로터 진동의 절점 이해
정의: 노달 포인트란 무엇인가?
A 절점 (3차원 운동을 고려할 때 노드 또는 절점선이라고도 함) 진동하는 특정 위치입니다. 로터 어디에 배수량 또는 특정 진동 중 처짐은 0으로 유지됩니다. 고유 진동수. 샤프트의 나머지 부분이 진동하고 휘어지더라도 노드 지점은 샤프트의 중립 위치에 대해 고정된 상태를 유지합니다.
절점은 다음의 기본 특징입니다. 모드 모양, 그리고 그 위치는 중요한 정보를 제공합니다. 로터 동역학 분석, 밸런싱 절차 및 센서 배치 전략.
다양한 진동 모드의 절점
첫 번째 굽힘 모드
첫 번째(기본) 굽힘 모드는 일반적으로 다음과 같습니다.
- 내부 노드 없음: 샤프트 길이를 따라 0 변형점이 없습니다.
- 대략적인 노드로서의 베어링 위치: 단순 지지 구성에서 베어링은 거의 절점 지점으로 작동합니다.
- 최대 처짐: 일반적으로 베어링 사이의 중간 범위 근처
- 간단한 호 모양: 샤프트가 단일 부드러운 곡선으로 구부러짐
두 번째 굽힘 모드
두 번째 모드는 더 복잡한 패턴을 가지고 있습니다.
- 하나의 내부 노드: 처짐이 0인 샤프트를 따라 있는 단일 지점(일반적으로 중간 스팬 근처)
- S-커브 모양: 샤프트는 노드의 양쪽에서 반대 방향으로 구부러집니다.
- 두 개의 안티노드: 최대 처짐은 노드 지점의 양쪽에서 발생합니다.
- 더 높은 주파수: 첫 번째 모드보다 자연 주파수가 상당히 높음
3차 모드 및 상위 모드
- 세 번째 모드: 두 개의 내부 노드 지점, 세 개의 안티노드
- 네 번째 모드: 3개의 절점, 4개의 반절점
- 일반 규칙: 모드 N에는 (N-1)개의 내부 노드 포인트가 있습니다.
- 복잡성 증가: 더 높은 모드는 점점 더 복잡한 파형 패턴을 보여줍니다.
절점의 물리적 중요성
제로 처짐
해당 모드의 고유 진동수에서 진동하는 동안의 노드 지점에서:
- 측면 변위는 0입니다
- 샤프트는 중립축을 통과합니다.
- 그러나 굽힘 응력은 일반적으로 최대입니다(변형 곡선의 기울기가 최대입니다)
- 전단력은 노드에서 최대입니다.
제로 감도
노드 지점에 적용되는 힘이나 질량은 해당 모드에 최소한의 영향을 미칩니다.
- 첨가 보정 가중치 노드에서 해당 모드를 효과적으로 균형화하지 않습니다.
- 노드에 배치된 센서는 해당 모드에 대한 최소 진동을 감지합니다.
- 노드의 지지 또는 제약은 모드의 고유 주파수에 최소한의 영향을 미칩니다.
균형에 대한 실제적 의미
수정 평면 선택
노드 지점 위치를 이해하면 균형 전략이 수립됩니다.
강성 로터용
- 첫 번째 임계 속도 이하에서 작동
- 첫 번째 모드는 크게 흥분되지 않음
- 기준 2면 밸런싱 로터 끝부분 근처가 효과적입니다
- 절점(Nodal point)은 주요 관심사가 아닙니다.
플렉시블 로터용
- 임계 속도 이상에서 작동
- 모드 모양과 절점을 고려해야 합니다.
- 효과적인 수정 평면: 안티노드 위치(최대 편향 지점) 또는 그 근처에 있어야 합니다.
- 비효율적인 위치: 노드 또는 노드 근처의 수정 평면은 해당 모드에 최소한의 영향을 미칩니다.
- 모달 밸런싱: 수정 가중치를 분배할 때 노드 지점 위치를 명시적으로 고려합니다.
예: 2차 모드 밸런싱
첫 번째 임계 속도 이상에서 작동하는 긴 유연한 샤프트를 고려하면 두 번째 모드가 활성화됩니다.
- 두 번째 모드는 중간 스팬 근처에 하나의 노드 지점이 있습니다.
- 모든 보정 가중치를 중간 스팬(노드) 근처에 배치하는 것은 효과가 없습니다.
- 최적의 전략: 두 개의 안티노드 위치(노드의 양쪽)에 수정을 배치합니다.
- 효과적인 균형을 위해서는 무게 분포 패턴이 두 번째 모드 모양과 일치해야 합니다.
센서 배치 고려 사항
진동 측정 전략
절점 지점은 진동 모니터링에 중요한 영향을 미칩니다.
노드 위치를 피하세요
- 노드의 센서는 해당 모드에 대한 최소 진동을 감지합니다.
- 노드에서만 측정하는 경우 심각한 진동 문제를 놓칠 수 있습니다.
- 허용 가능한 진동 수준에 대한 잘못된 인상을 줄 수 있습니다.
목표 안티노드 위치
- 안티노드에서의 최대 진동 진폭
- 문제가 발생할 때 가장 민감함
- 일반적으로 첫 번째 모드의 베어링 위치에서
- 더 높은 모드의 경우 중간 측정 지점이 필요할 수 있습니다.
다중 측정 지점
- 유연한 로터의 경우 여러 축 위치에서 측정합니다.
- 노드 위치 지정으로 인해 모드가 누락되지 않도록 보장합니다.
- 모드 형상의 실험적 결정이 가능합니다.
- 중요 장비에는 종종 모든 베어링과 중간 스팬에 센서가 있습니다.
절점 위치 결정
분석 예측
- 유한요소해석: 모드 형상을 계산하고 절점을 식별합니다.
- 빔 이론: 간단한 구성의 경우 분석 솔루션은 노드 위치를 예측합니다.
- 디자인 도구: 로터 동역학 소프트웨어는 노드가 표시된 시각적 모드 모양 디스플레이를 제공합니다.
실험적 식별
1. 충격(충격) 테스트
- 계측된 망치로 여러 위치에서 스트라이크 샤프트
- 여러 지점에서 응답 측정
- 특정 주파수에서 응답이 나타나지 않는 위치는 해당 모드의 노드 지점입니다.
2. 작동 편향 형상 측정
- 임계 속도 근처에서 작동 중 여러 축 방향 위치에서 진동을 측정합니다.
- 편향 진폭 대비 위치 플롯
- 제로 크로싱 포인트는 노드 위치입니다.
3. 근접 프로브 어레이
- 샤프트 길이를 따라 여러 개의 비접촉 센서
- 시동/타락 중 샤프트 처짐을 직접 측정합니다.
- 노드 식별을 위한 가장 정확한 실험 방법
절점 vs. 안티노드
절점과 반절점은 상호 보완적인 개념입니다.
노드 포인트
- 제로 처짐
- 최대 굽힘 경사 및 응력
- 힘의 적용이나 측정에 대한 효율성이 낮음
- 지지 위치에 이상적(전달되는 힘 최소화)
안티노드
- 최대 처짐
- 제로 굽힘 경사
- 교정 가중치에 대한 최대 효과
- 최적의 센서 배치 위치
- 가장 높은 응력 위치(복합 하중의 경우)
실제 응용 프로그램 및 사례 연구
케이스: 제지기 롤
- 상황: 1200RPM으로 작동하는 긴(6미터) 롤, 높은 진동
- 분석: 중간 스팬에 노드가 있는 첫 번째 중요한 두 번째 모드 위에서 작동
- 초기 균형 조정 시도: 중간 스팬에 추가된 가중치(편리한 접근)로 인해 결과가 좋지 않음
- 솔루션: 중간 스팬이 노드 지점이라는 인식, 가중치가 1/4 지점(반절점)으로 재분배됨
- 결과: 85%로 진동 감소, 모달 밸런싱 성공
사례: 증기 터빈 모니터링
- 상황: 알려진 불균형에도 불구하고 낮은 진동을 보여주는 새로운 진동 모니터링 시스템
- 조사: 센서가 우세 모드의 노드 지점 근처에 실수로 배치됨
- 솔루션: 안티노드 위치에 있는 추가 센서는 실제 진동 수준을 보여주었습니다.
- 수업: 모니터링 시스템을 설계할 때는 항상 모드 모양을 고려하세요.
고급 고려 사항
노드 이동
일부 시스템에서는 노드 지점이 작동 조건에 따라 이동합니다.
- 속도에 따라 베어링 강성이 노드 위치를 변경합니다.
- 샤프트 강성에 대한 온도 효과
- 부하에 따른 응답
- 비대칭 시스템은 수평 및 수직 운동에 대해 서로 다른 노드를 가질 수 있습니다.
대략적인 노드와 실제 노드
- True Nodes: 이상적인 시스템에서 정확한 0 편향점
- 대략적인 노드: 감쇠 및 기타 비이상적 효과가 있는 실제 시스템에서 매우 낮은(그러나 0은 아님) 처짐 위치
- 실제적 고려 사항: 실제 노드는 정확한 수학적 지점이 아닌 낮은 처짐 영역입니다.
절점을 이해하면 로터 진동 동작에 대한 중요한 통찰력을 얻을 수 있으며, 유연한 로터의 효과적인 균형 조정, 최적의 센서 배치, 회전 기계의 진동 데이터를 올바르게 해석하는 데 필수적입니다.
카테고리:
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 