펌프 진동의 원인

펌프 진동의 원인은 무엇입니까? 펌프의 과도한 진동은 성능 저하, 유지 관리 비용 증가, 심지어 완전한 고장을 초래할 수 있습니다.

이 블로그 게시물에서는 펌프 진동에 영향을 미치는 주요 요인을 살펴보고 이러한 문제를 효과적으로 식별하고 해결할 수 있는 실용적인 통찰력을 제공할 것입니다.

펌프 진동의 기계적 원인

1. 로터 불균형

정적 및 동적 불균형

원심 펌프의 과도한 진동의 일반적인 원인인 로터 불균형은 정적 또는 동적으로 분류될 수 있습니다.

정적 불균형은 질량 중심이 회전축에서 오프셋되어 로터가 순 힘을 경험하게 될 때 발생합니다.

반면에 동적 불균형은 주 관성 축이 회전 축과 정렬되지 않아 순 커플이 발생하는 경우 발생합니다.

진동의 원인과 영향

재료의 불균일성, 제조 공차, 고르지 못한 마모 등의 요인이 로터 불균형의 원인이 됩니다.

불균형한 로터는 바람직하지 않은 진동을 발생시켜 베어링 부하 증가, 씰 수명 감소 및 잠재적인 구조적 손상을 초래합니다.

진동 주파수는 일반적으로 펌프 작동 속도와 일치하며 진폭은 불균형 정도에 비례합니다.

어떻게 고치는 지

로터 불균형의 영향을 완화하기 위해 다양한 밸런싱 기술이 사용됩니다. 단일 평면 밸런싱은 짧고 견고한 로터에 적합하고, 2평면 밸런싱은 길고 유연한 로터에 필요합니다.

2. 벤트 샤프트

구부러진 샤프트가 진동을 유발하는 방법

구부러진 샤프트는 회전 중에 로터가 흔들리는 기하학적 비대칭을 초래합니다. 이 흔들림은 샤프트 회전 주파수에서 진동을 생성하며 종종 고조파를 동반합니다.

진동의 정도는 샤프트 편향 정도와 로터의 작동 속도에 따라 달라집니다.

샤프트 런아웃을 감지하고 정량화하는 방법

직선에서 샤프트의 편차를 측정하는 샤프트 런아웃은 다이얼 표시기 또는 레이저 정렬 도구를 사용하여 감지할 수 있습니다. 이 장비는 다양한 위치에서 샤프트의 반경방향 변위를 측정하여 굽힘의 정도를 정량화할 수 있습니다.

샤프트 교정 및 교체 고려 사항

구부러진 샤프트가 식별되면 시정 조치를 취해야 합니다. 약간 구부러진 경우에는 냉간 또는 열 교정과 같은 샤프트 교정 기술을 사용할 수 있습니다.

그러나 구부러짐이 심하거나 샤프트를 여러 번 교정하려고 시도한 경우 안정적인 펌프 작동을 보장하고 관련 구성 요소의 추가 손상을 방지하기 위해 교체가 필요한 경우가 많습니다.

3. 임펠러 불균형

임펠러 불균형의 원인

임펠러 불균형은 침식, 부식, 오염 등 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있습니다.

침식은 펌핑된 유체의 연마 입자가 임펠러 재료를 고르지 않게 마모할 때 발생합니다.

임펠러와 펌핑된 유체 사이의 화학 반응으로 인해 발생하는 부식은 균일하지 않은 재료 손실을 초래할 수 있습니다.

임펠러 표면에 잔해물이 쌓이는 파울링(fouling)도 불균형의 원인이 됩니다.

진동 및 펌프 성능에 미치는 영향

불균형 임펠러는 펌프 작동 속도와 그 배수로 진동을 생성합니다. 이러한 진동으로 인해 과도한 베어링 마모, 씰 고장 및 커플링 손상이 발생할 수 있습니다.

또한 임펠러 불균형은 임펠러의 유압 성능이 손상됨에 따라 펌프 효율성 감소, 전력 소비 증가 및 유속 감소로 이어질 수 있습니다.

임펠러 균형 조정 및 트리밍 기술

임펠러 불균형을 해결하기 위해 현장 균형 조정 또는 임펠러 트리밍을 수행할 수 있습니다.

현장 균형 조정에는 임펠러가 펌프에 설치된 동안 특수 도구와 기술을 사용하여 임펠러에서 재료를 추가하거나 제거하는 작업이 포함됩니다.

반면 임펠러 트리밍에서는 균형을 회복하기 위해 임펠러를 제거하고 표면을 가공해야 합니다.

4. 베어링 문제

베어링 고장 유형 및 진동 특성

일반적인 고장 모드에는 내부 레이스 결함, 외부 레이스 결함, 볼 또는 롤러 결함, 케이지 결함이 포함됩니다.

이러한 결함은 베어링의 기하학적 구조 및 회전 속도와 관련된 특정 결함 주파수에서 진동을 생성합니다.

진동 스펙트럼을 분석하면 베어링 결함의 유형과 심각도를 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

베어링 고장의 원인

베어링 고장은 부적절한 윤활, 과부하, 정렬 불량 등 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있습니다.

윤활이 부족하면 마찰과 발열이 증가하여 마모가 가속화됩니다.

과도한 방사형 또는 축방향 힘으로 인한 과부하는 조기 피로 파손을 초래할 수 있습니다.

각도든 평행이든 잘못된 정렬은 베어링에 추가적인 응력을 유발하여 수명을 단축시킵니다.

베어링 유지보수 및 상태 모니터링 전략

적절한 윤활제와 양을 사용하여 정기적으로 윤활하면 마찰을 줄이고 열을 발산하는 데 도움이 됩니다.

진동 분석, 온도 모니터링, 오일 분석과 같은 상태 모니터링 기술은 베어링 상태에 대한 통찰력을 제공합니다.

5. 샤프트 정렬 불량

정렬 불량의 유형

축 정렬 불량은 각도형, 평행형, 결합형의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

각도 오정렬은 샤프트가 서로 비스듬할 때 발생하고, 평행 오정렬은 샤프트가 오프셋되었지만 평행을 유지하는 경우 발생합니다. 복합 오정렬은 각도 오정렬과 평행 오정렬이 모두 결합된 것으로 현장에서 가장 흔히 접할 수 있는 유형입니다.

진동 및 커플링 마모에 미치는 영향

잘못 정렬된 샤프트는 커플링에서 진동을 발생시키며, 주파수는 일반적으로 샤프트 회전 속도의 배수입니다.

이러한 진동으로 인해 커플링 부품의 마모가 가속화되어 조기 고장이 발생할 수 있습니다.

또한 정렬 불량으로 인해 베어링에 과도한 반경 방향 및 축 방향 하중이 유발되어 수명이 단축되고 치명적인 고장 위험이 높아질 수 있습니다.

정렬 기술 및 공차

샤프트 정렬 불량을 교정하기 위해 레이저 정렬, 역다이얼 표시기 방식, 필러 게이지 방식 등 다양한 정렬 기술이 사용됩니다.

레이저 정렬은 레이저 빔을 사용하여 샤프트의 상대적 위치를 측정하고 조정하는 가장 정확하고 효율적인 기술입니다.

펌프 진동의 유압적 원인

1. 캐비테이션

캐비테이션과 그 원인에 대한 설명

캐비테이션은 액체의 국부적인 압력이 증기압보다 낮아져 증기 기포가 형성될 때 발생하는 현상입니다. 원심 펌프에서 캐비테이션은 일반적으로 유체의 압력 강하가 급격한 임펠러 입구에서 발생합니다.

불충분한 순 포지티브 흡입 수두(NPSH), 높은 유체 온도, 제한된 흡입 라인과 같은 요인이 캐비테이션의 시작에 영향을 미칩니다.

진동, 소음 및 펌프 손상에 미치는 영향

캐비테이션은 펌프 성능과 수명에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 증기 기포가 붕괴되면서 고강도 충격파가 생성되어 진동과 소음 수준이 증가합니다. 캐비테이션 침식으로 알려진 이 과정은 임펠러, 볼류트 및 기타 펌프 구성 요소에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다.

캐비테이션은 또한 펌프 효율성을 감소시키고 확인하지 않은 채 방치할 경우 펌프의 완전한 고장을 초래할 수 있습니다.

NPSH 요구 사항 및 캐비테이션 방지 전략

캐비테이션을 방지하려면 사용 가능한 NPSH(NPSHA)가 항상 펌프 제조업체가 지정한 필수 NPSH(NPSHR)를 초과하는지 확인하는 것이 중요합니다.

이는 적절한 흡입 배관 크기, 흡입 라인 손실 최소화, 충분한 흡입 압력 유지 등 적절한 시스템 설계를 통해 달성할 수 있습니다.

최고 효율점(BEP) 근처에서 펌프를 작동하고 적절한 흡입 비속도(Nss)를 갖춘 펌프를 선택하는 것도 캐비테이션 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.

2. 흐름 맥동

흐름 맥동의 원인

원심 펌프의 흐름 맥동은 차단 헤드 근처에서 작동하거나 시스템 공진과 같은 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있습니다.

펌프가 차단 헤드 근처에서 작동하면 흐름이 불안정해지고 압력 변동과 맥동이 발생합니다.

시스템 공진은 맥동 주파수가 배관 시스템의 고유 주파수와 일치할 때 발생하여 진동을 증폭시키고 잠재적으로 심각한 손상을 일으킬 수 있습니다.

진동 및 시스템 안정성에 미치는 영향

흐름 맥동은 펌핑 시스템의 진동 수준과 전반적인 안정성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

진동하는 흐름은 펌프와 배관 구성 요소에 교번적인 힘을 유도하여 진동과 응력을 증가시킵니다.

극단적인 경우 흐름 맥동으로 인해 파이프 파열, 장비 손상 및 예상치 못한 가동 중단 시간이 발생할 수 있습니다.

특히 민감한 응용 분야에서는 공정 제어 및 제품 품질을 방해할 수도 있습니다.

맥동 감쇠 및 시스템 설계 고려 사항

흐름 맥동의 영향을 완화하기 위해 다양한 맥동 감쇠 기술을 사용할 수 있습니다.

여기에는 압력 변동을 흡수하기 위해 배출 라인에 블래더 또는 다이어프램 어큐뮬레이터와 같은 맥동 완충 장치를 설치하는 것이 포함됩니다. 파이프 지지대, 앵커 및 유연성에 주의를 기울여 적절한 배관을 설계하면 시스템 공진의 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

또한 차단 헤드에서 멀리 떨어진 곳에서 펌프를 작동하고 적절한 NPSH를 보장하면 흐름 불안정성을 최소화할 수 있습니다.

3. 오프 BEP 동작

최고 효율점(BEP) 및 펌프 성능 곡선

최고 효율점(BEP)은 원심 펌프가 최대 효율로 작동하는 유량입니다. 펌프 성능 곡선유량에 대한 수두, 출력 및 효율을 표시하는 는 펌프의 작동 특성에 대한 귀중한 정보를 제공합니다.

BEP 또는 그 근처에서 펌프를 작동하면 최적의 성능이 보장되고 에너지 소비가 최소화되며 기계적 문제의 위험이 줄어듭니다.

BEP를 벗어난 운영의 결과

BEP에서 크게 벗어난 펌프를 작동하면 진동 수준과 펌프 수명에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다.

BEP보다 낮은 유량에서는 펌프의 방사형 하중이 증가하여 샤프트 편향 및 베어링 마모가 증가합니다.

BEP보다 높은 유량에서는 펌프에 캐비테이션, 과도한 소음 및 진동이 발생할 수 있습니다.

BEP를 벗어나 장기간 작동하면 조기 베어링 고장, 씰 손상 및 임펠러 마모가 발생할 수 있습니다.

적절한 펌프 선택 및 시스템 설계의 중요성

유량, 수두, 유체 특성과 같은 요소를 고려하여 정상 작동 조건에서 BEP 근처에서 작동하도록 펌프를 선택해야 합니다.

시스템은 압력 손실을 최소화하고 안정적인 흐름 조건을 보장하도록 설계되어야 합니다.

펌프 성능과 진동 수준을 정기적으로 모니터링하면 BEP를 벗어난 작동을 감지하고 즉각적인 시정 조치를 취하는 데 도움이 됩니다.

결론적으로

펌프 진동은 캐비테이션, 정렬 불량, 불균형, 기계적 문제 등 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있습니다. 펌프 성능과 수명을 유지하려면 근본 원인을 식별하고 해결하는 것이 중요합니다.

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