발생할 수 있는 상황이 달라질 수 있으며, 분석부(100)는 관리자로부터 입력받은 정보를 바탕으로 예지보전 값 산출 공식의 정확도를 높일 수 있기 때문이다.
또한, 다른 추가 실시예로 실제 결함의 기준을 회전 기계(210) 그 자체에서 발생하는 결함이나, 회전 기계(210)에 의해 생산되는 2차 생산품에 발생하는 결함 중 적어도 어느 하나로 볼 수 있다.
그 밖에도 분석부(100)는 피드백 되는 데이터에 기초하여 기 설정된 기간 이내에 가동된 회전 기계(210)의 상태 변화를 기록한 로그데이터를 생성하여, 단계(S240)에서 출력되는 경고와 함께 관리자에게 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제 1 예지보전 값을 산출하는 과정을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 제 1 예지보전 값을 산출하기 위해서는 기준값을 산출한다(S310).
이때, 산출된 기준값은 예지보전을 적용하기 위한 기준이 되는 비교 값으로 현재 추출되는 진동값에 대한 피크값을 비교하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 기준값은 복수의 피크값의 평균값 및 복수의 피크값의 표준편차를 하기 수학식1에 적용하여 산출하게 된다.
[수학식1]
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
이때, 복수의 피크값에 대한 평균 및 표준편차는 종래에 사용되는 공식에 평균 값 및 표준편차의 공식을 기반으로 산출하게 된다.
단계(S310)에서 산출된 기준값과 특정 시점에서 진동 센서로부터 산출된 진동값에 대응하는 피크값을 제 1 예지보전 산출 공식에 적용하고(S320), 제 1 예지보전 값을 산출한다(S330).
제 1 예지보전 값은 기준값 및 특정 시점에서 진동 센서(200)로부터 산출된 진동값에 대응하는 피크값을 하기의 수학식2에 대응하는 제 1 예지보전 값 산출 공식에 적용하여 산출하게 된다.
[수학식2]
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
이후, 산출되는 제 1 예지보전 값을 이용하여, 단계(S230)에서 회전 기계(210)의 상태를 판단하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제 2 예지보전 값을 산출하는 과정을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 제 2 예지보전 값을 산출하기 위해서는 기 설정된 경고값을 설정한다(S410).
기 설정된 경고값이란 회전 기계(210)의 종류에 대응하여 상기 예지보전 값을 산출하기 위한 값을 뜻하게 된다.
따라서, 회전 기계(210)의 상태가 주의 단계, 위험 단계 등 적어도 하나 이상의 상태를 제 2 예지보전 값에 따라 나뉘게 되는 경우 경고값도 적어도 하나 이상 존재할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에서는 경고값을 1차 경고값 및 2 차 경고값으로 나누어 설명하게 된다.
이때, 1차 경고값은 회전 기계(210)의 주의 또는 감시를 의미하는 수준의 경고를 산출하기 위한 값을 산출하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 2차 경고값은 회전 기계(210)가 위험 수치에 도달하여 장비를 정지하기 위한 수준의 경고를 산출하기 위한 값에 대응하게 된다.
따라서, 사용자는 회전 기계(210)가 시간 대비 어느 정도의 속도로 회전 기계(210)의 상태가 나빠지는지 확인하기 위해 경고값을 설정하게 되는 것이다.
복수의 피크값의 변화량 및 복수의 피크값의 평균 기준값을 산출한다(S420).
단계(S420)를 수행하기 위해, 분석부(100)는 기 설정된 시간 단위마다 측정되는 복수의 진동값에 대한 피크값을 산출하게 된다. 또한, 분석부(100)는 산출된 복수의 피크값을 이용하여 변화량과 평균 기준값을 산출하게 된다.
각각의 값을 제 2 예지보전 산출 공식에 적용하고(S430), 제 2 예지보전 값을 산출한다(S440).
제 2 예지보전 값을 산출하기 위해 분석부(100)는 단계(S420)에서 산출된 복수의 피크값의 변화량, 복수의 피크값의 평균 기준값 및 단계(S410)에서 산출된 경고값을 하기 수학식3에 대응하는 상기 제 2 예지보전 값 산출 공식에 적용하게 된다.
[수학식3]
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
수학식3에서 사용된 0.3의 수치는 3개월을 의미하는 수치가 될 수 있다.
통상적으로 회전 기계(210)가 1개월을 기준으로 약 30%의 피크값이 상승하면 회전 기계(210)의 이상 징후가 발생하였다고 판단하게 되기에 0.3의 단위를 사용하게 되었으나, 회전 기계(210)의 종류나 운영 부분의 특성에 따라 해당 수치가 달라질 수 있다.
예를 들어, 회전 기계(210)로부터 수집된 데이터(진폭의 크기/Hz)가 아래의 표 1과 같이 산출되면, 분석부(100)는 수학식1 내지 3에 적용하여 예지보전 값을 산출하게 된다.
주기(s) 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10
피크값 4.5 3.9 3.3 4.1 4.3 3.6 4.4 4.2 3.5 4.0
표 1에 제시된 예시 데이터와 제 1 예지보전 값 산출 공식을 통해 분석부(100)가 회전 기계(210)의 현재 상태를 파악하기 위한 과정이 아래와 같이 진행될 수 있다.
분석부(100)는 표1의 데이터를 기준으로 평균값 4.0, 표준편차 0.3815를 산출하고, 이를 바탕으로 기준값 4.7431을 산출한다. 이때, 기준값은 일주일에서 한달 사이 가량의 기간동안 수집한 데이터를 바탕으로 수학식 1을 통해 산출한 값이다.
만약, 특정 시간 대에 추출된 진동값에 기초하여 산출된 피크값이 6.5인 경우, 분석부(100)는 제 1 예지보전 값 산출 공식과 피크값 6.5를 이용하여 1 예지보전 값인 1.370을 산출하게 된다.
이후, 분석부(100)는 기 설정된 경고값이 2.5인 경우 제 1 예지보전 값 1.370이 회전 기계(210)가 안전한 상태임을 확인할 수 있다.
그 외에도 표 1에서 제시된 예시 데이터와 제 2 예지보전 값 산출 공식을 통해 분석부(100)가 회전 기계(210)의 결함이 발생하는 정도를 아래의 방식을 통해 판단할 수 있다.
만약, 분석부(100)가 하루라는 시간을 기준으로 피크 값의 변화량이 1.4, 상기 표1의 데이터를 기준으로 1개월 평균 기준값이 4.0으로 산출할 수 있다.
이때, 기 설정된 1차 경고값이 2.5인 경우, 분석부는 변화율 0.35와 앞서 산출한 평균 기준값을 제 2 예지보전 값 산출 공식에 대입하여, 제 2 예지보전 값 2.9166을 산출한다.
이후, 분석부(100)는 제 2 예지보전 값이 1차 경고값인 2.5보다 높기 때문에 경고를 산출하여 관리자에게 회전 기계(210)에 결함이 발생할 수 있음을 알리게 된다.
도 5는 종래에 사용되는 회전 기계(210)에 속하는 베어링에서 발생할 수 있는 정렬불량에 대한 예시를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 그림(a)은 베어링의 정렬불량을 이미지로 나타낸 것이며, 그림(b)은 베어링 정렬 불량으로 인해 발생된 전형적인 주파수 영역의 스펙트럼의 예시를 나타낸 그래프이다.
그림(a)에서 확인할 수 있는 베어링 정렬 불량은 베어링이 동일 평면상에 설치되어 있지 않을 때에 발생하게 된다. 즉, 열적성장(thermal growth)이나 소프트 푸트(soft foot)로 인해 기계의 비틀림이 생기는 축에 관하여 각도를 갖고 어긋나게 된다.
이때, 회전체 휨은 균일하지 않은 열적 조건, 회전체의 처짐, 마찰(rub)에 의한 금속조직 특성의 변화를 의미하게 되고, 이러한 상태에서 가동 중인 베어링에서는 평소보다 짧은 주기 혹은 비 정상적인 주기를 갖는 진동이 발생하게 되고, 진동 센서(200)는 이를 감지하게 되는 것이다.
이때, 그림(b)은 베어링 정렬 불량으로 발생되는 전형적인 스펙트럼 그래프이다.
이를 살펴보면, 1x RPM 축방향 성분이 높고, 2x 및 3x 조화파 성분도 수반하게 된다. 또한, 로울러의 수 X TS에서 높은 피크를 갖게 된다.
이러한, 피크값의 변화를 본 발명의 예지보전 값 산출 공식에 적용하여 산출된 결과를 통해 베어링의 결함을 찾아낼 수 있게 되는 것이다.
본 발명에서는 베어링과 같은 회전 기계(210)의 결함을 찾아내기 위해 기 설정된 진동값을 사용하게 된다. 하지만, 추가 실시예로 진동값 이외에도 회전 기계(210)에서 발생하는 소음 주파수 또는 온도의 변화값을 사용하는 예지보전 값 산출 공식을 설정하여 회전 기계(210)의 결함을 산출할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 회전 기계의 결함을 검출하는 장치
100: 분석부 200: 진동 센서
210: 회전 기계 300: 알람부

Claims (13)

  1. 회전 기계 결함검사 장치에 의해 수행되는, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법에 있어서,
    (a) 회전 기계와 결합된 진동 센서로부터 기 설정된 시간 단위마다 측정된 복수의 시계열적인 진동값을 수신하는 단계;
    (b) 복수의 상기 시계열적인 진동값에 대한 주파수 분석을 통해 기 설정된 예지보전 값 산출 공식을 기반으로 예지 보전 값을 산출하는 단계; 및
    (c) 상기 예지보전 값이 기 설정된 값 이상이면, 상기 회전 기계의 결함가능성이 높음을 알리는 경고를 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 시계열적인 진동값은 특정 시간 동안 측정된 연속적인 진동값에 관한 것인, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는
    상기 시계열적인 진동값 각각을 주파수 영역으로 변환하여, 변환된 데이터 내에서 피크값을 추출하여, 각각의 시계열적인 진동값마다 피크값을 추출하되,
    복수의 피크값의 평균값 및 복수의 피크값의 표준편차를 하기 수학식1에 적용하여 기준값을 산출 후 상기 예지보전 값 산출 공식에 적용하는 것인, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법.
    [수학식1]
    Figure pat00014

    Figure pat00015

    Figure pat00016

    Figure pat00017
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 예지보전 값 산출 공식은
    상기 회전 기계의 특정 시점에서 가동되는 상태에 대응하는 제 1 예지보전 값을 산출하기 위한 제 1 예지보전 값 산출 공식과 기 설정된 기간 이내에 상기 회전 기계의 가동 상태 변화에 대응하는 제 2 예지보전 값을 산출하기 위한 제 2 예지보전 값 산출 공식을 포함하는 것인, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기준값 및 특정 시점에서 상기 진동 센서로부터 산출된 진동값에 대응하는 상기 피크값을 하기의 수학식2에 대응하는 상기 제 1 예지보전 값 산출 공식에 적용하여, 상기 제 1 예지보전 값을 산출하는 것인, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법.
    [수학식2]
    Figure pat00018

    Figure pat00019

    Figure pat00020

    Figure pat00021
  5. 제 3 항에 있어서,
    기 설정된 시간 단위마다 측정된 복수의 피크값의 변화량, 복수의 피크값의 평균 기준값 및 기 설정된 경고값을 하기 수학식3에 대응하는 상기 제 2 예지보전 값 산출 공식에 적용하여, 상기 제 2 예지보전 값을 산출하되,
    상기 경고값은 상기 회전 기계의 종류에 대응하여 상기 예지보전 값을 산출하기 위한 값을 뜻하는 것인, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법.
    [수학식3]
    Figure pat00022

    Figure pat00023

    Figure pat00024

    Figure pat00025

    Figure pat00026
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 경고값은 1차 경고값 및 2차 경고값으로 구성되되,
    상기 1차 경고값은 상기 회전 기계의 주의 또는 감시를 의미하는 수준의 상기 경고를 산출하기 위한 값에 대응하고, 상기 2차 경고값은 상기 회전 기계가 위험 수치에 도달하여 장비를 정지하기 위한 수준의 상기 경고를 산출하기 위한 값에 대응하는 것인, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 경고는 상기 회전 기계의 상태와 대응하여 적어도 하나 이상의 경고를 포함하되,
    상기 (c) 단계는
    상기 예지보전 값이 기 설정된 구간 에 포함되면, 상기 회전 기계의 주의 또는 감시를 의미하는 1차 경고를 출력하고,
    상기 예지보전 값이 기 설정된 값 이상이면, 상기 회전 기계가 위험 수치에 도달하여 장비를 정지하기 위한 2차 경고를 출력하는 것인, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법.
  8. 회전 기계의 결함을 검출하는 회전 기계 결함검사 장치에 있어서,
    상기 회전 기계와 결합하여, 기 설정된 시간 단위로 진동값을 측정하는 진동 센서; 및
    상기 회전 기계와 결합된 진동 센서로부터 기 설정된 시간 단위마다 측정된 복수의 시계열적인 진동값을 수신하고, 복수의 상기 시계열적인 진동값에 대한 주파수 분석을 통해 기 설정된 예지보전 값 산출 공식을 기반으로 예지 보전 값을 산출하고, 상기 예지보전 값이 기 설정된 값 이상이면, 상기 회전 기계의 결함가능성이 높음을 알리는 경고를 출력하고, 상기 시계열적인 진동값은 특정 시간 동안 측정된 연속적인 진동값에 관한 분석부를 포함하는 회전 기계 결함검사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    스피커 모듈 또는 디스플레이 모듈 중 적어도 어느 하나를 포함하는 알림부가 더 포함되는 것인, 회전 기계 결함검사 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 알림부가 상기 디스플레이 모듈을 포함하면,
    상기 디스플레이 모듈로 상기 경고에 관한 정보, 시간 단위로 측정된 진동값 및 예지보전 값 중 적어도 하나 이상을 표시하는 것인, 회전 기계 결함검사 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후
    상기 회전 기계의 결함을 검출하는 장치는 출력된 경고에 대응하여, 상기 회전 기계에서 실제 결함이 발생되었는지 여부를 입력 받는 단계;를 더 포함하는 것인, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 회전 기계 결함검사 장치는 상기 경고가 출력되었으나 상기 실제 결함이 발생하지 않은 횟수를 추출하고,
    상기 경고가 출력된 횟수 대비 실제 결함이 발생하지 않은 횟수가 기 설정된 횟수를 초과하는 경우, 상기 예지보전 값을 산출하기 위한 상기 경고값을 하향 보정하는 것인, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 실제 결함은 상기 회전 기계에서 직접 발생한 결함이나 상기 회전 기계에 의해 생산되는 생산품에 발생한 결함 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 회전 기계의 결함을 검출하는 방법.
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