2. 편심 로터

Eccentric Rotors

 

2.1 偏心의 定義 (Definition of Eccentricity)

 

편심이란 회전축으로부터 로터의 기하학적 중심까지의 거리이다. 즉 그림 10-3에서 편심 로터는 축 중심선이 로터 중심선과 일치하지 않고 있다. 이로 인해 더 무거운 쪽이 회전 중심선의 한쪽에 치우쳐 있고, 축이 불규칙한 Orbit으로 떨리게 된다. 이것은 본질적으로 불안정하며 진동 문제의 근원이 될 수 있다. 편심 상태는 때로는 Balancing할 수 있으나 변위 운동의 대부분은 그대로 남아 있다. 편심이 심한 경우는 만족스런 Balancing이 불가능한 경우도 있다. 특히 고속 회전기계의 편심을 최소화하는 것은 대단히 중요하다.

그림 10-3 편심 Rotor들

 

그림 10-4는 전형적인 편심 로터의 스펙트럼으로 이것은 두 로터의 중심쪽을 향하여 측정할 때 불평형처럼 1×RPM의 주파수가 탁월하다. 그림 10-3의 편심 Pulley를 가지는 Fan을 구동하는 전동기의 1×RPM 진폭은 특히 벨트 방향으로 측정할 때 Fan의 1×RPM 진폭보다 훨씬 낮다. 편심은 대단히 높은 방향성 부하를 야기시켜 1×RPM에서의 진동이 편심량에 따라 다르지만 다른 경우보다는 원주방향에서 대단히 높을 수 있다.

2.2 偏心 로터의 特性 (Characteristics of Eccentric Rotor)

(1) 편심 Pulley

최대진동은 벨트를 당기는 방향에서 또 편심 Pulley의 1×RPM 주파수에서 발생한다.

매순간 편심 Pulley의 위치가 변하므로 계속하여 벨트 당김력이 변화하게 되어 벨트가 전후로 움직이게 된다. 따라서 편심 Pulley를 Balancing으로 교정 한다해도 이 운동을 크게 조정할 수 없다.

그림 10-4 편심 Rotor의 Spectrum

(2) 편심 기어

최대 진동은 두개 기어의 중심선 방향에서 발생하고, 편심 기어의 1×RPM 주파수에서 발생하지만 불평형은 아니다. 1×RPM의 높은 진동을 가지는 기어에서 위상분석으로 그 원인이 불평형인지 또는 편심인지를 구별할 수 있다. 편심기어는 보다 높은 1×RPM 진동을 일으킬 뿐만 아니라 Gear Mesh 주파수와 그 조화파에서도 높은 진동을 일으킬 수 있다. 이 Gear Mesh 주파수 주변에 편심기어 회전속도 간격으로 측대파(Sideband)가 생길 수 있는데 이 경우 측대파의 진폭은 보통때 보다 크다. 때로는 이 측대파들이 편심기어의 2×RPM 간격으로 있는 경우도 있다.

(3) 편심 전동기 Rotor

편심 전동기는 Rotor와 Stator 사이에서 회전 가변 Air Gap이 발생하며, 이로 인해 2× 전력계통 주파수(7200 cpm)와 이와 가장 가까운 회전속도의 조화파 사이에서 진동을 일으킬 뿐만 아니라 2× 전력계통 주파수 주변에 Pole Pass 주파수(Fp = Pole 수량 × Slip Frequency)의 측대파를 발생케 한다. 즉 3580 rpm 전동기의 경우 이것은 2×RPM과 2× 전력계통 주파수 사이에 있고, 1780 rpm 기계의 경우는 4×RPM과 7200 cpm 사이에 있게 된다. 또한 편심 로터의 운동 그 자체는 Stator Pole과 로터 사이에서 자장의 변화를 일으켜 Stator와 Rotor사이에서 1×RPM 진동을 유발한다.

(4) 편심 펌프 임펠러(Impeller)

편심 펌프 임펠러는 회전하는 임펠러와 고정부인 디퓨져 베인 사이에서 불균일한 수력학적인 힘이 발생할 수 있다. 이로 인해 펌프 rpm에서 뿐만 아니라 수력학적인 불평형 때문에 베인 Pass 주파수와 그 조화파에서도 고진동을 일으킬 수 있다.

(5) 편심 로터를 Balancing하면 한쪽방향에서의 진동은 감소시킬 수 있으나 다른 원주방향에서는 증가하게 되는 경우가 있다.

(6) 편심 로터는 한쪽 원주방향에서의 진동을 상당히 높게 한다. 1×RPM에서 고진동의 원인이 편심에 의한 것인지 불평형과 같이 다른 진동원인에 의한 것인지를 검출하는데 유용한 도구로써 위상각 분석이 이용된다. 편심에 의한 힘은 상당히 방향적(불평형 문제가 우월한 경우는 수평 및 수직방향의 위상차가 90˚인데 이보다 더 큼)이기 때문에 수평 및 수직방향의 위상차는 대략 0˚ 또는 180˚ 차이를 가진다.

 

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