회전 기계의 로터 마찰 이해
정의: 로터 러브란 무엇인가?
로터 마찰 마찰(또는 회전자-고정자 접촉이라고도 함)은 기계의 회전 부품이 씰, 베어링 하우징 또는 케이싱 벽과 같은 고정 부품과 간헐적 또는 지속적으로 접촉하는 현상입니다. 이러한 접촉은 마찰력을 생성하고 열을 발생시키며 독특한 진동 즉시 해결하지 않으면 급속도로 심각한 실패로 이어질 수 있는 패턴입니다.
로터 마찰은 접촉이 긍정적인 피드백 루프를 생성할 수 있기 때문에 특히 위험합니다. 진동은 마찰을 일으키고, 마찰은 열을 발생시키고, 열은 열 활, 열 휨은 진동을 증가시켜 더 심한 마찰을 유발합니다. 이러한 나선을 멈추지 않으면 몇 분 안에 기계가 파손될 수 있습니다.
로터 마찰 유형
1. 가벼운 마찰(간헐적 접촉)
- 피크 처짐 주기 동안 짧고 가끔씩 접촉
- 특정 속도 또는 작동 조건에서만 발생할 수 있습니다.
- 불규칙하고 간헐적인 진동 스파이크를 생성합니다.
- 종종 물개나 미로의 클리어런스에서
- 잠시 동안은 견딜 수 있지만 수정이 필요한 문제를 나타냅니다.
2. 부분 마찰(연속적인 가벼운 접촉)
- 지속적인 접촉이지만 마찰력은 가볍습니다.
- 로터는 고정된 표면을 긁는 동안 회전을 유지합니다.
- 연속적인 준동기 또는 동기 진동을 생성합니다.
- 열과 마모 파편을 생성합니다.
- 교정하지 않으면 심한 마찰로 진행될 수 있습니다.
3. 심한 마찰(완전한 고리 접촉)
- 로터는 원주 전체 또는 큰 부분을 둘러싸고 있는 스테이터와 접촉합니다.
- 매우 높은 마찰력
- 급격한 온도 상승(몇 분 만에 수백도)
- 심한 진동, 종종 혼란스러움
- 로터 압착이나 치명적인 고장으로 이어질 수 있습니다.
- 즉각적인 비상 종료가 필요합니다
문지르는 일반적인 위치
- 미궁 물개: 좁은 간극으로 인해 씰 마찰이 흔합니다.
- 리테이너 베어링: 심각한 사건 발생 시 샤프트를 잡도록 설계된 비상 베어링
- 밸런스 피스톤 씰: 다단 압축기 및 펌프에서
- 중간 단계 다이어프램: 터빈에서
- 베어링 하우징: 샤프트가 베어링 캡에 접촉하는 심각한 경우
- 샤프트 슬리브: 씰 위치의 보호 슬리브
로터 마찰의 원인
과도한 진동
여유 공간 부족
- 부적절한 조립으로 인해 방사형 여유 공간이 부족함
- 예열 중 열 성장으로 인해 클리어런스가 감소합니다.
- 베어링 마모로 인해 과도한 샤프트 움직임이 발생함
- 고정 부품을 로터에 더 가깝게 가져오는 기초 침하
일시적인 이벤트
- 시동/하강 중 임계 속도 통과
- 하중 변화로 인한 갑작스러운 샤프트 처짐
- 여행 이벤트 또는 비상 정지
- 과속 조건
로터 마찰의 진동 특성
특징적인 패턴
- 비동기식 구성 요소: 마찰 중 후방 회전으로 인한 1× 이하의 주파수(종종 1/2×, 1/3×, 1/4×)
- 다중 고조파: 비선형 마찰력으로 인해 1×, 2×, 3×, 4×
- 불규칙한 행동: 갑작스러운 변화 진폭 그리고 주파수
- 광대역 노이즈: 마찰 및 충격으로 인한 무작위 고주파 성분
- 위상 불안정성: 위상각 불규칙하게 변하다
스펙트럼 특성
- 분수 및 다중 순서에서 수많은 피크
- 무작위 충격으로 인한 높은 소음 수준
- 스펙트럼은 빠르고 예측 불가능하게 변화합니다.
- 폭포 플롯 나타나고 사라지는 주파수 성분을 보여줍니다.
궤도 분석
샤프트 궤도 문지르는 동안의 패턴은 매우 독특합니다.
- 불규칙하고 왜곡된 궤도 모양
- 접촉이 발생하는 날카로운 모서리 또는 평평한 부분
- 마찰 정도가 달라지면 궤도 모양이 변경됩니다.
- 종종 역방향(후방) 세차 운동 구성 요소를 보여줍니다.
결과 및 피해
즉각적인 효과
- 마찰 가열: 접촉 시 강한 국소열 발생(300~600°C 가능)
- 열 활: 비대칭 가열로 인해 샤프트가 구부러지고 마찰이 심해집니다.
- 입다: 샤프트 및 스테이터 표면에서 제거된 재료
- 잔해 생성: 마모 입자가 베어링과 씰을 오염시킵니다.
2차 피해
- 봉인 파괴: 미로 물범 이빨이 닳거나 부러짐
- 베어링 과부하: 마찰력으로 인한 부하 증가 및 가열
- 영구 샤프트 활: 심한 가열은 플라스틱 변형을 일으킬 수 있습니다.
- 샤프트 스코어링: 샤프트 표면에 마모된 홈
치명적인 실패
- 샤프트 압착: 심한 마찰로 인한 완전한 잠금
- 샤프트 파손: 열영향부는 균열 시작을 생성합니다.
- 로터 드롭: 과열로 인한 베어링 고장으로 인해 로터가 리테이너 베어링이나 케이싱 위로 떨어집니다.
- 화재 위험: 뜨거운 파편이나 불꽃은 가연성 물질에 불을 붙일 수 있습니다.
탐지 및 진단
진동 분석 지표
- 여러 개의 하위 동기 구성 요소가 갑자기 나타남
- 불규칙하고 반복 불가능한 진동 패턴
- 전반적인 진동 수준이 급격히 증가함
- 속도 변경 직후 진동 변화
- 날카로운 특징을 지닌 특이한 궤도 패턴
물리적 증거
- 베어링 하우징의 금속 먼지 또는 입자
- 노출된 샤프트 표면에 눈에 띄는 마모 자국이나 긁힘이 있음
- 손상되거나 마모된 씰 구성 요소
- 베어링 온도 증가
- 긁는 소리나 갈아내는 소리가 들립니다.
비상 대응
작동 중 로터 마찰이 의심되는 경우:
- 심각도 평가: 가벼운 마찰은 제어된 종료를 허용할 수 있지만, 심한 마찰은 즉각적인 비상 정지를 요구합니다.
- 속도 줄이기: 가능하다면 진동을 모니터링하면서 천천히 속도를 줄이십시오.
- 온도 모니터링: 베어링 온도 상승은 상태 악화를 나타냅니다.
- 비상 정지: 진동이 계속 증가하거나 온도가 급격히 상승하는 경우
- 다시 시작하지 마세요: 클리어런스가 검증되고 마찰 위치가 식별될 때까지
- 문서 이벤트: 분석을 위해 진동 데이터, 온도, 속도를 기록합니다.
예방 및 완화
설계 측정
- 모든 잠재적 마찰 위치에서 적절한 방사형 여유 공간
- 클리어런스 설계에서 열 성장을 고려하세요
- 가벼운 마찰로 인한 손상을 최소화하기 위해 밀봉 위치에 마모성 코팅을 사용하십시오.
- 심각한 사건 발생 시 처짐을 제한하기 위해 리테이너 베어링을 설치합니다.
운영 조치
- 좋은 상태를 유지하다 균형 샤프트 처짐을 최소화하기 위해
- 정밀한 정렬을 보장합니다
- 열 성장을 관리하기 위해 적절한 예열 절차를 따르세요.
- 임계 속도에서의 작동을 피하세요
- 중요 장비의 진동을 지속적으로 모니터링합니다.
모니터링 및 보호
- 마찰 임계값 수준 이하로 설정된 진동 알람을 설치하세요.
- 베어링 및 씰 온도 모니터링
- 근접 프로브를 사용하여 샤프트 위치와 클리어런스를 추적합니다.
- 과도한 진동 시 자동 종료 구현
로터 마찰은 즉각적인 조치가 필요한 비상 상황입니다. 원인을 이해하고, 특유의 진동 특성을 파악하며, 적절한 예방 및 보호 조치를 시행하는 것은 회전 기계, 특히 터빈이나 압축기와 같이 고속 또는 좁은 공간의 장비를 안전하게 작동시키는 데 필수적입니다.
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