回転機械におけるアンバランス（不均衡）の理解

定義: アンバランスとは何ですか?

アンバランス （しばしば不均衡と同義に用いられる）は、ローターの質量中心（または重心）が回転中心と一致していない状態である。このオフセットは、 偏心アンバランスとは、質量が回転軸の周りに均等に分散されていないことを意味します。ローターが回転すると、この不均一な質量分布によってローターを中心から引き離す遠心力が生じ、機械全体が振動します。アンバランスは、回転機械における最も一般的な振動源です。

アンバランスの典型的な特徴

アンバランスには非常に特徴的で認識しやすい振動特性があるため、診断は比較的簡単です。

• 頻度： 振動は正確に 回転速度の1倍 ローターの。機械の速度が上がったり下がったりすると、振動の周波数もそれに完全に追従します。
• 方向： 振動は主に ラジアル 方向（水平および垂直）の振動。通常、軸方向（スラスト方向）の振動はほとんどありません。
• 振幅： 振動の振幅は回転速度の2乗に比例します。回転速度を2倍にすると、不平衡力（および結果として生じる振動）は4倍になります。
• フェーズ 不平衡の位相測定は通常、安定しており、再現性があります。

アンバランスの種類

アンバランスは主に 3 つのタイプに分類できます。

1. 静的不均衡

「力の不均衡」とも呼ばれるこのタイプは、最も単純なものです。これは、薄い円板上の単一の重い点のように、質量が単一平面内に不均一に分布しているときに発生します。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。摩擦のないナイフエッジにローターを置くと、重い点が底に来るまでローターは回転します。重い点の180°反対側に重りを1つ置くことで修正できます。

2. カップルのアンバランス

これは、ローターの両端に、互いに180°離れた位置に、同じ重さの点が2つある場合に発生します。これにより「偶力」、つまりローターをねじり返そうとするロッキングモーションが発生します。純粋な偶力不平衡を持つローターは静的にはバランスが取れています（ナイフエッジのように転がることはありません）が、回転時に激しく振動します。ロッキングモーションを打ち消すには、2つの異なる平面に2つの補正ウェイトを配置する必要があります。

3. 動的アンバランス

これは実際の機械で最もよく見られる状態です。静的アンバランスと偶力アンバランスの両方が組み合わさった状態です。動的アンバランスを修正するには、ローターに沿った少なくとも2つの異なる平面で質量補正を行う必要があり、このプロセスは「 ダイナミックバランシング.

不均衡の一般的な原因

アンバランスは製造時から存在する場合もあれば、運転中に発生する場合もあります。一般的な原因としては、以下のようなものが挙げられます。

• 製造上の欠陥: 鋳造品の多孔性、材料密度の不均一性、および機械加工公差。
• アセンブリ エラー: コンポーネントが誤って取り付けられている、ボルトが均等に締められていない、またはキーの位置がずれている。
• 摩耗と損傷: ファンブレードまたはポンプのインペラの不均一な侵食、腐食、または摩耗。
• 材料の蓄積: ファン、送風機、遠心分離機のローターに汚れ、ほこり、または生成物が蓄積します。
• コンポーネント障害: バランスウェイトが外れたり、ブレードが破損したりすると、直ちに深刻な不均衡状態が生じます。

アンバランスを修正することがなぜ重要なのか

機械に大きなアンバランスを生じた状態で運転すると、機械の健全性に悪影響を及ぼします。一定の周期的な力は、次のような問題を引き起こします。

• ベアリングの早期故障: ベアリングは大きな動的負荷を受け、急速に摩耗します。
• 疲労とひび割れ： 振動により、シャフト、基礎、その他の部品に疲労応力が生じます。
• 効率の低下: エネルギーは有用な作業を実行する代わりに、振動と熱の形で無駄になります。
• 安全上のリスク: 重大な不均衡は壊滅的な故障につながる可能性があります。

アンバランスは体系的なバランス調整手順を通じて修正されます。これは機械の信頼性を向上させる最も効果的な方法の 1 つです。

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