로터 불안정성이란? 자려 진동 • 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 등 다양한 로터의 동적 밸런싱을 위한 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋" 로터 불안정성이란? 자려 진동 • 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 등 다양한 로터의 동적 밸런싱을 위한 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋"

로터 불안정성이란? 자려 진동

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로터 불안정성 이해

정의: 로터 불안정성이란 무엇인가?

로터 불안정성 회전 기계의 상태입니다. 자기 여기 진동 (비선형 효과나 시스템 오류에 의해서만 제한되는) 무한대로 발전하고 성장합니다. 진동과는 달리 불균형 또는 정렬 불량, 외부 힘에 반응하여 발생하는 강제 진동인 로터 불안정성은 샤프트의 꾸준한 회전 운동에서 에너지가 지속적으로 추출되어 진동 운동에 공급되는 자체 유지 진동입니다.

로터 불안정성은 가장 위험한 조건 중 하나입니다. 로터 동역학 갑자기 발생할 수 있고 파괴적인 진폭으로 빠르게 커질 수 있으며 다음과 같이 수정할 수 없기 때문입니다. 밸런싱 또는 정렬입니다. 근본적인 불안정화 메커니즘을 즉시 종료하고 수정해야 합니다.

근본적인 차이점: 강제 진동 vs. 자려 진동

강제 진동(안정적)

가장 흔한 기계 진동은 강제적입니다.

  • 외부 힘(불균형, 정렬 불량)이 진동을 유발합니다.
  • 강제 크기에 비례하는 진동 진폭
  • 주파수는 강제 주파수와 일치합니다(1X, 2X 등).
  • 힘을 제거하면 진동이 사라집니다.
  • 시스템은 안정적입니다. 진동은 경계 없이 커지지 않습니다.

자기 여기 진동(불안정)

로터 불안정성은 자체 여기 진동을 생성합니다.

  • 에너지는 외부 힘이 아닌 회전 자체에서 추출됩니다.
  • 임계값 속도를 초과하면 진폭이 기하급수적으로 증가합니다.
  • 일반적으로 주파수는 다음과 같습니다. 고유 진동수 (종종 하위 동기식)
  • 불균형이 해소되어도 지속되고 성장한다
  • 시스템이 불안정합니다. 시스템 종료 또는 시정 조치만이 이를 중지할 수 있습니다.

일반적인 로터 불안정성 유형

1. 오일 와일

오일 소용돌이 유체 필름 베어링 시스템에서 가장 흔한 불안정성은 다음과 같습니다.

  • 기구: 베어링의 오일 웨지는 샤프트에 접선력을 생성합니다.
  • 빈도: 일반적으로 0.42-0.48× 실행 속도(동기식 이하)
  • 한계점: 속도가 첫 번째 임계 속도의 약 2배를 초과할 때 발생합니다.
  • 징후: 속도에 따라 증가하는 고진폭 비동기 진동
  • 솔루션: 베어링 설계 변경, 예압 또는 오프셋 구성

2. 오일 휩(심각한 불안정성)

오일 휩은 오일 휩의 심각한 형태입니다.

  • 기구: 오일 소용돌이는 자연 주파수에 고정됩니다.
  • 빈도: 속도 증가에 관계없이 첫 번째 고유 주파수에서 잠금
  • 한계점: 2배의 첫 번째 임계 속도에서 발생
  • 징후: 매우 높은 진폭, 속도 변화에도 불구하고 일정한 주파수
  • 위험: 몇 분 안에 베어링과 샤프트가 심각하게 손상될 수 있습니다.

3. 스팀 소용돌이

미로형 씰이 있는 증기 터빈에서 발생합니다.

  • 기구: 씰 클리어런스의 공기역학적 교차 결합력
  • 빈도: 비동기식, 자연 주파수 근처
  • 정황: 씰 전체에 걸친 고압 차이
  • 솔루션: 소용돌이 브레이크, 소용돌이 방지 장치, 씰 설계 수정

4. 샤프트 휩

다양한 자기 여기 불안정성에 대한 일반 용어:

  • 샤프트 소재의 내부 감쇠로 인해 발생할 수 있습니다.
  • 씰이나 마찰로 인한 건조 마찰 휘핑
  • 공기역학적 또는 유체역학적 교차 결합력

특징 및 증상

진동 시그니처

로터 불안정성은 독특한 진동 패턴을 생성합니다.

  • 아동기 주파수: 진동 주파수가 주행 속도의 1배 미만(일반적으로 0.4~0.5배)
  • 속도 독립성: 불안정성이 잠기면 속도가 변하더라도 주파수는 일정하게 유지됩니다.
  • 급속한 성장: 임계값 속도를 초과하면 진폭이 기하급수적으로 증가합니다.
  • 높은 진폭: 불균형 진동의 진폭이 2~10배에 달할 수 있음
  • 전방 세차 운동: 샤프트 궤도는 샤프트 회전과 같은 방향으로 회전합니다.

발병 행동

  • 불안정성은 일반적으로 임계 속도를 갖습니다.
  • 임계값 미만: 시스템이 안정적이며 강제 진동만 존재합니다.
  • 임계값에서: 작은 교란이 발병을 유발합니다.
  • 임계값 이상: 불안정성이 빠르게 발생합니다.
  • 처음에는 간헐적일 수 있지만 그 후에는 지속될 수 있습니다.

진단 식별

주요 진단 지표

불안정성과 다른 진동원을 구별하세요.

특성 불균형(강제) 불안정성(자기흥분)
빈도 1× 주행 속도 하위 동기식(종종 ~0.45×)
진폭 대 속도 속도에 따라 부드럽게 증가합니다² 임계값 이상의 갑작스러운 발병
균형에 대한 대응 진동 감소 개선 없음
주파수 대 속도 속도가 있는 트랙(일정한 순서) 일정 주파수(변경 순서)
종료 동작 속도에 따라 감소합니다 속도가 떨어진 후에도 잠시 지속될 수 있습니다.

불안정성 확인

  • 공연하다 주문 분석—불안정성은 일정한 주파수, 변화하는 순서로 나타납니다.
  • 폭포 플롯 속도와 함께 추적되지 않는 주파수를 보여줍니다.
  • 밸런싱은 비동기식 구성 요소에 영향을 미치지 않습니다.
  • 궤도 분석 고유 주파수에서 전진 세차 운동을 보여줍니다.

예방 및 완화

디자인 고려 사항

  • 적절한 감쇠: 충분한 베어링 시스템을 설계하세요 제동 불안정성을 방지하기 위해
  • 베어링 선택: 좋은 감쇠를 제공하는 베어링 유형 및 구성을 선택하십시오(틸팅 패드 베어링, 예압 베어링)
  • 강성 최적화: 적절한 샤프트 및 베어링 강성 비율
  • 작동 속도 범위: 불안정 임계값 속도 이하에서 작동하도록 설계

베어링 설계 솔루션

  • 틸팅 패드 베어링: 고속 응용 분야에 적합한 본질적으로 안정적인 베어링 유형
  • 압력 댐 베어링: 효과적인 감쇠를 높이기 위한 수정된 기하학
  • 베어링 예압: 강성과 감쇠력을 증가시키고 임계 속도를 높입니다.
  • 필름 댐퍼 압착: 베어링을 둘러싼 외부 댐핑 장치

운영 솔루션

  • 속도 제한: 최대 속도를 임계값 이하로 제한합니다.
  • 부하 증가: 더 높은 베어링 하중은 안정성 마진을 개선할 수 있습니다.
  • 온도 조절: 베어링 오일 온도는 점도와 감쇠에 영향을 미칩니다.
  • 지속적인 모니터링: 조기 감지로 손상 발생 전 종료 가능

비상 대응

작동 중 로터 불안정성이 감지되면:

  1. 즉각적인 조치: 속도를 줄이거나 즉시 종료하세요
  2. 균형을 맞추려고 시도하지 마십시오. 균형을 맞추는 것은 불안정성을 바로잡지 못하고 시간을 낭비합니다.
  3. 문서 조건: 발병 시 기록 속도, 주파수, 진폭 진행
  4. 근본 원인 조사: 어떤 불안정성 메커니즘이 존재하는지 식별하세요
  5. 수정 사항 구현: 필요에 따라 베어링, 씰 또는 작동 조건을 수정합니다.
  6. 수정 확인: 서비스 재개 전 면밀한 모니터링을 통해 신중하게 테스트하십시오.

안정성 분석

엔지니어는 안정성 분석을 통해 불안정성을 예측하고 방지합니다.

  • 로터-베어링 시스템의 고유값 계산
  • 고유값의 실수 부분은 안정성을 나타냅니다(음수 = 안정, 양수 = 불안정)
  • 안정성이 변화하는 임계 속도 식별
  • 적절한 안정성 마진을 보장하기 위한 설계 수정
  • 종종 특수 로터 동역학 소프트웨어가 필요합니다.

로터 불안정성은 불균형이나 정렬 불량보다 흔하지는 않지만, 회전 기계에서 가장 심각한 진동 상태 중 하나입니다. 고속 회전 장비를 다루는 엔지니어와 기술자에게는 그 메커니즘을 이해하고, 증상을 인지하며, 적절한 시정 조치를 아는 것이 필수적입니다.

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