회전 기계의 샤프트 정렬 불량 이해

정의: 정렬 불량이란 무엇인가?

샤프트 정렬 불량 기계가 정상 작동 조건에서 작동할 때 두 개 이상의 연결된 축의 회전 중심선이 동일 선상에 있지 않은 상태를 말합니다. 불균형과 더불어, 이는 기계의 조기 고장을 유발하는 가장 흔한 원인 중 하나로, 진동 증가, 베어링 및 씰 손상, 과도한 에너지 소비를 초래합니다. 정밀 정렬의 목표는 지정된 공차 내에서 축 중심선을 최대한 가깝게 정렬하는 것입니다.

정렬 불량의 유형

정렬 불량은 크게 두 가지 유형으로 분류되지만, 대부분의 실제 사례에서는 두 가지 유형이 결합되어 나타납니다.

1. 평행 오정렬(또는 오프셋)

평행 오정렬은 두 축 중심선이 서로 평행하지만 일정 거리만큼 어긋날 때 발생합니다. 이는 한 축이 다른 축보다 높거나 낮거나(수직 오프셋), 또는 한쪽으로 치우쳐 있는(수평 오프셋) 것으로 시각화할 수 있습니다.

2. 각도 정렬 불량

각 정렬 불량은 두 축이 서로 비스듬할 때 발생합니다. 두 축의 중심선은 커플링 지점에서 교차하지만 동일 선상에 있지 않습니다. 이로 인해 커플링에 "틈"이 발생하며, 한쪽이 다른 쪽보다 더 넓습니다.

3. 결합된 정렬 불량

이는 샤프트가 평행 및 각도 정렬 불량을 동시에 겪는 가장 흔한 시나리오입니다.

정렬 불량의 진동 특징

정렬 불량은 FFT 스펙트럼에서 식별할 수 있는 매우 독특한 진동 시그니처를 생성합니다.

• 1차 지표(2x): 정렬 불량의 가장 흔하고 전형적인 징후는 정확히 고진폭 진동 피크입니다. 회전 속도의 2배(2차)이는 정렬 불량으로 인해 발생하는 힘으로 인해 샤프트와 커플링이 회전당 두 번의 굽힘 사이클을 겪기 때문입니다.
• 높은 축 진동: 정렬 불량은 종종 강한 진동을 발생시킵니다. 축 방향(샤프트와 평행). 축 방향으로 2배 높은 피크가 나타나면 정렬 불량을 나타내는 매우 강력한 지표입니다.
• 기타 고조파(1x, 3x, 4x): 2배가 주요 지표이지만, 정렬 불량은 1배속 주행 속도 주파수를 자극할 수도 있습니다. 심각한 정렬 불량, 특히 병렬 오프셋은 3배 및 4배와 같은 더 높은 고조파를 생성할 수도 있습니다.
• 결합 특정 주파수: 일부 유형의 커플링은 마모되거나 정렬 불량으로 인해 응력을 받으면 고유한 특성 주파수에서 진동을 생성할 수 있습니다.

특히 높은 축 진동이 동반될 때 1x 피크의 50% 이상인 2x 피크를 보여주는 진동 스펙트럼은 정렬 불량의 전형적인 사례입니다.

정렬 불량의 일반적인 원인

정렬 불량은 초기 설치부터 발생할 수도 있고 시간이 지나면서 발생할 수도 있습니다.

• 부적절한 설치: 가장 흔한 원인은 초기 기계 설정 시 정밀한 정렬이 부족하기 때문입니다.
• 열 성장: 기계가 실온에서 작동 온도까지 가열되면 부품이 팽창합니다. 모터가 커지거나 펌프 케이싱이 팽창하여 축 정렬이 어긋날 수 있습니다. 정밀 정렬은 이러한 열 팽창을 고려해야 합니다.
• 파이프 변형률: 부적절하게 지지된 흡입 또는 배출 배관에서 발생하는 힘은 펌프나 압축기를 구동 장치와 정렬에서 벗어나게 할 수 있습니다. 이는 공정 산업에서 매우 흔한 문제입니다.
• 기초 문제: 기초가 약하거나 균열이 있거나 앵커볼트가 느슨하면 시간이 지남에 따라 기계가 움직일 수 있습니다.
• 소프트 풋: 기계의 장착 받침대 중 하나가 바닥판에 평평하게 놓이지 않아 볼트로 고정할 때 기계 프레임이 뒤틀리거나 변형되는 상황입니다.

왜 부정렬을 교정하는 것이 중요한가

기계를 정렬하지 않고 작동하면 심각한 결과가 초래됩니다.

• 베어링 및 씰 고장: 샤프트에 가해지는 높은 반복 하중은 베어링과 씰에 직접 전달되어 베어링과 씰이 조기에 고장나게 됩니다.
• 커플링 실패: 커플링은 소량의 정렬 불량을 처리하도록 설계되었지만, 과도한 정렬 불량은 커플링을 마모시키고 빠르게 고장나게 합니다.
• 샤프트 피로: 샤프트를 반복적으로 구부리면 피로 균열이 발생하고 결국 샤프트가 파손될 수 있습니다.
• 에너지 소비 증가: 유용한 작업을 수행하는 대신, 상당한 에너지가 열과 진동의 형태로 낭비됩니다.

다이얼 표시기나 레이저 정렬 시스템과 같은 도구를 사용한 정밀 정렬은 효과적인 신뢰성 및 유지 관리 프로그램의 초석입니다.

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