전동기 베어링은 왜 고장날까? 고장 원인과 이상징후

전동기 고장을 생각하면 먼저 권선이 타거나 절연이 나빠지는 전기적인 문제를 떠올리기 쉽다.

하지만 현장에서 모터를 장기간 운전하다 보면 베어링 문제도 매우 중요하다.

베어링이 나빠지면 처음에는 작은 소음이나 온도상승 정도로 시작할 수 있다.

상태가 더 진행되면 진동이 커지고 축이 흔들리기 시작한다.

심하면 회전자와 고정자 사이의 공극이 달라지고, 결국 축이 제대로 회전하지 못하는 상황까지 갈 수 있다.

따라서 베어링을 단순히 축을 받쳐주는 소모품 정도로 보면 안 된다.

전동기의 회전정밀도와 공극, 진동, 기계손실, 냉각팬의 상태까지 영향을 줄 수 있는 중요한 부품이다.

그리고 베어링 고장의 원인도 하나가 아니다.

윤활부족,

과다윤활,

그리스 열화,

먼지와 수분,

축정렬 불량,

벨트 장력,

과도한 축하중,

잘못된 장착,

외부진동,

전기적인 베어링 전류

등 여러 원인이 서로 겹쳐서 고장을 만들 수 있다.

베어링은 전동기에서 어떤 역할을 할까?

일반적인 3상 유도전동기에서는 회전자와 축이 고정자 내부에서 일정한 중심을 유지한 채 회전해야 한다.

이 축을 양쪽에서 지지하는 부품이 베어링이다.

베어링은 축의 무게와 회전력을 지지하면서 마찰을 가능한 한 작게 유지한다.

또 모터에 연결된 커플링이나 풀리, 기계부하에서 들어오는 방사하중과 축방향 하중도 받는다.

즉 베어링의 역할은 단순히

“축이 빠지지 않도록 잡아주는 것”

이 아니다.

축의 위치를 유지하고,

회전저항을 줄이고,

외부하중을 지지하며,

회전자와 고정자 사이의 공극이 일정하게 유지되도록 돕는다.

전동기 베어링은 어떤 구조일까?

많은 전동기에는 구름베어링이 사용된다.

대표적으로 볼베어링과 롤러베어링이 있다.

구름베어링은 크게

내륜,

외륜,

전동체,

케이지

등으로 구성된다.

내륜은 일반적으로 축에 끼워지고 외륜은 베어링 하우징이나 엔드브래킷에 위치한다.

내륜과 외륜 사이에서는 볼이나 롤러 같은 전동체가 회전한다.

케이지는 여러 전동체가 일정한 간격을 유지하도록 돕는다.

실제 모터의 크기와 하중조건에 따라 양쪽 베어링의 종류가 같을 수도 있고 서로 다른 형식을 사용할 수도 있다.

따라서 교체할 때는 단순히 외경과 내경만 보고 판단해서는 안 된다.

방사하중과 축방향 하중은 무엇이 다를까?

축의 중심선에 수직으로 작용하는 힘을 방사하중 또는 라디얼 하중이라고 한다.

예를 들어 모터축에 풀리를 장착하고 벨트를 당기면 축을 옆으로 잡아당기는 힘이 발생한다.

이것이 대표적인 방사하중이다.

반면 축의 길이방향으로 미는 힘은 축방향 하중 또는 스러스트 하중이다.

펌프나 팬, 특정 커플링 구조에서는 축방향 힘이 발생할 수 있다.

베어링마다 감당할 수 있는 하중의 방향과 크기가 다르기 때문에 부하특성에 맞는 베어링이 필요하다.

베어링 고장은 한 가지 원인으로만 생기지 않는다

베어링 고장이 발생했을 때

“그리스가 부족했네.”

라고 하나의 원인으로 결론내리기 쉽다.

하지만 실제로는 여러 원인이 연결되어 있을 수 있다.

예를 들어 축정렬이 조금 틀어진 상태에서 운전하고 있었다고 하자.

베어링에 평소보다 큰 하중이 걸린다.

온도가 올라간다.

높은 온도 때문에 그리스의 상태가 나빠진다.

윤활성능이 떨어지면서 마찰이 더 증가한다.

진동도 커진다.

결국 궤도면에 손상이 발생한다.

처음 원인은 정렬불량이었지만 마지막에 분해해보면 윤활불량처럼 보일 수도 있다.

따라서 베어링을 진단할 때는 최종적으로 보이는 손상뿐 아니라 왜 그 손상이 만들어졌는지를 찾아야 한다.

윤활은 베어링 안에서 무엇을 할까?

베어링 내부에서는 전동체와 내륜·외륜의 궤도면 사이에 매우 큰 접촉압력이 발생한다.

두 금속표면이 완전히 직접 접촉한 상태로 빠르게 회전한다면 마찰과 마모가 커진다.

윤활제는 이 접촉면 사이에 윤활막을 형성해 금속끼리 직접 마찰하는 것을 줄인다.

그리스윤활을 사용하는 베어링에서는 그리스 속의 기유가 접촉면을 윤활하는 데 중요한 역할을 한다.

또 윤활제는 마찰열을 줄이고 표면을 부식으로부터 보호하는 데도 도움이 된다.

따라서 적절한 윤활은 베어링 수명에 매우 중요하다.

그리스가 부족하면 어떻게 될까?

윤활이 부족하면 충분한 유막을 유지하기 어려워질 수 있다.

전동체와 궤도면의 금속접촉이 증가한다.

마찰이 커진다.

온도가 올라간다.

표면마모가 진행된다.

마모입자가 다시 베어링 내부를 돌아다니면서 추가적인 손상을 만들 수도 있다.

상태가 더 악화되면 소음과 진동이 증가하고 궤도면에 박리나 변색이 나타날 수 있다.

심한 경우 베어링이 고착될 수도 있다.

그리스를 많이 넣으면 더 좋은 것 아닐까?

그렇지 않다.

베어링 그리스는 부족해도 문제가 되지만 지나치게 많아도 문제가 될 수 있다.

베어링 내부가 그리스로 과도하게 채워져 있으면 회전하는 전동체와 케이지가 그리스를 계속 밀어내고 휘저어야 한다.

이 과정에서 교반저항이 증가한다.

마찰손실이 커지고 베어링온도가 상승할 수 있다.

내부압력이 증가하면서 그리스가 씰 밖으로 밀려나거나 씰에 부담을 줄 수도 있다.

그래서

그리스는 많이 넣을수록 좋다

가 아니라

해당 베어링과 하우징, 운전조건에 맞는 양을 사용해야 한다

가 정확하다.

급유 직후 온도가 잠깐 올라갈 수도 있을까?

가능하다.

재급유 후 그리스양이 증가하면 처음에는 교반저항이 커질 수 있다.

베어링이 회전하면서 그리스가 내부에 재분포되는 과정에서 온도가 일시적으로 변할 수도 있다.

하지만 온도가 계속 올라가거나 비정상적인 수준에서 유지된다면 단순한 재분포 과정으로만 보면 안 된다.

과다급유나 잘못된 그리스, 베어링 손상 등의 가능성을 확인해야 한다.

그리스 종류가 왜 중요할까?

그리스는 모두 같은 물질이 아니다.

기유의 종류,

점도,

증주제,

첨가제,

사용 가능한 온도범위

등이 다르다.

회전속도가 높은 베어링과 무거운 하중을 받는 저속 베어링에서 필요한 윤활특성도 같지 않을 수 있다.

따라서 단순히

“베어링 그리스니까 아무거나 넣어도 되겠지.”

라고 생각하면 안 된다.

모터 제조사 또는 베어링 제조사가 지정한 그리스 사양을 확인하는 것이 좋다.

서로 다른 그리스를 섞어도 될까?

그리스 종류에 따라 혼합호환성이 다를 수 있다.

서로 다른 증주제나 기유, 첨가제가 혼합되면 그리스의 구조가 변하고 지나치게 묽어지거나 단단해질 수 있다.

윤활성능과 기계적 안정성이 달라질 수도 있다.

따라서 기존 그리스와 새로운 그리스의 호환성을 확인하지 않은 상태에서 임의로 혼합하는 것은 피하는 것이 좋다.

그리스 종류를 변경해야 한다면 제조사가 권장하는 세척이나 치환절차를 확인해야 한다.

급유주기는 왜 모터마다 다를까?

그리스 수명은 단순히 사용시간만으로 결정되지 않는다.

회전속도,

베어링 크기,

하중,

베어링온도,

주변환경,

수분과 먼지,

장착방향

등이 영향을 준다.

고온에서 운전되는 베어링은 같은 그리스라도 열화가 빨라질 수 있다.

회전속도가 높을수록 그리스에 가해지는 기계적 스트레스도 커질 수 있다.

따라서

“모든 모터는 6개월마다 급유한다”

처럼 하나의 주기를 모든 장비에 적용하는 것은 적절하지 않다.

설비별 기준과 제조사 권장주기를 따르는 것이 좋다.

밀봉형 베어링에도 그리스를 계속 넣어야 할까?

모든 베어링이 외부에서 재급유하도록 만들어진 것은 아니다.

양쪽이 실드나 씰로 막혀 있고 내부에 그리스가 봉입된 베어링은 외부 재급유를 전제로 하지 않는 경우가 있다.

반대로 대형 전동기에서는 그리스 주입구와 배출구가 따로 있는 재급유형 구조를 사용할 수 있다.

따라서 모터에 그리스 니플이 보이지 않는다고 해서 정비가 잘못된 것도 아니고, 보인다고 해서 언제든 마음대로 그리스를 넣어도 되는 것도 아니다.

베어링과 모터의 구조를 먼저 확인해야 한다.

먼지가 들어가면 왜 위험할까?

베어링 궤도면과 전동체는 매우 정밀하게 가공되어 있다.

그 사이에 단단한 먼지나 금속입자가 들어가면 전동체가 입자를 밟고 지나가면서 표면에 작은 압흔을 만들 수 있다.

압흔은 반복적인 하중을 받을 때 응력이 집중되는 지점이 될 수 있다.

시간이 지나면서 피로박리로 진행될 가능성도 생긴다.

따라서 베어링 내부의 청결상태는 매우 중요하다.

물이 들어가면 어떤 문제가 생길까?

수분은 베어링 표면을 부식시킬 수 있다.

그리스의 성능에도 영향을 줄 수 있다.

미세한 녹과 부식흔적은 궤도면의 매끄러운 회전을 방해한다.

회전하면서 반복적으로 하중을 받으면 손상이 빠르게 진행될 수 있다.

모터를 세척하거나 고압수를 사용하는 장소에서는 씰과 모터의 보호등급, 세척방법을 함께 고려해야 한다.

축정렬 불량은 왜 베어링을 망가뜨릴까?

모터축과 부하축이 커플링으로 연결되어 있다고 하자.

두 축의 중심선이 정확하게 맞지 않으면 커플링에서 추가적인 힘이 발생한다.

평행정렬 불량이라면 축이 서로 옆으로 어긋나 있다.

각도정렬 불량이라면 두 축이 일정한 각도를 가진다.

이런 상태에서 강제로 연결하면 베어링이 원래 예상하지 않았던 방사하중과 축방향 하중을 계속 받는다.

그 결과 온도와 진동이 증가하고 베어링 수명이 줄어들 수 있다.

커플링이 유연하면 정렬은 대충 맞아도 될까?

유연한 커플링은 일정한 정렬오차를 흡수할 수 있다.

하지만 이것을 정렬을 하지 않아도 된다는 뜻으로 이해하면 안 된다.

허용범위를 넘는 정렬불량은 커플링 자체의 수명을 줄일 뿐 아니라 베어링과 축, 씰에도 추가적인 하중을 전달할 수 있다.

따라서 커플링 제조사가 허용하는 정렬범위 안에서 정확하게 맞추는 것이 중요하다.

벨트 장력을 너무 세게 하면 어떤 문제가 생길까?

모터축에 풀리를 설치하고 벨트로 부하를 돌리는 장비가 많다.

벨트가 느슨하면 미끄러짐이 생길 수 있기 때문에 장력을 충분히 주려고 한다.

하지만 너무 강하게 당기면 모터축에 지속적으로 큰 방사하중이 걸린다.

이 하중은 베어링이 받아야 한다.

결국 베어링 접촉응력이 커지고 수명이 줄어들 수 있다.

따라서 벨트는

느슨하지도 않고,

지나치게 팽팽하지도 않은

적절한 장력으로 조정해야 한다.

베어링 하중이 커지면 수명은 얼마나 줄어들까?

베어링의 기본정격수명은 하중과 매우 민감한 관계를 가진다.

개념적으로 기본정격수명은

L10 = (C / P)^p

형태로 표현할 수 있다.

여기서

L10은 기본정격수명,

C는 기본동정격하중,

P는 등가동하중이다.

지수 p는 베어링 종류에 따라 달라진다.

볼베어링에서는 일반적으로 3을 사용하고 롤러베어링에서는 더 큰 지수를 사용한다.

이 식에서 중요한 것은 하중 P가 조금 증가해도 수명은 훨씬 크게 감소할 수 있다는 것이다.

따라서 축정렬 불량이나 벨트 과장력처럼 작은 추가하중을 장기간 방치하면 베어링 수명에는 큰 영향을 줄 수 있다.

L10 수명이면 그 시간에 반드시 고장날까?

아니다.

L10은 통계적인 기본정격수명의 개념이다.

실제 베어링 수명에는

윤활,

오염,

장착,

하중분포,

온도,

재질,

전기적 손상

등이 영향을 준다.

따라서 정격수명 계산값을 실제 고장시간과 동일하게 생각해서는 안 된다.

특히 윤활상태가 나쁘거나 오염이 심하면 계산된 피로수명보다 훨씬 일찍 문제가 발생할 수 있다.

베어링을 장착할 때 망치로 두드리면 왜 위험할까?

베어링을 축에 삽입하기 위해 외륜을 직접 두드리거나 충격을 주면 그 힘이 전동체를 통해 궤도면으로 전달될 수 있다.

이 과정에서 궤도면에 압흔이 생길 수 있다.

처음에는 잘 돌아가는 것처럼 보여도 회전할 때 전동체가 압흔을 반복해서 지나가면서 진동과 소음이 발생할 수 있다.

베어링 장착에서는 끼워맞춤되는 링에 적절하게 힘을 전달해야 한다.

열박음이나 전용공구를 사용하는 경우에도 제조사 절차를 따라야 한다.

베어링을 불로 가열해서 끼우면 될까?

베어링 내륜을 팽창시켜 축에 장착하기 위해 가열하는 방법을 사용할 수는 있다.

하지만 토치나 불꽃으로 국부적으로 과열하는 방식은 베어링 재질과 열처리상태, 씰과 그리스에 손상을 줄 수 있다.

필요하다면 온도를 제어할 수 있는 인덕션히터 같은 적절한 장비와 제조사에서 허용하는 가열온도를 따라야 한다.

무조건 뜨겁게 만들수록 잘 들어가는 것이 아니다.

내부틈새는 왜 중요할까?

구름베어링에는 내부틈새가 존재한다.

축과 하우징에 조립되면 끼워맞춤 때문에 링이 팽창하거나 수축하면서 실제 내부틈새가 변한다.

운전 중에는 내륜과 외륜의 온도차 때문에도 달라질 수 있다.

내부틈새가 지나치게 작아지면 전동체에 불필요한 예압이 걸리고 온도가 올라갈 수 있다.

반대로 조건에 맞지 않게 지나치게 큰 틈새를 사용하면 진동과 하중분포 등에 영향을 줄 수 있다.

C3 베어링은 불량품보다 틈이 큰 베어링일까?

그렇지 않다.

C3는 일반적인 정상 내부틈새보다 더 큰 내부틈새 범위를 가진 베어링을 나타내는 표시로 사용된다.

모터에서는 운전 중 온도상승과 끼워맞춤 때문에 실제 내부틈새가 감소할 것을 고려해 C3가 지정되는 경우가 있다.

따라서 기존 모터에 C3가 사용되었다면

“틈이 크니까 일반 베어링으로 바꾸는 것이 더 좋겠지.”

라고 임의로 변경하면 안 된다.

베어링 번호 뒤의 틈새와 씰, 기타 suffix까지 확인해야 한다.

베어링 번호가 같으면 아무 제품이나 바꿔도 될까?

기본번호가 같아도 세부사양이 다를 수 있다.

내부틈새,

실드 또는 씰,

그리스,

정밀도,

절연유무

등에서 차이가 날 수 있다.

대형 모터나 인버터 모터에서는 전기적으로 절연된 베어링이 사용되는 경우도 있다.

따라서 분해한 베어링의 기본번호만 보고 교체품을 선정하기보다 기존 사양과 모터 제조사 자료를 확인하는 것이 안전하다.

외부진동 때문에 정지한 베어링도 손상될 수 있을까?

가능하다.

모터가 정지해 있어도 주변 설비에서 강한 진동이 전달될 수 있다.

전동체가 같은 위치에서 미세하게 반복운동하면 접촉면의 윤활막이 제대로 유지되지 못하고 미세한 마모가 발생할 수 있다.

이와 관련된 손상을 false brinelling과 연결해서 설명하기도 한다.

장기간 정지상태로 보관되는 모터에서도 주변진동과 보관조건을 고려해야 하는 이유다.

전기적인 이유로도 베어링이 손상될 수 있을까?

가능하다.

특히 인버터로 운전되는 모터에서는 고속 PWM 스위칭과 공통모드 전압 등의 영향으로 축과 프레임 사이에 전압이 발생할 수 있다.

이 전압이 베어링의 윤활막을 견디지 못할 정도로 올라가면 전동체와 궤도면 사이에서 방전이 발생할 수 있다.

아주 짧은 방전이라도 접촉면에 미세한 피팅을 만들 수 있다.

이런 현상이 반복되면 베어링 궤도면에 규칙적인 줄무늬 형태의 플루팅이 나타날 수도 있다.

인버터를 쓰면 모든 모터 베어링이 전기적으로 손상될까?

그렇지는 않다.

베어링 전류 발생여부와 크기는

모터 크기,

접지,

케이블,

인버터 스위칭,

기계구조,

베어링 구성

등 여러 조건에 영향을 받는다.

따라서 인버터를 사용한다는 이유만으로 베어링 전류가 반드시 문제가 된다고 볼 수는 없다.

하지만 일반적인 윤활과 정렬문제가 없는데도 특이한 피팅이나 플루팅이 반복된다면 전기적 원인도 검토할 필요가 있다.

이 부분은 이후 인버터 운전 전동기의 베어링 전류 글에서 별도로 자세히 다룬다.

베어링 고장은 처음에 어떤 증상으로 나타날까?

초기단계에서는 운전자가 쉽게 느끼지 못할 수도 있다.

손상이 진행되면

미세한 소음 변화,

진동 증가,

베어링 하우징 온도상승

등이 나타날 수 있다.

더 진행되면 거친 소음이 발생하고 진동이 크게 증가한다.

축방향 또는 방사방향 흔들림이 커질 수도 있다.

심하면 회전이 뻑뻑해지고 결국 고착될 수 있다.

베어링 온도는 몇 도면 불량일까?

모든 모터에 적용할 수 있는 하나의 온도를 정하는 것은 적절하지 않다.

베어링 종류,

그리스,

회전속도,

주위온도,

모터 구조,

측정위치

에 따라 정상온도가 달라질 수 있다.

그래서 절대온도 하나만큼 중요한 것이 평소값과의 변화다.

평소 같은 부하에서 55°C 정도였던 베어링 하우징이 갑자기 80°C까지 올라갔다면 의미 있는 변화일 수 있다.

반면 원래 고온환경에서 설계된 설비는 기준이 다를 수 있다.

제조사의 허용온도와 과거 추세를 함께 봐야 한다.

구동측과 반구동측 온도를 비교하면 도움이 될까?

도움이 된다.

모터의 커플링이나 풀리가 연결된 쪽을 구동측 또는 DE라고 부르고 반대쪽을 NDE라고 부르는 경우가 있다.

두 베어링이 받는 하중과 구조가 다를 수 있기 때문에 정상온도도 완전히 같을 필요는 없다.

하지만 과거에는 비슷한 패턴을 보이던 한쪽 베어링만 갑자기 온도가 올라간다면 점검할 필요가 있다.

즉 DE와 NDE를 서로 비교하고 과거 데이터와도 비교하는 방식이 좋다.

소리만 들어도 베어링 고장을 알 수 있을까?

어느 정도의 단서는 얻을 수 있다.

양호한 베어링은 비교적 일정한 회전음을 낸다.

윤활이 부족하거나 궤도면이 손상되면 거칠거나 긁히는 듯한 고주파성 소음이 증가할 수 있다.

전동체나 궤도면에 큰 손상이 있으면 회전속도와 연관된 반복적인 충격음이 발생할 수도 있다.

하지만 사람의 귀만으로 정확한 고장부위를 확정하기는 어렵다.

주변 팬소음과 기계소음이 섞일 수 있기 때문이다.

진동측정은 왜 베어링 진단에 유용할까?

궤도면에 작은 손상이 있다고 하자.

전동체가 그 손상부위를 지날 때마다 작은 충격이 발생한다.

회전이 계속되면 이 충격도 일정한 주기로 반복된다.

그래서 진동신호를 분석하면 특정 베어링 기하학과 관련된 주파수성분을 찾을 수 있다.

대표적으로

외륜결함 주파수,

내륜결함 주파수,

전동체 회전 관련 주파수,

케이지 관련 주파수

등을 분석할 수 있다.

실무에서는 BPFO, BPFI, BSF, FTF 같은 용어를 사용하기도 한다.

진동값 하나만 높으면 베어링 불량일까?

그렇지 않다.

진동은 베어링 외에도

불평형,

축정렬 불량,

기계적 풀림,

공진,

축굽음,

기어문제

등 여러 원인으로 증가할 수 있다.

따라서 전체 진동값이 높다는 이유만으로 베어링을 교체하면 원인이 해결되지 않을 수 있다.

진동의 방향과 주파수성분, 부하에 따른 변화, 소음과 온도를 함께 보는 것이 좋다.

다음 글에서 전동기 진동을 원인별로 자세히 구분한다.

베어링 손상이 진행되면 공극에도 영향을 줄 수 있다

베어링이 마모되어 축의 위치가 흔들리기 시작하면 회전자 중심도 변한다.

전동기의 회전자와 고정자 사이에는 매우 작은 공극이 있다.

축이 한쪽으로 치우치면 공극이 균일하지 않게 된다.

이 상태가 심해지면 자기적인 불평형과 진동이 증가할 수 있다.

극단적으로는 회전자와 고정자가 접촉하는 심각한 사고로 이어질 가능성도 있다.

그래서 베어링 고장은 순수한 기계손상으로만 끝나는 문제가 아니다.

베어링 마찰이 커지면 모터전류도 증가할까?

가능하다.

베어링의 마찰이 증가하면 모터가 이 마찰토크를 이겨내야 한다.

필요한 축토크가 증가한다.

유도전동기는 더 큰 전자기토크를 만들기 위해 슬립과 전류를 증가시킬 수 있다.

따라서 베어링 상태가 심하게 나빠지면 전류가 평소보다 증가할 수 있다.

다만 작은 초기손상에서는 전류변화가 거의 보이지 않을 수도 있다.

그래서 모터전류만으로 초기 베어링 이상을 판단하기 어렵다.

베어링이 완전히 고착되면 전기적으로도 문제가 커진다

베어링이 심하게 손상되어 축이 움직이지 못한다면 모터는 기계적으로 구속된 상태가 된다.

전원은 인가되어 있는데 회전자가 가속하지 못한다.

유도전동기라면 슬립이 1에 가까운 상태가 지속될 수 있다.

결국 큰 기동전류와 비슷한 전류조건이 계속될 수 있다.

권선과 회전자 모두 빠르게 가열될 수 있다.

즉 처음에는 베어링이라는 기계부품의 고장이었지만 마지막에는 전동기의 전기적 손상까지 이어질 수 있다.

베어링을 교체하고도 또 금방 고장난다면?

이 경우에는 베어링 자체만 원인으로 보면 안 된다.

새 베어링이 반복해서 비슷한 위치에서 손상된다면

축정렬,

베어링 하우징,

축 끼워맞춤,

벨트장력,

기계적 불평형,

전기적인 축전압

등을 확인해야 한다.

원인을 제거하지 않고 베어링만 계속 교체하면 같은 고장이 반복될 가능성이 높다.

고장베어링의 손상형태를 기록하고 원인과 연결해서 분석하는 것이 중요하다.

분해한 베어링을 바로 버리면 안 되는 이유

고장원인을 분석해야 하는 중요한 설비라면 분해한 베어링 자체가 매우 유용한 자료다.

내륜과 외륜의 궤도면,

전동체,

케이지,

씰,

그리스 상태

를 확인할 수 있다.

한쪽에만 비정상적인 하중흔적이 있다면 정렬이나 끼워맞춤 문제를 의심할 수 있다.

규칙적인 압흔이 있다면 장착이나 외부진동을 검토할 수 있다.

전기방전 흔적이 있다면 축전압이나 베어링 전류를 생각할 수 있다.

따라서 고장원인을 찾기 전에 세척하거나 폐기하지 않는 것이 좋다.

그리스 색이 검으면 무조건 베어링이 타고 있는 것일까?

반드시 그렇지는 않다.

그리스 색은 사용한 제품 자체의 색과 운전시간, 온도, 오염물질에 따라 변할 수 있다.

어두워졌다는 이유만으로 바로 고장을 확정할 수는 없다.

하지만 금속입자가 섞여 있거나 타는 냄새가 나고, 베어링온도와 진동도 동시에 증가했다면 중요한 이상신호가 될 수 있다.

여러 증상을 함께 판단해야 한다.

베어링 교체 후 처음 운전할 때 무엇을 볼까?

교체가 끝났다고 바로 정상이라고 판단하지 않는다.

처음 운전하면서

회전음,

진동,

DE와 NDE 온도,

모터전류,

그리스 누출

등을 확인하는 것이 좋다.

온도가 계속 상승하는지 안정되는지도 본다.

새 베어링인데 온도가 빠르게 올라간다면

과다윤활,

장착오류,

내부틈새,

정렬,

끼워맞춤

등을 다시 확인할 필요가 있다.

예비모터도 베어링 관리가 필요할까?

필요할 수 있다.

장기간 보관된 모터는 운전하지 않더라도

습기,

부식,

외부진동,

그리스 노화

의 영향을 받을 수 있다.

무거운 회전자가 같은 위치에서 장기간 정지하면 접촉부가 계속 같은 위치에 있게 된다.

따라서 장기보관 모터는 제조사의 보관방법과 정기점검기준을 따르는 것이 좋다.

현장에서는 어떤 순서로 확인하면 좋을까?

베어링 이상이 의심되면 먼저 운전 중의 소음과 진동, 베어링 하우징 온도를 확인한다.

과거값이 있다면 현재값과 비교한다.

한쪽 베어링만 변했는지 DE와 NDE를 비교한다.

외부에서 확인할 수 있는 그리스 누출과 변색, 단자나 팬커버의 이상도 본다.

그다음 기계부하와 커플링 정렬, 벨트장력 등을 확인한다.

필요하다면 진동주파수 분석으로 베어링 결함성분을 확인한다.

인버터 모터이고 일반적인 기계원인이 보이지 않는다면 축전압과 전기적 베어링 손상 가능성도 검토한다.

중요한 것은 베어링을 바로 교환하는 것보다 왜 이상이 생겼는지를 함께 찾는 것이다.

자주 헷갈리는 부분

첫째, 베어링 그리스는 많이 넣을수록 좋은 것이 아니다.

과다윤활도 교반손실과 온도상승을 일으킬 수 있다.

둘째, 모든 그리스를 서로 섞어 사용할 수 있는 것은 아니다.

그리스 변경 시 호환성을 확인해야 한다.

셋째, 베어링온도가 높다고 무조건 베어링 자체가 불량한 것은 아니다.

과다윤활과 정렬불량, 과하중 등도 온도를 높일 수 있다.

넷째, 베어링 번호가 같아도 내부틈새와 씰, 절연 등 세부사양이 다를 수 있다.

다섯째, C3는 불량하게 틈이 큰 베어링이라는 의미가 아니다.

운전조건을 고려해 의도적으로 큰 내부틈새가 지정된 규격이다.

여섯째, 진동이 높다고 무조건 베어링 불량은 아니다.

불평형과 정렬, 기계적 풀림 등 다른 원인도 확인해야 한다.

일곱째, 베어링은 운전하지 않아도 외부진동과 보관상태 때문에 손상될 수 있다.

여덟째, 인버터 운전모터에서는 기계적인 원인 외에 베어링 전류에 의한 전기적 손상도 발생할 수 있다.

아홉째, 베어링이 고착되면 기계고장에서 끝나는 것이 아니라 모터가 구속되면서 큰 전류와 권선과열로 이어질 수 있다.

열째, 베어링을 반복해서 교체하는 것보다 반복고장의 원인을 제거하는 것이 더 중요하다.

마무리

전동기 베어링은 작은 부품처럼 보이지만 축과 회전자를 정확하게 지지하고 모터의 공극을 유지하는 핵심적인 기계부품이다.

베어링이 정상이라면 전동체와 궤도면 사이에 적절한 윤활상태가 형성되고 축이 작은 마찰로 안정적으로 회전할 수 있다.

하지만 윤활이 부족하면 유막이 약해지고 금속접촉과 마모가 증가한다.

반대로 그리스를 지나치게 많이 넣으면 교반손실과 온도상승이 발생할 수 있다.

먼지와 수분은 궤도면을 손상시키고 부식을 일으킬 수 있다.

축정렬 불량과 벨트 과장력은 베어링이 원래 예상했던 것보다 큰 하중을 받게 만든다.

장착과정에서 잘못된 힘을 가하면 새 베어링에도 처음부터 압흔이 생길 수 있다.

인버터 운전에서는 특정 조건에서 베어링 전류라는 전기적인 원인도 추가될 수 있다.

따라서 베어링 고장을 제대로 진단하려면

윤활

만 볼 것이 아니라

하중·정렬·오염·장착·온도·진동·전기적 영향

을 함께 봐야 한다.

특히 한 번 교체한 베어링이 짧은 기간 안에 다시 고장난다면 베어링 자체보다 주변조건에 원인이 있을 가능성을 반드시 생각해야 한다.

좋은 정비는 고장난 베어링을 빨리 교체하는 것에서 끝나지 않는다.

왜 그 베어링이 그 위치에서 그 형태로 손상되었는지를 찾아 같은 고장이 반복되지 않도록 만드는 데까지 이어져야 한다.

다음 글에서는 베어링 고장을 포함한 여러 기계적 이상이 가장 직접적으로 나타나는 신호인 전동기 진동은 왜 발생할까?를 살펴본다.

불평형과 축정렬 불량, 베어링 손상, 기계적 풀림과 공진이 서로 어떤 진동특성을 만드는지 현장 점검관점에서 연결해서 알아본다.