제1부: 동적 균형의 이론적 및 규제적 기초

현장 동적 밸런싱은 산업 장비의 수명을 연장하고 비상 상황을 예방하는 진동 조정 기술의 핵심 작업 중 하나입니다. Balanset-1A와 같은 휴대용 장비를 사용하면 현장에서 직접 작업을 수행할 수 있어 가동 중단 시간과 해체 비용을 최소화할 수 있습니다. 그러나 성공적인 밸런싱을 위해서는 장비 사용 능력뿐만 아니라 진동의 근본 원인인 물리적 과정에 대한 깊은 이해와 작업 품질을 규제하는 체계에 대한 지식이 필요합니다.

이 방법론의 원리는 시험 추를 설치하고 불균형 영향 계수를 계산하는 것입니다. 간단히 말해, 이 계측기는 회전하는 로터의 진동(진폭 및 위상)을 측정한 후, 사용자가 특정 평면에 작은 시험 추를 순차적으로 추가하여 추가 질량이 진동에 미치는 영향을 "교정"합니다. 진동 진폭과 위상의 변화를 기반으로, 이 계측기는 불균형을 제거하는 데 필요한 교정 추의 질량과 설치 각도를 자동으로 계산합니다.

이 접근 방식은 소위 말하는 것을 구현합니다. 3단계 방식 2면 평형 측정의 경우 초기 측정과 시험 추를 사용한 두 번의 측정(각 평면에서 한 번씩)이 필요합니다. 1면 평형 측정의 경우 일반적으로 두 번의 측정으로 충분합니다. 첫 번째는 추 없이, 두 번째는 시험 추 하나를 사용하여 측정합니다. 최신 장비에서는 필요한 모든 계산이 자동으로 수행되므로 과정이 크게 간소화되고 작업자 자격 요건이 완화됩니다.

섹션 1.1: 불균형의 물리학: 심층 분석

회전 장비의 모든 진동의 핵심에는 불균형, 즉 언밸런스가 있습니다. 언밸런스는 로터 질량이 회전축에 대해 불균일하게 분포되는 상태입니다. 이러한 불균일한 분포는 원심력을 발생시키고, 이는 다시 지지대와 전체 기계 구조의 진동을 유발합니다. 해결되지 않은 언밸런스는 베어링의 조기 마모 및 파손부터 기초 및 기계 자체의 손상에 이르기까지 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 언밸런스를 효과적으로 진단하고 제거하려면 언밸런스의 유형을 명확하게 구분하는 것이 중요합니다.

불균형의 유형

정적 불균형(단일 평면): 이러한 유형의 불균형은 로터의 질량 중심이 회전축과 평행하게 변위되는 것을 특징으로 합니다. 정적 상태에서 수평 프리즘에 설치된 이러한 로터는 항상 무거운 쪽이 아래로 향하게 회전합니다. 정적 불균형은 길이 대 직경 비율(L/D)이 0.25 미만인 얇은 디스크형 로터, 예를 들어 연삭 휠이나 좁은 팬 임펠러에서 지배적입니다. 정적 불균형은 무거운 쪽의 정반대 방향에 있는 한 개의 보정 평면에 보정 추 하나를 설치하여 제거할 수 있습니다.

커플(모멘트) 불균형: 이 유형은 로터의 주 관성축이 질량 중심에서 회전축과 교차하지만 평행하지 않을 때 발생합니다. 커플 불평형은 크기가 같지만 방향이 반대인 두 개의 불평형 질량이 서로 다른 평면에 위치하는 것으로 나타낼 수 있습니다. 정적 상태에서 이러한 로터는 평형 상태에 있으며, 불평형은 회전 중에만 "흔들림" 또는 "흔들림"의 형태로 나타납니다. 이를 보상하기 위해 두 개의 서로 다른 평면에 최소 두 개의 보정 추를 설치하여 보상 모멘트를 생성해야 합니다.

동적 불균형: 이는 실제 조건에서 가장 흔한 유형의 불평형으로, 정적 불평형과 커플 불평형이 결합된 형태입니다. 이 경우, 로터의 주 관성 중심축이 회전축과 일치하지 않으며 질량 중심에서 교차하지 않습니다. 동적 불평형을 제거하려면 최소 두 평면에서 질량 보정이 필요합니다. Balanset-1A와 같은 2채널 계측기는 이 문제를 해결하기 위해 특별히 설계되었습니다.

준정적 불균형: 이는 관성 주축이 회전축과 교차하지만 로터의 질량 중심에서는 교차하지 않는 동적 불균형의 특수한 경우입니다. 이는 복잡한 로터 시스템을 진단하는 데 있어 미묘하지만 중요한 구분입니다.

강성 로터와 유연 로터: 중요한 차이점

밸런싱의 기본 개념 중 하나는 강체 로터와 연체 로터의 구분입니다. 이 구분은 성공적인 밸런싱의 가능성과 방법론을 결정합니다.

강성 로터: 로터는 작동 회전 주파수가 첫 번째 임계 주파수보다 현저히 낮고 원심력의 작용으로 인해 상당한 탄성 변형(편향)이 발생하지 않을 경우 강체로 간주됩니다. 이러한 로터의 밸런싱은 일반적으로 두 개의 보정 평면에서 성공적으로 수행됩니다. Balanset-1A 장비는 주로 강체 로터 작업에 적합하도록 설계되었습니다.

유연한 로터: 로터가 임계 주파수 중 하나에 근접하거나 이를 초과하는 회전 주파수에서 작동할 때 유연하다고 간주됩니다. 이 경우, 탄성 축의 처짐은 질량 중심 변위와 비슷해지며 그 자체로 전체 진동에 상당한 영향을 미칩니다.

작업을 시작하기 전에 로터의 작동 속도를 알려진 (또는 계산된) 임계 주파수와 연관시켜 로터를 분류하는 것이 매우 중요합니다. 공진을 피할 수 없는 경우, 밸런싱 작업 중에 장치의 장착 조건을 일시적으로 변경하여 공진 주파수를 이동시키는 것이 좋습니다.

섹션 1.2: 규제 프레임워크: ISO 표준

균형 조정 분야의 표준은 여러 가지 핵심 기능을 수행합니다. 즉, 통일된 기술 용어를 확립하고, 품질 요구 사항을 정의하며, 무엇보다 기술적 필요성과 경제적 타당성 사이의 절충안 역할을 합니다.

ISO 1940-1-2007(ISO 1940-1): 강성 로터 밸런싱을 위한 품질 요구 사항

이 표준은 허용 잔류 불균형을 결정하는 기본 문서입니다. 기계의 종류와 작동 회전수에 따라 달라지는 밸런싱 품질 등급(G)의 개념을 소개합니다.

품질 등급 G: 각 장비 유형은 회전 속도와 관계없이 일정한 특정 품질 등급을 갖습니다. 예를 들어, 분쇄기에는 G6.3 등급이 권장되고, 전기 모터 전기자 및 터빈에는 G2.5 등급이 권장됩니다.

허용 잔류 불균형 계산(U_당): 이 표준은 밸런싱 시 목표 지표로 사용되는 특정 허용 불균형 값을 계산할 수 있도록 합니다. 계산은 두 단계로 수행됩니다.

1. 허용 가능한 특정 불균형의 결정(e_당) 다음 공식을 사용합니다.
   e 당 = (G × 9549) / n
   여기서 G는 밸런싱 품질 등급(예: 2.5)이고, n은 작동 회전 주파수(rpm)입니다. e의 측정 단위는_당 g·mm/kg 또는 μm입니다.
2. 허용 잔류 불균형의 결정(U_당) 전체 로터에 대해:
   U 당 = e 당 × M
   여기서 M은 로터 질량(kg)입니다. U의 측정 단위는_당 g·mm입니다.

ISO 20806-2007(ISO 20806): 제자리 균형

이 표준은 현장 밸런싱 프로세스를 직접 규제합니다.

장점: 제자리 균형 조정의 주요 이점은 로터가 실제 작동 조건, 즉 지지대 위에 놓인 상태에서 작동 부하 하에 균형을 이룬다는 것입니다. 이는 지지 시스템의 동적 특성과 연결된 축열 구성 요소의 영향을 자동으로 고려합니다.

단점 및 제한 사항:

• 제한된 접근: 조립된 기계에 있는 보정 평면에 접근하기 어려운 경우가 많아 무게를 설치할 가능성이 제한됩니다.
• 시범 운영의 필요성: 균형 조정 과정에는 기계를 여러 번 "시작-정지"하는 과정이 필요합니다.
• 심각한 불균형으로 인한 어려움: 초기 불균형이 매우 큰 경우, 평면 선택과 교정 중량 질량에 대한 제한으로 인해 필요한 균형 품질을 달성하지 못할 수 있습니다.

2부: Balanset-1A 장비를 사용한 밸런싱 실용 가이드

80% 밸런싱의 성공은 준비 작업의 철저함에 달려 있습니다. 대부분의 실패는 계측기 오작동이 아니라 측정 반복성에 영향을 미치는 요인을 무시하는 데서 비롯됩니다. 주요 준비 원칙은 다른 모든 가능한 진동원을 배제하여 계측기가 불균형의 영향만 측정하도록 하는 것입니다.

섹션 2.1: 성공의 기초: 사전 밸런싱 진단 및 기계 준비

1단계: 1차 진동 진단(정말 불균형인가?)

균형 조정을 하기 전에 진동계 모드에서 예비 진동 측정을 수행하는 것이 유용합니다. Balanset-1A 소프트웨어에는 "진동계" 모드(F5 버튼)가 있어 무게추를 설치하기 전에 전체 진동과 회전 주파수(1×)에서 구성 요소의 진동을 개별적으로 측정할 수 있습니다.

전형적인 불균형 신호: 진동 스펙트럼은 로터 회전 주파수(RPM 주파수의 1배)에서 피크가 나타나야 합니다. 이 성분의 수평 및 수직 방향 진폭은 비슷해야 하며, 다른 고조파의 진폭은 훨씬 낮아야 합니다.

다른 결함의 징후: 스펙트럼에 다른 주파수(예: 2배, 3배 RPM) 또는 다중 주파수가 아닌 주파수에서 상당한 피크가 나타나는 경우, 이는 밸런싱 전에 제거해야 할 다른 문제가 있음을 나타냅니다.

2단계: 종합 기계 검사(체크리스트)

• 축차: 로터 표면의 먼지, 녹, 부착된 이물질을 완전히 제거하십시오. 넓은 반경에 미세한 먼지만 있어도 상당한 불균형을 초래할 수 있습니다. 파손되거나 누락된 부품이 없는지 확인하십시오.
• 문장: 베어링 어셈블리의 과도한 유격, 이상 소음 및 과열 여부를 점검하십시오. 마모된 베어링은 안정적인 측정값을 얻을 수 없게 합니다.
• 기초와 프레임: 제품이 견고한 기초 위에 설치되었는지 확인하십시오. 앵커 볼트가 제대로 조여졌는지, 프레임에 균열이 없는지 확인하십시오.
• 운전하다: 벨트 구동 방식의 경우 벨트 장력과 상태를 점검하십시오. 커플링 연결부의 경우 축 정렬 상태를 점검하십시오.
• 안전: 모든 보호 장치가 있는지, 그리고 사용 가능한지 확인하세요.

섹션 2.2: 계측기 설정 및 구성

하드웨어 설치

진동 센서(가속도계):

• 센서 케이블을 해당 계측기 커넥터(예: Balanset-1A의 경우 X1 및 X2)에 연결합니다.
• 베어링 하우징에 센서를 로터에 최대한 가깝게 설치하세요.
• 핵심 실천 사항: 최대 신호를 얻으려면 센서를 진동이 가장 심한 방향으로 설치해야 합니다. 견고한 접촉을 위해 강력한 자석 받침대 또는 나사식 마운트를 사용하십시오.

위상 센서(레이저 타코미터):

• 센서를 특수 입력(Balanset-1A의 경우 X3)에 연결합니다.
• 로터의 축이나 다른 회전 부분에 작은 반사 테이프 조각을 붙이십시오.
• 레이저 빔이 회전 전체에 걸쳐 안정적으로 목표물을 타격하도록 타코미터를 설치하십시오.

소프트웨어 구성(Balanset-1A)

• 소프트웨어를 실행하고(관리자 권한으로) USB 인터페이스 모듈을 연결합니다.
• 잔액 조정 모듈로 이동합니다. 잔액 조정 대상 단위에 대한 새 레코드를 생성합니다.
• 균형 유형을 선택하세요: 좁은 로터의 경우 1평면(정적)을 선택하고, 대부분의 경우 2평면(동적)을 선택합니다.
• 수정 평면을 정의하십시오: 로터에서 수정 추를 안전하게 설치할 수 있는 위치를 선택하십시오.

섹션 2.3: 밸런싱 절차: 단계별 가이드

실행 0: 초기 측정

• 기계를 시동하고 안정적인 작동 속도로 설정하십시오. 이후 모든 작동에서 회전 속도가 동일하게 유지되는 것이 매우 중요합니다.
• 프로그램에서 측정을 시작하십시오. 기기는 초기 진동 진폭 및 위상 값을 기록합니다.

실행 1: 비행기 1의 시험 중량

• 기계를 멈추세요.
• 시험 중량 선택: 시험용 추의 질량은 진동 매개변수에 뚜렷한 변화(진폭 변화가 최소 20~30T 또는 위상 변화가 최소 20~30도)를 일으킬 수 있을 만큼 충분해야 합니다.
• 시험추 설치: 무게를 측정한 시험용 추를 1면의 알려진 반지름에 단단히 부착합니다. 각도 위치를 기록합니다.
• 동일한 안정적인 속도로 기계를 시작하세요.
• 두 번째 측정을 수행하십시오.
• 기기를 중지하고 시험용 추를 제거하세요.

실행 2: 평면 2의 시험 중량(2개 평면 밸런싱용)

• 2단계의 절차를 정확히 반복하되, 시험용 추를 2번 평면에 설치하십시오.
• 시작, 측정, 정지 및 시험용 추를 제거하세요.

교정추의 계산 및 설치

• 시험 운행 중에 기록된 벡터 변화를 바탕으로, 프로그램은 각 비행기의 교정 중량의 질량과 설치 각도를 자동으로 계산합니다.
• 설치 각도는 일반적으로 로터 회전 방향으로 시험 중량 위치에서 측정됩니다.
• 영구적인 교정용 추를 단단히 부착하십시오. 용접을 사용할 경우 용접 부위 자체에도 질량이 있다는 점을 기억하십시오.

3차 실행: 검증 측정 및 정밀 밸런싱

• 기계를 다시 시작하세요.
• 잔류 진동 수준을 평가하기 위해 제어 측정을 수행합니다.
• 획득한 값을 ISO 1940-1에 따라 계산된 허용오차와 비교합니다.
• 진동이 여전히 허용 오차를 초과하는 경우, 계측기는 미세한 보정값을 계산합니다.
• 완료되면 보고서와 영향 계수를 저장하여 향후에 활용할 수 있도록 하십시오.

3부: 고급 문제 해결 및 문제 해결

이 섹션에서는 필드 밸런싱의 가장 복잡한 측면, 즉 표준 절차로는 결과를 얻을 수 없는 상황에 대해 설명합니다.

제3.1절: 측정 불안정성 진단 및 해결 방안

징후: 동일한 조건에서 반복 측정하는 경우, 진폭 및/또는 위상 값이 크게 변합니다("플로트", "점프"). 이로 인해 보정 계산이 불가능합니다.

근본 원인: 계측기는 오작동하는 것이 아닙니다. 시스템의 진동 반응이 불안정하고 예측 불가능하다는 것을 정확하게 보고하고 있습니다.

체계적인 진단 알고리즘:

• 기계적 느슨함: 이것이 가장 흔한 원인입니다. 베어링 하우징 장착 볼트와 프레임 앵커 볼트의 조임 상태를 확인하십시오. 기초 또는 프레임에 균열이 있는지 확인하십시오.
• 베어링 결함: 구름 베어링의 과도한 내부 간극이나 베어링 셸의 마모는 축이 지지대 내부에서 불규칙적으로 움직이게 합니다.
• 프로세스 관련 불안정성:
  • 공기역학(팬): 난류, 날개에서 발생하는 유동 박리는 불규칙적인 힘의 영향을 일으킬 수 있습니다.
  • 유압(펌프): 캐비테이션은 불균형으로 인한 주기적인 신호를 가리는 강력하고 불규칙적인 유압 충격을 발생시킵니다.
  • 내부 질량 이동(분쇄기, 제분기): 로터 내부에서 물질이 재분배되어 "이동식 불균형"으로 작용할 수 있습니다.
• 공명: 작동 속도가 구조물의 고유 진동수에 매우 가까울 경우, 아주 작은 속도 변화라도 진동 진폭과 위상에 큰 변화를 일으킬 수 있습니다.
• 열 효과: 기계가 예열됨에 따라 열팽창으로 인해 축이 휘거나 정렬이 변경될 수 있습니다.

섹션 3.2: 균형이 도움이 되지 않을 때: 근본적인 결함 식별

징후: 균형 조정 절차가 완료되었고 측정값은 안정적이지만 최종 진동은 여전히 높습니다.

감별진단을 위한 스펙트럼 분석기 사용:

• 샤프트 정렬이 잘못되었습니다: 주요 징후 - 2배 RPM 주파수에서 높은 진동 피크 발생. 높은 축 방향 진동이 특징적입니다.
• 롤링 베어링 결함: 특유의 "베어링" 주파수(BPFO, BPFI, BSF, FTF)에서 고주파 진동으로 나타납니다.
• 샤프트 활: 1배속(RPM)에서 높은 피크로 나타나지만, 2배속(RPM)에서도 뚜렷한 성분이 동반되는 경우가 많습니다.
• 전기 문제(전기 모터): 자기장 비대칭은 공급 주파수의 두 배(50Hz 네트워크의 경우 100Hz)로 진동을 유발할 수 있습니다.

일반적인 밸런싱 오류 및 예방 팁

• 결함이 있거나 더러운 로터의 밸런싱: 균형을 맞추기 전에 항상 메커니즘의 상태를 확인하십시오.
• 시험 중량이 너무 작음: 20-30% 진동 변화 규칙을 목표로 하십시오.
• 체제 일관성 유지 의무 불이행: 모든 측정 동안 회전 속도를 항상 일정하고 동일하게 유지하십시오.
• 위상 및 마크 오류: 각도 측정 과정을 주의 깊게 모니터링하십시오. 교정용 추의 각도는 일반적으로 회전 방향으로 시험용 추의 위치를 기준으로 측정합니다.
• 잘못된 부착 또는 무게 손실: 방법론을 엄격히 준수하십시오. 시험용 추를 제거해야 하는 경우 제거하십시오.

품질 기준의 균형

4부: 자주 묻는 질문 및 응용 프로그램 참고 사항

섹션 4.1: 일반적인 자주 묻는 질문(FAQ)

언제 1평면 밸런싱을 사용하고, 언제 2평면 밸런싱을 사용해야 할까요?
좁은 디스크형 로터(L/D 비율)의 경우 1평면(정적) 밸런싱을 사용합니다. < 0.25). 특히 L/D >인 경우, 거의 모든 다른 로터에는 2면(동적) 밸런싱을 사용하십시오. 0.25.

시험 중량으로 인해 위험한 진동이 증가하면 어떻게 해야 합니까?
즉시 기계를 정지시키십시오. 이는 시험용 추를 기존의 무거운 지점 근처에 설치했음을 의미합니다. 해결책은 시험용 추를 원래 위치에서 180도 회전시키는 것입니다.

저장된 영향 계수를 다른 기계에 사용할 수 있나요?
네, 하지만 상대 기계가 완전히 동일한 경우에만 가능합니다. 즉, 동일한 모델, 동일한 로터, 동일한 기초, 동일한 베어링을 사용해야 합니다. 구조적 강성에 조금이라도 변화가 있으면 무효화됩니다.

키웨이를 어떻게 설명할 것인가? (ISO 8821)
일반적으로는 맞물리는 부품 없이 샤프트 키홈의 균형을 맞출 때 "하프 키"를 사용합니다. 이는 샤프트의 홈을 채우는 키 부분의 질량을 보정하기 위한 것입니다.

섹션 4.2: 특정 장비 유형에 대한 밸런싱 가이드

산업용 팬 및 연기 배출기:

• 문제: 칼날에 제품이 쌓이거나 마모가 심해 균형이 깨지기 쉽습니다.
• 절차: 작업 시작 전에 임펠러를 항상 철저히 청소하십시오. 불안정성을 유발할 수 있는 공기역학적 힘에 주의하십시오.

슬리퍼:

• 문제: 주요 적 - 캐비테이션.
• 절차: 밸런싱 작업을 하기 전에 입구(NPSHa)에 충분한 캐비테이션 여유가 있는지 확인하십시오. 흡입 배관이 막히지 않았는지 확인하십시오.

분쇄기, 분쇄기 및 멀처:

• 문제: 극심한 마모, 해머 파손 또는 마모로 인한 큰 불균형 변화 가능성.
• 절차: 작동 부품의 무결성 및 부착 상태를 확인하십시오. 추가적인 기계 프레임 고정 작업이 필요할 수 있습니다.

전기 모터 전기자:

• 문제: 기계적 진동원과 전기적 진동원이 모두 있을 수 있습니다.
• 절차: 스펙트럼 분석기를 사용하여 공급 주파수의 두 배에서 진동이 발생하는지 확인하십시오. 진동이 발생하면 불균형이 아니라 전기적 오작동을 나타냅니다.

결론

Balanset-1A와 같은 휴대용 계측기를 사용하여 현장에서 로터의 동적 밸런싱을 수행하는 것은 산업 장비 작동의 신뢰성과 효율성을 높이는 강력한 도구입니다. 그러나 이 절차의 성공 여부는 계측기 자체보다는 전문가의 자격과 체계적인 접근 방식을 적용하는 능력에 달려 있습니다.

핵심 원칙:

• 준비가 결과를 결정합니다: 로터의 철저한 청소, 베어링 및 기초 상태 점검, 그리고 예비 진동 진단은 성공적인 밸런싱을 위한 필수 조건입니다.
• 표준 준수는 품질의 기본입니다. ISO 1940-1을 적용하면 주관적인 평가가 객관적이고 측정 가능하며 법적으로 중요한 결과로 전환됩니다.
• 이 기구는 밸런서일 뿐만 아니라 진단 도구이기도 합니다. 균형 감각 상실이나 읽기 불안정은 더 심각한 문제를 나타내는 중요한 진단 징후입니다.
• 비표준 작업을 해결하려면 프로세스 물리학을 이해하는 것이 중요합니다. 강성 로터와 연성 로터의 차이점을 알고 공진의 영향을 이해하면 전문가들은 올바른 결정을 내릴 수 있습니다.

이 가이드에 제시된 권장 사항을 따르면 기술 전문가들은 일반적인 작업에 성공적으로 대처할 뿐만 아니라 회전 장비 진동과 관련된 복잡하고 까다로운 문제들을 효과적으로 진단하고 해결할 수 있습니다.