ファンの欠陥を理解する
ファンの欠陥 産業用ファンやブロワーに発生する不具合には、ひび割れ、摩耗、堆積物による羽根の損傷などがあります； アンバランス 物質の損失や堆積によるもの、失速やサージといった空力的な不安定現象、ブレードの緩みやハブの亀裂といった構造上の問題、そしてあらゆる回転機器に共通する軸受や駆動系の故障などである。それぞれが特徴的な 振動 特徴として、通常は ブレード通過周波数 およびその高調波に加え、1次不平衡振動や低周波の空力脈動も発生します。ファンは産業のあらゆる分野（HVAC、プロセス冷却、燃焼用空気、マテリアルハンドリングなど）に広く使用されているため、その故障は生産、安全（換気）、エネルギー効率に影響を及ぼします。そのため、ファン特有の不具合を特定し、それらを監視するための手法を習得することは、信頼性管理における中核的なスキルとなります。
1. 定義：ファン故障とは何か？
ファンは一見単純な機械――軸に取り付けられた羽根付きの輪――ですが、実は二つの世界の交差点に位置しています。あらゆる ローター 不均衡やベアリングの摩耗、緩みといった機械的な不具合が生じやすいが、流体を移送する装置でもあるため、 空力 これは、純粋に機械的な装置では決して起こり得ない現象です。ファン診断の真髄は、この2つの現象を明確に区別することにあります。なぜなら、機械的な不具合（バランス調整、交換、締め付け）への対処法は、空力的な不具合（運転点の変更やダクト配管の変更）への対処法とは全く異なるからです。また、不具合を早期に発見することも、通常以上に重要です。大型ファンのブレードが外れたり、ハブが破損したりすると、まさに壊滅的な事態を招く恐れがあるからです。
2. ファンによくある不具合
2.1 ブレードの損傷と侵食
材料の堆積
- 原因： ブレードに蓄積したほこり、スケール、またはプロセス材料
- 効果： 質量の偏りを生じさせ、空力特性を変化させる。
- 症状： 時間の経過とともに徐々に高まる1×の振動。
- よく見られる箇所： 資材搬送用および工程排気ファン。
- 解決策 定期的な清掃と上流側のろ過。
侵食と摩耗
- 原因： 研磨粒子が刃の表面を摩耗させる。
- 効果： 物質的な損失により不均衡が生じ、性能が低下する。
- パターン： 通常は非対称で、前縁の方が後縁よりも早く侵食される。
- 検出： 振動が増大し、出力が低下する。
腐食
- ブレード材料に対する化学的侵食。
- ピット腐食や材料の損失を引き起こす。
- ブレードの強度が低下します。
- ひび割れへと進行し、最終的にはブレードの破損につながる可能性があります。
Blade cracks
- 場所: ブレードの根元（ハブ取付部）、前縁、および溶接部。
- 原因: 疲労、腐食、衝撃、振動。
- 症状： 変動する振動パターン、時には増大する2倍成分が見られる。
- 危険： ブレードが完全に外れる原因となる可能性があります。
ブレードの紛失または破損
- ブレードの配置が非対称になったことで、深刻な不均衡が生じている。
- 非常に強い1×の振動。
- ブレード通過頻度の異常なパターン。
- すぐに シャットダウン および修理が必要です。
2.2 アンバランス
断然最もよくあるファンの振動に関する問題：
- 情報源 堆積、侵食、製造公差、およびブレードの損傷。
- 兆候： 1× 同期 振動。
- 修正： フィールドバランシング たいてい効果があります。
- 定期的: もし再発し続けるのであれば、単なる症状だけでなく、根本的な原因（浸食や堆積の原因）に対処する必要があります。
2.3 空力不安定性
ストール
- 設計条件外では、気流が翼の表面から剥離する。
- 広帯域の振動を引き起こす乱流。
- 効率と性能の低下。
- 流量が小さい場合や、入口側の抵抗が大きい場合に発生しやすい。
サージ
- システム全体にわたる周期的な流れの逆転。
- 周波数は非常に低い（5 Hz未満）が、脈動が激しい。
- ファンやダクトに損傷を与える恐れがあります。
- 通常、これを解消するにはシステムの変更が必要です。
2.4 構造および機械的な問題
- Loose blades: 止めネジや溶接部の不具合により、複数の高調波が発生する。
- ハブのひび割れ： ハブ構造の破損――壊滅的な事態を招く恐れがある。
- Worn shaft: ファンホイールがずれることで、 振れ回り.
- ハウジング共鳴： ケーシングやダクトがBPFまたはその高調波の周波数で共鳴すること、これは一種の 構造共振.
2.5 駆動系および軸受の問題
- ベルト駆動に関する問題 — 摩耗、 ずれ、張力が不適切です。
- ベアリングの故障、特に汚れたり高温になったりする環境ではよく見られます。
- 位置ずれや摩耗などの連結部の問題。
- ファンの動作に支障をきたすモーターの不具合。
3. 振動特性
ブレード通過周波数（BPF）
キーファン固有の周波数:
- 計算： BPF = ブレード数 × 回転数（RPM） ÷ 60。
- 例： 1,200 RPMで回転する12枚羽根のファンでは、BPFは240 Hzになる。
- 正常な振幅： ファンの種類によって異なります。軸流ファンは遠心ファンよりもBPF振幅が高くなる傾向があります。
- BPF の上昇: ブレードの損傷、クリアランスの問題、あるいは空力上の問題を示唆している。
- 倍音: 「2×BPF」および「3×BPF」は、ブレードの問題や共振を示しています。
計算は手計算でもすぐにできるが、専用の ブレード通過頻度計算機 どのスペクトルピークがBPFによるもので、どれが偶然の一致であるかについて、一切の疑いを払拭する 高調波 回転速度の。
アンバランス（1×）
- 最も一般的な高振幅成分。
- 堆積や浸食によって上昇する。
- バランス調整で修正可能です。
- 根本的な原因に対処しなければ、再発する可能性があります。
空力脈動
- ストール： ランダムな変動を伴う帯域幅の増加。
- うねり： 1～5 Hzの激しい脈動。
- 乱気流: 広帯域および低周波数（およそ10～100 Hz） — 参照 流れの乱れ.
4. ファン特有の考慮事項
ファンの種類とその故障パターン
遠心ファン
- 不均衡が最もよくある問題です。
- BPFの振幅は通常、中程度である。
- 後方湾曲ブレードに堆積物が付着することはよくある。
- シールやベアリングのトラブルは、プロセス中の汚染が原因で発生します。
Axial fans
- BPFの振幅が大きいのは正常です — 参照 軸流ファンの不具合 詳細については。
- ブレード先端のクリアランスは極めて重要です。
- 空力的な不安定現象がより頻繁に発生する。
- ブレードの疲労は、交互に作用する空力荷重によって生じ、場合によっては以下の要因によって悪化することもある。 ブレード共振.
誘導通風（ID）ファン
- フライアッシュや微粒子による深刻な浸食。
- 材料の物性に影響を与える高温。
- 腐食性の強い作業環境。
- その結果、頻繁なリバランスが必要となる。
5. 診断戦略
初期評価
- ベアリングでの全体的な振動を測定してください。
- Run an FFT 支配的な周波数を特定するための周波数分析。
- 1×（不均衡）、BPF（ブレードの問題）を確認し、 軸受欠陥周波数.
- 性能（流量と圧力）を評価する。
- ファンに手が届く場合は、目視で確認してください。
問題の特定
- 1×が高い場合： 不均衡 — ファンのバランス調整または清掃を行ってください。
- 高BPF: ブレードの損傷やクリアランスの問題 — ブレードを点検してください。
- ブロードバンド: キャビテーション またはストールする場合は、動作点を確認してください。
- 低周波数： surge or 再循環 — システムを変更する。
- ベアリングの周波数： ベアリングの摩耗 — ベアリングを交換してください。
6. 予防、保守、および現場での修正
バランシング
- ファンホイールは取り外さずに、設置したまま現場でバランス調整を行う。
- 清掃やブレードの修理を行った後は、必ず再調整を行ってください。
- クリップ式またはボルト固定式を使用する 修正重み 調整のしやすさを考慮して。
- 今後の参考のために、バランスウェイトを記録しておいてください。
ほとんどのファンは、現場にバランス調整機がない状態で自らのベアリングのまま稼働しているため、まさにこのような用途のために、このポータブル2チャンネルアナライザーが開発されたのです。 バランセット-1A は1× 振幅と位相 動作速度において、 影響係数 試運転の結果に基づき、技術者に追加すべきおもり質量と角度を伝え、その後、その 残留アンバランス 調整後は、ファンを分解することなくすべて完了します。
点検と清掃
- 堆積物、浸食、損傷がないか定期的に点検してください。
- 停電中にブレードを清掃してください。
- ブレードの取り付け状態を確認してください。
- ひび割れがないか、特にブレードの付け根部分を確認してください。
業務慣行
- 可能な限り、設計点付近で運転してください。
- 流量が極端に多い、あるいは極端に少ない状態での長時間運転は避けてください。
- 入口条件を制御し、乱流を最小限に抑える。
- 侵食や腐食の恐れがある環境では、保護コーティングを施してください。
ファンの不具合には、すべての回転機器に共通する機械的な問題に加え、送風機特有の空力的な問題も含まれます。ブレード通過周波数の特性波形を、標準的な振動解析手法と併せて解析することで、ファンの状態を効果的に監視することが可能となり、これらの重要な機器に対する適切な保守判断の指針となります。
