2.1 진폭 대 주파수 데이터 비교

Comparisons of Amplitude Versus Frequency Data

 

가능성 있는 구조적 공진의 첫 번째 조짐중 하나는 진동의 커다란 방향적 특성이다. 모든 시스템은 각 위치(각도)마다 강성이 다른 다 자유도를 가지기 때문에 고유 즉 공진 주파수는 위치마다 다르게 된다. 그리고 2개 이상의 방향에서 같은 강성을 가져 같은 공진 주파수를 가질 가능성은 거의 없다. 따라서 구조적 공진이 가진될때 공진은 전형적으로 한 방향에서만 발생하게 되는데 이때 다른 방향의 진폭에 비하여 그 방향에서는 아주 높은 진동진폭을 가진다.

그림 9-7의 진동 분석은 약 1800 rpm(1×RPM)에서 운전하는 전동기 구동 Fan의 외측 베어링에서 취한 것이다. 1800 rpm에서 수평방향의 진동진폭은 수직 또는 축방향의 값보다 거의 8배나 높음에 주의하라. 이 경우 수직 또는 축방향 진폭에 비하여 수평방향의 진폭이 극히 높은 것은 외측 Fan 베어링 Pedestal이 수평방향으로 공진하고 있으며 1800 cpm에서 Fan의 불평형에 의해 가진되고 있음을 강력히 시사하고 있다.

물론 구조적 진동은 어느 방향으로도 발생할 수 있으며 어떤 내재된 가진 주파수도 공진 문제를 여기 시킬 수 있다. 3600 rpm으로 운전하는 원심 펌프가 있는데 내측 베어링에서의 진폭이 7×RPM 약 25,200 cpm의 주파수에서 수직방향으로 상당히 높게 나타났다. 또 수직방향의 진동진폭이 수평 또는 축 방향의 진동진폭 보다 5~6배 높은 것으로 보아 공진 문제임을 암시하고 있다. Bump Test를 한 결과 베어링 지지대의 수직방향의 고유 진동수가 실제로 25,200 cpm, 즉 7×RPM 이었다. 이 경우 가진력은 펌프의 7-베인 임펠러에 의해 발생한 내재된 수력학적 진동이었다.

그림 9-7 수평과 수직 및 축방향 진동진폭간의 아주 높은 비율은 수평방향의 공진을 강력히 암시하고 있다.

 

기계가 큰 방향적 진동 특성을 나타나게 하는 공진 이외에도 다른 문제점들이 있다. 이완, Case 변형, 왕복동력 및 편심과 같은 문제점들도 큰 방향적 진동을 일으킬 수 있다. 그러나 큰 방향적 진동이 검출될 때마다 공진일 가능성이 매우 높으며 통상 다음절에서 언급한 진단시험을 1회 이상 시행함으로서 확인될 수 있다.

비록 구조적 공진이 전형적으로 큰 방향적 진동 특성을 나타낸다 하더라도 로터의 임계상태가 가진될때마다 지지 베어링에서 이로 인한 진동이 사실상 큰 방향적이지 않을 수 있다. 그러나 베어링에서 수평, 수직 및 축뱡향 진동을 주의 깊게 비교해 보면 로터의 임계상태를 암시하는 어떤 증상을 알 수 있다. 예를 들면 제1차 로터 임계속도에서 운전하고 있는 그림 9-8의 로터를 생각해 보자. 1차 임계속도에서 로터는 그림에서 보여주는 바와 같이 휠 것이다. 그 결과는 정적 불평형 상태와 동등하며 양쪽 지지 베어링에서 반경방향의 위상 측정치를 비교하면 그림에서와 같이 베어링은 함께 즉 동상으로 진동하고 있음을 볼 수 있다. 또한 로터가 1차 임계속도에서 휘고 있기 때문에 두개 지지 베어링에서 축방향으로 상당히 높은 진동치를 나타낼 것이다. 축 방향의 위상 측정치를 비교하면 베어링은 축 방향으로 거의 180˚ 역상으로 진동하고 있음을 볼 수 있다. 물론 이러한 증상이 있다 해서 로터가 1차 임계속도에서 운전하고 있다고 결론지을 일이 아니다. 로터가 단순히 물리적으로 휜 상태일 수도 있다. 그러나 이 증상은 가능성을 확인하기 위해서 다음절에서 언급하는 바와 같이 다른 시험을 수행해야 함을 보여준다.

그림 9-8 제 1차 임계속도에서 운전하고 있는 로터는 정적 불평형과 휜 축의 증상을 나타내도록 휠 것이다.

 

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