ローターバランスとは？ 総合ガイド

定義: バランス調整の核となる概念

ローターバランシング 回転体（ローター）の質量分布を改善し、有効質量中心線が真の幾何学的中心線と一致するようにする体系的なプロセスです。ローターのバランスが崩れると、回転中に遠心力が発生し、過度の振動、騒音、ベアリング寿命の短縮、そして壊滅的な故障につながる可能性があります。バランス調整の目的は、特定の箇所に正確な量の重量を追加または除去することでこれらの力を最小限に抑え、振動を許容レベルまで低減することです。

バランス調整が重要なメンテナンス タスクである理由は何ですか?

アンバランスは、回転機械における最も一般的な振動源の一つです。精密バランス調整は、振動を低減するだけでなく、次のような大きなメリットをもたらす重要なメンテナンス作業です。

• ベアリング寿命の延長： アンバランス力はベアリングに直接伝達されます。この力を軽減することで、ベアリングの寿命が大幅に延びます。
• 機械の信頼性の向上: 振動が少なくなると、シール、シャフト、構造サポートなど、すべての機械コンポーネントにかかるストレスが軽減され、故障が減少します。
• 安全性の向上： 振動レベルが高いとコンポーネントが故障する可能性があり、作業員にとって重大な安全上の危険が生じます。
• 騒音レベルの低減： 機械振動は産業騒音の主な発生源です。バランスの取れた機械ははるかに静かに動作します。
• エネルギー消費量の削減: 振動と熱を生み出して無駄になるはずだったエネルギーが有用な仕事に変換され、効率が向上します。

バランス調整の種類：静的 vs. 動的

バランス調整手順は、修正するアンバランスの種類に基づいて分類されます。主な種類は、静的バランス調整と動的バランス調整の2つです。

静的バランス調整（単面バランス調整）

静的アンバランスは、ローターの重心が回転軸からオフセットしているときに発生します。これは多くの場合、単一の「重い部分」として視覚的に表現されます。静的バランシングは、重い部分の180°反対側に単一の補正用ウェイトを配置することで、このアンバランスを修正します。このタイプのアンバランスは、ローターが静止している状態でも検出できるため、「静的」と呼ばれます（例えば、ナイフエッジローラーなど）。この方法は、ファン、研削ホイール、フライホイールなど、長さと直径の比が小さい、幅の狭い円盤状のローターに適しています。

ダイナミックバランシング（2平面バランシング）

動的アンバランスは、静的アンバランスと「偶力」アンバランスの両方を含む、より複雑な状態です。偶力アンバランスは、ローターの両端に180°離れた2つの等しい重量点がある場合に発生します。これにより、ローターが回転しているときにのみ検出できる揺れ、つまりモーメントが発生します。動的バランス調整は、ほとんどのローター、特に長さが直径よりも長いローター（モーターのアーマチュア、シャフト、タービンなど）に必要です。動的バランス調整では、力と偶力アンバランスの両方を打ち消すために、ローターの長さ方向に沿って少なくとも2つの異なる平面で修正を行う必要があります。

バランス調整手順：そのやり方

現代のバランス調整は通常、特殊な機器と体系的なアプローチを使用して実行され、影響係数法がよく使用されます。

1. 初回実行: 機械を稼働させ、既存の不均衡によって生じる初期振動振幅と位相角を測定します。振動センサーとタコメーター（位相基準用）を使用します。
2. トライアルウェイトラン: 既知の試験用重りが、補正面内の既知の角度位置でローターに一時的に取り付けられます。
3. 2回目の実行: 機械を再び作動させ、新たな振動振幅と位相を測定します。振動の変化（ベクトル差）は、試験重量のみによって引き起こされます。
4. 計算： 試験用重りが振動にどのような影響を与えたかを把握することで、バランス調整装置は「影響係数」を計算します。この係数は、元の不均衡を打ち消すために補正重りの正確な量と、それを配置する正確な角度を決定するために使用されます。
5. 修正と検証: 試験用ウェイトを取り除き、計算された恒久的な補正ウェイトを取り付け、最終運転を行い、振動が許容レベルまで低減されていることを確認します。2面バランス調整の場合は、このプロセスを2面目に対して繰り返します。

関連する規格と許容範囲

許容される振動レベルは恣意的なものではなく、国際規格によって定義されており、特に ISO 21940 シリーズ（旧ISO 1940に代わる規格）です。これらの規格は、機械のクラスごとに「バランス品質等級」（例：G 6.3、G 2.5、G 1.0）を定義しています。G番号が小さいほど、許容誤差が小さいことを示します。これらの等級は、特定のローターの質量と運転速度に基づいて最大許容残留アンバランスを計算するために使用され、動作要件を満たしていることを保証します。

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