ISO 21940-12: 기계적 진동 - 로터 밸런싱 - 파트 12: 유연한 동작을 갖는 로터에 대한 절차 및 허용 오차

요약

ISO 21940-12는 균형을 맞추는 복잡한 과제를 다룹니다. 유연한 로터. 유연한 로터는 회전 속도에 따라 모양과 불균형 분포가 크게 변하는 로터입니다. 특히 굽힘에 접근하고 통과할 때 더욱 그렇습니다. 임계 속도11부에서 다루는 강성 로터와 달리, 유연 로터는 저속에서는 균형을 유지할 수 없으며, 고속에서도 균형을 유지할 것으로 기대할 수 없습니다. 본 표준은 가스터빈, 압축기, 긴 산업용 롤과 같은 고성능 기계에서 흔히 볼 수 있는 복잡한 회전 시스템의 균형을 적절하게 유지하는 데 필요한 특수한 다중 속도 및 다중 평면 절차를 제공합니다.

목차(개념적 구조)

이 표준은 유연한 로터 밸런싱에 필요한 고급 방법을 이해하고 실행하기 위한 프레임워크를 제공합니다.

1. 1. 유연 로터의 범위 및 분류:

   이 첫 장에서는 표준의 적용 범위를 정의하며, 유연한 거동을 보이는 로터, 즉 불균형 분포 및/또는 편향된 형상이 속도에 따라 변하는 로터에 적용된다고 명시합니다. 또한, 적절한 밸런싱 전략을 선택하는 데 필수적인 동적 특성을 기반으로 이러한 로터를 분류하는 중요한 분류 체계를 소개합니다. 분류 체계는 다음과 같습니다.

   • 1학년: 강성 로터 (ISO 21940-11에 따라 다루어짐).
   • 2학년: 저속에서는 균형을 맞출 수 있지만 서비스 속도에서는 트림 밸런싱이 필요할 수 있는 준강체 로터입니다.
   • 3학년: 여러 속도에서 밸런싱이 필요한 로터는 종종 다음을 사용합니다. 영향력 계수 일반적으로 하나 이상의 임계 속도를 통과하는 방법입니다.
   • 4학년 & 5학년: 대형 터빈 발전기에 사용되는 것과 같은 매우 유연한 로터는 여러 굽힘 모드를 교정하기 위해 고급 모달 밸런싱 기술이 필요합니다.

   이러한 분류는 균형 조정 작업의 복잡성과 전체 작동 속도 범위에서 성공적인 균형을 달성하는 데 필요한 절차를 결정하는 체계적인 방법을 제공합니다.

2. 2. 밸런싱 절차:

   이 장은 표준의 기술적 핵심을 이루며, 유연한 로터에 필요한 고급 다단계 절차를 자세히 설명합니다. 단순한 저속 밸런스로는 충분하지 않으며, 로터의 굽힘을 고려하기 위해 고속 기법을 추가로 적용해야 함을 설명합니다. 이 표준은 두 가지 주요 방법론을 제시합니다.

   • 그리고 영향 계수 방법: 이 기술은 다재다능하고 널리 사용되는 기법입니다. 알려진 시험 추를 한 번에 하나의 보정 평면에 배치하고 여러 위치와 속도에 걸쳐 발생하는 진동 응답(진폭 및 위상)을 측정하는 체계적인 과정을 포함합니다. 이 과정은 각 보정 평면에 대해 반복됩니다. 수집된 데이터는 "영향 계수" 행렬을 계산하는 데 사용됩니다. 이 행렬은 모든 평면의 불균형이 모든 측정 지점과 속도에서 진동에 미치는 영향을 수학적으로 정의합니다. 그런 다음 컴퓨터는 이 행렬을 사용하여 전체 속도 범위에서 진동을 동시에 최소화하기 위해 필요한 보정 추 세트와 모든 평면에 걸친 각도 배치를 계산합니다.
   • 모달 밸런싱: 이 방법은 로터의 각 굽힘 모드를 별도의 불균형 문제로 처리하는, 물리적으로 더 직관적인 방법입니다. 이 절차는 로터를 특정 임계 속도 또는 그 근처에서 작동시켜 해당 모드 형상을 최대로 가진시키는 과정을 포함합니다. 진동 측정을 통해 해당 모드의 "중점" 위치를 파악하고, 해당 모드 형상의 최대 처짐 지점(안티노드)에 보정 가중치를 배치하여 이를 상쇄합니다. 이 과정은 로터의 작동 속도 범위 내에서 각 주요 굽힘 모드에 대해 순차적으로 반복되어, 한 번에 한 모드씩 로터의 균형을 효과적으로 유지합니다.
3. 3. 균형 허용 오차의 사양:

   이 장에서는 강성 로터에 사용되는 단순 G등급 공차가 유연 로터에는 종종 충분하지 않다는 점을 설명합니다. 대신, 다음을 포함한 여러 요소를 기반으로 할 수 있는 더욱 포괄적인 공차 기준을 소개합니다.

   • 각 주요 굽힘 모드에 대한 잔류 모달 불균형에 대한 한계입니다.
   • 특정 위치 및 속도(특히 서비스 속도)에서의 절대 샤프트 진동 진폭에 대한 제한입니다.
   • 베어링에 전달되는 힘의 한계.
4. 4. 최종 잔액 상태 확인:

   이 마지막 섹션에서는 성공적으로 균형 잡힌 유연 로터에 대한 허용 기준을 자세히 설명합니다. 단일 속도에서만 검증이 필요한 강성 로터와 달리, 유연 로터는 전체 작동 속도 범위에서 균형이 유지되는지 확인해야 합니다. 최종 보정 가중치가 적용된 후, 로터는 최종 런업 시험을 거칩니다. 이 런업 시험 동안 주요 위치(베어링 및 최대 처짐 지점 등)의 진동을 지속적으로 모니터링합니다. 이 표준은 측정된 진동이 모든 속도에서, 특히 임계 속도를 통과하는 동안과 최대 연속 작동 속도에서 정지하는 동안 사전 정의된 허용 한계 미만으로 유지되는 경우에만 로터가 허용 가능한 균형 상태로 간주된다고 명시합니다. 이러한 포괄적인 검증을 통해 로터의 복잡한 동적 거동이 효과적으로 제어되었음을 확인할 수 있습니다.

핵심 개념

• 유연한 행동 vs. 엄격한 행동: 근본적인 차이점. 로터는 작동 속도가 첫 번째 굽힘 고유 진동수(임계 속도)의 상당한 부분(일반적으로 70% 이상)일 때 유연하다고 합니다. 로터가 더 빨리 회전하면 원심력으로 인해 로터가 구부러지고 불균형이 발생합니다.
• 임계 속도 및 모드 모양: 로터의 임계 속도와 관련 "모드 형상"(해당 속도에서 로터가 휘어지는 형상)을 이해하는 것은 유연한 로터 밸런싱을 위해 필수적입니다. 각 모드는 별도의 밸런싱 문제로 처리해야 합니다.
• 다중 평면, 다중 속도 밸런싱: 핵심 방법론입니다. 저속에서 두 평면으로 균형을 맞출 수 있는 강성 로터와 달리, 유연 로터는 전체 속도 범위에서 원활한 작동을 보장하기 위해 여러 평면에서 보정과 여러 속도에서의 측정이 필요합니다.
• 모달 밸런싱: 각 굽힘 모드와 관련된 불균형을 구체적으로 상쇄하기 위해 추를 추가하는 강력한 기술입니다. 예를 들어, 첫 번째 굽힘 모드의 균형을 맞추기 위해 해당 모드의 최대 처짐 지점에 추를 배치합니다.

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