回転機械におけるシャフトのミスアライメントの理解
シャフトのミスアライメント これは、機械が通常の運転条件下で稼働している際、2本以上の連結された軸の回転中心線が一直線上にない状態を指します。併せて アンバランス…これは、機械の早期故障の最も一般的な原因の一つであり、その結果、 振動、ベアリングやシールを損傷させ、エネルギーの浪費を招きます。精密アライメントの目的は、機械が実際に稼働する温度および負荷条件下において、軸の中心線を所定の許容範囲内で可能な限り一直線に近づけることです。
1. 位置ずれの種類
不整合は主に 2 つのタイプに分類されますが、実際のケースでは、ほとんどの場合、両方の組み合わせが存在します。
平行度のずれ（オフセット）
平行な位置ずれは、2本の軸の中心線が互いに平行に走っているものの、ある程度の距離だけずれている場合に発生します。一方の軸がもう一方よりも高い位置や低い位置にある（垂直方向のずれ）場合や、片側にずれている（水平方向のずれ）場合を想像してください。中心線は決して交わることなく、単に並行して走っているだけです。
角度ずれ
2本の軸が互いに斜めに配置されている場合、角度のずれが生じます。軸の中心線はカップリング上で交差しますが、同一の直線上にはないため、カップリング部分に「隙間」が生じ、片側がもう一方よりも広くなります。
複合的な位置ずれ
実務上、最も一般的なケースは、軸に平行方向のずれと角度方向のずれが同時に生じている場合です。実際の機械では、どちらか一方のみが生じることはほとんどないため、アライメントの調整は垂直面と水平面の両方で同時に行われます。
2. ミスアライメントの振動特性
位置ずれは極めて特徴的なパターンを生み出し、分析担当者はそれを FFT のスペクトルを持つ：
- 主要指標（2つ）： 典型的な兆候は、まさにその地点で現れる振幅の大きなピークです 回転速度の2倍（2次）. この位置ずれによる力がシャフトに作用し、 カップリング 1回転あたり2回の曲げサイクルとなるため、エネルギーは2倍の場所に集中する 運転速度.
- 軸振動が大きい： 位置ずれはしばしば強い 軸方向振動 （軸と平行に）。軸方向に見られる高い2×ピークは、あらゆる指標の中でも最も有力なもののひとつである。
- その他の倍音（1倍音、3倍音、4倍音）： 2×成分が主たるものですが、位置ずれによって1×成分が増幅されることもあり、特に平行オフセットのような深刻なケースでは、より高い 倍音 例えば、3倍や4倍など。
- 結合固有振動数： 一部のカップリングは、摩耗したり、位置ずれによる負荷がかかったりすると、固有の周波数で振動を発生させることがあります。
1×ピークの50%以上に相当する2×ピークが観測され、特に軸方向の振動が大きい場合、これはアライメント不良の典型的な例です。1×成分も高くなることがあるため、アライメント不良はアンバランスと混同されやすいですが、決定的な手がかりとなるのは、2×ピークの相対的な大きさと軸方向の測定値の強さです。診断を確定するには、 段階 カップリング全体での測定を行うことで、この曖昧さが解消されます。位置がずれている機械では、通常、カップリングの片側と反対側との間で、軸方向の位相差がおよそ180°生じます。
3. 位置ずれの一般的な原因
位置ずれは、設置当初から生じている場合もあれば、使用中に徐々に生じる場合もあります。
- 不適切な設置： 最も一般的な原因は、単に機械の初期セットアップ時の位置合わせが不正確であることです。
- 熱成長： 機械が周囲温度から動作温度まで温まるにつれて、その構成部品は膨張します。モーターの高さが増したり、ポンプケーシングが膨張したりして、シャフトの位置がずれてしまうことがあります。適切な冷間位置合わせでは、機械を意図的にずらして設置することで、 に 加熱後の位置合わせ — これがその理由です 熱膨張の補正 は目標数値に織り込まれている。
- パイプのひずみ： 支持が不十分な吸込管や吐出管にかかる力により、ポンプやコンプレッサーが駆動装置との位置合わせがずれてしまうことがあります。これはプロセス産業において非常に一般的な問題です。
- 基礎に関する問題： 基礎が弱かったりひび割れていたり、あるいはアンカーボルトが緩んでいると、機械は時間の経過とともにずれてしまいます。不十分な 基礎の剛性 また、負荷がかかるとアライメントがずれてしまう。
- ソフトフット： ボルトを締め付けた際に、取り付け脚の1つがベースプレートに平らに接地せず、機械フレームにねじれや歪みが生じる状態。 ソフトフット 位置合わせが安定する前に、修正する必要があります。
4. 位置ずれの修正がなぜ重要なのか
機械の位置合わせがずれたまま運転すると、深刻な結果を招きます：
- ベアリングおよびシールの故障： シャフトにかかる高い反復荷重がベアリングやシールに直接伝わり、これらを早期に劣化させる――これが、繰り返し発生するトラブルの根本原因となることが多い ベアリングの欠陥.
- カップリングの故障： カップリングは設計上、わずかな位置ずれには耐えることができますが、過度な位置ずれがあると摩耗が進み、すぐに故障してしまいます。
- シャフトの疲労： シャフトを繰り返し曲げると、亀裂が生じる可能性があります 倦怠感 ひび割れが生じ、最終的にはシャフトの破損につながる。
- エネルギー消費量の増加： 有用な仕事をする代わりに、かなりのエネルギーが熱や振動として無駄になっている。
5. 位置合わせの修正と確認
精密な位置合わせ — ダイヤルゲージを使用するか、 レーザーシャフトアライメント システムは、効果的な信頼性および保守プログラムの基盤となるものです。通常、補正は、脚の下に校正済みのシムを追加または除去し、測定されたオフセットと角度から算出した必要な移動量に応じて機械を水平方向に移動させることによって行われます。 シム厚計算ツール インジケーターの測定値を、各フィートごとの正確なシム積層数に変換し、 位置合わせ公差 この参照情報により、その結果が速度の要件を満たしているかどうかが確認できます。
作業はカップリングの接続だけで終わるわけではありません。位置合わせの後、振動測定を行い、2倍ピーク値と軸方向の振動レベルが低下していることを確認する必要があります。ここで、携帯型2チャンネル 振動分析装置 のような バランセット-1A これは極めて有用である。なぜなら、この測定により「補正前」と「補正後」の状態、および相互結合の段階を捉えることができ、補正によって位置ずれによる力が単に移動しただけではなく、実際に低減されたことを確認できるからである。不均衡と位置ずれはしばしば併存するため、同じ測定装置を用いて、残存する1×の誤差を フィールドバランシング 結合が成立すれば――全体的な深刻度は現代の基準に照らして判断される ISO 20816-3 限界値（ISO 10816-3に代わる規格）。
