軸流ファンの欠陥を理解する
軸流ファンの欠陥 これらは、空気がプロペラのような羽根を通って軸と平行に流れる軸流ファンに特有の不具合である ローター. これには、ブレードのピッチ角誤差、先端クリアランスの悪化、ブレード 疲労 また、亀裂、ハブ取り付け部の破損、回転失速、および空力共振なども挙げられます。軸流ファンは、流路や力の分布が遠心ファンとは異なり、そのため、ブレードのねじれ、先端漏れ流、および変動する軸方向推力に起因する特有の故障モードが生じやすくなります。これらは、より広範な fan defects しかし、独自の診断アプローチを必要とする。
軸流ファンは、空調システム、冷却塔、発電所のドラフトファン、および産業用換気設備など、至る所で使用されています。その大径かつ比較的軽量なブレードは、振動による疲労や空力的な不安定性に特に弱く、こうした問題は 振動解析 どの署名を探すべきか分かっていれば、調査は簡単です。
1. ブレードのピッチと角度の問題
ピッチ設定が正しくありません
- 可変ピッチファン： ブレードの角度は調整可能で、性能を最適化できます。
- 不調整: 使用条件に対してブレードの角度が適切に設定されていない。
- 効果: 性能の低下、振動の増加、および失速しやすい傾向。
- 不均一な設定： 異なる角度で配置されたブレードは、質量と空力荷重を不均一に分散させ、その結果、 アンバランス.
ブレードツイスト変形
- 空力荷重や遠心力によって恒久的にねじれたブレード。
- 流れ角の変化により、性能が低下する。
- 非対称なねじれが、不均衡を生み出す。
- ローターを横切る温度勾配によって生じる熱変形。
2. チップクリアランスの問題
軸流ファンにおいて、羽根のクリアランスが重要な理由
- 流れが翼端を越えて流れ出し、翼端渦を形成する。
- 効率はチップのクリアランスに非常に左右されやすい。
- クリアランスが1%増加するごとに、効率は約1～2%低下する。
- クリアランスは、振動や音響性能にも影響を及ぼします。
過剰なクリアランス
- 原因: 摩耗、ハウジングの歪み、ブレードのたわみ、および熱膨張。
- 効果: 性能の低下、先端渦の増大、および振動の増加。
- 一般的な新規クリアランス： 翼幅の0.5～1.5％。
- 対応が必要： スパンが3%を超えている場合は、ファンの交換またはオーバーホールが必要です。
先端のこすり
- ブレードの先端がハウジングに接触している。
- 過度な～によって引き起こされる 振動、熱膨張、または ずれ.
- 騒音、振動、およびブレードの損傷を引き起こす――局所的な形態の ローターラブ.
- ブレードの先端とハウジングの両方に、目視可能な摩耗痕が残る。
3. ブレードの構造上の欠陥
疲労亀裂
- 位置： ブレードの根元（ハブに接続されている部分）と前縁。
- 原因： 交互に作用する空力荷重、振動、および ブレード共振.
- 検出： 浸透探傷、磁粉探傷、または超音波探傷 非破壊検査.
- 重要度: 発見されなければ、疲労亀裂はブレードの脱落――つまりブレード全体が吹き飛ぶ事態へと進行する恐れがある。
ブレードの取り付け不良
- ブレードとハブの接合部で溶接部に亀裂が生じている。
- ボルトで固定されたアタッチメントが緩んでいる。
- 根元のフィレット部のひび割れ。
- 早期に発見されなければ、症状は徐々に悪化する。
4. 空気力学的不安定性
回転失速
- 一部のブレードに発生し、環状領域を周回する流れの剥離。
- Produces 同期していない ローター回転数の0.2～0.5倍の振動。
- 流量が低い場合や、流入抵抗が高い場合に発生します。
- 激しく発生することがあり、ブレードに損傷を与える恐れがあります。
フラッター
- 空力弾性連成に起因する自己励起ブレード振動 — 一種の 自励振動.
- ブレードの動きが気流を変え、その気流が再びブレードの動きを駆動する。
- ブレードの 固有振動数.
- ブレードの早期破損を引き起こす可能性があります。
- 発生頻度は低いものの、一度起きると甚大な被害をもたらす。
5. 振動特性
ブレード通過頻度
- 計算： BPF = ブレード数 × 回転数（RPM） ÷ 60。これは、以下の式を使って即座に計算できます。 ブレードパス周波数計算機.
- 軸流ファン: その ブレード通過周波数 はしばしば顕著であり、遠心ファンよりもその傾向が強い。
- 振幅の増大： これは、チップクリアランスの問題、ブレードの損傷、または流量の問題を示唆しています。
- 倍音: multiple BPF 倍音 ブレードや流れに問題があることを示しています。
アンバランス
- ブレードの堆積、侵食、またはピッチ角の不均一性に起因する。
- 走行速度の1倍のコンポーネントとして表示されます。
- Correctable by フィールドバランシング ブレードに取り付けられたウェイト付き。
失速関連振動
- 0.2～0.5倍の範囲にあるサブシンクロナス成分。
- ランダムで、振幅が変動する。
- ブロードバンドノイズの増加。
- 流量を増やすと消える――有用な確認試験である。
6. 検知と監視
振動解析
- 標準的な軸受振動監視。
- 時間経過に伴うBPF振幅の推移。
- ストールを示すサブシンクロナス成分を監視する。
- 軸方向振動 推力の変動を捉えるための測定。
パフォーマンス監視
- 差圧法による気流測定。
- 消費電力の推移。
- 効率の計算。
- 設計との比較、または ベースライン performance.
検査
- ひび割れ、摩耗、および 腐食.
- ブレードのピッチ角の確認。
- チップクリアランスの測定。
- ハブおよび取り付け箇所の点検。
- 重要ファンにおける亀裂検出のための非破壊検査。
7. フィールドバランシングと振動限界
軸流ファンは独自の軸受で回転するため、主な原因である1×のアンバランスに対処する実用的な方法は、ローターを取り外すのではなく、その場でバランス調整を行うことです。次のようなポータブルな2チャンネルアナライザー バランセット-1A 1×を測定する 振幅と位相 動作速度において、 影響係数 ファンの、そしてその質量と角度を 修正重量 ブレードに追加します。その後、その結果を 残留アンバランス 許容誤差。適合品およびバランス・品質等級については、大型産業用ファンについては特に ISO 14694一方、ベアリングハウジングにおける全体的な振動の激しさは、最新の基準に基づいて評価される ISO 20816-3 （ISO 10816-3に取って代わった規格）。
8. 保守および修正
ブレードのメンテナンス
- ブレードの付着物を除去し、その後、バランス調整を行ってください。
- 軽微な浸食や腐食による損傷を修復する。
- ひび割れや著しい損傷があるブレードは交換してください。
- すべてのブレードが同じピッチ角になっていることを確認してください。
- ブレード固定ボルトを確認し、締め付けてください。
クリアランス修復
- 隙間が広すぎる箇所には、シュラウドリングまたは先端シールを追加してください。
- ハウジングを再組み立てして、その直径を小さくする。
- 経済的に妥当であれば、ファンを交換してください。
動作点制御
- ファンが設計点付近で動作するように、システムの抵抗を調整してください。
- 最適なマッチングを得るために、可変速制御を使用してください。
- ストール領域での運転は避けてください。
- ターンダウンには、インレットベーンまたはダンパー制御を使用してください。
軸流ファンの不具合には、回転機械に共通する問題に加え、軸流式機械特有の空力現象が絡んでいます。ブレードの構造上の課題、先端クリアランスの重要性、および回転失速などの不安定性を理解し、適切な振動監視や性能試験と組み合わせることで、産業現場において、この不可欠な送風機を確実に稼働させ続けることができます。
