회전 기계의 로터 이해
A 로터 기계 내부의 주요 회전 조립체입니다. 일반적으로 중앙 축을 중심으로 임펠러, 블레이드, 자석 또는 전기자 등 다른 구성 요소들이 장착되어 있으며, 베어링에 의해 지지되어 토크를 전달하고 유용한 일을 수행하도록 설계되어 있습니다. 회전 중 로터의 진동 및 변형을 포함하여 로터가 어떻게 동작하는지를 연구하는 것은 로터 동역학, 기계 공학의 핵심 분야입니다. 엔지니어가 해결에 나서는 거의 모든 고장은 진동 분석 로터에서 비롯되거나 로터에 영향을 미치는 것으로, 이는 진단과 밸런싱 모두의 출발점임을 이해해야 합니다.
1. 정의: 로터란 무엇인가?
가장 넓은 의미에서 로터란 기계의 축을 중심으로 하나의 몸체처럼 회전하는 모든 것을 말합니다. 이는 단순히 축만을 의미하는 것이 아니라, 축과 여기에 키, 수축, 볼트, 또는 용접으로 결합된 모든 부품을 포함한 전체 회전 시스템과, 그 움직임을 제한하는 베어링 및 지지 구조물을 통칭하여 로터 베어링 시스템. 그 질량이 축 주위에 어떻게 분포되어 있는지, 그리고 샤프트가 작동 속도에 비해 얼마나 강성이 있는지가 로터의 동적 거동의 거의 전부를 좌우한다.
2. 기본 분류: 강성 로터 대 유연성 로터
로터 역학에서 가장 중요한 구분은 로터가 “강체”로 행동하는지, 아니면 “유연체”로 행동하는지 여부입니다. 이 분류는 ~ 아니다 재료의 강성이 아니라 기계의 작동 속도와 로터 사이의 관계에 기초하여 임계 속도 — 굽힘 고유 진동수. 동일한 강철 샤프트라도 작동 속도에 따라 어떤 기계에서는 강성을 띠고, 다른 기계에서는 유연성을 보일 수 있다.
강성 로터
로터는 고려됩니다 엄격한 작동 속도가 제1 굽힘 임계 속도의 훨씬 아래, 대개 제1 임계 속도의 약 70% 미만일 때입니다. 이러한 속도에서는 동적 하중이 가해져도 샤프트가 크게 굽어지지 않으며, 로터 전체를 하나의 단단한 질량으로 간주할 수 있습니다.
- 형질: 키가 더 작고 체격이 더 단단하며, 더 느린 속도로 달리는 경향이 있다.
- 밸런싱: 다음으로 완전히 수정할 수 있습니다 2면 동적 밸런싱 강체 역학의 원리에 따라.
- 예: 대부분의 표준 전기 모터, 저속 팬, 연삭 휠 및 많은 펌프 임펠러.
플렉시블 로터
로터는 유연한 구부러짐 임계 속도 중 하나 이상에 근접하거나, 그 속도에서, 또는 그 이상으로 작동하도록 설계된 경우입니다. 임계 속도에 가까워지면 샤프트가 크게 휘어지며 특유의 구부러진 형태를 띠게 되는데, 이는 모드 모양.
- 형질: 대개 몸집이 길고 가늘며, 빠른 속도로 달린다.
- 밸런싱: 2면 균형 조정만으로는 불충분합니다. 유연한 로터는 다중 평면법 축의 굽힘을 고려한 것으로, 다음을 포함하여 모달 밸런싱 (각 모드 형상을 개별적으로 보정) 또는 다중 속도 영향 계수 균형 맞추기.
- 예: 대형 증기 및 가스 터빈, 고속 압축기, 긴 구동축, 발전기 로터.
유연한 로터의 설계와 해석은 속도에 따라 동적 거동이 달라지기 때문에 훨씬 더 복잡합니다. 이러한 임계 속도가 어느 지점에 위치할지 예측하는 것 자체가 하나의 설계 과제이며; 회전체 임계 속도 계산기 샤프트 및 베어링 스팬 데이터를 바탕으로 첫 번째 굽힘 고유 진동수에 대한 초기 추정치를 신속하게 산출합니다.
3. 로터 어셈블리의 주요 구성 요소
로터는 단순한 샤프트가 아닙니다. 일반적인 조립품에는 다음이 포함될 수 있습니다.
- 샤프트: 토크를 전달하는 중심 부재.
- 임펠러, 블레이드 또는 베인: 펌프, 팬, 터빈 등에서 유체를 처리하는 부품들.
- 전자석 / 권선: 전동기나 발전기의 회전 부분.
- 저널: 내부에 장착된 광택이 매우 뛰어난 샤프트 부분 저널 베어링.
- 커플링: 로터를 인접한 기계에 연결하는 허브는 그 자체로 문제가 되는 원인이 되는데, 이는 결합 결함.
- 스러스트 칼라: 축 방향 하중을 으로 전달하는 부품 추력 베어링.
- 균형 링 또는 평면: 지정된 보정 평면 어디에 보정 무게 밸런싱 과정에서 추가됩니다.
4. 로터와 관련된 일반적인 문제
진동 분석은 로터 어셈블리에서 발생하는 다양한 결함을 감지하는 데 사용됩니다:
- 불균형: 축을 중심으로 한 질량 분포가 고르지 않아 발생하는 가장 흔한 문제입니다.
- 굽은 샤프트: 축에 생긴 물리적 굽힘이나 휘어짐.
- 샤프트 균열: 치명적인 파손으로 이어질 수 있는 피로 균열이 발생하고 있다.
- 정렬 불량: 비록 엄밀히 말해 로터 간의 문제이긴 하지만, 이는 로터 어셈블리 내부에 큰 응력을 가하게 된다.
- 로터-스테이터 마찰: 기계의 회전부와 고정부 사이의 접촉.
- 설사: 축에 장착된 임펠러와 같은 부품의 헐거운 장착 상태.
이들 대부분은 뚜렷한 주파수 특성으로 드러나는데, 1배속에서는 불균형, 2배속에서는 정렬 불량, 그리고 긴 고조파 열로 나타나는 느슨함 등이 이에 해당하며, 이를 통해 분석가는 기계를 분해하지 않고도 각 문제를 구분할 수 있다.
5. 현장에서 로터 균형 맞추기
로터 고장 중 단연 가장 흔한 불균형은 다음과 같은 방법으로 해결됩니다. 밸런싱: 질량 축이 기하학적 축 쪽으로 이동하도록 작은 질량을 추가하거나 제거하는 작업. 조립된 기계의 경우, 이는 밸런싱 기계가 아닌 현장에서 수행됩니다. 다음과 같은 휴대용 2채널 계측기 발란셋-1A 운전 속도에서 로터 자체 베어링의 1차 진동 진폭과 위상을 측정하고, 영향 계수를 산출하며, 각 보정 평면에 추가할 질량과 각도를 계산함으로써 — 밸런싱 기계로는 파악할 수 없는 조립 및 열적 영향을 포함하여 로터의 실제 작동 특성을 정확히 포착합니다.
