軟足:原因、診断、治療
ソフトフット 回転機器における過度の振動の最も一般的な原因の一つですが、過小評価されています。フィールドサービス統計によると、, 80%まで 産業プラントの機械の多くは、ソフトフットが未補正の状態で稼働しています。この記事では、この現象の物理的性質、分類、検出方法(隙間ゲージから異位相振動解析まで)、そして実用的な補正技術について詳しく説明します。.
1. 定義と物理的性質
ソフトフット ホールドダウンボルトを締め付ける前に、機械脚が基礎フレーム(ソールプレート、ベースプレート)に完全に接触していない状態を指します。このようなボルトを締め付けると、機械ケーシングが変形し、ベアリングボアの形状が歪み、ローター軸が設計位置からずれてしまいます。.
物理的には、次のような現象が発生します。ボルトの締め付け力が不完全な脚部に作用すると、ケーシングに曲げモーメントが発生します。この変形がベアリング支持部に伝達され、以下の現象を引き起こします。
- 転がり軸受内輪のずれ
- 滑り軸受における不均一な荷重分布
- 連結された機械軸の角度ずれ
- ローターのたわみによる動的アンバランス
その結果、回転周波数(1 倍)で振動が増加し、ひどい場合には高調波倍数でも振動が増加します。.
軟足矯正で、 シングルボルト 振動速度(RMS)を 12 mm/秒から2 mm/秒 — 6分の1の削減です。.
2. ソフトフットの分類
国際的な慣行では、軟足は4つのタイプに分類されています。それぞれ異なる診断と治療アプローチが必要です。.
パラレル(エアギャップ)ソフトフット
脚部下面全体に均一なエアギャップが見られます。原因としては、脚部が短い、ソールプレートが平坦でない、シムの厚さが適切でないなどが挙げられます。.
✓ フラットな校正済みシム角型ソフトフット
脚部はフレームの片側または角のみに接触します。ボルトを締め付けると反対側が持ち上がり、ケーシングが変形します。脚部がボルト軸に対して垂直でない場合、または表面にくさび状の摩耗がある場合に発生します。.
✓ テーパード/ステップドシム弾力のある柔らかい足
表面はフレームに正式に接触していますが、圧縮性物質(薄すぎるシム、塗装、汚れ、腐食、ガスケットの残留物など)が存在します。時間の経過とともに、アライメントが「ずれ」ます。不安定な繰り返し測定によって特定されます。.
✓ 表面をきれいにし、シムを3つ以下誘発性軟足
脚とフレームの形状は正しいものの、外力(配管の張力、ケーブルトレイの荷重、ガードの力、ジャッキボルトの圧力)によってケーシングが支持面から引き抜かれてしまうことがあります。最も厄介なのは、静的測定では発見できない可能性があることです。.
✓ パイプのひずみ補正ギャップ外力修正 まず、接触の性質によってソフトフットのタイプを決定し、次に修正方法(シム、表面加工、外部荷重の除去)を選択します。.
3. 機械振動状態への影響
ソフト フットは、複数のパラメータにわたってマシンの状態に複雑な悪影響を及ぼします。
| パラメータ | 衝撃のメカニズム |
|---|---|
| 振動速度(RMS、mm/s) | ローターの偏向とミスアライメントによる1倍回転周波数での振幅増加 |
| 振動段階 | 支柱間の位相差は180°に達することがあり、これは軟弱な足の特徴的な兆候である。 |
| スペクトラム | 1× の上昇(2× の存在の可能性あり)およびライン周波数(電動モーター用) |
| ベアリング寿命 | リングのずれにより転動体に過負荷がかかり、耐用年数が大幅に減少します。 |
| シャフトアライメント | 不安定なアライメント: ボルト締め付け後に目標値から「ドリフト」する値 |
| アザラシ | ケーシングの変形によりメカニカルシールシートの形状が崩れる |
高品質のシャフトアライメントを実施した後も振動が依然として高い場合は、 最初に確認すべきことはソフトフットです.
4. 診断方法
4.1. 静電気検出(隙間ゲージとダイヤルインジケータ)
計画的なアライメント作業中に最も一般的な方法です。.
- すべての機械固定ボルトを緩めます。.
- 各脚とフレームの間に隙間ゲージを挿入し、隙間を記録します。.
- 隙間が1フィートを超えるごとに 0.05ミリメートル, 、調整済みのシムを選択します。.
- すべてのボルトをトルクレンチで締めます。.
- ダイヤルゲージで測定を繰り返します。ベースをフレームに取り付け、ゲージの先端を脚に当て、ボルトを緩めます。許容変位は以下です。 0.05 mm (50 µm).
この方法では検出されない 誘発性軟足 動作負荷(温度、圧力、パイプの歪み)下で発生します。.
4.2. 動的検出(稼働中の機械のボルト緩み)
この方法は、温度、圧力、パイプの歪みなどの動作条件下でソフトフットを直接検出します。.
- 振動センサー(加速度計)をサポート近くの機械筐体に取り付けます。.
- リアルタイム振動速度RMSモニタリングモードで機器を接続します。 バランセット-1A 回転周波数における振動レベルと位相角の同時監視が可能になります。.
- 各固定ボルトを順番に緩めて(指で締められるまで)、RMS の変化を観察します。.
- 確認後すぐにボルトを締め直し、次のボルトに移ります。.
- 緩めると振動が大幅に減少するボルトは、その場所の足が弱いことを示します。.
振動速度RMSの減少は 20% ボルト 1 本を緩めると、ソフトフットの決定的な証拠となります。.
稼働中の機器で締結具を扱う作業は、リスクが高くなります。以下の使用を含む労働安全要件の厳格な遵守が必須です。 非発火工具 危険区域では、稼働中の機器での作業に対する適切な許可が必要です。.
4.3. クロスフェーズ振動解析
最も有益な機器による方法で、軟足の識別が可能 留め具を緩めることなく ランニング用具について。.
必要な装備
- クロスフェーズ機能を備えたデュアルチャンネル振動アナライザー
- 2つの加速度計
- 位相基準センサー(タコメーター)とローター上の反射マーカー
デュアルチャンネル振動計 バランセット-1A 1倍の振動振幅と2チャンネルの位相角を±2°の精度で同時測定できるため、現場での位相差解析に最適です。光電式位相基準センサー(測定範囲:0~360°)が標準装備されています。.
- 加速度計を 2 つの機械サポートに同じ方向 (垂直など) に取り付けます。.
- マーカーをローターに取り付け、タコメーターセンサーをマーカーに向けます。.
- クロス位相測定を実行します。計測器は 1 倍の回転周波数で 2 点間の振動位相角の差を決定します。.
位相差がおよそ 180° 2つの支持点の振幅差が同時に顕著な場合、これはソフトフットの特徴的な兆候です。振幅が大きい支持点が問題箇所を示しています。.
鑑別診断
| 欠陥 | 支持間の位相差 | 振幅 |
|---|---|---|
| ソフトフット | ≈ 180° | サポート間の有意差 |
| アンバランス | ≈ 0°(同位相) | 同等のレベル |
| ずれ | 0°または180° | ずれの種類によって異なります |
CH1 / CH2Δφ ≈ 0°Δφ ≈ 180° 同位相信号は通常、不平衡を示し、逆位相信号はソフトフットを示します。最終的な結論を得るには、振幅、1×/2×スペクトル、およびボルトの緩み試験を検証してください。.
クロスフェーズ方式の利点は、通常の機械操作中に機能し、ファスナーを緩める必要がないことです。.
5. パイプ誘発性軟足
ポンプやコンプレッサー機器にかかるパイプの歪みは、過度の振動や不安定な配置の主な原因の 1 つですが、最も見落とされがちです。.
5.1. 発生メカニズム
配管が機械フランジに張力下で(フリーフィットなしで)接続されている場合、配管の力が機械ケーシングに常に作用します。運転圧力と温度下では、この力は熱膨張によって増大します。配管が機械を「揺動」させ、以下の現象を引き起こします。
- シャフトアライメントの定期的な変化
- 1倍および2倍の回転周波数での振動の増加
- ベアリングとメカニカルシールの早期摩耗
- アライメントを試みても読み取りが不安定になる
ひずみ力変形 赤い矢印は、機械を形状から引き抜く配管の張力を示しています。12-3-6-9の円は、アライメント前にフランジの隙間を4点で測定する順序を示しています。.
5.2. 配管状態検査
シャフトの位置合わせの前に、フランジの角度とオフセットの検査が必須です。.
- 機械フランジから配管を外します。.
- パイプフランジと機械フランジ間の隙間を12時、3時、6時、9時の4点で測定します。.
- 角度(反対側のポイントでのギャップの差)とオフセット(フランジの中心線の平行の不一致)を決定します。.
許容範囲
- 理想的な角度とオフセット値: 0ミリメートル
- 慎重に取り付ければ実際に実現可能: 0.01~0.02 mm
- 超過値 0.05ミリメートル 調整前に強制修正が必要
5.3. パイプ継手
目標は、外力を加えることなく、応力のないフランジ接合を実現することです。以下の方法があります。
- パイプサポートとハンガーの調整
- スプールピースのトリミングまたは延長
- 伸縮継手の使用
- 中間サポート位置の修正
現場の実践データによると、, 運営組織の80%までが配管のひずみ検証を怠っている, 振動の原因を他の場所で探し続ける。この作業は労力を要するが、これがなければ、精密なアライメントであっても、アライメントは不安定になってしまう。.
6. 足の接触面積の要件
機械の脚と底板(基礎フレーム)の最小接触面積は、 少なくとも80% 足裏部分の。.
接触面積が80%未満の場合:
- 荷重が不均一に分散され、局所的な応力集中が生じる
- シムが変形し、点接触領域で凹みが生じる
- ボルトを締めても安定した固定は得られず、時間の経過とともに位置がずれる
- 足部または足底板の疲労破損のリスクが増大する
検査方法
- 目視検査: 接触痕、酸化、脚部とフレーム表面の傷
- プルシアンブルー(マーキングペースト): ソールプレートに薄い層を塗布し、足を押し下げて接触パターンを評価する
- 隙間ゲージセット: ボルトを緩めた状態で足の周囲を測る
接触が 80% 未満であることが判明した場合、ベアリング表面の平坦性を回復する必要があります (ソールプレートおよび/または足底を削ったり、フライス加工したり、研磨したりします)。.
7. 軟足矯正手術
ソフトフットが検出された場合の推奨作業手順:
ベアリング面の準備
- ソールプレートと足の表面の汚れ、塗料、錆、古いガスケット材をきれいにします
- 定規と隙間ゲージセットで平面度を確認します
- 必要に応じて表面を機械加工する(研磨、削り取り)
接触領域を確認する
- 足と足裏のプレートの接触が少なくとも80%であることを確認する
- 接触領域から圧縮性(弾力性)材料を排除する
ギャップを測定する
- すべての固定ボルトを緩める
- 各フィートの隙間ゲージまたはダイヤルゲージで隙間を測定します
- 校正済みのステンレススチールシムを選択します。. 1フィートあたり3枚以下のシム (「ぐにゃぐにゃ」感を避けるため)
パイプの張力をチェックする
- 配管を外す
- フランジの角度とオフセットを4点で測定します
- 許容範囲を超えた場合は、ストレスのない接続を実現するために修正してください。
最終締め付けと検証
- トルクレンチですべてのボルトを対角線上に締めます
- ダイヤルインジケータチェック:ボルトを緩めた時の変位≤0.05 mm
- テスト実行と振動レベルの検証
シャフトアライメントを実行する
シャフトアライメントを実施する必要がある 軟足が完全に矯正された後にのみ 配管が確実に取り付けられていることを確認してください。そうでない場合、アライメント結果が不安定になります。.
8. 計装
8.1. 静的診断ツール
- 校正済み隙間ゲージセット(0.02 mmから)
- マグネットベース付きダイヤルインジケータ(目盛り0.01mm)
- 定規
- 接触面評価用マーキングペースト(プルシアンブルー)
- 校正済みトルクレンチ
8.2. 動的診断ツール
動的ソフトフット検出とクロス位相解析には、同時デュアルチャネル測定および位相解析機能を備えたポータブル振動アナライザーが必要です。.
について バランセット-1A (VibroMera社製)は、これらの作業に適したポータブル型デュアルチャンネル振動計バランサーです。ソフトフット診断に関連する主な仕様:
Balanset-1Aのデュアルチャンネルアーキテクチャは、2つの支持部における振幅と位相の振動を同時に測定することを可能にし、これは異相ソフトフット診断の前提条件となります。ソフトフット補正後、同じ装置を用いて、機器を分解することなく、1つまたは2つの補正面において、自身のベアリング内でローターバランス調整を行うことができます。.
9. 規範的参照
- GOST R ISO 20816-1-2021 — 振動。機械振動の測定と評価。パート1。一般的なガイドライン。.
- GOST R ISO 18436-2-2005 — 機械の状態監視と診断。振動状態監視と診断。第2部。人員の訓練と認定に関する要件。.
- ISO 1940-1:2003 — 機械的振動。一定(剛性)状態におけるローターのバランス品質要件。パート1:バランス公差の規定と検証。.
- ISO 10816 / ISO 20816 — 機械の振動状態を評価するための一連の規格。.
10. 結論
重要なポイント
ソフトフットは、システム的な設置欠陥であり、その修正は 必須の前提条件 回転機器におけるシャフトアライメントと振動低減を成功させるには、ソフトフットが不可欠です。ソフトフットを無視すると、その後の試運転作業が無駄になり、アライメントが不安定になり、振動が増大したままになり、ベアリングとシールの寿命が低下します。.
最新のポータブルデュアルチャンネル振動計、例えば バランセット-1A ソフトフット検出からクロスフェーズ解析、そしてその後の現場でのローターバランス調整まで、包括的な診断サイクルを提供します。目視検査の代わりに機器による診断方法を使用することで、欠陥検出の信頼性が大幅に向上し、試運転時間を短縮します。.
推奨される試運転ワークフロー
仕事のロジック"「はい」ブランチ最終チェック 重要なルール:ソフトフットの修正が確実に行われた後にのみ、アライメント作業を進めます。実用的な基準:コントロールボルトを緩めた際のフットの変位が0.05mm以下であり、逆位相振動がないことが条件です。.
この手順に従うことが、回転機器の信頼性と長期にわたる動作の基盤となります。.
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