로터 밸런싱 — 절차, 유형 및 표준
회전 기계의 균형 조정에 대한 완벽 가이드: 정적 균형 조정 vs. 동적 균형 조정(단일 평면 및 이중 평면), 영향 계수법, ISO 21940 허용 오차, 현장 균형 조정 및 수정 기술.
이 가이드는 Vibromera가 사용하는 현장 밸런싱 방법론을 반영합니다. Vibromera의 Balanset 2면 계측기는 아래에서 설명하는 영향 계수법을 구현합니다.
동일한 주제를 구매 결정 관점에서 보시려면 다음을 참고하십시오: 휴대용 밸런싱 머신을 선택하는 방법.
정적 균형 vs. 동적 균형
로터 형상과 불균형 유형에 따라 결정되는 두 가지 기본적인 균형 조정 유형
| 기준 | 단일 평면 | 2면 |
|---|---|---|
| 불균형 유형이 수정되었습니다. | 정적 전용 | 정적 + 커플(동적) |
| 로터 형상 | L/D < 0.5 (원반형) | 길이/직경 비율 > 0.5 (길쭉한 형태) |
| 실행 횟수 | 2 (초기 + 시험) | 3~4회 (초기 + 2회 시도 또는 교차 결합) |
| 센서 필요 | 1 가속도계 + 타코미터 | 가속도계 2개 + 타코미터 |
| 베어링 진동 패턴 | 1배율에서 동위상 | 위상이 다릅니다 (동위상이 아니고, 180°도 아닙니다). |
| 일반적인 로터 | 팬 임펠러, 풀리, 연삭 휠 | 모터, 펌프, 롤러, 터빈, 샤프트 |
| ISO 평면 권장 사항 | ISO 1940-1 §4.3에 따른 좁은 로터 | 모든 길쭉한 로터에 대한 표준 |
| Balanset-1A 모드 | F2 | F3 |
균형 조정 절차
영향 계수(시험 가중치) 방법 - 현장 및 공장 균형 조정을 위한 표준 접근 방식
왜 균형을 맞춰야 하는가? — 그 이점
회전 기계에서 진동의 주요 원인은 불균형입니다. 불균형을 바로잡으면 눈에 띄는 효과를 얻을 수 있습니다.
로터 밸런싱이란 무엇인가요?
로터 밸런싱 회전체의 질량 분포를 개선하여 질량 중심이 회전축과 일치하도록 하는 과정입니다. 이를 통해 원심력을 최소화하고 진동을 줄일 수 있습니다, 베어링 하중, 소음 및 에너지 소비를 고려합니다. 진동 측정 및 위상 분석을 바탕으로 특정 위치와 각도에 무게를 추가하거나 제거하여 보정합니다. 허용 기준은 다음과 같이 정의됩니다. ISO 1940-1 (ISO 21940-11) G등급. 두 가지 유형은 다음과 같습니다. 정적(단일 평면) 디스크형 로터의 경우 동적(2평면) 길쭉한 로터용.
불균형 회전 기계에서 진동의 가장 흔한 원인은 질량 불균형입니다. 제조 공차, 재료의 불균일성, 부식, 침전물 축적 또는 손상으로 인해 질량 분포가 불완전하면 원심력이 발생하며, 이 힘은 속도의 제곱에 비례하여 증가합니다. 저속에서의 작은 불균형도 고속에서는 파괴적인 결과를 초래할 수 있습니다.
밸런싱은 진동 응답을 반복적으로 측정하고 잔류 진동이 안정될 때까지 질량 분포를 조정함으로써 이 문제를 해결합니다. 불균형 허용 오차 범위 내에 있습니다. 이는 제조 공정(공장 밸런싱 장비 사용)과 유지보수 공정(설치된 장비에 대한 현장 밸런싱) 모두에 해당합니다.
영향계수법
현대적인 균형 조정 작업은 전용 장비와 현장 작업 모두에서 다음을 사용합니다. 영향 계수(시행 가중치) 방법. 물리적 원리는 다음과 같습니다. 알려진 위치에 있는 알려진 질량이 진동을 어떻게 변화시키는지 알면, 원래의 불균형을 상쇄하는 데 필요한 질량과 위치를 계산할 수 있습니다.
두 평면 평형의 경우, 시스템은 2×2 행렬(평면 간 교차 결합을 설명하는 4개의 영향 계수)이 되지만 원리는 동일합니다. 발란셋-1A 이 문제는 자동으로 해결됩니다. 작업자는 기계를 작동시키고 시험용 추를 부착하기만 하면 됩니다.
시험 중량 선택
시험용 추는 위험한 하중을 발생시키지 않으면서 진동에 뚜렷한 변화(이상적으로는 초기 수준의 10~30%)를 일으켜야 합니다. 유용한 초기 추정치는 다음과 같습니다.
균형을 맞춰야 할 시점 — 진동 특성
진동이 불균형 때문에 발생하는 것인지 아니면 다른 원인 때문에 발생하는 것인지 어떻게 알 수 있나요? 정렬 불량, 느슨함 또는 베어링 결함?
주파수: 회전 속도(RPM)의 정확히 1배에서 지배적인 피크가 나타남 FFT 스펙트럼.
방향: 주로 방사형(수평 및 수직)입니다. 축 방향 성분은 작습니다.
단계: 1배율에서 안정적이고 반복 가능한 위상각을 나타냅니다. 위상은 시간이 지나도 변하지 않습니다.
속도 의존성: 진폭은 속도의 제곱에 비례하여 증가합니다(ω²에 비례).
정렬 불량과의 대조: 정렬 불량은 상당한 2배율 및/또는 축 방향 1배율 성분을 발생시킵니다. 베어링 결함은 비동기 주파수를 발생시킵니다.
균형 조정을 하기 전에 항상 진단을 확인하십시오. 발란셋-1A 스펙트럼 분석기(F1 모드)는 전체 스펙트럼을 보여줍니다. FFT 스펙트럼을 통해 1×가 지배적인지 확인한 후 균형을 맞출 수 있습니다.
교정 방법
질량 추가
- 클립형 무게추: 스프링 클립으로 고정하는 아연 또는 강철 추. 선풍기나 바퀴에 흔히 사용됩니다. 빠르고 간편하게 설치할 수 있습니다.
- 볼트온 웨이트: 정밀 추는 나사산이 있는 구멍이나 T자형 홈에 볼트로 고정됩니다. 대형 로터 및 터빈에 표준으로 사용됩니다.
- 용접식 무게추: 강판이나 봉을 회전축에 가접 용접함. 영구적임. 중공업용 팬이나 분쇄기 회전축에 흔히 사용됨.
- 에폭시/퍼티: 금속 충전재가 함유된 2액형 접착제. 불규칙한 표면에 적합. 중간 정도의 온도에서 사용 가능.
- 고정 나사: 방사형 구멍에 나사로 고정됩니다. 커플링 허브와 스핀들에 흔히 사용됩니다. 조절 가능합니다.
질량 제거
- 드릴링: 밀도가 높은 부분에서 물질을 제거합니다. 제거되는 질량을 정밀하게 제어할 수 있습니다 (질량 = 밀도 × 부피). 비가역적인 과정입니다.
- 분쇄/연삭: 테두리나 표면에서 재료를 제거합니다. 터빈 휠, 브레이크 로터에서 흔히 볼 수 있습니다.
무게 분할
정확하게 계산된 각도가 접근 가능한 위치(예: 커플링의 볼트 구멍 사이) 사이에 있을 경우, 벡터 분해를 사용하여 보정값을 인접한 두 위치로 나눕니다. 발란셋-1A 자동 무게 분할 계산기가 포함되어 있습니다.
현장 균형 조정 (분해 없이)
필드 밸런싱이란 로터의 균형을 맞추는 것을 의미합니다. 기계에서 분리하지 않고. 이는 분해로 인한 가동 중지 시간을 없애고 공장 밸런싱으로는 재현할 수 없는 실제 작동 조건(정렬, 베어링 예압, 기초 효과)을 고려합니다.
발란셋-1A 이 제품은 2채널 진동 분석기, 레이저 회전 속도계, 내장형 장치를 갖춘 완벽한 휴대용 현장 평형 시스템입니다. ISO 1940 공차 계산기, 단일 평면(F2) 및 이중 평면(F3) 균형 모드, 자동 무게 분할, 공식 균형 보고서 생성(F6) 기능을 제공합니다. 측정 정확도: 속도 ±5%, 위상 ±1°. G 16부터 G 2.5까지 사용 가능합니다.
발란셋-4 복잡한 다중 베어링 로터 또는 여러 기계의 동시 모니터링을 위해 최대 4개 채널까지 확장 가능합니다.
필드 밸런싱의 장점
- 분해할 필요 없음: 대형 기계의 가동 중단 시간을 몇 시간 또는 며칠씩 줄여줍니다.
- 실제 작동 조건: 정렬, 베어링 예압, 열 상태, 기초 효과 등이 포함됩니다.
- 트림 밸런싱: 조립 과정에서 발생한 불균형을 공장 밸런싱 작업으로 해결할 수 없는 경우에 맞춰 수정합니다.
- 유지보수 후 검증: 임펠러 교체, 커플링 교체 또는 베어링 정비 후 간단한 점검 사항입니다.
표준 및 허용 오차
균형을 맞추는 것은 "가능한 한 최상의 상태"가 아니라 "허용 오차 범위 내"입니다. 이 허용 오차는 국제 표준에 의해 정의됩니다.
| 기준 | 주제 | 주요 내용 |
|---|---|---|
| ISO 1940-1 / ISO 21940-11 | 균형 품질 등급(G등급) | G 0.4–G 4000 스케일. 공식: U당 = (9 549×G×M)/n. G 6.3 = 팬, 펌프, 모터용 표준. |
| ISO 1940-2 / ISO 21940-2 | 어휘 | 정의: 불균형 유형, 로터 분류, 기계 유형, 품질 용어. |
| ISO 14694 | 산업용 팬 | 산업용 팬에 특화된 BV 적용 범주, 밸런스 등급 및 진동 한계 가이드. |
| ISO 10816 / ISO 20816 | 기계 진동 평가 | 운영을 측정합니다 결과 균형 품질. A/B/C/D 구역 분류. |
| ISO 21940-12 | 유연한 로터 | 첫 번째 굽힘 임계 속도 이상의 로터에 대한 다중 속도, 다중 평면 절차. |
| ISO 21940-14 | 밸런싱 절차 | 여러 평면에서의 균형 조정을 위한 일반적인 절차. |
| API 610 / API 617 | 석유 펌프/압축기 | 로터 밸런스 요구사항은 ISO 1940 G 등급을 참조하십시오. |
작업 예제
기계: 22kW 원심 송풍기, 1,460RPM, 임펠러 질량 38kg. 과도한 진동: 구동단 베어링에서 8.2mm/s RMS. FFT 분석 결과 안정적인 위상을 가진 1× 피크가 지배적으로 나타남.
설정: 발란셋-1A DE 베어링에 센서 장착, 샤프트에 레이저 타코미터 장착. 모드 F2 (단일 평면 — L/D < 0.4).
1단계: 초기 측정 결과: 47°에서 8.2 mm/s.
2단계: 시험 무게: 팬 허브에서 0°일 때 15g, R = 200mm.
3단계: 시험 운전 결과: 112°에서 5.9 mm/s.
4단계: 소프트웨어 계산: 수정 사항 = 198°에서 22g, R = 200mm.
5단계: 198° 각도로 22g의 용접식 추를 설치합니다. 시험용 추를 제거합니다.
6단계: 확인: 0.9 mm/s. ISO 허용 오차 G 6.3 → U당 = 1,570g·mm. 달성: 약 180g·mm. ✅ 합격.
기계: 45kW 모터 + 원심 펌프, 2,950RPM, 로터 질량 55kg. 진동: DE 베어링 6.1mm/s, NDE 베어링 4.8mm/s. 위상차 약 140° → 동적 불균형.
설정: Balanset-1A 센서 2개(DE + NDE), 모드 F3. 보정면: 커플링 허브(평면 1) 및 모터 팬 끝단(평면 2).
실행 횟수: 초기 → 시험 평면 1 (0°에서 10g) → 시험 평면 2 (0°에서 8g).
결과: 소프트웨어가 2×2 행렬을 계산합니다. 수정: 평면 1 = 245°에서 18g, 평면 2 = 68°에서 12g.
확인: DE: 0.7 mm/s, NDE: 0.5mm/s. G 6.3 한계: 1,122 g·mm. ✅ 두 평면 모두 허용 오차 범위 내에 있습니다.
기계: 해머 밀 분쇄기, 회전 속도 980RPM, 로터 질량 420kg. 해머 교체 후 진동이 14.5mm/s로 증가했습니다.
사양: G 16 (고하중, 극한 조건). U당 = 9,549 × 16 × 420 / 980 = 65,500g·mm.
절차: 단일 평면(디스크형 로터). 림에 0° 각도로 150g 하중을 가하여 시험. 수정: 315°에서 280g. 용접된 강판.
결과: 2.8mm/s. 잔류 중량 ~5,600g·mm. ✅ G 16 기준치 이내입니다.
관련 주제
- ISO 1940-1: G등급 허용 오차 시스템 — 균형 조정 결과에 대한 합격 기준.
- ISO 1940-2: 어휘 — 모든 균형 용어의 정의.
- 균형 품질 등급: 대화형 G등급 계산기.
- 불균형: 균형을 잡는 것이 교정하는 물리적 상태.
- ISO 14694: 팬 전용 BV 범주 및 진동 한계.
- 배음: 1배(불균형)와 2배(정렬 불량) 및 기타 순서를 구분합니다.
- 고유 주파수: 강성/연성 로터 경계 — 균형 조정 방식에 매우 중요함.
자주 묻는 질문 — 로터 밸런싱
절차, 유형, 진단 및 표준
▸ 로터 밸런싱이란 무엇인가요?
▸ 정적 균형 vs. 동적 균형?
▸ 시험중량 측정법은 어떻게 작동하나요?
▸ 단일 평면 방식인가, 이중 평면 방식인가?
▸ 허용 오차에 대한 ISO 표준은 무엇입니까?
▸ 로터를 분리하지 않고 제자리에서 밸런스를 맞출 수 있나요?
▸ 일반적인 교정 방법에는 어떤 것들이 있나요?
▸ 불균형인지 정렬 불량인지 어떻게 알 수 있나요?
어떤 로터든 현장에서 밸런스 조정 가능
단일 평면 및 이중 평면 모드, ISO 1940 허용 오차 계산기, 진단용 스펙트럼 분석기, 자동 무게 분할 기능, 그리고 공식 밸런싱 보고서까지 — 이 모든 기능을 하나의 휴대용 기기에서 이용할 수 있습니다.
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