로터 진동의 절점 이해
A 절점 - 노드라고도 하며, 동작을 3차원으로 볼 때 노드 선이라고도 하는 이 노드는 진동하는 로터 어디에 배수량 로터가 특정 속도로 진동하는 동안에는 0을 유지합니다. 고유 진동수. 샤프트의 나머지 부분이 구부러지고 움직이더라도 노드 포인트는 샤프트의 중립 위치에 대해 고정된 상태를 유지합니다. 노드 포인트의 기본 기능은 모드 모양, 그리고 그들이 어디에 속하는지 아는 것이 결정적입니다. 로터 동역학 분석을 위해 밸런싱 전략을 수립하고 진동 센서를 어디에 장착할지 결정할 때 유용합니다. 진동을 잘못 판단하면 밸런스 작업이 실패하거나 모니터링 시스템이 실제 진동을 감지하지 못하지만, 진동을 이해하면 두 가지 모두 간단해집니다.
1. 다양한 진동 모드의 노드 포인트
샤프트의 각 모드에는 고유한 노드와 반노드 패턴이 있으며, 모드 번호가 높아질수록 더욱 복잡해집니다.
첫 번째 굽힘 모드
첫 번째(기본) 굽힘 모드는 일반적으로 다음과 같습니다.
- 내부 노드 제로 - 샤프트 스팬을 따라 휨이 0이 되는 지점이 없습니다;
- 대략적인 노드로서 베어링 위치 - 단순 지지형 레이아웃에서는 베어링이 노드에 가까운 지점 역할을 합니다;
- 최대 편향 베어링 사이의 중간 스팬 근처; 그리고
- 단순한 원호 모양 - 샤프트가 하나의 부드러운 곡선으로 구부러집니다.
두 번째 굽힘 모드
두 번째 모드는 더 복잡한 패턴을 가지고 있습니다.
- 하나의 내부 노드 - 일반적으로 처짐이 0인 중간 스팬 근처의 단일 지점입니다;
- S 곡선 모양 - 노드의 양쪽에서 샤프트가 반대 방향으로 구부러집니다;
- 두 개의 안티노드 - 노드의 각 측면에 대한 최대 편향; 그리고
- 더 높은 빈도 - 의 고유 주파수는 첫 번째 모드보다 훨씬 높습니다.
3차 모드 및 상위 모드
- 세 번째 모드: 두 개의 내부 노드 포인트와 세 개의 안티노드로 구성됩니다;
- 네 번째 모드: 3개의 노드 포인트와 4개의 안티노드로 구성됩니다;
- 일반 규칙: 모드 N에는 (N-1) 개의 내부 노드 포인트가 있습니다.
- 복잡성이 증가합니다: 모드가 높을수록 점점 더 복잡한 파동 패턴이 나타납니다.
2. 노드 포인트의 물리적 중요성
편향은 제로, 스트레스는 최대
노드 지점에서 해당 모드의 고유 주파수에서 진동하는 동안:
- 측면 변위는 0이고 샤프트는 중립 축을 통과합니다;
- 하지만 휨 곡선의 기울기가 가장 가파르기 때문에 일반적으로 굽힘 응력이 최대입니다.
- 전단력도 노드에서 가장 큽니다.
움직임이 적을수록 스트레스가 많다는 이 반직관적인 조합은 노드가 훌륭한 지원 위치가 될 수 있지만, 움직임만으로 로터의 상태를 판단하기에는 좋지 않은 이유입니다.
제로 감도
노드 지점에 가해지는 힘이나 질량은 해당 특정 모드에 최소한의 영향을 미칩니다:
- 추가 보정 가중치 를 노드에 추가하는 것은 해당 모드의 균형을 맞추는 데 거의 도움이 되지 않습니다;
- 노드에 배치된 센서가 해당 모드에 대한 최소한의 진동을 감지합니다.
- 노드의 서포트 또는 제약 조건은 모드의 고유 주파수를 거의 이동시키지 않습니다.
3. 밸런싱을 위한 실질적인 시사점
보정 평면 선택
노드의 위치를 파악하면 전체 밸런싱 접근 방식을 조정할 수 있으며, 이는 리지드 로터와 플렉시블 로터에 따라 크게 달라집니다.
강성 로터용
- 첫 번째 임계 속도 이하로 작동합니다;
- 첫 번째 모드는 크게 흥분하지 않습니다;
- 표준 2면 밸런싱 로터 끝 근처에 있는 것이 효과적입니다.
- 노드 포인트는 주요 관심사가 아닙니다.
플렉시블 로터용
- 임계 속도 이상으로 작동합니다;
- 모드 모양과 노드 포인트를 고려해야 합니다;
- 효과적 보정 평면 는 최대 편향 지점인 반대쪽 노드 또는 그 근처에 위치합니다;
- 비효율적인 위치 는 노드 또는 그 근처의 보정 평면으로, 해당 모드에 거의 영향을 미치지 않습니다.
- 모달 밸런싱 수정 가중치를 분배할 때 노드 지점 위치를 명시적으로 고려합니다.
예시: 세컨드 모드 밸런싱
첫 번째 임계 속도 이상으로 작동하는 길고 유연한 샤프트가 두 번째 모드를 흥분시킨다고 가정해 보세요:
- 두 번째 모드에는 중간 스팬 근처에 하나의 노드 포인트가 있습니다;
- 모든 보정 가중치를 중간 스팬 근처, 즉 노드에 배치하는 것은 효과적이지 않습니다;
- 최적의 전략은 노드의 각 측면에 하나씩 두 개의 안티노드에 보정을 배치하는 것입니다.
- 밸런싱이 작동하려면 무게 분산 패턴이 두 번째 모드 모양과 일치해야 합니다.
4. 센서 배치 고려 사항
진동 측정 전략
노드 포인트는 다음에 결정적인 영향을 미칩니다. 진동 모니터링.
노드 위치를 피하세요
- 노드의 센서가 해당 모드에 대한 최소한의 진동을 감지합니다;
- 유일한 측정 지점인 경우 심각한 진동 문제를 놓칠 수 있습니다.
- 허용 가능한 진동 수준에 대한 잘못된 인상을 줄 수 있습니다.
목표 안티노드 위치
- 양극은 최대 진동 진폭을 표시합니다;
- 이들은 문제 발생에 가장 민감합니다;
- 첫 번째 모드의 경우 일반적으로 베어링 위치에 있습니다.
- 더 높은 모드의 경우 중간 측정 지점이 필요할 수 있습니다.
다중 측정 지점
- 유연한 로터의 경우 여러 축 위치에서 측정합니다.
- 이렇게 하면 센서가 우연히 노드에 위치하여 모드를 놓치는 일이 없습니다;
- 를 사용하면 모드 모양을 실험적으로 결정할 수 있습니다.
- 중요 장비 는 모든 베어링과 중간 스팬에 센서를 장착하는 경우가 많습니다.
5. 노드-포인트 위치 결정하기
분석 예측
- 유한 요소 분석: 는 모드 모양을 계산하고 노드를 정확히 찾아냅니다.
- 빔 이론: 간단한 구성의 경우 폐쇄형 솔루션이 노드 위치를 예측합니다.
- 디자인 도구: 회전역학 소프트웨어는 노드가 표시된 각 모드 모양을 시각적으로 표시합니다.
실험적 식별
1. 충격(범프) 테스트 - 계측된 망치로 여러 위치에서 샤프트를 타격하고 여러 지점에서 응답을 측정합니다. 주어진 주파수에서 응답이 없는 위치가 해당 모드의 노드 지점입니다. 이 기법은 아래에 자세히 설명되어 있습니다. 범프 테스트 및 영향 테스트.
2. 작동 편향 형상 측정 - 임계 속도 근처에서 작동하는 동안 여러 축점에서 진동을 측정하고, 위치에 대한 편향 진폭을 플롯하고, 제로 크로싱을 노드 위치로 읽습니다. 이것이 바로 작동 편향 형상 분석.
3. 근접 프로브 어레이 - 여러 개의 비접촉식 설치 근접 프로브 축을 따라 이동하여 시동 중에 직접 처짐을 측정하거나 해안으로 내려가다; 노드를 찾는 가장 정확한 실험 방법입니다.
6. 노드 포인트 대 안티노드
노드와 안티노드는 같은 그림의 상호 보완적인 반쪽입니다.
| 노드 포인트 | 안티노드 |
|---|---|
| 제로 처짐 | 최대 처짐 |
| 최대 굽힘 경사 및 응력 | 제로 굽힘 경사 |
| 힘의 적용이나 측정에 대한 효율성이 낮음 | 교정 가중치에 대한 최대 효과 |
| 지원 위치에 이상적(전달되는 힘 최소화) | 최적의 센서 배치 위치 |
| - | 복합 부하에서 가장 높은 스트레스 |
7. 실제 적용 및 사례 연구
Case: 종이 기계 롤
- 상황: 긴(6미터) 롤을 1,200rpm으로 높은 진동으로 작동시킵니다.
- 분석: 첫 번째 임계 속도 이상으로 작동하여 중간 스팬에 있는 노드로 두 번째 모드를 활성화했습니다.
- 초기 시도: 편리한 액세스 지점인 중간 스팬에 가중치를 추가했는데 결과가 좋지 않았습니다.
- 솔루션: 중간 스팬이 노드 지점임을 인식하여 가중치를 쿼터 지점(앤티노드)에 재분배했습니다.
- 결과: 진동이 85% 감소하여 모달 밸런스에 성공했습니다.
사례: 증기 터빈 모니터링
- 상황: 새로운 모니터링 시스템은 알려진 불균형에도 불구하고 낮은 진동을 보였습니다.
- 조사: 센서가 실수로 지배적 모드의 노드 지점 근처에 배치되었습니다.
- 솔루션: 안티노드 위치의 추가 센서를 통해 실제 진동 수준을 파악할 수 있었습니다.
- 수업: 모니터링 시스템을 설계할 때는 항상 모드 모양을 고려하세요.
8. 고급 고려 사항
노드 이동
일부 시스템에서는 작동 조건에 따라 노드 포인트가 이동합니다:
- 속도에 따른 베어링 강성은 노드 위치를 이동시킵니다;
- 온도는 샤프트 강성에 영향을 미칩니다;
- 응답은 부하에 따라 달라질 수 있습니다.
- 비대칭 시스템은 수평 및 수직 모션에 대해 서로 다른 노드를 가질 수 있습니다.
대략적인 노드와 실제 노드
- 진정한 노드: 이상적인 시스템에서 정확한 제로 디플렉션 지점을 찾을 수 있습니다.
- 대략적인 노드: 실제 시스템에서 편향이 매우 낮지만 정확히 0은 아닌 위치는 다음과 같습니다. 제동 및 기타 이상적이지 않은 효과.
- 실질적인 결과: 실제 노드는 지역 정확한 수학적 포인트가 아닌 낮은 편향의 값입니다.
9. 현장에서 활용하기
펌프, 팬, 모터 등 대부분의 산업 기계를 구성하는 단단한 로터의 경우 작업 규칙은 매우 간단합니다. 첫 번째 임계 속도 이하로 유지하면 문제가 되는 굽힘 노드가 나타나지 않으므로 로터 끝 근처에 있는 두 개의 보정 평면으로 작업을 수행합니다. 다음과 같은 휴대용 2채널 분석기는 발란셋-1A 는 단일 또는 두 개의 평면을 정확히 수행합니다. 필드 밸런싱 기계의 자체 베어링에서 진폭을 측정하고 단계 를 사용하여 가중치를 계산합니다. 로터가 임계 속도 이상으로 작동해야 하는 경우, 분석가는 여러 축점에서 동일한 진폭 및 위상 데이터를 수집하여 모드 형태를 매핑하고 가중치를 적용하기 전에 어떤 평면이 양극인지 확인할 수 있으며, 이는 85% 개선과 헛된 시도 사이의 차이입니다. 요컨대, 노드 포인트를 이해하면 진동 데이터를 올바른 밸런싱 결정으로 전환할 수 있습니다.
