4. 제지기 롤 공진 검출

Detection of Resonant Whirl on Paper Machine Rolls

 

4.1 背景 (Background)

4호기 건조기의 현장 발란싱이 가능한가를 평가하기 위하여 8월 24일에는 Stretch Roll에서 8월 26일에는 Breaker Stack Lead-in Roll에서 진동 측정을 하였다.

 

4.2 結論 (Conclusions)

(1) 4호기 건조기의 Stretch Roll

3호기 및 4호기 전조기의 Stretch Roll의 진동측정을 지지구조물 위에서 실시하였다. 정숙하게 운전중이던 3호기 건조기의 Stretch Roll은 4호기 Roll을 평가하기 위한 기준으로 사용되었다. 그림 6-22는 직접 비교를 하기 위해 동일한 Full Scale (0.274 in/sec)을 사용하여 3호기(우 그림)와 4호기(좌 그림) Stretch Roll의 진동 스펙트럼을 비교하고 있다. 4호기 Roll 진동은 3호기보다 약 32배이었다. 베어링에서의 진동값은 지지구조물에서 측정한 그림 6-22에 나타난 값보다 훨씬 높았다. 4호기 Stretch Roll의 대단한 고진동은 수직방향으로 측정한 그림 6-23의 배수 운전속도 조화파들이 나타난 것으로 보아 기계적인 이완 현상에 기인한 것 같았다.

그림 6-22 4호기(좌측)와 3호기(우측) 건조기의 Stretch Roll의 진동 스펙트럼 비교

그림 6-23 4호기 Stretch Roll의 진동 스펙트럼

4호기 Roll의 고진동은 Whirl에 의한 것으로 결론 지었다. 즉 공진상태(Roll의 속도가 Roll의 고유진동수와 같다)에서의 운전으로 인한 휨(처짐)이다. 이러한 Roll을 발란싱 하기 위해서는 그림 6-24에서 보는 바와 같이 휨이 발생한 반대쪽에 2개의 Couple Weight를 달아야 한다. 이러한 관점에서 Roll을 현장 발란싱으로 교정하는 것보다 교체할 것을 추천하였다.

그림 6-24 Stretch Roll의 휨 교정 방법 

과거에 Roll Shell로부터 얼마간의 재료를 제거하였기 때문에 이로 인해 3호기 Roll보다 고유진동수가 낮은 것 같다. 이것이 같은 속도로 운전하고 있는 3호기 Roll의 Whirling하고 있지 않은 이유를 설명하는 것이다.

Weight W1과 W2는 Whirl을 제거하기 위하여 위치 M1과 M2에 대하여 Couple 상태를 이룬다. 이 해결책이 Whirl을 제거하기 위한 최선방안이다. 여기서 Whirl 이란 응력의 반전이 없는 휨으로 정의한다. 즉 Roll의 임계속도는 운전속도와 같다. Whip은 운전속도 이외의 주파수에서 공진 상태이며 다른 해결책이 요구된다.

(2) 4호기 Breaker Stack-In Roll

8월 26일 기계정지 과정중에 Breaker Stack Lead-In Roll에서 진동을 측정하였다. 기술지원팀이 0에서 504 rpm까지 Roll 진동을 조사했고, 이것과 질량불평형(U=mr2)에 의해서만 발생한 것과 비교하였다. 그림 6-25는 승속중에 얻은 최대진동 추세이다. 그림 6-25에서 주목할 만한 중요한 사항은 약 500 rpm에서 갑작스런 진동상승이며, 이것은 Roll이 이미 Whirl 상태로 들어간 것을 의미한다. 그림 6-26은 계산한 불평형 곡선을 나타내는 동일한 진동 추세를 확대한 것으로 점선은 165 rpm에서 0.147 in/sec의 진동진폭을 기준한 것이다. 실제 진동 추이와 불평형 곡선을 비교해보면 500 rpm에서 Whirl의 시작과 운전속도 범위에 걸쳐 공진 증폭점이 몇 개 있음을 알 수 있다. 이러한 증폭점들은 구조적인 공진에 의해 원인이 되며 Roll이 발란싱이 잘되어 있을 때는 크게 감소한다. 만일 현재 진동치가 오랫동안 지속된다면 Frame에 구조적 손상이 발생할 것이다.

그림 6-25 승속중 Breaker Stack-In Roll의 진동 스펙트럼

그림 6-26 계산된 불평형 곡선을 나타낸 그림 6-25의 확대도

다음 식과 표 6-1은 그림 6-26의 불평형 곡선을 만드는데 사용되었다.

U=mr2

mr=U/2 = 0.147/0.1652=5.399

표 6-1 

RPM

mr2

TRACE VALUE

165
207
275
324
384
417
504

.147
.231
.408
.567
.796
.939
1.370

.147
.296
.571
.922
1.140
1.630
2.580

 

540 rpm에서 순수한 Roll 불평형과는 많은 거리가 있음에 유의하라. 이것은 공진 진폭의 증폭이 있음을 강력히 시사한다. 이 문제점의 해결은 그림 6-24에서 나타낸 발란싱 절차가 요구된다.

 

4.3 勸告事項 (Recommendations)

4호기 건조기의 Stretch Roll과 Breaker Stack Lead-In Roll은 운전속도에서 Roll 공진에 의한 Whirl 상태이었다. 두 개의 Roll 모두 현장 발란싱을 시도하는 것보다 교체할 것을 권고하였다.

 

TRAC Mark INCOSYS