자율운항선박 기관시스템 상태 진단을 위한 진동 신호 분석 기법 고찰

Abstract

선박 엔진 및 발전기와 같은 내연 기관 시스템은 흡입-압축-폭발-배기의 주기적 행정(stroke)에 의해 주기적인 특성을 가지는 진동이 발생하며, 발생한 진동 신호는 일정 부분 기관 시스템의 상태를 반영하게 된다. 따라서 진동 신호의 변화로부터 역으로 기관 시스템의 상태를 추정하는 것이 가능하며, 이를 활용한 다양한 방법의 진동 신호 기반 상태 진단이 시도되어 왔다. 진동 신호 기반의 상태 진단은 발생한 진동 신호의 스펙트럼 특성을 관찰하여 고조파 주파수 또는 변조 주파수의 변화를 감지하거나, 평균, 표준편차, 첨도(kurtosis)등과 같은 통계값의 변화를 관찰하여 이상 징후 (anomaly)를 탐지하는 방법을 주로 사용하고 있으며, 최근에는 빠르게 발전하고 있는 머신러닝 기술을 활용하여 이러한 고장진단을 자동화하고 고장 탐지 및 예측 성능을 높이려는연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 진동 기반 고장진단 기술 개발을 위해 최근 실시한 선박 발전기 진동 측정 실험 데이터를 분석한 결과를 제시한다. 실험은 한국선급 그린쉽기자재시험인증센터 내에 설치되어 있는 선박용 발전기 육상 시험 시설에서 시행되었으며, 발전기의 운전 조건을 변화시켜가며 다양한 위치에서 측정한 진동 가속도계 데이터를 관찰하였다. 측정된 신호는 엔진의 싸이클(cycle) 주기를 기초로 하는 고조파 성분이 나타났으며, 발전기 부하(토크)의 변화에 따라 진동 신호의 분산값과 첨도의 변화가 나타나 운전 조건의 변화를 감지할 수 있음을 확인하였다.