ローターの不安定性とは？自励振動• ポータブルバランサー、振動分析装置「Balanset」は、破砕機、ファン、粉砕機、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用されます。 ローターの不安定性とは？自励振動• ポータブルバランサー、振動分析装置「Balanset」は、破砕機、ファン、粉砕機、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用されます。

ローター不安定性とは？自励振動

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ローターの不安定性を理解する

定義: ローター不安定性とは何ですか?

ローターの不安定性 回転機械において、 自励振動 無限に発達し成長する（非線形効果またはシステム障害によってのみ制限される）。 アンバランス または ずれ, は外力に反応する強制振動ですが、ローターの不安定性は、シャフトの安定した回転運動からエネルギーが継続的に抽出され、振動運動に供給される自立振動です。.

ローターの不安定性は、 ローターダイナミクス 突然発生し、急速に破壊的な振幅にまで拡大し、修正できないため、 バランシング あるいは調整。根本的な不安定化メカニズムを直ちに停止し、修正する必要があります。.

基本的な違い：強制振動と自励振動

強制振動（安定）

最も一般的な機械振動は強制振動です。

  • 外力（不均衡、ずれ）が振動を引き起こす
  • 振動振幅は強制力の大きさに比例する
  • 周波数は強制周波数と一致します (1X、2X など)
  • 力を取り除くと振動がなくなる
  • システムは安定しており、振動は無制限に増加しない

自励振動（不安定）

ローターの不安定性により自励振動が発生します。

  • エネルギーは外部からの力ではなく回転そのものから抽出される
  • 閾値速度を超えると振幅は指数関数的に増大する
  • 周波数は通常、 固有振動数 （しばしば同期遅れ）
  • 不均衡が解消されても継続し成長する
  • システムが不安定です。シャットダウンまたは修正措置によってのみ停止できます。

ローター不安定性の一般的な種類

1. オイルワール

オイルワール 流体膜軸受システムにおける最も一般的な不安定性である。

  • 機構： ベアリング内のオイルウェッジがシャフトに接線方向の力を発生させます
  • 頻度： 通常、走行速度の0.42～0.48倍（同期速度以下）
  • しきい値： 速度が最初の危険速度の約2倍を超えたときに発生します
  • 症状： 速度とともに増加する高振幅の同期振動
  • 解決策 ベアリング設計の変更、プリロード、またはオフセット構成

2. オイルウィップ（深刻な不安定性）

オイルホイップはオイルワールの重篤な形態です。

  • 機構： オイルワールが固有周波数にロック
  • 頻度： 速度の増加に関係なく、最初の固有振動数でロックします
  • しきい値： 最初の臨界速度の2倍で発生
  • 症状： 非常に高い振幅、速度変化にもかかわらず一定の周波数
  • 危険： 数分以内にベアリングとシャフトに壊滅的な損傷を引き起こす可能性があります

3. スチームワール

ラビリンスシールを備えた蒸気タービンで発生します。

  • 機構： シールクリアランスにおける空力クロスカップリング力
  • 頻度： 準同期、ほぼ固有振動数
  • 条件： シール間の高圧差
  • 解決策 渦流ブレーキ、渦流防止装置、シール設計の変更

4. シャフトウィップ

さまざまな自己励起不安定性の総称：

  • シャフト材料の内部減衰によって引き起こされる可能性がある
  • シールや擦れによる乾いた摩擦によるホイップ
  • 空気力学的または流体力学的相互結合力

特徴と症状

振動シグネチャー

ローターの不安定性により、特徴的な振動パターンが生成されます。

  • サブ同期周波数: 振動周波数は走行速度の1倍未満（通常は0.4～0.5倍）
  • 速度の独立性: 不安定性がロックすると、速度が変化しても周波数は一定のままになります
  • 急速な成長: 閾値速度を超えると振幅は指数関数的に増加する
  • 高振幅: 不均衡振動の振幅は2～10倍に達する可能性がある
  • 前進歳差運動: シャフト軌道はシャフトの回転と同じ方向に回転します

発症行動

  • 不安定性には通常閾値速度がある
  • 閾値以下: システムは安定しており、強制振動のみが存在する
  • 閾値：小さな外乱が発症の引き金となる
  • 閾値を超えると、不安定性が急速に進行する
  • 最初は断続的であるが、その後は持続的になることがある

診断識別

主要な診断指標

不安定性を他の振動源と区別する:

特性 アンバランス（強制） 不安定性（自己励起）
頻度 走行速度の1倍 亜同期（多くの場合約0.45倍）
振幅と速度 速度に応じてスムーズに増加します² 閾値を超える突然の発症
バランス調整への対応 振動の低減 改善なし
周波数と速度 速度順（定数順） 一定周波数（順序を変える）
シャットダウン時の動作 速度とともに減少 速度が低下した後も一時的に続くことがある

不安定性の確認

  • 実行する 注文分析—不安定性は一定の周波数、変化する順序として現れる
  • 滝プロット 周波数が速度に追従していないことを示しています
  • バランス調整は同期整流子には影響しない
  • 軌道解析 固有振動数で前方歳差運動を示す

予防と緩和

設計上の考慮事項

  • 適切な減衰: 十分なベアリングシステムを設計する 減衰 不安定さを防ぐため
  • ベアリングの選択: 優れた減衰力を提供するベアリングタイプと構成を選択します（ティルティングパッドベアリング、プリロードベアリング）
  • 剛性の最適化: 適切なシャフトとベアリングの剛性比
  • 動作速度範囲: 不安定閾値速度以下で動作するように設計

ベアリング設計ソリューション

  • ティルティングパッドベアリング: 高速アプリケーション向けの本質的に安定したベアリングタイプ
  • 圧力ダムベアリング: 効果的な減衰を高めるために形状を変更
  • ベアリングプリロード: 剛性と減衰力を高め、閾値速度を上げる
  • スクイーズフィルムダンパー： ベアリング周囲の外部減衰装置

運用ソリューション

  • 速度制限: 最高速度を閾値以下に制限する
  • 負荷増加: ベアリング荷重を高くすると、安定性の余裕度が向上する。
  • 温度制御: ベアリングオイルの温度は粘度と減衰に影響します
  • 継続的な監視: 早期検出により、損傷が発生する前にシャットダウンできます

緊急対応

運転中にローターの不安定性が検出された場合:

  1. 即時の行動: 速度を落とすか、すぐにシャットダウンする
  2. バランス調整を試みないでください: バランス調整では不安定さは修正されず、時間の無駄になる
  3. 文書の条件: 開始時の速度、周波数、振幅の進行を記録する
  4. 根本原因を調査する: どのような不安定性メカニズムが存在するかを特定する
  5. 修正を実装する: 必要に応じてベアリング、シール、または動作条件を変更します
  6. 修正の確認: サービスを再開する前に、綿密な監視の下で慎重にテストしてください。

安定性分析

エンジニアは安定性解析を通じて不安定性を予測し、防止します。

  • ローターベアリングシステムの固有値を計算する
  • 固有値の実部は安定性を示します（負 = 安定、正 = 不安定）
  • 安定性が変化する閾値速度を特定する
  • 十分な安定性マージンを確保するための設計変更
  • 多くの場合、特殊なローターダイナミクスソフトウェアが必要です

ローターの不安定性は、アンバランスやミスアライメントほど一般的ではありませんが、回転機械における最も深刻な振動状態の一つです。そのメカニズムを理解し、症状を認識し、適切な是正措置を知ることは、高速回転機器を扱うエンジニアや技術者にとって不可欠なスキルです。.

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