1. 질량의 불평형

Mass Unbalance

 

1.1 不平衡의 形態 (Unbalance Types)

그림 10-1(A, B, C, D)과 같이 질량 중심선이 축의 기하학적 중심선과 일치하지 않을 때 불평형이 발생한다. 모든 회전체에서는 다소의 불평형이 존재하므로 중요한 것은 해당기계가 정격 회전속도에서의 불평형이 허용치 이내인가를 아는 것이다. 불평형 형태별 특성 및 허용잔류 불평형에 대해서는 Balancing 항에서 설명한다.

그림 10-1(A) Mid Span Static Unbalance 그림 10-1(B) Pair Static Unbalance

 

그림 10-1(C) Couple Unbalance 그림 10-1(D) Dynamic Unbalance

 

1.2 不平衡의 特性 (Unbalance Characteristics)

① 1×RPM에서 고진동이 항상 발생한다 (1×RPM 진동이라고 해서 항상 불평형 진동은 아니다).

② 1×RPM에서의 진폭은 통상 전체 진동의 80% 이상이다.

③ 진동의 진폭은 축의 기하학적 중심으로부터 질량 중심까지의 거리에 비례한다. 1차 임계속도 이하에서는 속도의 제곱에 비례한다.

④ 질량 불평형인 경우 모든 원주방향에서 회전력은 균일하며 방향은 계속하여 변화한다. 따라서 축과 베어링은 거의 진원 Orbit을 가지나 수직 기계의 베어링 강성은 통상 수평기계의 베어링 강성보다 높기 때문에 타원 Orbit을 가진다. 그 결과로 수평방향 진동은 수직방향 진동의 2~3배 높다. 수평 대 수직 진동비가 6 대 1 이상이면 통상 다른 문제점 특히 공진 문제가 있음을 나타낸다.

⑤ 불평형 진동이 다른 문제점보다 탁월할 때는 수평 및 수직방향에서 위상차는 90˚(±30˚)를 나타낸다. 이 위상차가 0˚ 또는 180˚ 부근이면 편심과 같은 문제점이 있는 경우이다.

⑥ 불평형이 심한 경우 수평 및 수직방향의 위상차가 90˚를 훨씬 초과하는 경우가 있는데 이때는 전․후 베어링에서 수평방향의 위상차는 수직방향의 위상차와 거의 같아야 한다. 즉 동일 베어링에서 수평 및 수직방향의 위상차를 비교하지 말고, 전후 베어링에서 수평방향의 위상차와 수직방향의 위상차를 비교한다 (그림 10-2 참조).

⑦ 불평형 진동이 탁월하면 원주방향의 진동은 축방향 진동보다 훨씬 높다 (Overhung Rotor인 경우는 제외).

⑧ 불평형 상태인 Rotor의 원주방향에서의 위상각은 거의 일정하고 재현성이 있다.

⑨ 불평형이 되면 때로는 공진에 의하여 진폭이 증폭된다.

⑩ 불평형은 기계 이완이 있는 경우 고진동을 일으킬 수 있다.

그림 10-2 Force(Static), Couple 및 Dynamic Unbalance를 나타내는 전형적인 위상측정

 

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