오일 소용돌이 이해하기
오일 소용돌이 유체막이 형성된 기계에서 발생하는 자기유도성 비정상 진동의 일종으로,저널) 베어링 — 그중에는 대형 터빈, 압축기 및 펌프 등이 포함됩니다. 이는 유체에 의해 유발되는 불안정 이때 샤프트를 지탱하는 유막이 베어링의 유격 범위 내에서 샤프트를 앞쪽으로 원형 운동을 하도록 밀어내기 시작합니다. 이러한 회전 운동은 기계의 운전 속도(1×)보다 낮은 주파수에서 발생하므로, 이는 하위 동기식 진동 — 그리고 이는 자기구동 방식이므로, 진동을 유지하기 위해 외부 구동력이 필요하지 않습니다.
1. 정의: 오일 월(Oil Whirl)이란 무엇인가?
같지 않은 불균형, 이는 동기식(1×) 강제 진동, 오일 월은 자기 여기 진동: 이를 구동하는 에너지는 베어링 오일막을 통해 전달되는 샤프트 자체의 일정한 회전 운동에서 비롯됩니다. 이러한 차이는 진단상 중요한데, 이는 자기유발 불안정 현상이 갑자기 나타나고 급속히 커질 수 있으며, 1× 불균형과 같이 “상쇄”될 수 없기 때문입니다.
2. 오일 와류의 특징
오일 와류는 진동 데이터에서 몇 가지 뚜렷하고 식별 가능한 특징을 보입니다:
- 빈도: 가장 두드러진 특징은 주행 속도의 절반보다 약간 낮은 주파수에서 나타나는 큰 진폭의 피크로, 일반적으로 0.4배 및 0.48배 (축 속도의 40%에서 48% 사이). 3000rpm(50Hz)으로 작동하는 기계에서는 대략 1200~1440rpm(20~24Hz)에서 오일 와일 현상이 나타납니다.
- 방향: 진동은 주로 반경 방향(수평 및 수직)이며, 종종 강한 방향성을 띱니다.
- 궤도 플롯: X–Y 좌표계에서 궤적 그래프로 표시됨 근접 프로브, 오일 와일은 하나의 뚜렷한 내부 고리를 포함하며, 앞쪽으로 선회하는 크고 종종 왜곡된(비원형) 궤도로 나타납니다.
- 행동: 오일 와일은 고정된 주파수에 묶여 있지 않습니다. 기계의 속도가 빨라지면 와일 주파수도 이에 맞춰 변화하며, 항상 새로운 작동 속도의 약 0.4~0.48배 비율을 유지합니다. 이러한 속도 추적 특성은 구조적 공명, 이는 축의 회전 속도와 관계없이 일정한 주파수를 유지합니다.
이러한 특징을 정확하게 포착하려면 위상 기준 다중 채널 측정이 필요합니다. A 캐스케이드(폭포형) 플롯 동안 촬영한 런업 또는 해안으로 내려가다 이는 특히 의미심장한데, 서브싱크로닉 피크가 제자리에 머무르지 않고 주행 속도에 맞춰 변화하는 것이 관찰되기 때문이다.
3. 메커니즘: 오일 와일은 어떻게 발생하는가?
오일 와일은 저널 베어링에서 샤프트를 지지하는 유체역학적 오일 웨지의 역학 작용으로 인해 발생합니다. 정상 작동 시 회전하는 샤프트가 오일을 쐐기 모양의 틈으로 끌어들이면서, 샤프트를 들어 올려 지지하는 압력장을 형성합니다. 샤프트는 베어링의 중심에 위치하지 않고, 하중선과 일정한 각도를 이루며 약간 어긋난 상태로 회전합니다.
그 쐐기 내부의 오일은 샤프트 표면 속도의 약 절반에 해당하는 속도로 베어링 주위를 순환하는데, 바로 이 때문에 발생하는 불안정성이 0.5배 미만으로 나타나는 것입니다. 베어링에 가해지는 하중이 적거나 과도한 정리, 안정화 작용이 약해집니다. 이때 사소한 교란만으로도 축이 순환 유막에 ‘포획’되어 베어링 주위를 원형 궤도로 회전하기 시작합니다. 그 결과 자체적으로 지속되는 진동이 발생하며, 이는 매우 큰 진폭으로 커질 수 있는데, 대개 베어링 간극 자체에 의해서만 제한됩니다. 이 단계에 이르면 축이 베어링 표면에 닿기 시작합니다.
4. 오일 휩: 더 심각한 형태
기계가 가속되어 오일 와류 주파수(~0.4×–0.48×)가 로터의 주파수 중 하나와 일치하는 지점에 도달하면 고유 진동수 - a 임계 속도 — 상태가 급격히 악화됩니다. 이를 오일 휩, 더 넓은 범주에서 가장 극단적인 빙글빙글 돌리기 불안정성의 일종.
- 고정 주파수: 진동이 로터의 고유 진동수에 “동조”되어, 기계의 속도가 더 빨라져도 더 이상 증가하지 않는다.
- 높은 진폭: 공진 상태가 발생하면 진폭이 극도로 커진다.
- 위험: 오일 위프는 베어링 마모 및 심각한 손상을 포함한 치명적인 고장으로 이어질 수 있는 매우 위험하고 불안정한 상태입니다. 로터 문지름.
5. 일반적인 원인과 해결책
- 원인: 베어링 하중이 너무 적거나, 베어링 간극이 과도하거나, 오일 점도가 너무 낮거나, 오일 공급 압력이 과도하거나, 또는 기계 설계상 임계 속도가 운전 속도의 약 2배가 되는 경우(이로 인해 회전 주파수가 도달하는 지점에서 로터가 정확히 임계 속도에 도달하게 됨).
- 해결책: 이러한 해결책은 불안정한 윤활유 막을 파괴하는 것을 목표로 합니다. 가능한 방안으로는 베어링 하중을 증가시키거나, 윤활유 점도를 조정하거나, 레몬 보어(타원형), 압력 댐, 또는 다엽형 및 틸팅 패드 대칭적인 필름 순환을 깨는 설계. 장착 스퀴즈 필름 댐퍼 일부 기계에서는 안정화 댐핑 기능을 추가할 수 있습니다.
현장에서 진단을 확정한다는 것은 비동기 피크와 그 위상을 측정하고, 불균형 및 정렬 불량 — 첫째. 다음과 같은 휴대용 2채널 분석기 발란셋-1A 진폭을 포착하고 단계 에 걸쳐 진동 스펙트럼 그리고 1× 성분이 허용 가능한지 확인합니다. 잔여 1× 성분이 깨끗한데도 약 0.45×의 강한 피크가 지속되며 회전 속도에 따라 변동한다면, 이는 밸런스 결함이 아니라 오일 와일(oil whirl)과 같은 유막 불안정성 문제이며, 해결책은 보정 추에 있는 것이 아니라 베어링에 있습니다. 이러한 불안정성의 특징적인 주파수는 다음을 통해 교차 확인할 수 있습니다. 저널 베어링(오일 와일 및 오일 휩) 주파수 계산기.
