비틀림 진동이란 무엇인가요? 원인과 영향 • 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋"은 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 제품입니다. 비틀림 진동이란 무엇인가요? 원인과 영향 • 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋"은 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 제품입니다.

비틀림 진동이란 무엇인가? 원인과 결과

admin가 에 게시함

회전 기계의 비틀림 진동 이해

정의: 비틀림 진동이란 무엇인가?

비틀림 진동 회전축이 회전축을 중심으로 각운동을 하는 현상입니다. 본질적으로는 축의 여러 부분이 어느 순간에도 약간씩 다른 속도로 회전하는 비틀림과 풀림 운동입니다. 측면 진동 (좌우로 움직이는) 또는 축 진동 (왕복 운동) 비틀림 진동에는 선형 변위가 수반되지 않습니다. 대신 샤프트는 양수 및 음수 각가속도를 번갈아 가며 경험합니다.

비틀림 진동은 일반적으로 측면 진동보다 진폭이 훨씬 작아 감지하기 어려운 경우가 많지만 샤프트, 커플링, 기어에 엄청난 교대 응력을 발생시켜 경고 없이 치명적인 피로 파손으로 이어질 가능성이 있습니다.

물리적 메커니즘

비틀림 진동이 발생하는 방식

비틀림 진동은 다음과 같이 시각화할 수 있습니다.

  • 모터를 구동 부하에 연결하는 긴 샤프트를 상상해보세요.
  • 샤프트는 비틀림 스프링처럼 작동하여 비틀릴 때 에너지를 저장하고 방출합니다.
  • 토크 변화에 의해 방해를 받으면 샤프트가 진동하며, 섹션은 평균 속도보다 더 빠르게 회전하거나 더 느리게 회전합니다.
  • 이러한 진동은 여기 주파수가 비틀림 고유 주파수와 일치하는 경우 발생할 수 있습니다.

비틀림 고유 진동수

모든 샤프트 시스템에는 다음에 의해 결정되는 비틀림 고유 진동수가 있습니다.

  • 샤프트 비틀림 강성: 샤프트 직경, 길이 및 재료 전단 계수에 따라 다릅니다.
  • 시스템 관성: 연결된 회전 구성 요소(모터 로터, 커플링, 기어, 부하)의 관성 모멘트
  • 다양한 모드: 복잡한 시스템에는 여러 가지 비틀림 고유 진동수가 있습니다.
  • 결합 효과: 유연한 커플링은 비틀림 컴플라이언스를 추가하여 고유 진동수를 낮춥니다.

비틀림 진동의 주요 원인

1. 왕복 엔진의 가변 토크

많은 애플리케이션에서 가장 흔한 소스:

  • 디젤 및 가솔린 엔진: 연소 이벤트는 맥동 토크를 생성합니다.
  • 발사 명령: 엔진 속도의 고조파를 생성합니다
  • 실린더 수: 실린더 수가 적을수록 토크 변화가 커집니다.
  • 공명 위험: 엔진 작동 속도는 비틀림 임계 속도와 일치할 수 있습니다.

2. 기어 메시 힘

기어 시스템은 비틀림 여기를 생성합니다.

  • 기어 메시 주파수(치아 수 × RPM)는 진동 토크를 생성합니다.
  • 치아 간격 오류와 프로필 부정확성이 기여합니다.
  • 기어 백래시는 충격 하중을 유발할 수 있습니다.
  • 여러 기어 단계로 복잡한 비틀림 시스템 생성

3. 전기 모터 문제

전기 모터는 비틀림 교란을 일으킬 수 있습니다.

  • 극 통과 주파수: 로터와 스테이터의 상호 작용으로 맥동 토크가 생성됩니다.
  • 부러진 로터 바: 슬립 주파수에서 토크 펄스를 생성합니다.
  • 가변 주파수 드라이브(VFD): PWM 스위칭은 비틀림 모드를 자극할 수 있습니다.
  • 과도 현상 시작: 모터 시동 중 큰 토크 진동

4. 프로세스 부하 변동

구동 장비의 가변 부하:

  • 압축기 서지 이벤트
  • 펌프 캐비테이션으로 인한 토크 스파이크 발생
  • 분쇄기, 분쇄기 및 프레스의 순환 부하
  • 팬과 터빈의 블레이드 통과력

5. 커플링 및 구동계 문제

  • 플레이 또는 백래시가 있는 마모되거나 손상된 커플링
  • 2배의 비틀림 자극을 생성하는 각도에서 작동하는 범용 조인트
  • 벨트 구동 슬립 및 덜거덕거림
  • 체인 드라이브 폴리곤 액션

탐지 및 측정 과제

비틀림 진동을 감지하기 어려운 이유

측면 진동과 달리 비틀림 진동은 고유한 측정 과제를 제시합니다.

  • 방사형 변위 없음: 베어링 하우징의 표준 가속도계는 순수한 비틀림 운동을 감지하지 못합니다.
  • 작은 각진폭: 일반적인 진폭은 도의 분수입니다.
  • 필요한 특수 장비: 비틀림 진동 센서 또는 정교한 분석이 필요합니다.
  • 종종 간과되는 것: 정기적인 진동 모니터링 프로그램에 포함되지 않음

측정 방법

1. 스트레인 게이지

  • 전단 변형률 측정을 위해 샤프트 축에 45°로 장착됨
  • 회전축에서 신호를 전송하려면 원격 측정 시스템이 필요합니다.
  • 비틀림 응력의 직접 측정
  • 가장 정확한 방법이지만 복잡하고 비용이 많이 듭니다.

2. 듀얼 프로브 비틀림 진동 센서

  • 두 개의 광학 또는 자기 센서가 서로 다른 샤프트 위치에서 속도를 측정합니다.
  • 신호 간 위상 차이는 비틀림 진동을 나타냅니다.
  • 비접촉 측정
  • 임시 또는 영구적으로 설치 가능

3. 레이저 비틀림 진동계

  • 샤프트 각속도 변화의 광학적 측정
  • 비접촉식, 샤프트 준비 불필요
  • 비용이 많이 들지만 문제 해결에 강력함

4. 간접 지표

  • 모터 전류 시그니처 분석(MCSA)을 통해 비틀림 문제를 파악할 수 있습니다.
  • 커플링 및 기어 이빨 마모 패턴
  • 샤프트 피로 균열 위치 및 방향
  • 비틀림 모드와 결합될 수 있는 비정상적인 측면 진동 패턴

결과 및 피해 메커니즘

피로 파괴

비틀림 진동의 주요 위험:

  • 샤프트 고장: 피로 균열은 일반적으로 샤프트 축(최대 전단 응력 평면)에 대해 45° 각도로 발생합니다.
  • 커플링 실패: 기어 커플링 이빨 마모, 유연 요소 피로
  • 기어 이빨 파손: 비틀림 진동에 의해 가속됨
  • 키와 키웨이 손상: 진동 토크로 인한 마찰 및 마모

비틀림 파괴의 특성

  • 종종 경고 없이 갑작스럽고 재앙적일 수 있습니다.
  • 샤프트 축에 대해 약 45° 각도의 파단면
  • 피로 진행을 나타내는 파단면의 해변 표시
  • 측면 진동 수준이 허용 가능한 경우에도 발생할 수 있습니다.

성능 문제

  • 정밀 드라이브의 속도 제어 문제
  • 기어박스와 커플링의 과도한 마모
  • 기어 덜거덕거림과 커플링 충격으로 인한 소음
  • 전력 전송 비효율성

분석 및 모델링

설계 중 비틀림 해석

적절한 설계에는 비틀림 해석이 필요합니다.

  • 고유 주파수 계산: 모든 비틀림 임계 속도를 결정합니다.
  • 강제 대응 분석: 작동 조건에서 비틀림 진폭 예측
  • 캠벨 다이어그램: 비틀림 고유 진동수 대 작동 속도 표시
  • 응력 분석: 중요 구성 요소의 교번 전단 응력 계산
  • 피로 수명 예측: 비틀림 하중 하에서 구성 요소 수명 추정

소프트웨어 도구

특수 소프트웨어는 비틀림 해석을 수행합니다.

  • 다중 관성 덩어리 질량 모델
  • 유한요소 비틀림 해석
  • 과도 이벤트의 시간 영역 시뮬레이션
  • 주파수 영역 고조파 분석

완화 및 통제 방법

디자인 솔루션

  • 분리 여백: 비틀림 고유 주파수가 여기 주파수에서 ±20% 떨어져 있는지 확인하십시오.
  • 제동: 비틀림 댐퍼(점성 댐퍼, 마찰 댐퍼)를 통합합니다.
  • 유연한 커플링: 여기 범위 아래의 낮은 고유 주파수에 비틀림 컴플라이언스 추가
  • 대량 튜닝: 플라이휠을 추가하거나 관성을 수정하여 자연 주파수를 변경합니다.
  • 강성 변화: 샤프트 직경 또는 커플링 강성 수정

운영 솔루션

  • 속도 제한: 비틀림 임계 속도에서 연속 작동을 피하십시오.
  • 빠른 가속: 시동 시 임계 속도를 빠르게 통과합니다.
  • 부하 관리: 비틀림 모드를 자극하는 조건을 피하십시오.
  • VFD 튜닝: 비틀림 자극을 최소화하기 위해 드라이브 매개변수를 조정합니다.

구성 요소 선택

  • 고감쇠 커플링: 비틀림 에너지를 소산시키는 탄성체 또는 유압 커플링
  • 토션 댐퍼: 왕복 엔진 구동을 위한 특수 장치
  • 장비 품질: 허용 오차가 좁은 정밀 기어는 여기를 줄입니다.
  • 샤프트 소재: 비틀림이 중요한 샤프트를 위한 높은 피로 강도 재료

산업 응용 프로그램 및 표준

중요한 애플리케이션

비틀림 해석은 특히 다음과 같은 경우에 중요합니다.

  • 왕복 엔진 구동: 디젤 발전기, 가스 엔진 압축기
  • 긴 드라이브 샤프트: 선박 추진, 압연기
  • 고출력 기어박스: 풍력 터빈, 산업용 기어 드라이브
  • 가변 속도 드라이브: VFD 모터 응용 분야, 서보 시스템
  • 다물체 시스템: 여러 대의 연결된 기계가 있는 복잡한 구동 장치

관련 표준

  • API 684: 비틀림 해석 절차를 포함한 로터 동역학
  • API 617: 원심 압축기 비틀림 요구 사항
  • API 672: 패키지형 왕복 압축기 비틀림 해석
  • ISO 22266: 회전 기계의 비틀림 진동
  • VDI 2060: 구동 시스템의 비틀림 진동

다른 진동 유형과의 관계

측면 진동 및 축 진동과는 다르지만, 비틀림 진동은 다음과 같이 측면 진동 및 축 진동과 결합될 수 있습니다.

  • 측면-비틀림 커플링: 특정 기하학에서는 비틀림 모드와 측면 모드가 상호 작용합니다.
  • 기어 메시: 비틀림 진동은 측면 진동을 일으킬 수 있는 다양한 치아 하중을 생성합니다.
  • 유니버설 조인트: 각도 오정렬은 비틀림 입력을 측면 출력에 결합합니다.
  • 진단 과제: 복잡한 진동 시그니처에는 여러 진동 유형의 영향이 있을 수 있습니다.

비틀림 진동을 이해하고 관리하는 것은 전력 송전 시스템의 안정적인 작동에 필수적입니다. 일상적인 모니터링에서는 측면 진동보다 덜 중요하게 다루어지지만, 비틀림 진동 분석은 비틀림 고장이 치명적인 결과를 초래할 수 있는 고출력 또는 정밀 구동 시스템의 설계 및 문제 해결에 매우 중요합니다.

← 메인 인덱스로 돌아가기

카테고리:
왓츠앱