진동 분석에서 난류 이해
진동 분석에서, 난류 펌프, 팬 또는 터빈과 같은 기계를 통과하는 유체(액체 또는 기체)의 혼란스럽고 무작위적이며 불안정한 흐름을 의미합니다. 이러한 불규칙한 흐름은 압력 변동을 일으키며, 이는 강제 함수 역할을 하여 저주파의 무작위적인 진동 기계 구조 내에서. 다음에서 발생하는 이산적이고 주기적인 힘과는 달리 불균형 또는 정렬 불량난류로 인한 진동은 단일하고 날카로운 주파수에서 발생하지 않습니다. 대신, 광대역 비동기 에너지의 "혹"처럼 나타납니다. FFT 스펙트럼 — 그리고 그 특징을 파악하는 것이 정확한 진단의 핵심이라는 점을 인식해야 합니다.
1. 정의: 난류란 무엇인가?
난류는 근본적으로 기계적 결함이 아니라 유동 현상입니다. 유체가 의도된 경로를 따라 매끄럽게 이동할 때는 블레이드, 베인 및 케이싱에 가해지는 압력이 일정하지만, 그 유동이 소용돌이와 소용돌이 흐름으로 분열되면 압력은 급격히 변화하는 통계적으로 무작위적인 하중이 됩니다. 기계 구조물은 이러한 무작위적인 힘에 대해 다른 어떤 자극에 반응하는 것과 똑같이 — 즉 진동함으로써 — 반응하지만, 힘 자체에 고정된 주기가 없기 때문에 결과적으로 발생하는 진동에도 고정된 주파수가 없습니다. 이로 인해 난류는 유동 유발 진동의 더 넓은 범주에 속하게 되며, 수력 펌프 및 공기 역학적 힘 팬과 송풍기에서, 그리고 이는 다음 개념과 밀접한 관련이 있습니다. 흐름 난류 진동원으로.
2. 난류 진동의 특징
- 빈도: 저주파 현상으로, 일반적으로 10~20Hz 미만이며 기계의 작동 속도보다 훨씬 낮은 주파수입니다.
- 광대역의 특성: 날카롭고 뚜렷한 피크를 생성하지 않습니다. 대신 스펙트럼의 저주파 영역에서 잡음 플로어를 높이는데, 이를 "무작위 혹" 또는 "건초더미"라고 부릅니다.
- 무작위적이고 비주기적인: 진동이 일정하지 않다 — 진폭과 단계 끊임없이 무작위로 변동한다. 시간 파형 이는 명확한 반복 패턴이 없는, 무질서하고 비반복적인 신호로 나타납니다.
- 방향: 진동은 일반적으로 방사형이며, 수평 및 수직 방향 모두에서 발생할 수 있습니다.
에너지가 한 선상에 집중되어 있는 것이 아니라 특정 대역에 걸쳐 분포되어 있기 때문에, 개별 스펙트럼 피크만으로는 문제가 없어 보일지라도 전체적인 진동 수준은 눈에 띄게 상승할 수 있습니다. 이는 전체 측정값의 추이를 검토할 때 유의해야 할 점입니다.
3. 난류의 일반적인 원인
난류는 유체의 원활한 흐름이 방해를 받아 발생하는 유압 또는 공기역학적 문제입니다. 일반적인 원인은 다음과 같습니다.
- 최적 효율점(BEP)에서 벗어난 상태에서 운전할 경우: 펌프와 팬은 성능 곡선의 특정 지점에서 가장 효율적이고 원활하게 작동하도록 설계되었습니다. BEP 유량보다 훨씬 높거나 낮은 조건에서 작동하면 유체가 비효율적으로 이동하게 되어 난류를 일으키며, 유량이 매우 낮을 경우 이는 재순환, 그 자체로 저주파 에너지의 원인으로 인정받는 내부 역류 현상.
- 유로 내의 장애물: 유체의 흐름을 방해하거나 교란시키는 모든 요인은 난류를 일으킬 수 있으며, 여기에는 설계가 부적절한 배관(예: 펌프 흡입구 바로 앞의 급격한 굴곡), 부분적으로 닫힌 밸브, 막힌 스트레이너 또는 이물질 등이 포함됩니다.
- 공기 혼입 또는 캐비테이션: 액체 내의 기포(포집) 또는 기포의 형성 및 붕괴(캐비테이션), 매우 격렬하고 급격한 조건을 만들어 상당한 무작위 진동을 유발합니다.
- 부적절한 솥통 또는 흡입구 설계: 펌프의 경우, 설계가 부실한 솥은 소용돌이를 일으켜 공기와 난류를 흡입구로 직접 빨아들일 수 있습니다.
4. 진단 및 감별진단
난류를 진단하는 핵심은 그 무작위적이고 광대역적이며 저주파적인 특성입니다. 숙련된 분석가는 종종 “불안정한” 모습에서 이를 포착할 수 있으며, 고동- 기계 자체에서 느껴지는 진동의 느낌과 비슷합니다. 하지만 난류를 겉보기에는 비슷해 보일 수 있는 다른 저주파 문제들과 구분하는 것이 중요합니다:
- 기계적 풀림: 이완 현상은 광대역 노이즈를 유발하기도 하지만, 일반적으로 전체 대역에 걸쳐 노이즈 플로어가 상승하는 특징을 보입니다. 전체 주파수 스펙트럼과 함께, 순수한 난류에서는 나타나지 않는 특정 주파수의 고조파가 함께 나타납니다.
- 오일 소용돌이: 이것은 뚜렷한 하위 동기식 약 0.4–0.48배 수준에서 정점을 보이며, 무작위 에너지가 넓게 분포된 형태는 아닙니다.
- 마찰: 마찰 소리는 광범위한 주파수 대역을 생성할 수 있지만, 일반적으로 많은 고주파 고조파와 저주파 하모닉을 포함하며, 시간 파형에는 잘리거나 클리핑된 피크가 나타날 수 있다.
다음과 같은 주파수 기반 고장도 진동원 식별기 현재 보고 계신 현상이 어떤 유형에 해당하는지 확인하는 데 도움이 될 수 있으며, 캐비테이션이 의심되는 경우 펌프 캐비테이션 빈도 추정기 범위를 더욱 좁혀줍니다.
5. 난류 보정
난류는 기계적 결함이 아닌 공정 관련 문제이므로, 해결책은 일반적으로 로터를 수리하는 것이 아니라 운전 또는 시스템 설계상의 문제를 바로잡는 데 있습니다. 대표적인 해결책으로는 펌프나 팬의 운전 지점을 최적 운전점(BEP) 쪽으로 되돌리는 것, 조여진 밸브를 열어주는 것, 스트레이너를 청소하는 것, 또는 입구 근처의 유동 교란을 제거하기 위해 배관을 개조하는 것 등이 있습니다. 이 경우 진동 계측기의 진단 역할은 광대역 에너지가 실제로 유동에서 비롯된 것이며 회전 부품의 결함에서 비롯된 것이 아님을 확인하는 것입니다. 다음과 같은 휴대용 2채널 분석기 발란셋-1A 현장에서 이러한 구분을 명확하게 해줍니다. 각 방위에서 스펙트럼과 시간 파형을 측정함으로써, 지배적인 동기 피크가 없고 잔류 불균형 진동의 원인을 규명하다 — 기계가 아닌 공정 자체에 조사 초점을 맞추고, 균형 조정으로는 해결할 수 없는 문제를 균형 조정으로 해결하려는 흔한 실수를 방지한다.
