1.2 불평형의 원인

Causes of Unbalance

 

불평형이 회전체 내에 존재할 수 있는 많은 이유들이 있는데 그중 가장 일반적인 원인에 대하여 간략하게 설명한다.

(1) Blow Hole

펌프 임펠러나 대형 활차와 같은 주조 회전체는 주조과정에서 발생하는 Blow Hole이나 Sand Trap이 생길 수 있다. 그림 3-2에서 육안 검사로는 검출할 수 없는 Blow Hole들이 재료내에 있어 이로 인하여 심한 불평형을 가지게 된다.

그림 3-2 Blow Hole, 편심 Hole, 가공불량 및 불균일한 부품으로 인해 큰 불평형을 일으킬 수 있다.

(2) 편심

편심은 회전부품의 기하학적 중심선이 회전 중심선과 일치하지 않을 때 존재한다. 회전체 자체는 완전히 원형이지만 어떤 이유로 회전 중심이 중심으로부터 벗어나 있다.

(3) Key 및 Keyway

불행하게도 회전체를 발란싱할때 Key를 설치함에 따른 조정 기준이 거의 없다. 전동기 제작자는 Full Key, Half Key 또는 전혀 Key없이 생산품을 발란싱 한다. 따라서 만일 Pulley 제작자가 Key없이 Pulley를 발란싱하고 전동기 제작자도 Key없이 전동기를 발란싱한다면 두 기계를 Key로 조립하였을 때 불평형이 생긴다. 마찬가지로 두 기계를 Full Key로써 발란싱하였다면 조립품은 역시 불평형 상태가 된다.

(4) 비틀림

비록 회전체가 정상으로 잘 Balance된 것 일지라도 비틀리거나 또는 초기의 Balance상태가 변화되도록 로터의 모양을 변화시키는 여러 가지 영향이 있다. 이러한 비틀림의 일반적인 원인은 응력제거 및 열변형 때문이다.

응력제거는 용접에 의하여 조립되는 로터에서는 가끔 문제가 되고 있다. 실제로 Pressing, Drawing, Bending, Extruding 등에 의하여 만들어지는 것은 원래 큰 내부응력을 갖게 된다. 만일 로터나 그 부분품을 제작중에 응력을 제거하지 않으면 장시간 경과후에는 로터가 변형되어 새로운 모양을 갖게 된다.

온도 변화와 함께 발생하는 비틀림을 열적 비틀림이라고 한다. 이것은 금속이 가열될때 인장되는 성질이다.

그런데 대부분의 로터는 미소한 결함 및 불의의 가열로 인하여 고르지 않게 팽창하여 비틀어진다. 이 열적 비틀림은 전동기, Fan, 블로워, Compressor, Expander, Turbine 등과 같이 높은 온도에서 운전하는 기계에서는 매우 흔히 있는 일이다. 로터가 냉각된 상태에서는 잘 Balance되었다 하더라도 정상적인 운전온도에서도 Balance가 맞아야 한다.

(5) 간극 공차

불평형 원인의 하나는 기계를 조립할 때 있을 법한 Stack-up 공차이다. 그림 3-3은 서로 다른 부품간의 공차가 얼만큼 불평형을 생기도록 하는가에 대한 전형적인 예이다. Pulley의 내경은 Shaft의 직경보다 반드시 크며 Key나 Set Screw가 사용될 때 간극이 조여짐으로써 Pulley의 Weight가 축회전 중심선의 한쪽으로 움직인다.

그림 3-3 공차도 불평형의 원인이 된다.

(6) 부식 및 마멸

특히 Fan, 블로워, Compressor 및 펌프 로터는 침식, 마손, 마멸하기 쉽다. 침식 또는 마멸이 일정하게 발생하지 않으면 불평형이 생긴다.

(7) 침전물 생성

로터상에 침전물(오물, 석회 등)이 불균일하게 생성되면 불평형이 된다. 이 불평형이 점증되어 이 침전물이 떨어져 나갈 때 상당한 문제가 야기될 수 있다.

비록 작은 침전물이 떨어져 나갈때라도 이것이 진동을 일으켜 더 큰 침전물이 떨어지도록 심각한 불평형 진동문제를 일으킬 수 있다.

모든 불평형의 벡터 합은 "Heavy Spot"이라고 하는 점에서 집중된 것이라고 생각한다. 그리하여 발란싱은 Heavy Spot의 양과 위치를 구하여 이 위치에서 같은 양의 Weight를 제거하거나 같은 양의 Weight를 정반대 방향에 부착하는 것이다.

(8) 비대칭 형상

많은 회전체들은 비대칭형으로 제작되는 경우가 있다. 예를 들면 단조물의 거친 표면, 주조시의 코어 이동, 크랭크축과 같은 비대칭형 부품 등이 있다.

(9) 수력 및 공기력학적 불평형

저유조로 향하는 윤활유 통로의 막힘, 케비테이션이나 난류도 때로는 불평형력을 일으킨다.

(10) 종합

이상의 모든 불평형의 원인들은 회전체내에 어느 정도는 존재한다. 그러나 모든 불평형은 벡터 합성으로 "Heavy Spot"이라고 칭하는 한 지점에 집중시킬 수 있다. 따라서 발란싱이란 이 Heavy Spot의 양과 위치를 구하여 동일한 중량을 제거하거나 이와 반대 위치에 동일한 중량을 추가하는 기술이다.

 

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