높은 진동 분석

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20293(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

고압 다단 원심 펌프는 현대 산업에서 널리 사용되고 있으며 낮은 진동과 소음이 요구됩니다. 본 연구에서는 원심펌프가 공진하지 않도록 유체력을 도입하여 7단 원심펌프의 로터 시스템에 대한 모달해석을 수행하였다. 0.8Qd, 1.0Qd, 1.2Qd 유량에 대한 특성을 조사하기 위해 진동 테스트 벤치를 구축하고 10개 측정 지점의 진동 데이터를 수집했습니다. 베어링의 진동 주기는 약 20ms로 나타났으며, 주기는 샤프트 주파수(SF) 및 블레이드 통과 주파수(BPF)와 관련이 있습니다. 펌프 케이싱의 진동은 주로 SF, SF의 2배, BPF의 2배에 의해 결정되었습니다. 기계적 운동은 펌프 진동의 주요 원인이며, 유체의 불안정한 운동도 중요한 원인입니다.

다단 원심 펌프는 고압 액체를 제공할 수 있고 농업 및 산업1,2,3에서 널리 사용되는 단일 스테이지 원심 펌프를 기반으로 하는 유체 운송을 위한 중요한 장비입니다. 현대 산업에서는 다단계 원심 펌프4,5,6의 진동에 대한 더 높은 요구 사항을 제시했습니다. 원심 펌프의 진동 문제는 작동의 안전과 안정성에 문제를 가져올 수밖에 없습니다7,8. 진동 분석은 다단 원심 펌프9,10의 상태 감지 및 결함 진단에 중요한 역할을 합니다. 다단 원심 펌프의 진동 문제는 주로 로터 시스템에 반영됩니다. 로터 속도가 임계 속도에 가까우면 공진을 일으키고 큰 피해를 줄 수도 있습니다11,12. 로터 시스템의 공진을 방지한다는 전제하에 다단 원심 펌프의 진동 특성을 연구하여 안전한 작동을 보장하는 것은 매우 중요합니다. 그러나 이 분야의 현재 연구는 대부분 단단 원심펌프에 초점을 맞추고 있으며, 다단 원심펌프에 대한 보고는 거의 없다.

모달해석은 모드형상, 고유진동수, 임계속도 등을 추출하여 원심펌프의 공진상태를 예측할 수 있으며, 이는 원심펌프의 진동특성을 분석하는데 효과적인 방법이다13. Sendilvelan et al.14은 다양한 두께의 원심펌프 임펠러에 대해 모드해석을 수행하고 임펠러의 고유진동수와 모드형상을 추출하였다. He et al.15은 서로 다른 지지 강성을 갖는 다단 원심 펌프 로터의 고유 진동과 임계 속도를 분석하여 첫 번째 및 두 번째 임계 속도가 지지 강성에 크게 영향을 받는다는 것을 발견했습니다. Tian et al.16은 지지 강성과 유체 작용이 다단 원심 펌프 로터의 임계 속도에 중요한 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. Ashri et al.17은 유한요소법을 이용하여 원심펌프 임펠러의 고유진동수와 모드형상을 연구한 결과 임펠러의 두께가 고유진동수에 큰 영향을 미친다는 사실을 발견하였다. Zhao et al.18은 유한요소법을 이용하여 고유진동수와 임계속도를 계산함으로써 대형 원심펌프 로터 시스템의 공진특성을 연구하였다. Ping19는 수치 시뮬레이션과 실험을 결합하여 원심 펌프의 단간 밀봉 간격이 임계 속도에 미치는 영향을 연구했습니다. 많은 요인이 원심 펌프 로터의 고유 진동수와 임계 속도에 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 유체력과 로터 시스템의 제약 조건을 고려해야 합니다.

점점 더 높아지는 원심 펌프의 작동 요구 사항에 적응하기 위해 많은 학자들이 원심 펌프의 진동 특성을 연구했습니다. Kato et al.20은 일방향 유체-구조 상호작용에 의해 다단 원심펌프의 진동을 분석하였고 진동이 주로 회전자와 고정자 사이의 상호작용에서 발생한다는 것을 발견하였다. Dai et al.21은 해양 원심 펌프에 대한 유체 여기 효과를 연구했으며 진동의 주요 주파수는 블레이드 통과 주파수라는 것을 발견했습니다. Jiang 등22은 유체-구조 결합 방법을 사용하여 5단 원심 펌프의 진동과 소음을 연구했습니다. Chen et al.23은 원심 펌프에 의해 발생하는 진동과 소음을 모델링하여 볼류트 진동 속도의 주요 주파수가 블레이드 통과 주파수임을 발견했습니다. Rao24는 원심 펌프의 볼류트 텅의 압력이 블레이드 통과 빈도에 크게 영향을 받는다는 것을 발견했습니다. Guo25는 유체-구조 상호 작용 방법을 사용하여 원심 펌프의 로터 진동 특성을 분석했으며 압력 맥동이 주기적인 변화를 보여주었습니다. 이들 학자들의 연구는 원심펌프의 주파수 특성을 연구할 수 있는 경험을 제공했지만, 측정 지점이 적고 위치별 주파수 특성 분석이 포괄적이지 않다는 연구 과정의 문제도 있었다.