블레이드 공명 이해

디바이스

정의: 블레이드 공명이란 무엇인가?

블레이드 공명 이다 공명 팬, 압축기, 터빈 또는 펌프의 개별 블레이드 또는 베인이 해당 블레이드 중 하나에서 진동하는 상태 고유 진동수 공기역학적 힘, 기계적 진동 또는 전자기적 효과에 의한 자극에 반응하여 발생합니다. 자극 주파수가 블레이드 고유 진동수와 일치하면 블레이드는 극적으로 증폭된 진동을 겪게 되어 높은 교번 응력을 발생시키고, 이는 고사이클(high cycle)로 이어질 수 있습니다. 피로 균열과 결국 칼날이 파손되는 경우가 많습니다.

블레이드 공진은 특히 위험합니다. 표준 베어링 하우징 진동 측정으로는 개별 블레이드 진동을 감지할 수 없지만, 블레이드 자체는 파괴적인 응력을 받기 때문입니다. 이는 터보기계의 중요한 설계 고려 사항이며, 산업용 팬의 경우 작동 조건이 설계 의도와 다를 경우 발생할 수 있습니다.

블레이드 자연 주파수

기본 모드

각 블레이드에는 여러 가지 진동 모드가 있습니다.

첫 번째 굽힘 모드

단순 지지대 굽힘(블레이드 끝 변위)
가장 낮은 고유 진동수
가장 쉽게 흥분하는
일반적인 범위: 블레이드 크기 및 강성에 따라 100~2000Hz

두 번째 굽힘 모드

노드 포인트를 사용한 S-커브 굽힘
더 높은 주파수(일반적으로 3-5× 첫 번째 모드)
덜 흔하지만 가능합니다

토셔널 모드

축을 중심으로 휘어지는 칼날
주파수는 블레이드 형상 및 장착에 따라 달라집니다.
불안정한 공기역학적 힘에 의해 흥분될 수 있습니다.

블레이드 고유 진동수에 영향을 미치는 요인

블레이드 길이: 블레이드가 길수록 주파수가 낮아집니다.
두께: 두꺼운 블레이드는 더 단단하고 주파수는 더 높습니다.
재료: 강성과 밀도는 주파수에 영향을 미칩니다.
설치: 부착 강성은 경계 조건에 영향을 미칩니다.
원심 강화: 고속에서는 원심력이 겉보기 강성을 증가시킵니다.

여기 소스

공기역학적 여기

상류 교란

상류에 지지대 또는 가이드 베인을 설치하여 웨이크 생성
교란 횟수 × 로터 속도 = 여자 주파수
블레이드 주파수가 일치하면 → 공진

유동 난류

무작위 자극을 생성하는 비정상 흐름
에너지가 적절한 주파수에 있으면 블레이드 모드를 자극할 수 있습니다.
비설계 작업에서 흔히 발생

음향 공명

덕트 내의 정상파
음향 압력 맥동으로 블레이드 자극
음향 모드와 구조 모드 간 결합

기계적 여기

로터 불균형 블레이드에 전달되는 1배의 진동 생성
정렬 불량 2× 여기 생성
고주파 진동을 전달하는 베어링 결함
블레이드에 결합된 기초 또는 케이싱 진동

전자기 여기(모터 구동 팬)

모터의 2배 라인 주파수
극 통과 주파수
블레이드 고유진동수 근처의 이러한 주파수가 공진이 가능하다면

증상 및 감지

진동 특성

고주파 성분: 블레이드 고유 진동수(종종 200~2000Hz)
속도에 따라 다름: 특정 작동 속도에서만 나타납니다.
심각하지 않을 수도 있습니다: 베어링 측정 시(블레이드 진동이 국한됨)
방향: 특정 측정 방향에서는 더 강할 수 있습니다.

음향 표시기

공진 주파수에서 높은 음조의 윙윙거리는 소리 또는 휘파람 소리
정상 작동과 다른 음색 소음
특정 속도 또는 흐름 조건에서만 존재
적당한 진동에도 소리가 심할 수 있습니다.

물리적 증거

눈에 보이는 칼날의 움직임: 개별 블레이드 플러터 또는 진동
피로 균열: 블레이드 뿌리 또는 응력 지점의 균열
걱정: 움직임을 나타내는 블레이드 부착 부분의 마모 표시
부러진 칼날: 공진이 교정되지 않으면 최종 결과는 다음과 같습니다.

탐지 과제

블레이드 공명을 감지하기 어려운 이유

블레이드 모션이 베어링 하우징과 강력하게 결합되지 않습니다.
베어링의 표준 가속도계는 블레이드 진동을 놓칠 수 있습니다.
개별 블레이드에 맞게 현지화됨
특수 측정 기술이 필요할 수 있습니다.

고급 탐지 방법

블레이드 팁 타이밍: 각 블레이드 통로의 비접촉 측정
스트레인 게이지: 응력을 측정하기 위해 블레이드에 장착됨(원격 측정 필요)
레이저 진동측정법: 블레이드 동작의 비접촉 광학 측정
음향 모니터링: 블레이드 근처 케이싱의 마이크 또는 가속도계

블레이드 공명의 결과

고주기 피로

블레이드 루트의 교대 응력
시간 또는 일 단위로 수백만 사이클
피로균열이 시작되고 전파됩니다.
경고 없이 갑자기 칼날이 고장날 수 있습니다.

블레이드 해방

피로 파괴로 인한 완전한 블레이드 분리
질량 손실로 인한 심각한 불균형
발사체 위험(칼날 파편)
장비에 대한 광범위한 2차 피해
인력에 대한 안전 위험

예방 및 완화

설계 단계

캠벨 다이어그램 분석: 블레이드 주파수와 여기 사이의 간섭을 예측합니다.
적절한 분리: 블레이드의 고유 주파수가 여기 소스와 일치하지 않는지 확인하십시오.
블레이드 튜닝: 자연 주파수를 변경하기 위해 블레이드 강성을 조정합니다.
제동: 설계 시 댐핑 기능(마찰 댐퍼, 코팅)

운영 솔루션

속도 변경: 공진을 피하면서 빠른 속도로 작동하세요
흐름 제어: 여기를 줄이기 위해 작동 지점을 조정하세요
금지된 속도를 피하세요: 공진이 식별되면 피하기 위한 속도 범위를 설정하세요.

수정 솔루션

블레이드 강화: 블레이드 사이에 소재, 갈비뼈 또는 타이를 추가합니다.
블레이드 수 변경: 블레이드 주파수와 여기 패턴을 모두 변경합니다.
댐핑 처리: 블레이드에 제한된 레이어 감쇠 적용
여기 소스 제거: 상류 흐름 교란 수정

산업 사례

유도 통풍 팬(발전소)

긴 날개가 달린 대형 팬(직경 10~20피트)
블레이드 고유 진동수 50-200Hz
블레이드 통과 또는 모터 전자기 주파수와 일치할 수 있습니다.
역사적으로 치명적인 블레이드 고장을 일으켰습니다.

가스터빈

고속 압축기 및 터빈 블레이드
블레이드 주파수 500-5000Hz
설계 중 정교한 분석이 필요함
중요한 애플리케이션에서의 블레이드 팁 타이밍 모니터링

HVAC 팬

일반적으로 속도와 스트레스가 낮기 때문에 덜 중요합니다.
공진은 소음 문제를 일으킬 수 있습니다.
일반적으로 속도 변경이나 블레이드 강화를 통해 수정됩니다.

블레이드 공진은 구조 역학과 유체-구조 상호작용에 대한 이해가 필요한 특수한 진동 현상입니다. 잠재적으로 치명적인 결과를 초래할 수 있지만, 블레이드 공진은 적절한 설계 분석을 통해 예방하거나, 작동 제한을 통해 회피하거나, 구조적 수정을 통해 완화할 수 있으며, 이를 통해 블레이드 기계의 안전하고 안정적인 작동을 보장합니다.

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블레이드 공진이란? 팬 및 터빈 진동

admin가 10월 28, 2025 10월 28, 2025에 게시함