5. 기계적인 이완

Mechanical Looseness

 

기계적인 이완의 형태는 다음과 같이 3가지로 구분할 수 있으며 이들 각각은 진동위상 특성과 특징적인 진동 스펙트럼을 가지고 있다. 기계적인 이완 그 자체는 진동의 원인이 아니다. 그러나 이완은 불평형, Misalignment, 편심, 베어링 문제 등이 존재하므로써 생기는 결과이다. 이완 문제가 있으면 다른 진동원의 자체 진동보다 더 큰 진동을 야기 시킨다. 따라서 기계적인 이완 문제부터 해결해야 한다.

 

5.1 構造物과 Base의 弛緩[1×RPM] (Structural Frame/Base Looseness)

이 형태의 이완은 다음과 같은 문제점을 내포하고 있다.

• 기계의 다리, Baseplate, Concrete Base의 구조적인 이완 및 취약

• 열악하거나 또는 손상된 Grouting

• Frame 또는 Base의 변형 (Soft Foot)

• Hold-Down 볼트의 이완

이런 형태의 이완문제는 거의 동일한 진동 스펙트럼을 가지고 있어 불평형이나 Misalignment로 잘못 진단되곤 한다. 따라서 진동 스펙트럼을 잘 관찰하고, 측정방향간의 상대적인 진폭을 비교하고, 불평형 등과 같은 현상과는 근본적으로 다른 위상특성을 면밀히 관찰하고 또한 다음에 열거한 다른 특성을 조사하는 것이 중요하다.

① 이 형태의 스펙트럼은 1×RPM의 높은 진동이 우월하고 불평형 또는 편심 로터와 동일한 현상을 가진다.

② 높은 진동상태가 하나의 로터에서만 제한적으로 발생하는 경우도 많이 있다.

③ 두 개의 다른 위상특성이 발생할 수 있다.

• 각각의 베어링 하우징에서 수직 및 수평방향 위상각을 비교해보면, 수평(또는 수직)방향의 값을 한쪽 또는 그 반대쪽에서 취하느냐에 따라 0˚ 또는 180˚ 위상차를 가지는 경우가 있다. 0˚ 또는 180˚ 위상차란 그 운동이 상하 또는 좌우로 행해지는가를 의미한다. 단지 불평형인 경우는 통상 수평 및 수직방향의 위상차는 대략 90˚(±30˚)이다.

• 앞서와 같은 위상특성(수평 및 수직방향의 0˚ 또는 180˚ 위상차)이 발생할 때 분석자는 측정을 베어링 하우징에서만 국한하지 말고 그림 10-12의 Machine Foot, Base Plate, Concrete Base 및 바닥주위도 측정해야 한다. 여기서 비교되는 진폭 및 위상값은 각 위치에서 1×RPM에서의 값이 상대적으로 동일하게 나타나야 한다. 만일 진폭 및 위상값 차이가 크면 이것은 상대적인 운동을 하고 있는 것이다. 큰 위상차가 있는 곳에 문제점이 있는 것이다. 예를 들면 그림 10-12에서 Base Plate와 Concrete Base간에 위상차는 다른 곳과 비교하여 거의 180˚의 위상차가 있음을 알 수 있다. 이것은 Base Plate와 Concrete간이나 또는 균열된 기초간의 Grouting의 원인으로 기계부품의 상대적 운동을 하게 하는 구조물의 이완 또는 취약함이 있음을 나타낸다. 만일 Machine Foot과 Base Plate간의 큰 위상차가 발생하면 Mounting Bolt의 이완, 볼트 나사부의 손상 및 부적절한 Shim Plate 삽입이 예상된다.

④ 그림 10-13은 기계 이완에 의한 높은 1×RPM 진동을 가지는 또 다른 사례이다. 펌프축에 평행한 볼트들이 축방향으로 작용하는 각 펌프 베어링 하우징에 설치되어 있다. 이 경우 이 볼트들이 이완되면 Misalignment 문제점과 거의 유사한 1×RPM에서 축방향의 높은 진동을 일으킨다. 그러나 이들 볼트들을 조임으로써도 진동은 크게 감소된다.

⑤ Soft Foot 또는 Piping Strain에 의한 변형은 마치 불평형인 경우처럼 높은 1×RPM 진동을 초래하는 또 다른 상황을 보여준다. 그러나 이 경우 위상각을 측정해 보면 불평형인 경우와는 달리 수평 및 수직방향의 위상차가 0˚ 또는 180˚(±30˚)를 나타낸다. 만일 이 문제점이 이완에 의한 것이라기 보다는 변형에 의한 것이라면 진폭 및 위상값은 Machine Foot, Base Plate 및 Concrete Base가 동일방향(동일위상)으로 크게 진동하는 것으로 나타난다. 그러나 Foot 볼트중 어느 한 곳에서만 진폭이 다른 3곳의 볼트에서보다 훨씬 높게 나타날 것이다. 이 Foot 볼트간의 큰 진폭차는 큰 진동치를 감소시키기 위해 반드시 교정해야 할 Soft Foot임을 암시한다. 실제로 고진동의 볼트를 약간 풀면 진동이 전보다 훨씬 낮아지는 것을 볼 수 있다.

그림 10-12 기계 이완을 찾기 위한 위상분석

 

그림 10-13 펌프 볼트 이완에 의한 영향

 

5.2 搖動運動 또는 龜裂된 構造物/베어링 Pedestal에 의한 弛緩
[Looseness due to Rocking Motion or Structure/Bearing Pedestal (2×RPM)]

2×RPM 이완 현상은 다음과 같은 문제점에서만 발생한다.

• 구조물 또는 베어링 Pedestal의 균열

• Support Leg 길이의 차이로 인한 요동운동

• 베어링 하우징 볼트의 이완

이와 같은 문제는 다음과 같은 특성을 가진다.

① 반경방향의 2×RPM에서의 진폭이 1×RPM 진폭의 50% 이상일 때 이런 문제가 제기된다.

② 진폭 및 위상은 다소 일정하지 않다.

③ 이와 같은 이완 현상은 불평형이나 Misalignment와 같은 어떤 가진력이 없는 한 통상적으로 발생하지 않는다. 이런 이완 현상이 있으면 Balancing이나 축 정렬 작업으로 진동을 크게 감소시키기 어렵다.

④ 이완 문제가 하우징 내에서 베어링의 이완이거나 축상의 부품의 이완이라면 충격이 가해지지 않는 한 진동은 1× 및 2×RPM에서 그대로 유지될 것이다. 충격이 가해지면 많은 조화파를 일으켜 시간 파형에서 비선형성을 가지게 된다.

 

5.3 하우징 내에서 베어링의 弛緩 또는 部品간의 不良組立
(Loose Bearing in Housing or Improper Fit between Component Parts)
[충격에 의해 비선형성에 의한 고주파 진동]

이와 같은 형태의 이완은 다음과 같은 문제점을 내포하고 있다.

• 하우징 내에서의 베어링 이완

• 과도한 베어링의 내부간극

• 베어링 Cap에서의 Liner 이완

• 로터의 이완

• 축에서 베어링 이완 및 회전

이와 같은 형태의 이완 문제는 다음과 같은 특성을 가지고 있다.

① 때로는 10×에서 20×RPM까지의 고주파 진동을 가진다. 이 고주파 진동은 충격의 결과이다. 이 충격은 시간 파형에서 비선형성을 일으킨다.

② 이 이완은 불평형과는 다른 방향성의 진동을 일으키는 경향이 있다. 이것은 통상 이완 문제가 있는 위치에서 가장 높은 진동을 갖는다. 예를 들면 최고진동은 수평 또는 수직방향에 있지 않고 이들 사이에 있다.

③ 고주파들의 진폭이 심각해지면 1/2×RPM들(0.5×, 1.5×, 2.5× 등) 또는 1/3×RPM들의 간격을 가진 주파수가 발생할 수 있다.

④ 분석자는 1/2×RPM들의 진폭이 1×RPM 및 그 조화파에 비하여 상당히 낮을 때도 주의를 기울여야 하며 1/2×RPM 간격으로 Peak가 전혀 없는가를 알아야 한다. 만일 1/2×RPM들의 Peak가 더욱 분명해지면 이완 문제(또는 Rub의 존재)가 더욱 심각해짐을 나타내는 것이다.

⑤ 1/2×RPM 진동은 통상 불평형과 Misalignment와 같은 다른 문제점들을 수반한다.

⑥ 이런 이완 형태에서의 위상은 통상 다소는 일정하지 않으나 진동 그 자체가 크게 방향적이면 수평 및 수직방향간이 0˚ 또는 180˚ 차이로 접근할 수 있다.

⑦ 펌프 임펠러의 이완과 같은 경우에는 위상이 기동시마다 변한다. 진폭은 주어진 회전수에서 일정하지만 이것도 기동시마다 변한다. 이와 같은 Rotor (Loose Rotor)는 Heavy Spot이 계속하여 방향이 변하므로 Balancing이 불가능하다.

 

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