사례 C-19

기어감속기용 베어링의 결함진동(2)

기어상자, 가스터빈

베어링결함진동

대상기계

Turboprop 엔진(T56)의 감속기어상자

발생현상

기어상자의 부속 구동열(drive train)내의 베어링중 하나에 손상이 발생하였다. 이 베어링은 시스템에 의해 감시되지 않았다. 그러나 파편이 자분탐상기(magnetic chip detector)에 의해 검출되었다.

해석 및
자료분석

문제의 기어상자로부터 데이터를 분석한 즉, 예상결함 주파수와 일치하는 많은 피크가 나타났다. 또한 감시된 고주파수 영역에서의 overall 진동레벨이 양호한 상태의 기어상자에서 보이는 것보다 상당히 높은 것이 관측되었다. 이것은 엔진의 무부하운전상태에서 부속기어상자에 가까운 센서의 경우 특히 그러하였다.

원인추정

기어상자를 개방하였을 때, 많은 주 구동열(main drive train)베어링이 피팅(pitting)을 가지는 것이 발견되었다. 게다가 부속구동열에서 시동기축(starter shaft)베어링중의 하나에 대한 separator가 파손된 것이 발견되었다. Separator는 베어링 케이지(cage)와 같은 기능을 수행한다. 즉, 베어링내의 개개의 구름요소들 사이의 일정한 거리(separation)을 유지하도록한다. 따라서 파손된 separator를 가진 베어링으로부터의 진동신호는 만약 separator로부터 떨어진 재료가 구름요소 또는 raceway에 손상을 가하지 않는다면, 대개 피로결함의 시작과 관련된 임펄스 특징을 나타내지 않는다. 대신에 separator의 파손으로 구름요소는 이동이 가능하고, 축은 보다 덜 견고하게 지지되므로 축 주파수의 조화성분(harmonics)의 레벨이 증가되기 쉽고, 야기된 어떤 불평형 또는 정적 베어링성분에 대한 파손된 separator의 달라붙음(fauling) 때문에 케이지 주파수의 조화성분에서의 레벨이 증가되기 쉽다. 뒤이은 idle운전조건으로부터의 데이터의 시각적인 재검사는 베어링에 가장 근접한 센서들이 시동기축의 조화성분에서 명백히 증가된 진폭레벨을 감지하고 있음을 나타냈다(그림 1). 이 기어상자에 대한 개방보고서(strip report)로부터 제기된 2개의 베어링에 대한 부품수(part number)는 SGDS가 설치된 것에 대한 부품수와는 다르다는 것이 밝혀졌다. 보다 많은 조사에서 여러 부품중의 하나에서의 변화는 베어링형상의 변화와 관련이 있다는 것을 밝혀냈다. 이 경우에 형상의 변화가 진단에 영향을 끼치지는 않았지만, 패턴(pattern)에 기초하지 않은 극단적인 경우에 경고를 하는데 필요한 일반지시계(genearl indicator)에 대한 논쟁을 증가시켰다. 이런 방식으로 그 시스템은 결함이 비록 특정한 베어링위치에서 발생하지 않을 지라도 결함의 존재를 감지할 수 있고, 심지어 베어링정보가 부정확하게 상술되었을 때라도 결함의 존재를 감지할 수 있다.

인용문헌

N. Baines, et al., Experiences with a Gearbox Fault Detection/Quality Assurance System, IMechE C492/019/95, pp. 25∼34, 1995