지지부 진동 기반 질량불균형 추정 및 축계 응답 추정에 대한 연구

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확장요약문

회전체 시스템은 운전 조건 변화에 따라 다양한 가진력이 발생하며, 이는 진동, 소음 및 피로 누적을 유발하여 시스템의 안정성과 신뢰성을 저하시키는 주요 요인이 된다. 이러한 문제를 예방하고 안정적인 운전을 달성하기 위해서는 상태 진단과 정밀한 밸런싱 제어가 필수적이며, 이를 위해 불균형 하중을 정확하게 추정하는 것이 중요하다. 질량 불균형에 의해 발생하는 가진력은 회전 주파수의 1 차 성분으로 나타나며 회전체 불안정의 주요 원인 중 하나로 작용한다. 기존의 질량 불균형 추정 연구는 축계의 변위 응답을 측정하여 하중을 추정하고, 측정 지점과 동일한 축계 위치의 응답을 통해 추정 결과를 검증하였다. 하지만 회전체 시스템에서 회전하는 축의 변위를 직접 계측하는 것은 센서 설치 공간 및 운전 안전성 측면의 제약으로 현장 적용이 어려우며, 실제 운전 환경에서는 지지부에 부착된 가속도계를 통한 진동 계측이 일반적으로 수행된다. 이에 본 연구에서는 지지부에서 계측한 가속도 응답으로부터 질량 불균형 하중을 추정하고, 추정된 하중을 이용하여 직접 계측되지 않은 축계 응답을 추정하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 축, 베어링 및 지지부를 포함하는 회전체 유한요소 모델을 구성하고, 가속도 응답을 측정식으로 하는 implicit inverse source identification 기법을 적용하여 불균형 하중을 추정하였다. 추정된 하중을 유한요소 모델에 적용하여 축계 위치의 응답 및 궤도를 추정하였다.