아동기 진동과 동기 진동에 대한 설명
비동기 진동 주파수가 다음 조건을 만족하는 모든 진동 성분입니다. less than 기계의 주 운전 속도(1×)와 동기화되지 않으며, 이러한 성분의 출현은 회전 기계가 보낼 수 있는 가장 심각한 신호 중 하나입니다. 그 이유를 이해하려면 이와 반대되는 개념과 비교해보는 것이 도움이 됩니다. 동기 진동, 이는 샤프트가 운전 속도의 정수배로 추적됩니다. 이 구분은 학술적인 것이 아니라, 기계적으로 수정할 수 있는 일반적인 결함과 재설계 또는 즉각적인 정지를 요구하는 자기 여기 불안정성을 구분합니다. 이 문서는 두 용어를 정의하고 주요 원인을 나열하며 FFT 스펙트럼 분석에서 이 둘을 구별하는 방법을 보여줍니다. FFT 스펙트럼.
1. 동기 진동이란 무엇인가?
동기 진동은 샤프트 회전 속도의 정수배 주파수에서 발생하며, 회전과 “동기화”되어 있습니다. 이는 기계 진동의 범주 중 단연 가장 일반적인 유형입니다.
- 정확히 해당 주파수에서의 진동 운전 속도 (1×)은 동기 진동입니다.
- 운전 속도의 2배(2×), 3배(3×) 등에서 발생하는 진동도 동기 진동이며, 일반적으로 다음과 같이 불립니다. 배음 달리기 속도.
일반적인 결함의 대다수는 이러한 방식으로 나타납니다. 불균형, 정렬 불량, 그리고 기계적 풀림 모두 동기 진동을 발생시킵니다. 예를 들어, 불평형은 항상 1× RPM에서 나타나며 속도 변화를 완벽하게 추종합니다. 즉, RPM을 두 배로 높이면 불평형 피크는 단순히 새로운 1× 주파수로 이동합니다. 가진력이 축의 회전각에 고정되어 있으므로, 이들은 전형적인 강제 진동.
2. 저동기 진동이란 무엇인가?
아동기 진동(Sub-synchronous vibration)은 특정 주파수에서 발생합니다 아래 1× — 접두사 “sub-”은 단순히 “아래”를 의미합니다. 유의미한 저동기 성분은 단순한 기계적 결함이 아닌 자기 가진(self-excited) 불안정 로터 동역학 현상에 의해 발생하는 경우가 많기 때문에, 종종 심각한 경고 신호가 됩니다. 결정적인 차이는 에너지의 원천에 있습니다. 동기 결함에서는 외부 기하학적 오차가 회전당 한 번씩 로터를 구동하는 반면, 저동기 불안정 상태에서는 가진 함수가 로터 자체의 운동 이 베어링이나 씰과 상호작용하여 발생합니다. 이러한 피드백 루프가 이 상태를 다음의 전형적인 특징으로 만드는 요인입니다. 로터 불안정성.
3. 저동기 진동의 일반적인 원인
저동기 진동은 유막 베어링으로 운전되는 고속 터보기계에서 주요 우려 사항입니다. 저널 베어링.
3.1 오일 훨(Oil Whirl)
이는 저동기 불안정의 가장 일반적인 형태입니다. 유막 베어링에서 축을 지지하는 유체역학적 오일막이 순환하기 시작하여 축을 앞으로 밀게 될 수 있으며, 이 현상을 다음과 같이 부릅니다. 오일 소용돌이. 오일막의 평균 속도가 축 표면 속도의 절반보다 약간 낮기 때문에, 결과적으로 발생하는 소용돌이 약 다음 값에서 나타납니다 운전 속도의 0.42~0.48배(0.42×–0.48×). 오일 훨은 하중 및 온도 의존성을 보이는 경우가 많으며, 베어링 하중, 오일 온도 또는 속도 변화에 따라 나타나거나 사라질 수 있습니다.
3.2 오일 휩(Oil Whip)
오일 휩은 오일 훨이 더욱 심각하고 위험하게 발전한 형태입니다. 훨 주파수가 상승하여 로터’s의 1차 고유 진동수, 즉 임계 속도. 일단 고착되면 저동기 진폭이 매우 크게 증가할 수 있으며, 속도가 높아져도 사라지지 않습니다. 대신 기계가 계속 가속되더라도 진동은 임계 속도 주파수에 고착된 상태를 유지합니다. 이러한 고착되고 증폭되는 상태 — 다음과 밀접하게 관련된 샤프트 휩 — 는 매우 파괴적이며 일반적으로 즉각적인 조치가 필요합니다. 종료.
3.3 로터-스테이터 마찰(Rotor-to-Stator Rub)
로터와 정지 부품 사이의 접촉 — 즉 로터 문지름 — 또한 아이들 속도의 정수 분율, 예를 들어 다음과 같은 속도에서 나타나는 서브동기 진동을 유발할 수 있습니다 0.5×. 명확한 0.5× 성분은 로터가 2회전마다 한 번씩 튀어오르는 러빙(rub)의 전형적인 징후입니다. 그 밖에 sub-harmonic 응답의 원인으로는 심각한 이완 및 특정 러빙(rub) 유발 비선형성이 있습니다.
4. FFT 스펙트럼에서 두 가지 구별하기
두 계열을 스펙트럼 에서 분리하는 방법은 주로 1×을 기준으로 피크가 어디에 위치하는지를 확인하는 것입니다:
- 동시 피크: 1× RPM 피크(운전 속도)를 찾고, 정수 배수 — 2×, 3× 등에서 피크를 확인합니다.
- 비동기 피크: 주파수 축에서 1× 피크보다 전에 아래에 위치하는 유의미한 피크를 찾습니다. 운전 속도의 약 45% 부근에 나타나는 피크는 오일 휠(oil whirl)의 교과서적인 지표입니다.
진단이 피크와 운전 속도의 정확한 비율에 달려 있으므로, 정밀한 속도 기준이 필수적입니다 — RPM 가정 오차가 작더라도 0.48× 휠 신호가 모호하게 보일 수 있습니다. 주문 분석 1회전당 1회 타코미터 펄스를 기준으로 하면, 스펙트럼을 운전 속도의 오더(order) 단위로 직접 표현함으로써 그러한 모호함이 제거됩니다.
5. 구별이 중요한 이유
어느 계열을 보고 있는지 파악하면 대응 방식 전체가 결정됩니다:
- 동기 문제 (불평형과 같은) 강제 진동은 대개 기계적으로 수정 가능합니다 — 밸런싱, 정렬 또는 체결 부품 조임.
- 하위 동기화 문제 (오일 휩(oil whip)과 같은) 경우는 자발 진동 또는 불안정 현상입니다. 이는 로터 베어링 시스템 의 근본적인 문제를 가리키며 밸런싱으로는 해결할 수 없습니다. 해결책으로는 일반적으로 베어링 설계 변경(예: 틸팅 패드 베어링으로 교체), 오일 온도 또는 압력 조정, 베어링 하중 증가, 또는 로터 수정 등이 있습니다.
이러한 이유로 진폭이 큰 서브동기 피크는 동일한 크기의 동기 피크보다 일반적으로 더 심각한 경보로 취급됩니다. 실제로 엔지니어는 먼저 기계가 잘 밸런싱되고 정렬되어 있는지 확인합니다 — 예를 들어 발란셋-1A 와 같은 휴대용 분석기는 1× 진폭과 단계 동기 원인을 배제하거나 수정하는 데 필요한 정보를 측정합니다 — 이를 통해 스펙트럼에 남아 있는 서브동기 성분을 수리 가능한 기계적 결함이 아닌 불안정 현상으로 확신을 가지고 귀인할 수 있습니다.
