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2면(동적) 밸런싱 — 방법, 물리학 및 현장 절차
로터의 폭이 넓어 양 끝단의 불균형이 서로 다를 경우, 단일 보정면만으로는 충분하지 않습니다. 2면 동적 밸런싱은 정적 성분과 커플 성분을 동시에 보정합니다 — 다음을 사용하여 영향 계수 방법 — 로터가 중심부뿐만 아니라 전체 길이에 걸쳐 원활하게 작동할 수 있도록 합니다.
요컨대: 2면(동적) 밸런싱은 로터에 정적 불균형과 커플 성분이 모두 있는 경우 — 즉 불균형이 단일 디스크에 집중되지 않고 축 방향으로 분포된 경우 — 에 필요합니다. 각 베어링 하우징에 진동 센서를, 축에 레이저 회전계를 장착하여 각 면에 순서대로 설치된 시험 중량에 대한 로터’의 응답을 측정합니다. 그런 다음 Balanset-1A가 두 면의 정확한 보정 질량과 각도를 동시에 계산합니다. 기계에서 분해할 필요 없이 — 4회 측정 전체 절차가 운전 속도에서, 로터 자체 베어링 내에서, 대부분의 로터의 경우 1시간 이내에 완료됩니다.
로터에 2면 밸런싱이 필요한 징후
단일면 보정은 한쪽 베어링을 조용하게 하면서 반대쪽 베어링이 여전히 진동할 수 있습니다. 다음 패턴 중 하나라도 나타난다면 2면 처리가 올바른 해결책입니다:
단일 평면 vs 두 평면: 언제 두 평면이 필요한가?
보정 평면을 하나로 할지 둘로 할지는 로터의 형상과 불균형의 특성에 따라 결정됩니다. 세 가지 불균형 유형을 이해하면 즉시 판단을 내릴 수 있습니다.
세 가지 불균형 유형
정적 불균형 — 질량 중심이 회전축에서 벗어나 있으나 주 관성축은 회전축과 평행한 경우입니다. 단일 보정 평면으로 충분합니다. 무거운 쪽에 질량을 추가하면 로터의 균형이 잡힙니다. 대표적인 로터: 얇은 풀리, 폭이 좁은 연삭 휠, 단일 평면 팬 디스크.
부부 불균형 — 질량 중심은 축 위에 있으나 주 관성축이 기울어진 경우입니다. 로터가 흔들리는 것이 아니라 요동칩니다. 단일 평면으로는 보정이 불가능하며, 로킹 모멘트를 상쇄하기 위해 두 개의 분리된 평면에서 180° 간격으로 동일한 크기의 반대 방향 질량이 필요합니다. 대표적인 로터: 긴 원통형 드럼, 모터 아마추어, 샤프트 어셈블리.
동적(복합) 불균형 — 일반적인 경우로, 정적 성분과 커플 성분이 모두 존재합니다. 보정을 위해 샤프트를 따라 임의로 선택된 두 개의 평면이 필요합니다. 실제 양산 로터는 모두 이 범주에 해당합니다.
| 요인 | 1평면 (정적) | 두 평면(동적) |
|---|---|---|
| 로터 모양 | 얇은 원판; 축방향 너비가 직경보다 훨씬 작음 | 폭이 넓은 로터; 축 방향 폭이 직경과 비슷하거나 더 큰 경우 |
| Unbalance type | 정적 불균형만 존재 | 커플 또는 복합(동적) 불균형 |
| L/D 비율(축 방향 길이 / 직경) | L/D < 0.5(근사치) | L/D ≥ 0.5 또는 로터가 첫 임계속도를 초과 |
| 센서 개수 | 진동 센서 1개 + 레이저 회전계 1개 | 진동 센서 2개 + 레이저 회전계 1개 |
| 측정 런 횟수 | 3회 실행 (기준 + 시험 + 보정) | 4회 실행 (기준 + 평면-1 시험 + 평면-2 시험 + 보정) |
| 수정 평면 | 1 | 2 |
| 일반적인 장비 | 좁은 송풍기 임펠러, 풀리, 단일 단계 원판 | 드럼, 구동축, 넓은 임펠러, 다단 로터, 모터 로터 |
| 표준 참조 | ISO 21940-11 (1-평면 강성 로터) | ISO 21940-11 (2-평면 강성 로터) |
일반적인 규칙: 시험 추를 이동했을 때 한쪽 베어링에서 측정된 로터 진동이 다른 쪽 베어링의 진동과 반대 방향으로 변한다면, 커플 성분이 존재하는 것이므로 두 평면이 필요합니다.
폭이 넓은 로터가 동적 밸런스를 잃는 이유 — 그리고 그 대가
로터를 제조하거나 수리할 때 질량이 축 방향으로 균일하게 분포되는 경우는 거의 없습니다. 임펠러의 한쪽 끝이 다른 쪽보다 빠르게 침식되고, 용접 수리는 하나의 축 방향 위치에만 재료를 추가하며, 이물질 축적이 드럼을 따라 불균일하게 쌓입니다. 그 결과는 단순한 정적 불균형만이 아니라 커플 로킹 모멘트를 발생시키는 성분도 포함됩니다. 두 가지를 모두 제거하려면 두 평면에서 동시에 보정해야 합니다. 원심력은 정사각형 회전 속도의 제곱에 비례하여 증가하므로, 500 RPM에서의 소소한 커플 불균형이 3,000 RPM에서는 파괴적인 힘으로 변할 수 있습니다.
커플 성분을 무시하면 두 베어링 모두 매 회전마다 높은 동적 하중을 받게 됩니다. 베어링 피로가 누적되고, 씰이 손상되며, 체결 부품이 느슨해지고, 마운팅 풋에서 외부로 구조적 균열이 진전됩니다. 경제적 손실 — 베어링, 씰, 생산 중단, 긴급 인건비 — 은 일반적으로 올바른 2평면 작업 비용을 수배 이상 초과합니다.
진동을 절반으로 줄이면 베어링 수명이 배가되는 이유
2-평면 밸런싱 — 단계별 현장 절차
Balanset-1A는 영향계수법을 적용합니다. 두 개의 진동 센서와 하나의 레이저 타코미터로 로터를 완전히 파악하고, 단일 현장 세션에서 두 교정 평면의 해를 구합니다:
- 센서를 장착하십시오. 각 베어링 하우징(평면 1 및 평면 2)에 진동 가속도계를 부착하고, 샤프트의 반사 스트립에 레이저 타코미터를 조준합니다. 분해는 필요하지 않으며 — 로터는 절차 전반에 걸쳐 정상 운전 조건에서 작동합니다.
- 기준선을 측정합니다. 정격 운전 속도에서의 1회 런으로 두 베어링 위치에서의 진동 진폭과 위상각을 동시에 기록하여, 두 평면의 초기 불평형 상태를 정의하는 1× RPM 벡터를 출발점으로 확보합니다.
- 평면 1에 시험 추를 추가합니다. 알려진 질량을 첫 번째 교정 평면의 표시된 각도 위치에 고정합니다. 두 번째 런에서 이 추가 진동에 미치는 영향을 다음에서 포착합니다. 둘 다 베어링 위치에서의 데이터를 획득하여 4개의 영향계수 중 2개를 산출합니다.
- 시험 추를 평면 2로 이동합니다. 동일한 질량을 두 번째 교정 평면으로 재배치하고 추가 런을 통해 두 센서에 대한 교차 영향을 기록합니다. 이로써 장치는 2×2 연립방정식에 필요한 4개의 영향계수를 모두 확보합니다.
- 디바이스가 계산하도록 합니다. Balanset-1A는 2평면 영향계수 방정식을 풀어 각 평면에 대한 정확한 교정 질량과 각도 위치를 동시에 출력합니다 — 수동 계산이 필요하지 않습니다.
- 보정을 장착하고 검증합니다. 교정 추를 두 평면의 계산된 위치에 부착합니다. 최종 런에서 잔류 불평형이 지정된 G등급에 대한 ISO 21940-11 허용 오차 이내임을 확인하고, Balanset-1A가 문서화된 밸런싱 보고서를 저장합니다.
2평면 밸런싱 대상
- 대형 원심 팬 임펠러 및 양흡입 블로어
- 콤바인 수확기의 탈곡 드럼 및 절단 드럼
- 드라이브 샤프트 및 카단 샤프트
- 다단 펌프 로터 및 압축기 임펠러 스택
- 제지기 롤 및 인쇄/코팅 실린더
- 길이 약 500 mm 이상의 스크루 컨베이어 및 오거
- 축방향 길이가 상당한 모터 로터 및 발전기 로터
- 터보차저 로터 및 증기 터빈 로터(현장 진동 검증)
- 단일 평면 보정으로 한 베어링이 여전히 진동하는 로터
허용 오차 및 표준
ISO 21940-11 (구 ISO 1940-1)은 강성 회전체에 대한 밸런스 품질 등급 G0.4~G4000을 규정합니다. 회전체의 축 방향 길이 대 직경 비율이 약 0.5를 초과하거나, 회전체가 첫 번째 임계 속도 이상에서 운전되는 경우에는 2평면 밸런싱이 필수 방법입니다. 각 평면의 허용 잔류 불평형량은 다음과 같이 계산됩니다:
유당 (g·mm) = e당 × m / 2, where e당 = G × 9549 / n (mm/s × rpm → μm 편심량), m은 회전체의 질량(kg)이며, 계수 2는 허용 공차를 두 평면에 분배합니다.
팬 회전체는 일반적으로 다음 등급으로 밸런싱됩니다: G6.3 또는 G2.5 당 ISO 14694; 정밀 공작기계 스핀들 및 고속 터보 장비는 다음 등급을 목표로 합니다: G1.0 또는 그 이상의 정밀도. 당사의 잔액 불균형 계산기 를 사용하여 작업 시작 전에 귀하의 G 등급, 회전체 질량 및 운전 속도에 맞는 허용 공차를 확인하십시오.
Balanset-1A - 완벽한 필드 밸런싱 키트
팬, 드럼, 구동축, 다단 펌프 어셈블리 등 모든 강성 회전체의 2평면 동적 밸런싱은 하나의 휴대용 장비로 수행됩니다: 발란셋-1A. 이 장비는 2채널 동적 밸런서 겸 진동 분석기로서 회전체를 자체 베어링에서 작동 속도로, 영향 계수법을 사용하여 밸런싱합니다 — 1평면은 3회 런, 2평면은 4회 런. 소프트웨어는 두 평면 모두에 대한 정확한 보정 질량과 각도를 계산하고 보고서를 저장합니다.
풀 키트
장치 - 센서 2개 - 레이저 회전 속도계 - 자석 스탠드 - 디지털 눈금 - 소프트웨어 - 운반용 케이스. 밸런싱을 시작하는 데 필요한 모든 것이 들어 있습니다.
OEM 세트
장치 - 센서 2개 - 레이저 타코미터 - 소프트웨어. 이미 스탠드, 저울, 케이스를 보유하고 있거나 밸런싱 기계에 장치를 내장한 통합업체를 위한 제품입니다.
| 매개변수 | 가치 |
|---|---|
| 측정 채널 | 2 (싱글 및 투플레인 밸런싱) |
| 진동 속도 범위 | 0.05-100 mm/s |
| 주파수 범위 | 5-300Hz |
| 측정 정확도 | 풀 스케일 ±5% |
| 방법 | 3-런 영향력 계수(1 또는 2 평면) |
| 분석 | 1×에서의 진폭 및 위상, FFT 스펙트럼 및 파형, 저장된 보고서 |
| 랩탑 | 포함되지 않음(Windows PC, 요청 시 사용 가능) |
실제 2-평면 밸런싱 사례
2평면 밸런싱 — 현장에서
영향 계수 설정
두 개의 센서와 하나의 레이저 타코미터를 배치하여 두 보정 평면을 동시에 특성화.
현장 균형 조정
회전체는 자체 베어링에 장착된 상태에서 운전 속도로 보정됩니다 — 탈거가 필요 없습니다.
두 개 평면 해결
1평면 및 2평면에 대한 보정 질량과 각도를 하나의 세션에서 동시에 계산.
검증된 결과
최종 런에서 두 평면 모두 ISO 21940-11 허용 공차 이내의 잔류 불평형량을 확인.
