회전 기계의 반경 진동 이해
방사형 진동 은 회전축에 수직으로 회전하는 샤프트가 바퀴의 스포크처럼 중심에서 바깥쪽으로 방사하는 동작을 말합니다. “방사형”이라는 단어는 샤프트 중심선에서 멀어지는 모든 방향을 포함하므로 수평(좌우) 및 수직(상하) 움직임을 모두 포괄합니다. 이는 엔지니어들이 측면 진동 또는 횡방향 진동이며, 가장 일반적으로 측정되고 추세를 보이는 형태입니다. 진동 회전하는 기계에서 신뢰성 기술자가 가장 먼저 살펴보는 숫자이자 가장 많은 국제 표준이 작성된 숫자입니다. 실제로는 각 베어링에서 두 개의 수직 방향으로 측정하여 샤프트의 전체 공간 통과 경로를 재구성할 수 있습니다.
1. 정의 및 측정 방향
샤프트는 축에 수직인 평면 내에서 어떤 방향으로든 움직일 수 있기 때문에 하나의 센서로는 모든 것을 알 수 없습니다. 각 베어링에 90° 간격으로 장착된 두 개의 프로브가 전체 방사형 이미지를 캡처하며, 일반적으로 판독값은 개별적으로 보고될 뿐만 아니라 합산되어 보고됩니다.
수평 방사 진동
수평 진동은 샤프트가 좌우로 움직이는 것을 말합니다:
- 축 축에 수직이고 바닥과 평행합니다.
- 수평 기계에서 가장 접근하기 쉬운 측정 지점인 경우가 많습니다.
- 중력, 기초 강성 비대칭, 수평 강제력 함수를 반영합니다.
- 대부분의 일상적인 모니터링 프로그램의 표준 측정 방향입니다.
수직 방사 진동
수직 진동은 샤프트의 위아래 움직임입니다:
- 축 축에 수직이고 바닥에 수직입니다.
- 중력과 로터의 정적 무게에 직접적으로 영향을 받습니다.
- 로터 무게로 인해 비대칭 지지 강성이 발생하기 때문에 진폭이 수평보다 높은 경우가 많습니다.
- “수평”과 “수직”이 일반적인 의미를 잃고 두 개의 방사형 축이 단순히 직교하는 수직 펌프 및 모터와 같은 수직 방향 기계를 진단하는 데 중요합니다.
전체 방사형 진동
총 방사형 모션은 측정된 두 구성 요소의 벡터 합입니다:
반경 총계 = √(수평² + 수직²)
- 방향에 관계없이 실제 움직임의 크기를 나타냅니다.
- 단일 숫자 심각도 평가 및 알람 설정에 유용합니다.
- 두 축이 같은 순간에 정점에 도달하는 경우는 거의 없기 때문에 샤프트가 추적하는 궤도는 일반적으로 원이 아닌 타원이며, 이는 궤도 분석에서 중요한 사실입니다.
2. 방사형 진동의 주요 원인
방사형 진동은 샤프트 축에 수직으로 작용하는 모든 힘에 의해 발생합니다. 각 결함은 특징적인 시그니처를 남기기 때문에 지배적인 주파수를 식별하는 것이 진단의 핵심입니다.
1. 불균형(지배적 원인)
불균형 은 회전하는 장비에서 가장 흔한 방사형 진동의 단일 원인입니다:
- 이는 원심력 에 나타나는 샤프트와 함께 회전합니다. 실행 속도(1X).
- 힘은 불균형 질량과 반경, 그리고 결정적으로 속도의 제곱에 따라 커지므로 RPM이 높아질수록 작은 무거운 지점이 심각한 문제가 됩니다.
- 넓은 원형 또는 타원형을 생성합니다. 샤프트 궤도.
- 다음을 통해 수정할 수 있습니다. 밸런싱, 이 결함 중 일반적으로 부품 교체 없이 해결할 수 있는 유일한 결함입니다.
2. 정렬 불량
축 정렬 불량 결합된 기계 사이에 방사형 및 축 진동:
- 주로 2X(회전당 2회) 방사형 진동으로 표시됩니다.
- 또한 1배, 3배, 그 이상을 생성합니다. 배음.
- 방사형 신호에 수반되는 높은 축 방향 진동은 강력한 단서입니다.
- 그리고 단계 두 베어링 사이의 관계를 통해 정렬 불량이 각도인지, 평행(오프셋)인지, 아니면 둘 다인지 알 수 있습니다.
3. 기계적 결함
몇 가지 기계적 문제로 인해 독특한 방사형 패턴이 생성됩니다:
- 베어링 결함: 고주파 충격에 대한 베어링 결함 주파수.
- 구부러지거나 휘어진 샤프트: 불균형과 비슷하지만 느린 롤에서도 나타나는 1배 진동 - 참조 샤프트 보우.
- 설사: 비선형적이고 종종 방향성이 있는 다중 고조파(1배, 2배, 3배 이상)가 발생합니다.
- 균열: 시동 및 종료 시 변화하는 1배 및 2배 진동 - 제품의 특징 균열된 로터.
- 마찰: 비동기 및 동기 구성 요소의 혼합으로 다음과 같은 특징이 있습니다. 로터 문지름.
4. 공기역학적 힘과 유압적 힘
펌프, 팬, 컴프레서 내부의 프로세스 힘은 자체적으로 방사형 강제력을 가합니다:
- 블레이드 통과 빈도 (날 개수 × 분당 회전수).
- 비대칭 흐름으로 인해 발생하는 유압 불균형.
- 와류 유출 및 흐름 난류.
- 재순환 및 설계 외 작동을 포함합니다. 캐비테이션 펌프에서.
5. 공명 조건
기계가 근처에서 작동하는 경우 임계 속도, 방사형 진동이 극적으로 증폭됩니다.
- 고유 주파수는 다음과 같은 고전적인 조건인 강제 주파수와 일치합니다. 공명.
- 그러면 진폭은 시스템의 제동.
- 레벨은 좁은 속도 대역 내에서 치명적인 값까지 올라갈 수 있습니다.
- 따라서 설계 시 작동 속도와 임계 속도 사이에 적절한 이격 거리를 두어야 합니다.
3. 측정 기준 및 매개변수
측정 단위
방사형 진동은 각각 다른 주파수 범위에 적합한 세 가지 관련 파라미터로 표현할 수 있습니다:
- 배수량: 실제 이동 거리(마이크로미터 µm 또는 밀리)입니다. 저속 기계에 사용되며 근접 프로브 샤프트 측정.
- 속도: 변위 변화율(mm/s, in/s). 일반 산업 기계의 가장 일반적인 매개변수이며 ISO 심각도 표준의 기초가 됩니다.
- 가속: 속도의 변화율(m/s², g)입니다. 베어링 결함 감지와 같은 고빈도 작업에 사용됩니다.
동일한 물리적 움직임이 어떤 장치에서는 정상으로 보이지만 다른 장치에서는 경고로 보일 수 있기 때문에 선택이 중요합니다. 속도는 대부분의 회전 기계 결함이 있는 중간 주파수 대역에서 스펙트럼을 평평하게 만드는 경향이 있으며, 이것이 바로 ISO 제한을 뒷받침하는 이유입니다.
국제 표준
그리고 ISO 20816 시리즈는 방사형 진동 심각도 제한을 제공합니다. (이전 ISO 10816 제품군 및 이전 ISO 2372를 대체합니다. ISO 20816을 권위 있는 것으로 인용).
- ISO 20816-1: 기계 진동 평가를 위한 일반 지침.
- ISO 20816-3: 15kW 이상의 산업용 기계에 대한 구체적인 기준.
- 심각도 영역: A(좋음), B(수용 가능), C(불만족), D(수용 불가능)
- 측정 위치: 일반적으로 방사형 방향의 베어링 하우징에 있습니다.
산업별 표준
- API 610: 원심 펌프의 방사형 진동 한계.
- API 617: 원심 압축기에 대한 진동 기준.
- API 684: 방사형 진동을 예측하기 위한 로터 동역학 분석 절차.
- NEMA MG-1: 전기 모터의 진동 제한.
4. 모니터링 및 진단 기술
정기 모니터링
표준 프로그램은 일정에 따라 방사형 진동을 추적합니다:
- 경로 기반 수집: 고정된 간격(월별, 분기별)으로 주기적으로 판독합니다.
- 전체 수준 트렌드: 시간이 지남에 따라 총 진폭이 증가하는 것을 관찰합니다.
- 알람 한도: ISO 또는 장비별 표준에서 설정합니다.
- 비교: 현재 대 기준선, 가로 대 세로.
고급 분석
문제가 의심되는 경우 심층적인 도구를 통해 그 본질을 파악할 수 있습니다:
- FFT 분석: 주파수 스펙트럼 진동을 구성 요소로 분리합니다.
- 시간 파형: 시간이 지남에 따라 원시 신호를 노출시켜 과도 현상과 변조를 노출시킵니다.
- 위상 분석: 측정 지점 간의 타이밍 관계.
- 궤도 분석: 방사형 측정값에 직접 매핑되는 샤프트 중심선 경로입니다.
- 엔벨로프 분석: 조기 베어링 결함 감지를 위한 고주파 복조.
지속적인 모니터링
중요한 장비는 일반적으로 영구적으로 모니터링됩니다:
5. 수평과 수직의 차이
일반적인 진폭 관계
많은 컴퓨터에서 세로 판독값이 가로 판독값을 초과합니다:
- 중력 효과: 로터 무게는 수직 방향을 강화하는 정적 편향을 생성합니다.
- 비대칭 강성: 기초와 지지 구조는 수평으로 더 뻣뻣한 경우가 많습니다.
- 일반적인 비율입니다: 수평 값의 1.5-2배의 수직 진동이 일반적입니다.
- 균형 잡힌 무게 효과: 로터 하단(가장 접근하기 쉬운 지점)에 배치된 보정 무게추가 수직 진동을 우선적으로 줄이는 경향이 있습니다.
진단상의 차이점
- 불균형: 는 무거운 지점이 위치한 위치에 따라 한 방향으로 더 강하게 읽힐 수 있습니다.
- 설사: 는 종종 수직 방향에서 비선형성을 더 명확하게 보여줍니다.
- 기초 문제: 수직 진동은 파운데이션 열화에 더 민감합니다.
- 정렬 불량: 는 오정렬 유형에 따라 가로와 세로 판독값이 다르게 나타날 수 있습니다.
6. 로터 역학과의 관계
방사형 진동이 중앙에 위치합니다. 로터 동역학 분석은 샤프트의 방사형 굽힘 동작이 오작동하는 방식과 위치를 결정하기 때문입니다.
임계 속도
- 방사형 고유 주파수는 임계 속도를 설정합니다.
- 첫 번째 임계 속도는 일반적으로 첫 번째 방사형 굽힘 모드에 해당합니다.
- 캠벨 다이어그램 속도에 따른 방사형 동작을 예측합니다.
- 임계 속도에서 분리 마진은 방사형 진동을 억제합니다.
모드 모양
균형 고려 사항
- 밸런싱은 1배 주파수에서 방사형 진동을 줄이는 것을 목표로 합니다.
- 영향력 계수 각 보정 가중치를 방사형 진동의 결과 변화와 연관시킵니다.
- 최고 보정 평면 위치는 방사형 모드 모양에서 따릅니다.
7. 보정, 제어 및 현장 실습
불균형을 위해
- 필드 밸런싱 휴대용 분석기를 사용합니다. 다음과 같은 2채널 기기는 발란셋-1A 는 각 베어링에서 1배 방사형 진폭과 위상을 측정하고 영향 계수를 계산하여 엔지니어가 분해나 밸런싱 기계 없이도 작동 속도에서 자체 베어링의 로터 균형을 맞출 수 있습니다. 측정된 레벨을 보정 질량으로 변환하기 위해 체험판 무게 계산기.
- 단일 평면 또는 2면 밸런싱 절차는 로터 형상에 따라 선택됩니다.
- 정밀 매장 밸런싱 밸런싱 머신 가장 중요한 구성 요소에 대해.
기계적 문제
- 정밀 정렬을 통해 잘못된 정렬을 바로잡습니다.
- 베어링 결함에 대한 베어링 교체.
- 느슨해진 구성 요소를 조입니다.
- 구조적 문제에 대한 기초 수리.
- 구부러진 샤프트의 샤프트 교정 또는 교체.
공명 문제에 대해
- 임계 속도 범위를 피하기 위한 속도 변경.
- 강성 수정(샤프트 직경, 베어링 위치 변경)
- 다음과 같은 댐핑 개선 사항 스퀴즈 필름 댐퍼 또는 수정된 베어링 선택.
- 질량 변화로 고유 진동수가 작동 속도에서 멀어집니다.
8. 예측 유지보수의 중요성
방사형 진동 모니터링은 다음을 위한 초석입니다. 예측 유지 보수:
- 조기 결함 탐지: 반경 방향 진동의 변화는 고장이 발생하기 몇 주 또는 몇 달 전에 발생합니다.
- 트렌드: 점진적으로 증가하면 문제가 발생하고 있다는 신호입니다.
- 장애 진단: 주파수 콘텐츠는 특정 오류 유형을 식별합니다.
- 위험도 평가: 진폭은 문제가 얼마나 심각하고 긴급한지를 나타냅니다.
- 유지보수 일정 수립: 업무는 캘린더가 아닌 상황에 따라 움직입니다.
- 비용 절감: 치명적인 장애를 방지하고 유지보수 주기를 최적화할 수 있습니다.
회전 기계의 주요 진동 측정인 방사형 진동은 장비 상태를 파악하는 데 필수적인 증거를 제공하므로 산업용 회전 장비의 안정적이고 안전하며 효율적인 작동에 필수적입니다.
