회전 기계의 측면 진동 이해
측면 진동 - 방사형 또는 횡방향 진동이라고도 하는 진동은 회전축에 수직으로 회전하는 샤프트의 움직임입니다. 쉽게 말해 샤프트가 회전할 때 좌우 및 상하로 움직이는 것을 말합니다. 가장 일반적인 형태의 진동 회전하는 기계에서 일반적으로 다음과 같은 반경 방향 힘에 의해 구동됩니다. 불균형, 정렬 불량, 구부러진 샤프트 또는 베어링 결함. 이를 이해하는 것은 로터 동역학, 대부분의 장비의 기본 진동 모드이며 거의 모든 진동 모니터링의 초점이기 때문입니다. 밸런싱 일하다.
1. 방향 및 측정
측면 진동은 샤프트 축에 수직인 평면에서 측정됩니다. 두 개의 직교 방향이 이를 완전히 설명합니다:
- 수평: 지면과 평행하게 좌우로 움직입니다.
- 세로: 지면과 수직으로 위아래로 움직입니다.
- 방사형: 축 축에 수직인 모든 방향 - 실제로는 수평 및 수직 구성 요소의 벡터 조합입니다.
수평과 수직으로 나누는 것은 학문적인 것이 아닙니다. 일반적으로 지지 강성은 둘 사이에 차이가 있으므로 기계가 다른 방향보다 한 방향으로 더 많이 진동하는 경우가 많으며 그 차이가 진단 단서가 될 수 있습니다. 측정은 일반적으로 다음 지점에서 이루어집니다:
- 베어링 하우징: 를 사용하여 가속도계 또는 속도 변환기 를 베어링 캡이나 받침대에 놓습니다.
- 샤프트 표면: 비접촉식 사용 근접 프로브 베어링을 기준으로 샤프트의 움직임을 직접 측정합니다.
- 다양한 방향: 수평 및 수직 방향의 판독값을 통해 측면 움직임에 대한 완전한 그림을 얻을 수 있습니다.
2. 측면 진동의 주요 원인
측면 진동은 다양한 소스에서 발생하며, 분석의 가치는 주파수, 위상 및 궤도에서 각각 특징적인 시그니처를 남긴다는 점입니다.
불균형(가장 일반적)
불균형 가 가장 흔한 원인입니다. 비대칭적인 질량 분포는 회전하는 원심력을 만들어냅니다:
정렬 불량
축 정렬 불량 결합된 기계 사이에 횡력을 생성하여 표시합니다:
- 지배적인 2× 구성 요소(회전당 두 번).
- 1배 이상의 고조파도 여기됩니다.
- 종종 축이 높은 구성 요소도 핵심적인 특징입니다.
- 불균형과 다른 위상 관계.
구부러지거나 휘어진 샤프트
영구적으로 구부러지거나 휘어진 샤프트는 기하학적 편심을 발생시킵니다:
- 불균형처럼 보일 수 있는 1배 진동.
- 느린 롤 속도에서도 진동이 심합니다.
- 밸런싱만으로는 근본적인 문제를 해결할 수 없습니다. 샤프트 보우 를 해결해야 합니다.
베어링 결함
구름 요소 베어링 결함은 독특한 측면 시그니처를 생성합니다:
기계적 풀림
느슨한 베어링, 기초 또는 장착 볼트는 다음과 같은 전형적인 비선형 응답을 생성합니다. 기계적 풀림:
- 고조파 열차(1×, 2×, 3×, ...).
- 강제력에 대한 비선형 반응입니다.
- 불규칙하거나 불안정한 판독값.
로터-스테이터 마찰
회전하는 부품과 고정된 부품 사이의 접촉 - a 로터 문지름 - 생성합니다:
- 서브 동기식 구성 요소.
- 진폭과 위상의 갑작스러운 변화.
- 마찰로 인해 한쪽이 가열되면서 샤프트가 열에 의해 휘어질 수 있습니다.
3. 측면 진동과 다른 진동 유형 비교
회전하는 기계는 세 가지 주요 방향으로 진동할 수 있으며, 이를 분리하는 것이 모든 진단의 첫 번째 단계입니다.
| 유형 | 방향 | 일반적인 원인 | 측정 |
|---|---|---|---|
| 측면(방사형) | 샤프트 축에 수직 | 불균형, 정렬 불량, 샤프트 굽음, 베어링 결함 | 하우징의 가속도계 또는 속도 센서, 샤프트의 근접 프로브 |
| 축방향 | 샤프트 축과 평행 | 오정렬, 추력 베어링 문제, 프로세스 흐름 문제 | 축방향으로 장착된 가속도계 |
| 비틀림 | 축 축을 중심으로 비틀기 | 기어 메시 문제, 모터 전기 문제, 커플링 문제 | 특수 비틀림 센서 또는 스트레인 게이지 |
횡방향 진동은 일반적으로 진폭이 가장 큰 구성 요소이며 표준 가속도계가 가장 쉽게 판독할 수 있는 진동입니다. 축 진동은 일반적으로 더 작지만 정렬 불량 및 추력 결함을 진단하는 데 사용되며, 비틀림 진동은 일반적으로 작지만 피로 고장을 유발할 수 있고 일반 방사형 센서에는 보이지 않습니다.
4. 측면 진동 모드 및 임계 속도
In 로터 동역학, 측면 진동 모드는 샤프트가 채택하는 특징적인 편향 모양을 나타내며 각각은 임계 속도 실행 속도가 고유 진동수와 일치하는 경우입니다.
- 첫 번째 측면 모드: 가장 낮은 고유 진동수에서 단일 호 또는 활과 같은 단순한 굽힘 모양입니다. 불균형에 의해 가장 쉽게 흥분되며 첫 번째 임계 속도가 이에 해당합니다.
- 두 번째 측면 모드: 하나가있는 S 자형 편향 절점, 이 두 번째 임계 속도이며 특히 다음과 같은 경우에 중요합니다. 유연한 로터.
- 더 높은 측면 모드: 여러 노드가 있는 점점 더 복잡한 모양으로, 초고속 또는 매우 유연한 로터에만 관련되며 때로는 블레이드 통과 또는 기타 고주파 힘에 의해 여기되는 경우가 있습니다.
이러한 임계 속도가 작동 속도와 비교하여 어디에 해당하는지 파악하는 것은 안전한 설계의 핵심입니다. 로터 임계 속도 계산기 는 지오메트리와 지지대로부터 샤프트의 고유 진동수를 1차적으로 추정합니다.
5. 측정, 모니터링 및 표준
측면 진동은 여러 매개변수가 함께 작용하는 것이 특징입니다:
- 진폭: 변위(µm, mil), 속도(mm/s, in/s) 또는 가속도(g, m/s²) 단위의 움직임 크기입니다.
- 빈도: 일반적으로 불균형이 지배하는 진동에 대해서는 1배의 실행 속도를 적용하지만, 다른 결함의 경우 고조파 및 기타 구성 요소로 확장합니다.
- 단계: 샤프트의 기준 표시를 기준으로 한 최대 변위 타이밍입니다.
- 궤도: 샤프트 중심이 추적한 실제 경로를 끝에서 보았을 때입니다.
국제 표준은 허용되는 한도를 설정합니다. 국제 표준은 ISO 20816 시리즈 - ISO 10816을 대체하는 최신 버전은 RMS 속도를 기반으로 다양한 기계 유형에 대한 진동 한계를 정의하며, API 610, 617 및 다음과 같은 산업 코드는 다음과 같습니다. API 684 펌프, 컴프레서 및 로터 동역학을 구체적으로 다룹니다. 이러한 프레임워크는 장비 유형과 크기에 따라 허용, 주의 및 경보와 같은 심각도 영역을 정의하며, 일반적인 중형 산업용 기계의 경우 다음과 같이 영역에 대한 판독값을 확인할 수 있습니다. ISO 20816-3 진동 제한 도구.
6. 제어 및 완화
밸런싱 는 불균형으로 인한 측면 진동에 대한 주요 해결책입니다. 접근 방식은 로터에 따라 다릅니다: 단일 평면 밸런싱 디스크형 로터의 경우, 2면 밸런싱 대부분의 산업용 로터에 대해 모달 밸런싱 임계 속도 이상으로 작동하는 유연한 로터용입니다.
조정 는 정렬 불량으로 인한 횡력을 줄여줍니다. 정밀도 레이저 샤프트 정렬 는 샤프트를 정확하게 배치하고 정렬 타겟에서 열 성장을 허용하며 부드러운 발 는 정렬이 시작되기 전에 수정됩니다.
제동 특히 임계 속도 근처에서 진폭을 제어합니다: 유체 필름 베어링은 상당한 제동, a 스퀴즈 필름 댐퍼 필요한 곳에 더 추가하고, 지지 구조 처리도 도움이 됩니다.
강성 수정 임계 속도를 작동 범위 밖으로 이동합니다. 샤프트 직경이 증가하면 임계 속도가 높아져 베어링 스팬 는 첫 번째 임계 속도를 높이고, 기초를 강화하면 전체 시스템 응답이 변경된다는 점을 상기시켜 줍니다. 파운데이션 강성 는 로터 베어링 시스템의 외부가 아닌 일부입니다.
7. 진단의 중요성 및 현장 실습
횡진동 분석은 기계 진단의 초석입니다. 시간 경과에 따른 추세를 보면 문제가 발생하고 있음을 알 수 있고, 주파수와 패턴을 통해 특정 결함을 식별하고, 표준 대비 진폭을 통해 심각도를 나타내며, 감소를 통해 성공적인 균형을 확인하고, 상태를 기반으로 유지보수 작업을 트리거할 수 있습니다.
현장에서는 이 모든 작업이 작동 중인 장비에서 이루어집니다. 엔지니어는 베어링 하우징에 센서를 장착하고 다음과 같은 휴대용 2채널 기기를 사용합니다. 발란셋-1A 를 사용하여 양방향 측면 진동을 캡처하고, 1배 진폭과 위상을 읽고, 불균형과 정렬 불량, 느슨함 또는 베어링 결함을 구분하는 스펙트럼을 확인할 수 있습니다. 동일한 장비로 진폭과 위상을 측정하고 영향 계수를 계산하기 때문에 엔지니어는 밸런싱 장비나 분해 없이도 작동 속도에서 자체 베어링의 로터 균형을 맞춘 다음 측면 진동을 다시 측정하여 수정 사항을 확인하는 등 진단에서 수정으로 바로 이동할 수 있습니다.
횡진동을 효과적으로 관리하는 것은 궁극적으로 회전 기계가 장기간 안정적으로 작동하도록 하는 것이므로 진동 모니터링 프로그램, 예측 유지보수 전략, 로터 동적 설계 모두에서 횡진동이 중요한 위치를 차지합니다.
