샤프트 균열이란 무엇인가요? 감지 및 진단 • 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋"은 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 장비입니다. 샤프트 균열이란 무엇인가요? 감지 및 진단 • 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋"은 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 장비입니다.

샤프트 균열이란 무엇인가? 감지 및 진단

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회전 기계의 샤프트 균열 이해

정의: 샤프트 균열이란 무엇인가?

A 샤프트 균열 회전축의 피로, 응력 집중 또는 재료 결함으로 인해 발생하는 균열 또는 불연속입니다. 균열은 일반적으로 표면에서 시작하여 최대 인장 응력 방향에 수직으로 안쪽으로 전파됩니다. 회전 기계에서 축 균열은 감지할 수 없는 작은 결함에서 몇 시간 또는 며칠 만에 완전한 축 균열로 발전하여 장비의 치명적인 고장을 초래할 수 있기 때문에 매우 위험합니다.

샤프트 균열은 독특한 진동 특히 균열이 발생하면서 나타나는 특징적인 2×(회전당 두 번) 성분이 특징적입니다. 조기 감지를 통해 진동 분석 완전한 샤프트 고장과 관련된 안전 위험을 방지하는 것이 중요합니다.

샤프트 균열의 일반적인 원인

1. 순환 응력으로 인한 피로

특히 회전 기계에서 가장 흔한 원인은 다음과 같습니다.

  • 굽힘 피로: 강성이나 하중이 고르지 않은 회전 샤프트는 순환 굽힘 응력을 생성합니다.
  • 비틀림 피로: 동력 전달 샤프트의 진동 토크
  • 고주기 피로: 수년간의 운영으로 수백만 번의 스트레스 사이클이 누적됩니다.
  • 응력 집중: 키웨이, 구멍, 필렛 및 기하학적 불연속성은 응력을 집중시킵니다.

2. 작동 조건

  • 과도한 불균형: 높은 원심력은 굽힘 응력을 생성합니다.
  • 정렬 불량: 정렬 불량으로 인한 굽힘 모멘트는 피로를 가속화합니다.
  • 공명 동작: 또는 근처에서 작동 중 임계 속도 높은 처짐을 생성합니다
  • 초과 적재: 설계 한계를 넘어 작동
  • 열 응력: 빠른 가열/냉각 사이클 또는 열 구배

3. 재료 및 제조 결함

  • 재료 포함 사항: 샤프트 재료의 슬래그, 공동 또는 이물질
  • 부적절한 열처리: 경화 또는 템퍼링이 부적절함
  • 가공 결함: 도구 자국, 긁힘 또는 긁힘으로 인해 응력이 증가합니다.
  • 부식 피팅: 표면 부식으로 인한 균열 발생 부위 생성
  • 걱정: 프레스핏 인터페이스 또는 키웨이에서

4. 운영 이벤트

  • 과속 사고: 긴급 또는 우발적인 과속으로 인해 높은 스트레스가 발생합니다.
  • 심한 마찰: 접촉으로 인한 열 발생 및 국부 응력 집중
  • 충격 하중: 공정 오류나 기계적 충격으로 인한 갑작스러운 부하
  • 이전 수리: 잔류응력을 도입하는 용접 또는 가공

균열된 샤프트의 진동 증상

특성 2× 구성 요소

균열된 샤프트의 특징적인 진동 특징은 다음과 같습니다. 2× (2차 고조파) 요소:

2배 진동이 발생하는 이유

  • 샤프트가 회전할 때 균열은 1회전당 두 번씩 열리고 닫힙니다.
  • 균열이 압축 상태(회전 하단)일 때 강성이 더 높습니다.
  • 균열이 인장 상태(회전 상단)일 때 균열이 열리고 강성이 낮아집니다.
  • 이 회전당 2회의 강성 변화는 2배의 강제력을 생성합니다.
  • 균열이 전파되고 강성 비대칭이 커짐에 따라 진폭이 2배 증가합니다.

추가 진동 표시기

  • 1× 변경 사항: 변화된 강성과 잔류 활로 인한 1배 진동의 점진적인 증가
  • 고조파: 균열 심각도가 증가함에 따라 3×, 4×가 나타날 수 있습니다.
  • 위상 변화: 시동/하강 중 또는 다른 속도에서 위상각이 변경됩니다.
  • 속도에 따른 동작: 진동은 속도에 따라 비선형적으로 변할 수 있습니다.
  • 온도 감도: 진동은 열팽창 개방/폐쇄 균열과 상관관계가 있을 수 있습니다.

시동/해상 하강 특성

  • 2× 구성요소는 과도 현상 동안 비정상적인 동작을 보입니다.
  • 두 개의 피크가 표시될 수 있습니다. 보드 플롯 (각 임계 속도의 1/2에서)
  • 1× 구성요소의 위상 변화는 정상적인 불균형 응답과 다를 수 있습니다.

검출 방법

진동 모니터링

트렌드 분석

  • 시간 경과에 따른 2X/1X 비율 모니터링
  • 2배 진폭의 점진적인 증가는 경고 신호입니다.
  • 2X/1X 비율 > 0.5는 조사가 필요합니다.
  • 진동 패턴의 갑작스러운 변화는 의심스럽습니다.

스펙트럼 분석

  • 정기적인 FFT 고조파를 보여주는 분석
  • 현재 기준선 스펙트럼과 과거 기준선 스펙트럼을 비교합니다.
  • 2배 피크의 출현이나 성장을 주의하세요

과도 분석

  • 폭포 플롯 시동/코스트다운 중
  • 진폭과 위상 대 속도를 보여주는 보드 플롯
  • 임계 속도 구간에서의 비정상적인 동작

비진동 방법

1. 자기입자검사(MPI)

  • 표면 및 표면 근처 균열 감지
  • 접근 가능한 샤프트 표면이 필요합니다.
  • 균열 감지에 대한 높은 신뢰성
  • 정기 유지 관리 검사의 일부

2. 초음파 검사(UT)

  • 내부 및 표면 균열 감지
  • 진동 증상이 나타나기 전에 균열을 찾을 수 있습니다.
  • 전문 장비와 숙련된 인력이 필요합니다.
  • 중요 샤프트에 권장

3. 염료 침투 검사

  • 표면 균열 감지를 위한 간단한 방법
  • 세척 및 표면 준비가 필요합니다.
  • 정전 중 접근 가능한 지역에 유용합니다.

4. 와전류 테스트

  • 비접촉 표면 균열 감지
  • 자동 검사에 적합
  • 비자성체 및 자성체에 효과적

대응 및 시정 조치

감지 시 즉각적인 조치

  1. 모니터링 빈도 증가: 월 단위에서 주 단위 또는 일 단위로
  2. 운영 심각도 감소: 가능하면 속도나 부하를 낮추세요
  3. 계획 종료: 가능한 한 빨리 안전한 시기에 수리 또는 교체 일정을 잡으세요.
  4. NDE를 수행하세요: 균열 존재 확인 및 심각도 평가
  5. 위험성 평가: 계속 작업이 안전한지 확인하십시오.

장기적 솔루션

  • 샤프트 교체: 확인된 균열에 대한 가장 신뢰할 수 있는 솔루션
  • 수리(제한된 경우): 일부 균열은 기계 가공 및 용접으로 제거 가능(전문가 평가 필요)
  • 근본 원인 분석: 재발 방지를 위해 균열이 발생한 이유를 파악합니다.
  • 디자인 수정 사항: 응력 집중 해결, 재료 선택 개선, 운영 조건 수정

예방 전략

설계 단계

  • 날카로운 모서리와 응력 집중을 제거하세요
  • 직경 변경 시 넉넉한 필렛 반경을 사용하세요
  • 스트레스 수준과 환경에 적합한 재료를 지정하세요.
  • 유한 요소 응력 해석 수행
  • 피로 저항성을 향상시키기 위해 표면 처리(샷 피닝, 질화)를 적용합니다.

운영 단계

  • 좋은 상태를 유지하다 균형 품질 순환 굽힘 응력을 최소화하기 위해
  • 정밀한 정렬을 보장합니다
  • 임계 속도에서의 작동을 피하세요
  • 과속 사고 방지
  • 적절한 예열/냉각을 통해 열 응력을 제어합니다.

유지 관리 단계

  • 적절한 NDE 방법을 사용한 정기 검사
  • 조기 증상을 감지하기 위한 진동 추세 프로그램
  • 피로 응력을 최소화하기 위한 주기적 균형 조정
  • 부식 방지 및 코팅 유지 관리

샤프트 균열은 회전 기계에서 가장 심각한 잠재적 고장 중 하나입니다. 진동 모니터링(특징적인 2배 진동 신호 감지)과 주기적인 비파괴 검사를 병행하면 조기 균열 감지를 위한 최선의 전략을 제공하여 심각한 고장 발생 전에 계획된 유지보수를 수행할 수 있습니다.

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