6.6 매달린 축의 발란싱

Overhung Rotor Balancing

 

그림 3-43에서 보는 바와 같이 Overhung Rotor는 2개의 지지 베어링 바깥쪽에 Fan Wheel을 가진 형태의 기계이다. 이와 같은 모습은 Fan 및 펌프 등과 같은 기계에서 종종 볼 수 있다. 이들 로터는 발란싱해야할 면이 지지 베어링 바깥쪽에 위치하기 때문에 표준의 1면 및 2면 발란싱 방법으로는 교정되지 않는 경우가 종종 있다. 다시 말하면 불평형 교정면이 지지 베어링 밖에 있기 때문에 비록 Static Unbalance만 있다 하더라도 로터 무게중심에서 교정면까지의 거리에 비례하는 Couple Unbalance가 생긴다. 그러므로 Overhung Rotor를 발란싱할 때 분석가들은 Static 및 Couple Unbalance Force 두 가지 모두 고려해야 한다.

Overhung Rotor를 발란싱할 때 다음과 같은 두 가지 절차중의 하나를 선택해야 한다.

(1) 전형적인 1면 Static-Couple Method에 의한 Overhung Rotor의 발란싱

그림 3-43은 Overhung Rotor 발란싱 방법을 설명하는데 도움을 준다. 전형적으로 베어링 A는 Static Unbalance에 아주 민감한 반면, 교정된 Fan Wheel로 부터 멀리 떨어진 베어링 B는 Couple Unbalance에 아주 민감하다. 교정면 ①은 로터의 중심(CG)에 가깝기 때문에 Static 교정은 베어링 A에서의 응답을 측정한 후 교정면 ①에서 행해져야 한다. 반대로 교정면 ②에서 Couple 교정을 할 때에는 B 베어링에서 측정이 이루어져야 한다. 그러나 교정면 ②에 Trial Weight를 달면 베어링 A에서 얻은 Static Balance가 흐트러질 것이다. 따라서, 베어링 A에서의 Static Balance를 유지하기 위하여 Couple 형태로 Trial Weight를 사용하여야 한다.

따라서 1면 발란싱 Software를 이용하여 Data Collector를 사용하거나 로터 길이와 직경의 비(L/D)가 대략 0.5이하인 많은 Overhung Rotor에는 Single-Plane Graphic 기술을 사용한다 (여기서 L은 교정 Weight가 취부된 회전부분의 길이이며, D는 이 회전부분의 직경이다).

그림 3-43 Overhung Rotor 발란싱용 계측장비 설치

 

Overhung Rotor에 대한 전형적인 Single-Plane 발란싱 기술을 설명하면 아래와 같다.

① Data Collector와 Spectrum Analyzer Instruments를 설치한다.

2면 절차를 보여주는 그림 3-43에서 언급한 바와 같이 Data Collector, Photo- Tach, 가속도계 등이 설치되어야 한다. 분석자는 Strobe Light를 사용하는 Swept-Filter 분석기를 사용하거나, 위상 측정을 위해 Photo-Tach를 동작시키는 스펙트럼 분석기를 사용한다.

② 초기 측정치를 구한다.

어떤 Trial Weight를 부착하기 전에 1×RPM의 진폭, 주파수, 위상의 초기치를 측정한다. 내 외측 베어링의 수직 및 수평 방향 진동을 측정한다. 반경 방향의 측정치가 제일 큰 교정면을 먼저 발란싱 한다 (불평형 교정후 진폭이 허용치 내에 있는가 확인하기 위하여 다른 반경 방향의 진동치도 측정되어야 한다).

③ 주된 문제가 Static 또는 Couple Unbalance인가를 결정한다.

양 베어링의 수평방향에서 측정된 진폭과 위상치를 살펴보고, 주된 문제가 Static 또는 Couple Unbalance인가를 결정한다. 만약 내 외측 베어링간의 위상차가 수직및 수평 방향에서 거의 140°이상이라면 Couple Unbalance가 우세하다. 반면에 이들 위상차들이 어느 곳에서든지 대략 0°~40°라면 Static Unbalance가 우세하다. 물론 대략 40°에서 140°까지 범위의 위상차는 Static 및 Couple의 조합인 Dynamic Balance 문제이다. 그러나 만약 문제가 주로 Couple Unbalance로 나타나면 아래에 언급된 Couple Unbalance 절차를 사용한다. 그러나 만약 문제가 현저하게 Static 또는 Dynamic Unbalance로 나타나면 Static Balancing 절차를 사용한다. 왜냐하면 지금 우리는 문제가 주로 Static이라고 가정하고 있기 때문이다.

④ 1면 Static Balancing을 한다.

그림 3-43를 참조하여 A베어링 위에서 1면 발란싱 기술을 사용하여 측정 데이터를 얻고, 교정면 ⓛ에 Trial 및 교정 Weight를 취부한다.

⑤ 교정결과 진동 진폭이 요구되는 기준에 일치하는지를 확인한다.

교정면 ⓛ에서 Single-Static Balancing을 한후 내 외측 베어링에서 각 방향(Axial 포함)의 진동측정을 반복하고 진폭이 허용기준에 일치하는지를 확인한다.

⑥ 만약 상당한 Couple Unbalance가 남아 있다면, 베어링 B로 부터 1면 발란싱을 계속한다.

Overhung Rotor는 종종 큰 Cross-Effect를 가지므로써 교정면 ⓛ에서의 1면 발란싱이 종종 B 베어링에서 높은 진동을 일으킨다. 그러므로 분석가는 이번에는 발란싱해야할 부분으로부터 멀리 떨어진 B 베어링으로부터 측정을 하여 또 다른 1면 발란싱을 시행한다. 1면 교정 Weight 해답을 구하여 교정면 ②에 이 Weight를 취부한다. 그리고 나서 교정면 ②에 Weight 위치로부터 약 180° 떨어진 교정면 ①위에 똑같은 크기의 교정 Weight를 취부한다.

⑦ 진폭이 모든 허용 기준치에 일치하는가를 확인한다.

Single-Plane Couple 교정을 한후 분석가는 각 베어링 위에서 수평, 수직, 축 방향 진동을 다시 측정해야 하며, 현재의 모든 진폭이 허용 기준치에 일치하는가를 확인한다.

⑧ 각 베어링의 3 방향에서 허용 기준에 만족하지 않으면 아래에 언급된 2면 발란싱 절차를 행한다.

특히 L/D비가 0.5보다 크거나 발란싱되어야할 기계가 가까운 베어링으로부터 너무 멀리 떨어져 위치한다면 가끔 이 1면 발란싱 방법은 각 베어링에서의 진폭을 세 방향 모두에서 허용 기준치 이내로 성공적으로 줄일 수가 없다. 이러한 경우, 아래에 언급된 2면 발란싱 기술을 사용해야 할 것이다.

(2) 전형적인 2면 Static-Couple Method에 의한 Overhung Rotor 발란싱

Overhung Rotor에서는 큰 Cross Effect가 자주 나타나기 때문에 1면 발란싱 기술을 사용하는 것보다 2면 발란싱 교정기술이 더 성공적이다. 그러나 2면 발란싱 방법에서는 베어링 또는 교정면의 위치 즉 전후좌우를 확실히 하여 혼동을 피하여야 한다.

대부분의 Overhung Rotor는 Static Unbalance에 대단히 예민하므로 이 Static /Couple 성분의 해답이 얻어진 후 Static 교정 Weight를 취부한다. Trim Balancing후 만약 Couple Unbalance가 상당히 남아 있다면 아래 절차에 따라 교정한다.

① 그림 3-43에서와 같이 2면 발란싱 방법을 수행할 수 있도록 계기를 설치한다.

여기서도 Data Collector, Swept-Filter Analyzer 또는 Real-Time Analyzer를 가지고 같은 절차로 시행할 수 있다. 그러나 만약 Swept-Filter 또는 Real Time Analyzer를 사용한다면 분석가는 Static/Couple 해답을 제공할 수 있는 Two Plane Calculator Program을 가져야 한다.

② 양 베어링에서 초기 진동 측정치를 취한다.

여기서도 내 외측 베어링에서 수평, 수직, 축 방향의 1×RPM 진폭, 주파수, 위상이 측정되어야 한다.

③ 2면 발란싱 절차를 마친 후 교정 Weight를 취부하지 말 것.

2면 발란싱 절차를 사용해야 하지만 최종 교정 Weight를 취부하지 않는다. 각 교정면에 대한 Trial Weight 크기와 위치가 계산되었을 때 분석가는 Static/Couple 해답을 구하여 처음에는 Static 교정만 한다. 예를 들면 만약 Static 해답이 교정면 ①에 100 gr이 필요하고, Couple 해답이 교정면 ① 및 ②의 서로 반대면 180°에 200 gr이 필요하다면, Static 교정만 한다.

④ 진폭이 허용기준에 일치하는지를 확인한다.

교정면 ①에 Static 교정을 한 후 각 베어링에서의 세 방향 모두의 진폭이 허용기준치 이내에 있는지 본다. 만약 만족하지 않으면 다시 Trim Balance를 한다. 2면 발란싱 교정이 결정되면 Static 및 Couple 해답을 보고, 한번 더 Static 교정만 한다. 이때 대부분의 문제들이 해결된다. 만약 상당한 크기의 Couple Unbalance가 여전히 남아 있으면, Static 및 Couple 해답을 보고 한번 더 2면 발란싱을 절차를 행한다. 이번에는 Static 교정이 아니라 Couple 교정을 한다.

⑤ 진폭이 허용기준치에 일치하는지를 확인한다.

두번의 Static 교정 시도 및 한번의 Couple 교정 시도후 내 외측 베어링에서 수평, 수직, 축 방향의 진폭이 허용기준치 이내에 있는가를 비교 검토한다.

 

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