핵심 문제: 균형을 맞추는 것은 딱 한 가지 문제만 해결한다

균형 조정은 회전 부품의 질량 비대칭을 바로잡는 작업입니다. 간단히 말해, 로터의 질량 중심이 회전축과 일치하지 않기 때문에 매 회전마다 원심력이 발생하여 기계가 흔들립니다. 보정 추는 질량 중심을 회전축으로 되돌려 진동을 줄여줍니다.

하지만 회전 기계의 진동에는 적어도 여덟 가지 공통적인 원인이 있습니다. 불균형은 그중 하나일 뿐입니다. 나머지 원인들, 즉 공진, 느슨함, 정렬 불량, 축 휨, 로터 오염, 열 변형 및 절차 오류는 진동을 발생시킵니다. 외모 불균형은 여러 면에서 문제가 됩니다. 동기식(RPM당 1회 진동)이고, 주기적이며, 기계를 방사 방향으로 흔듭니다. 더 골치 아픈 점은 헐거움이나 공진 현상이 있는 기계에 보정 추를 추가해도 효과가 없을 뿐만 아니라 오히려 상황을 악화시킬 수 있다는 것입니다.

그리고 발란셋-1A 이 장비는 밸런싱 기능뿐만 아니라 FFT 스펙트럼 분석 및 진동계 모드를 갖춘 진동 분석기 역할도 합니다. 이러한 진단 도구는 시행착오를 거치기 전에 8가지 원인 중 어떤 것이 실제로 문제인지 파악하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

"가짜 불균형" — 이를 모방하는 5가지 결함

공명: 누구나 적어도 한 번쯤은 빠지지 않는 함정

공진 부근에서 불균형력과 진동 응답 사이의 위상각은 미세한 속도 변화에도 급격하게 변합니다. 만약 기계가 1,480RPM으로 회전하고 구조물의 고유 진동수가 1,500RPM이라면, 1%의 속도 편차로 인해 위상이 30~40°까지 변동될 수 있습니다. 밸런싱 소프트웨어는 매 실행마다 다른 위상각을 인식하고 매번 다른 보정값을 계산합니다.

진단 테스트는 간단합니다. Balanset-1A 진동계 모드에서 일정한 속도를 유지하고 위상을 관찰합니다. 회전 속도(RPM)가 안정적인 상태에서 위상이 10~20° 이상 변동하면 공진에 가까운 것입니다. 해결책은 추를 더 추가하는 것이 아니라, 작동 속도를 변경(다른 RPM으로 작동)하거나 구조물의 강성 또는 질량을 조정하여 고유 진동수를 작동 속도에서 벗어나게 하는 것입니다.

느슨함: 수학을 깨뜨리는 것

균형 조정은 선형 대수학의 한 분야입니다. 불균형력이 두 배가 되면 진동 반응도 두 배가 된다는 가정을 기반으로 합니다. 하지만 베어링 받침대가 헐거우면 이 가정이 깨집니다. 헐거운 베어링 받침대는 한 방향으로는 단단하지만 다른 방향으로는 흔들릴 수 있습니다. 또한, 받침대가 너무 헐거우면 특정 진동 진폭에서 기계가 한쪽 마운트에서 들려 올라가게 되어 진동 주기 중간에 유효 강성이 변하게 됩니다.

기계의 균형을 맞추기 전에 다음 사항을 확인하십시오. 모든 앵커 볼트가 토크렌치로 조여졌는지, 발 아래에 필러 게이지를 대어 발이 헐거워지지 않았는지, 베이스 플레이트에 균열이 없는지, 베어링 받침대에 유격이 없는지 확인하십시오. Balanset-1A 스펙트럼에서 깨끗한 1× 피크 대신 여러 개의 고조파가 나타나는 경우, 구조물을 먼저 수리하십시오.

정렬 불량: 2× 서명

커플링 정렬 불량은 주로 2배 RPM(때로는 3배 RPM)에서 힘을 발생시킵니다. Balanset-1A FFT에서 강한 2배 RPM 성분이 나타나고, 특히 높은 축 방향 진동이 동반될 경우, 밸런스 문제가 아니라 정렬 문제일 가능성이 높습니다. 먼저 레이저로 샤프트 정렬을 실시하십시오. 그런 다음 밸런스 조정이 여전히 필요한지 확인하십시오. 대부분의 경우 밸런스 조정이 필요하지 않습니다.

로터 상태: 임펠러 오염 및 샤프트 휨

로터 오염 문제

팬 블레이드, 펌프 임펠러 또는 원심분리기 로터에 먼지, 제품 찌꺼기, 칼슘 침전물, 부식 등이 쌓이면 질량 분포가 불균일해집니다. 이로 인해 기계가 진동하게 됩니다. 이때 "있는 그대로" 균형을 맞추고 생산을 재개하고 싶은 유혹이 생깁니다.

그러지 마세요. Balanset-1A는 로터에 이물질이 쌓였을 때 보정값을 계산해 줍니다. 로터가 더러운지 여부는 알 수 없고, 단지 진동을 측정하고 계산할 뿐입니다. 하지만 이물질은 작동 중에 떨어져 나갑니다. 고온 가스를 처리하는 팬에서 토요일 새벽 2시에 스케일 덩어리가 떨어졌다고 가정해 보세요. 그러면 로터는 순식간에 불균형 상태가 됩니다. 게다가, 보정용 추가 떨어져 나간 이물질을 보정해 주던 것이기 때문에 상황은 더욱 악화됩니다. 이제 보정용 추가 불균형의 원인이 되는 것입니다.

휘어진 샤프트: 한 가지 속도로 무거운 무게를 드는 것이 도움이 되지 않는 이유

휘어진 축은 편심을 유발합니다. 즉, 기하학적 중심과 회전 중심이 일치하지 않게 됩니다. 이는 1×RPM에서 불균형처럼 보입니다. 결정적인 차이점은 휘어진 축이 단순한 불균형과는 달리 속도에 따라 진동을 발생시킨다는 것입니다. 큰 보정추를 사용하여 특정 속도에서의 진동을 줄일 수는 있지만, 다른 속도에서는 진동이 더 심해집니다. 또한 축에 가해지는 응력이 증가하여 베어링과 커플링의 수명이 단축됩니다.

검증은 기계적으로 이루어집니다. 다이얼 게이지를 사용하여 축을 손으로 천천히 돌리면서 런아웃을 측정합니다. 총 지시 런아웃(TIR)이 기계 허용 오차(정밀 로터의 경우 일반적으로 0.02~0.05mm, 중공업용의 경우 최대 0.1mm)를 초과하면 축을 교정하거나 교체해야 합니다. 밸런싱 작업으로는 형상 문제를 해결할 수 없습니다.

절차적 오류: 시험 시 무게, 각도 및 온도

때로는 기계 자체는 정상인데 절차에 문제가 있는 경우가 있습니다. 이러한 오류 때문에 기술자들은 실제로 입력 데이터가 잘못된 것임에도 불구하고 "기기가 고장 났다"고 생각하게 됩니다.

시험 중량이 너무 작습니다.

Balanset-1A는 알려진 시험 무게에 대한 시스템의 반응을 측정하여 시스템을 학습합니다. 시험 무게가 너무 작으면 진폭과 위상의 변화가 측정 노이즈에 묻혀버립니다. 소프트웨어는 노이즈로부터 영향 계수를 계산하며, 그 결과로 얻어지는 보정값은 본질적으로 무작위적입니다.

목표: 시험용 추의 진폭 또는 위상 변화가 최소 20~30% 이상이어야 합니다. 10g을 추가했는데도 측정값이 거의 변하지 않으면 20g 또는 30g으로 늘려보세요. 처음에는 보수적으로 시작하되, 필요하다면 더 큰 무게를 추가하는 것을 주저하지 마세요. 정확한 계산을 위해서는 명확한 신호가 필요합니다.

각도 측정 오류

균형을 맞추는 것은 벡터 수학입니다. 직각으로 10g의 무게를 놓으면 불균형이 해소됩니다. 직각에서 180° 각도로 10g의 무게를 놓아도 마찬가지입니다. 더블스 불균형. 이는 두 가지 일반적인 오류로 인해 발생합니다. 첫째, 소프트웨어가 회전 방향과 반대 방향으로 각도를 측정해야 하는데 소프트웨어가 회전 방향과 반대 방향으로 각도를 측정하는 경우(또는 그 반대의 경우), 둘째, 측정 사이에 타코미터나 반사 마크를 이동시켜 기준점을 변경하는 경우입니다.

둘 다 조용한 살인자입니다. 소프트웨어는 정확한 보정값을 보여주고, 이를 설치하면 진동이 급격히 증가합니다. 계산된 보정값을 설치한 후 진동이 증가했다면, 가장 먼저 각도 측정 방향이 올바른지 확인해야 합니다.

열 변형: "오늘 아침까지만 해도 괜찮았는데" 문제

20°C의 권선 온도에서 균형을 맞춘 모터도 80°C에서는 심하게 진동할 수 있습니다. 200~400°C의 고온 공정 가스를 처리하는 열풍기는 열팽창 현상이 발생하는데, 온도가 상승함에 따라 축이나 임펠러가 약간 휘어지면서 질량 분포가 변합니다. 차가운 상태에서 얻은 균형은 고온에서는 사라집니다.

해결 방법: 최종 트리밍 밸런싱 작업을 하기 전에 기계를 열 평형 상태(완전 작동 온도, 안정적인 조건)까지 가동하십시오. 과열되는 기계의 경우 "고온" 상태에서 밸런싱을 수행하십시오. 기계의 냉간 시 진동 변화가 심한 경우 두 조건 모두 기록하십시오. 일부 고객은 기계가 예열되면 진동이 감소한다는 것을 알고 있기 때문에 냉간 시동 시 높은 진동을 허용하기도 합니다.

의사결정표: 스펙트럼은 무엇을 알려줄까요?

Balanset-1A를 FFT 스펙트럼 모드로 엽니다. 피크를 확인하고, 해당 패턴과 결함을 비교합니다.

현장 보고서: 계속해서 돌아온 팬

한 곡물 가공 공장에서 45kW급 대형 유도 통풍 팬(회전 속도 1,470RPM)에 문제가 있다고 문의해 왔습니다. 6개월 동안 세 차례에 걸쳐 진동 밸런스 작업을 했는데, 매번 진동이 약 2mm/s까지 떨어졌다가 3~4주 안에 8mm/s 이상으로 다시 상승했다고 합니다. 이전 기술자는 밸런스 작업 후 임펠러에 보정 추를 용접했는데, 세 번의 방문에서 각각 세 세트씩 용접되었고, 모두 아직 임펠러에 붙어 있는 상태라고 합니다.

제일 먼저 밸런스드 푸리에 변환기(Balanset-1A)를 스펙트럼 모드로 작동시켜 봤습니다. FFT 결과 24.5Hz(샤프트 회전 속도)에서 깨끗한 1배 피크가 나타났는데, 이는 불균형을 나타내는 신호였습니다. 위상은 안정적이었고, 헐거움이나 정렬 불량 흔적도 없었습니다. 따라서 그 부분은 문제가 없는 것으로 판단했습니다.

그러고 나서 임펠러를 살펴보니 3~5mm 두께의 굵은 먼지가 고르지 않게 덮여 있었습니다. 이전 정비사는 매번 먼지를 기준으로 밸런스를 맞췄지만, 먼지가 쌓이고, 움직이고, 부분적으로 떨어져 나가면서 진동이 다시 발생했습니다. 세 번이나 점검해서 조정한 무게추가 이제 서로 충돌하고 있었습니다.

기존에 장착했던 모든 보정 추(3세트, 총 11개)를 제거했습니다. 임펠러를 완전히 세척하여 금속 표면이 드러나도록 한 후, 처음부터 다시 밸런싱 작업을 진행했습니다. 단일 2면 보정 방식을 적용하여 앞쪽 22g, 뒤쪽 15g의 추를 사용했습니다.

해당 발전소는 임펠러 청소를 위해 매달 정기적인 청소 일정을 마련했습니다. 6개월 후에도 진동은 여전히 1.1mm/s에 머물러 있으며, 재균형 조정도 필요하지 않습니다. 이전에 세 차례 방문하여 기존 추를 제거하고 용접 및 측정 작업을 진행했는데, 그 비용이 정확한 진단 한 번으로 얻을 수 있는 비용보다 훨씬 더 많이 들었습니다.

사전 잔액 확인 목록

기계에 시험용 추를 올려놓기 전에 이 목록의 모든 항목을 확인하십시오. 하나라도 문제가 있으면 먼저 수정하십시오. 이 검사 중 하나라도 통과하지 못한 기계를 균형 맞추는 것은 시간 낭비입니다.

1. 1
   로터가 깨끗한가요?

   먼지, 침전물, 제품 잔여물 등이 전혀 없는 맨 금속 표면이어야 합니다. 만약 청소가 불가능하다면, 위험성을 기록하고 고객에게 잔액이 유지되지 않을 수 있음을 알려야 합니다.
2. 2
   샤프트가 곧은가요?

   다이얼 게이지 점검. TIR이 기계 허용 오차 범위 내에 있는지 확인합니다(정밀 장비의 경우 0.02~0.05mm, 중공업 장비의 경우 0.1mm). 허용 오차 범위를 벗어나면 교정하거나 교체하십시오.
3. 3
   헐거움이 없나요?

   모든 볼트가 토크렌치로 조여졌습니다. 모든 받침대 아래에 틈새 게이지를 대어 헐거운 부분이 없는지 확인했습니다. 베이스 플레이트에 균열이 없습니다. 베어링 받침대가 견고합니다. 스펙트럼 분석 결과, 잡음이 심하게 발생하지 않습니다.
4. 4
   정렬 상태가 괜찮습니까?

   축 방향 진동은 방사 방향 진동의 50% 미만입니다. 스펙트럼에서 강한 2배 피크가 나타나지 않습니다. 의심스러운 경우 레이저 정렬을 먼저 수행하십시오.
5. 5
   공명 주파수에 가깝지 않나요?

   일정한 회전 속도(RPM)에서 위상이 안정적입니다(±10° 이내). 위상이 변동하는 경우, 밸런싱 작업을 하기 전에 속도를 변경하거나 구조를 수정하십시오.
6. 6
   작동 온도에서?

   고온으로 작동하는 기계의 경우, 냉간 상태가 아닌 열 평형 상태에서 밸런싱을 수행해야 합니다. 냉간/고온 상태의 차이가 큰 경우, 두 상태 모두 기록해야 합니다.
7. 7
   타코미터와 기준점이 고정되었습니까?

   반사 표시가 제자리에 있습니다. 타코미터가 고정되어 있습니다. 각도 방향이 확인되었습니다(회전 유무에 관계없이). 첫 번째 작동 후에는 기준점을 이동하지 마십시오.

자주 묻는 질문