로터 와일 및 휩 불안정성 이해

정의: Whirl과 Whip은 무엇인가요?

오일 소용돌이 및 오일 휩 두 가지 서로 관련되고 매우 위험한 자기 흥분 형태입니다. 하위 동기식 유체막(저널) 베어링이 장착된 고속 회전 기계에서 발생하는 진동입니다. 이는 불균형과 같은 문제로 인한 강제 진동이 아니라 로터 불안정성 로터 자체의 운동이 진동을 유지하고 증가시키는 힘을 생성합니다. 두 가지 모두 베어링 간극 내에서 로터 샤프트가 "회전"하는 것, 즉 큰 궤도를 따라 앞으로 세차 운동하는 것이 특징입니다.

메커니즘: 어떻게 일어나는가?

유동막 베어링에서 회전하는 축은 고압 오일 쐐기에 의해 지지됩니다. 축은 베어링 중앙에 위치하지 않고 한쪽으로 올라갑니다. 오일이 축에 의해 끌려 다니면서 오일 자체는 축 표면 속도의 절반보다 약간 느린 평균 속도로 순환합니다.

오일 소용돌이 이 순환하는 오일 필름이 베어링 주위로 샤프트를 "밀기" 시작하여 큰 전방 궤도에서 세차 운동을 할 때 발생합니다. 이 회전의 빈도는 오일 필름의 평균 속도에 의해 결정되며, 일반적으로 다음 사이입니다. 샤프트의 주행속도 42% 및 48%(0.42x~0.48x). 이것은 전형적인 비동기 진동 신호입니다.

오일 소용돌이: 선구자

오일 와일은 종종 불안정성의 초기 단계입니다. 그 특징은 다음과 같습니다.

• 빈도: 0.42x와 0.48x RPM 사이의 FFT 스펙트럼에서 뚜렷한 피크로 나타납니다.
• 행동: 회전 주파수는 기계의 속도가 증가함에 따라 *증가*하며, 항상 ~45% 범위에 머물러 있습니다.
• 심각성: 높지만 때로는 안정적인 진동을 유발할 수 있습니다. 기계 부하, 속도 또는 오일 온도 변화에 따라 나타나거나 사라질 수 있습니다. 바람직하지 않지만, 항상 즉시 파괴적인 영향을 미치는 것은 아닙니다.

오일 휩: 중대한 위험

오일 휩 오일 와일링으로 인해 발생하는 훨씬 더 심각하고 위험한 상태입니다. 기계 속도가 오일 와일링 주파수(작동 속도 약 45%)가 로터의 회전 속도와 같아지는 지점까지 증가할 때 발생합니다. 첫 번째 고유 진동수 (첫 번째 임계 속도).

이런 현상이 발생하면 오일 휩은 로터의 고유 진동수에 "고정"되어 공진을 발생시킵니다. 오일 휩의 특징은 다음과 같습니다.

• 빈도: 진동 주파수는 로터의 첫 번째 자연 주파수에서 "고정"되고 기계가 계속 속도를 높이더라도 *더 이상 증가하지 않습니다*.
• 진폭: 진동 진폭이 매우 커지고 격렬하고 불안정해집니다.
• 행동: 오일 휩은 매우 파괴적이며 속도를 더 높여도 없어지지 않습니다. 매우 짧은 시간 안에 베어링, 씰, 그리고 로터 자체에 치명적인 손상을 입힐 수 있습니다.

휩이 시작되는 속도는 일반적으로 로터의 첫 번째 임계 속도의 두 배를 약간 넘습니다. 오일 휩이 발생하는 기계는 즉시 가동을 중단해야 합니다.

소용돌이와 채찍을 식별하는 방법

• 스펙트럼 분석: 강한 하위 동기 피크를 찾으세요. 시동 중 피크 주파수가 속도에 따라 증가하면 와일(whirl) 상태입니다. 1배속 주행 속도 피크가 계속 증가하는 동안 피크 주파수가 특정 지점에서 "평탄"해지면 휩(whip) 상태로 전환된 것입니다.
• 궤도 플롯: 샤프트 궤도는 크고 앞으로 나아가는 원이나 타원이며, 종종 1배의 주행 속도 진동이 중첩되어 "루프-더-루프" 모양을 만듭니다.
• 폭포 플롯: 시작 테스트에서 나온 폭포수 플롯은 오일 휘핑 주파수가 속도에 따라 증가하다가 첫 번째 자연 주파수와 교차하고 오일 휘핑으로 전환되는 모습을 보여주는 가장 명확한 그림을 제공합니다.

원인과 해결책

이러한 불안정성은 복잡하며 베어링 설계, 로터 형상, 오일 점도, 온도 및 하중의 영향을 받습니다. 이러한 불안정성은 불균형으로 인해 발생하는 것이 아니며, 밸런싱으로 해결할 수 없습니다. 해결책은 일반적으로 다음과 같은 설계 수준의 변경을 통해 제공됩니다.

• 보다 안정적인 베어링 설계(예: 틸트 패드 베어링)로 변경합니다.
• 오일의 점도나 온도를 변경합니다.
• 베어링 하중 증가.
• 베어링에 홈이나 댐과 같은 기능을 도입하여 오일의 원주방향 흐름을 방해합니다.

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