베어링 고장 감지를 통한 광학 입자계수기와 진동분석법 비교

Optical particle counting and vibration analysis compared through bearing failure detection

PAMAS 입자계수기는 산업 응용 분야, 대학교 및 연구소에서 R&D 용도로 사용됩니다. 본 자료는 한 연구조사에서의 연구사례입니다. 독일 RWTH Aachen University의 기계요소 및 기계설계 연구소(Institute for Machine Elements and Machine Design)에서 산업 공학 및 운영 분야를 연구하고 있는데, 1992년부터 테스트장비 모니터링을 위해 PAMAS 입자계수기를 적용해 왔습니다.

이들 프로젝트 중 하나로, 롤러 베어링 문제를 감지하기 위해 PAMAS S50P 온라인 입자계수기를 테스트장비에 설치하였습니다. 롤러 베어링은 실린더 형태로 되어 있습니다. 롤러 베어링의 마모 한계를 측정하기 위해, 레이디얼 하중(반경 방향 하중) 및 상이한 윤활 조건에서 베어링을 작동하였습니다. 순환 베어링에는 오일 윤활유를 사용했습니다. 오일의 입자 분석을 통해 베어링 손상을 조기에 발견할 수 있었습니다. 윤활유 중의 입자는 장치 탱크에서 측정되었습니다. 입자 분석 전에 오일을 여과하지 않았으므로 실제상황과 동일한 조건에서 실제적인 입자 크기를 분석할 수 있었습니다. 테스트장비에는 PAMAS S50P 온라인 입자계수기가 장착되었습니다. 4~70μm(c) 범위에서 8개 사이즈 채널로 구분함으로써 큰 입자를 차별화하여 모니터링할 수 있습니다. 베어링에 과부하가 걸리면 큰 입자들이 표면에서 떨어져 나옵니다. 이들 입자들은 점진적으로 더 작은 입자들로 부서집니다. RWTH Aachen University는 광학 입자계수기와 더불어 음향센서를 롤러 베어링 테스트장비에 설치했습니다. 사용된 음향센서 기술(진동 센서)은 단순 진동분석에 해당하는 것입니다.

시험기간 중에 마모성 입자로 인한 마모가 발생했습니다. 아래 그래프는 음향 진동센서와 광학 입자센서의 측정 결과를 보여주고 있습니다. 테스트 결과에 의하면, 광학 입자센서가 음향 진동센서보다 더 빨리(3:30pm에) 롤러 베어링 문제를 감지했음을 명확하게 보여줍니다. 이 시험에서 진동센서가 진동분석 차이를 식별하여 마침내 시험장비를 끄라는 신호를 주었던 것은 오후 4시 30분이었습니다. 광학 입자계수기가 1시간 먼저 이미 큰 사이즈 채널에서 입자수가 엄청나게 증가하였음을 감지했습니다.

현실 세계에서, 1시간이라는 시간은 시스템이 심각하게 손상되는 것을 막을 수 있는 것입니다. 결함이 있는 베어링이 완전히 파괴되기 전에 베어링을 교체한다면 이차적인 손상을 예방할 수 있습니다.