회전기기 상태감시를 위한 측정 센서 정보

상태 모니터링 시스템은 장비의 성능 저하를 모니터링합니다. 일반적으로 중요한 장비와 일반적인 고장 유형을 식별하기 위해 장비 중요도 및 신뢰성 평가가 수행됩니다. 장비와 고장 유형을 선택하고 나면, 장비 특정 부품의 성능 저하 및 식별된 고장 유형의 시작을 모니터링하는 센서를 식별할 수 있습니다.

 

상태 모니터링을 위한 측정 기술 및 센서

많은 센서는 장비 부품의 변화를 감지합니다. 진동 센서는 회전 기계를 모니터링할 때 가장 일반적으로 사용되는 센서입니다. 진동 센서는 그림 1과 같이 고장 2개월 전쯤에 장비 부품의 기계적 기능 저하를 감지하는 것으로 알려져 있습니다.

그림 1. 자산 성능 저하는 센서를 사용하여 미리 감지할 수 있습니다.

 

그림 2와 같이 장비 상태 모니터링에 사용되는 기타 감지 기술에는 모터 전류, 오일 분석, 온도 측정, 동적 압력과 속도 같은 작동 상태 센서가 있습니다.

 

 

그림 2. 다양한 상태 모니터링 기술은 자산 전문가가 자산 상태를 이해하는 데 도움이 됩니다.

 

테이블 1은 상태 모니터링에 사용되는 센서 유형 및 샘플 공급업체를 나열한 것입니다.

측정	센서	주파수 범위	가능한 신호 컨디셔닝 요구 사항	공급업체
진동	가속도계	>100Hz	IEPE AC/DC 커플링 ±24V 입력 또는 AC 커플링 앨리어스 제거 필터	IMI Sensors Connection Technology Corporation Endevco/Wilcoxon
진동	속도	>20Hz에서 <2kHz	IEPE AC/DC 커플링 ±24V 입력 또는 AC 커플링 앨리어스 제거 필터	IMI Sensors Connection Technology Corporation Endevco/Wilcoxon
진동	근접 프로브 (변위)	<300Hz	변조/복조 앨리어스 제거 필터 ±30V 입력 범위	Connection Technology Corporation
속도	근접 프로브	<300Hz	변조/복조 앨리어스 제거 필터 ±30V 입력 범위	Connection Technology Corporation
속도	자기장 제로 속도	최고 15kHz	24V DC 전원 ±20V	Honeywell SPECTEC
모터 전류	전류 분기 전류 클램프	최고 50kHz	±333mV 또는 ±5V	Magnelab
온도	RTD 열전쌍	최고 10Hz	노이즈 제거, 구동, 냉접점 보상	NI
온도	적외선 카메라	초당 여러 프레임	이더넷을 통한 GigE Vision	FLIR Systems
압력	동적 압력	>100Hz	AC/DC 커플링 IEPE (일부 모델) ±24V 또는 AC 커플링 앨리어싱 제거 필터	Endevco PCB Kulite Kistler
오일 품질 오일 미립자	점도 오염 미립자	최고 10Hz	mA 전류 입력 ±10V 입력 50/60Hz 노이즈 제거	Kittiwake Honeywell HYDAC Poseidon Systems
고주파수 "노이즈"	초음파	>20 kHz	AC/DC 커플링 ±24V 입력 범위 앨리어싱 제거 필터	UE Systems

표 1. 상태 모니터링 센서에는 다양한 측정, 신호 조건 요구 사항 및 공급업체가 있습니다.

 

그림 3은 일반적인 센서와 센서가 모니터링하는 장비에서 발생하는 고장 유형을 보여줍니다.

그림 3. 일반적인 센서와 감지할 수 있는 고장 유형.

 

각 센서는 회전하는 기계 장비 내에서 기계 및 전기 구성 요소의 성능 저하를 모니터링하는 기능을 제공합니다.

1. 진동 센서는 롤러 베어링 마모, 기어박스 마모, 샤프트 오정렬, 불균형 및 기계적 헐거움을 감지하는 데 사용됩니다.
2. 속도 센서는 진동 센서와 함께 작동하여 진동을 회전 속도 및 샤프트 각위치와 연관시킵니다.
3. 모터 전류 센서는 일반적으로 모터 제어 센터에 배치됩니다. 편심 로터, 느슨한 권선, 로터 바 성능 저하 및 전기 공급 불균형을 감지할 수 있습니다.
4. 동적 압력 센서는 연소 역학, 흐름 난류 및 캐비테이션 감지에 사용됩니다.
5. 온도 센서는 일반적으로 마찰로 인한 열을 감지하는 데 사용됩니다. 종종 진동 감지 성능 저하와의 연관을 위해 진동 센서를 동반합니다.
6. 열화상 센서는 카메라 시각 내에서 수백 개 부품의 온도를 감지합니다.
7. 초음파 센서는 코로나(corona), 아킹(arcing), 트래킹(tracking) 등 전기적인 문제를 파악합니다. 롤러 베어링 마모의 초기 징후를 감지하는 데에도 사용할 수 있습니다.
8. 오일 센서는 베어링과 기어의 마모 파편을 감지할 수 있습니다. 또한 오일의 윤활 능력을 감소시키는 오일의 오염 물질을 감지할 수 있습니다.

장비, 고장 유형 및 센서를 식별했으면 다음 단계는 센서를 디지털화할 측정 하드웨어를 선택하는 것입니다. 측정 하드웨어의 선택은 주파수 범위, 전압 범위 및 신호 컨디셔닝 요구 사항을 포함한 센서 특성에 따라 다릅니다.

주파수 범위를 고려할 때는 정적 및 동적의 두 가지 유형의 센서 중에서 선택할 수 있습니다.

동적 센서는 2Hz보다 훨씬 높은 주파수 범위를 측정합니다. 예를 들어, 일반적인 가속도계의 주파수 범위는 1Hz 또는 2Hz – 15kHz 또는 20kHz입니다. 초음파 센서 주파수 범위는 100kHz 이상으로, 헤테로다인 출력은 수백 헤르츠에서 40kHz에 이릅니다. 이와 대조적으로, 정적 센서는 모니터링되는 물리적인 속성을 1Hz – 10, 20Hz로 전기 신호로 변환합니다.

 

다른 두 가지 센서 특성은 전압 범위와 신호 컨디셔닝 요구 사항입니다. 일부 센서는 최대 30V의 전압을 생성하지만 다른 센서는 몇 밀리볼트만 생성할 수도 있습니다. 일부 센서에는 IEPE 전원과 같은 센서 전원이 필요하고 다른 센서에는 냉접점 보상이 필요할 수 있습니다. 테이블 1은 각 측정 및 센서에 대한 공통 신호 컨디셔닝 요구 사항을 나열합니다.