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2023년 10월 18일 수요일

BISOPE series 45 A Collection of Vibration Causes of Fluid Machines


BISOPE series 45- A Collection of Vibration Causes of Fluid Machines

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In rotating machines, vibration occurs due to centrifugal force due to mass imbalance and friction and impact between solids, but there is another source of vibration. It is self-excited vibration caused by friction between a solid and a fluid. This self-excited vibration is a type of nonlinear vibration that is difficult to predict and is accompanied by various causes and results. The root cause is that dynamic loads (mass and velocity) also exist in the fluid.

Representative fluid machines have a fan and a pump, and are classified according to whether the transported fluid is gas or liquid. Blower (more than 0.1kg/m²) and Compressor (more than 1kg/m²) are also called names.

Types of Fluid Vibration

 

Fluid vibration occurs in various ways, such as when the fluid is caused by an ideal balance of pressure, when irregular vibration is induced by the occurrence of turbulence, or when it is generated on the rear surface by friction with a solid.

The vibration time waveform shows irregularity, and the form of the spectrum has various expressions, such as when floor noise is large, when a frequency group is formed over a certain period (wide band), or when it appears as narrow-band discrete frequencies. The following table summarizes various phenomena of fluid vibration.

 

 

type of vibration

Causes and Symptoms


2021년 5월 28일 금요일

유체진동-5-칼만과 록인

 유체진동-5-칼만과 록인

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유체의 와류(Vortex shedding)에 대한 진동으로는 유속’V’의 유동장에 놓인 직경 ‘D’의 후방에서 발생하는 칼만와류가 있다이 현상은 매우 변화무쌍한 유동유체 물리현상이며 유체의 밀도와 점성계수와도 관련이 있다관군을 형성했을 때 매우 큰 진동과 파괴를 유발할 수 있으며 공진(록인현상)과도 매우 밀접하다유체의 유기활동에 민감한 교량파이프관군초고층건축물수력기기 등에 설계가 감안이 되어 있다.


Karman vortex & Lock in

이 칼만와류는 유동의 직각방향으로 양력변동을 일으켜 원기둥일 경우 유동과 직각방향으로 진동한다.

 


 

 

 

여기서 스트로할 수는 상수인데 와류의 발생은 레이놀즈수 ‘Re’와 관련이 있다이 상수는 안정한 와류원기둥일 경우 0.2의 상수이며 기둥의 형상에 따라서 변동이 있다.

 

칼만와류의 생성을 방지하려면 기둥 후부의 형상변경후류제어 표면유동교란방법이 있다대체로 유동직각방향의 진동현상이 주요하지만 유동방향의 진동도 문제가 있었다. (1995년 12월 몬주 원자로사고대칭와류에 의한 유동방향진동(In line진동). 또한 배관의 군(array)에 의한 진동현상도 복잡한 연구의 결과를 보이는데 병렬로 배치했을 때 엇갈려 배치했을 때의 결과 등에 의해 다양한 공명진동도 발생한다.

유동 속에 놓인 원기둥은 칼만와류 발생주파수로 진동할 때의 상태를 강제진동으로 본다면 이 때 지지부를 포함한 원기둥의 고유진동수와 가진주파수가 일치하면 공진(Resonance)이 발생한다이 때 다시 유속을 올려도 진동은 즉시 멈추지는 않고 유속을 많이 올려야 진동이 작아진다이처럼 와류 가진주파수가 시스템의 고유진동수에 가까워지면 공진하는데 일단 진동이 커지면 와류가진주파수와 관계없이 고유진동수 성분의 진동이 지속된다이를 잠김(Lock in)현상이라고 한다따라서 칼만와류에 의한 진동은 강제진동이며 또한 자려진동이기도 하다이때의 대책은 다음의 예를 들 수 있다.

 

-기둥에 나선형 고리를 부착(spoiler)

-사각기둥일 경우 모서리에 홈을 만들어 난류를 임의형성(와류생성방해)

-원기둥 후류에 유동분리판 설치(분기장치)

-기타 발생주파수를 와류주파수와 이격(공진회피)

 

키워드

유체진동자려진동, cavitation, surging, BPF, Recirculation, 캐비테이션공동현상난류유동와류진동

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2020년 10월 16일 금요일

유체기계에서 발생할 수 있는 진동의 원인과 현상

 유체기계의 진동 (유체기계에서 발생할 수 있는 진동의 원인과 현상)

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회전기계의 질량불평형과 고체와 고체간의 마찰과 충격에 의해 진동이 발생하지만 또 하나 진동의 발생원이 있다고체와 유체간의 마찰에 의해 발생하는 자려진동(Self-Excited)이 그 것이다이 자려진동은 비선형 진동의 일종으로서 예측이 어렵고 다양한 원인과 결과를 동반한다근본원인은 유체에도 동하중(질량과 속도)이 존재하기 때문이다.

대표적인 유체기계는 팬(Fan)과 펌프(Pump)가 있고 이송유체가 기체인가 또는 액체인가에 따라 구분되며 기체를 이송하는 유체기계에서도 압력에 따라서 Fan(송풍기; 0.1kg/m²이하), Blower(블로워; 0.1kg/m²이상), Compressor(압축기; 1kg/m²이상)로 구분하여 호명하기도 한다.



유체진동의 종류

유체진동은 유체가 압력의 이상균형상태로 인해서 발생되는 경우와 난류발생에 의해서 불규칙한 진동이 유발되는 경우 또는 고체와의 마찰에 의해서 후면에 발생되는 경우 등 다양하게 현상이 발생한다.

진동 시간파형은 불규칙을 나타내며스펙트럼의 형태는 Floor noise가 큰 형태 또는 일정구간(광대역)에 걸쳐 주파수 군이 형성된 경우또는 협대역인 이산주파수로 나타날 경우 등 표현도 다양하다다음의 표에서는 다양한 유체진동의 현상을 정리해 놓았다.

 

진동의 종류

원인 및 현상

BPF(Blade Pass Frequency)

-유체이송 날개에 이송된 유체와 유체기계의 Cut off부를 통과할 때 맥동파형이 발생  (날개수*회전수=주파수)

-이산주파수 (유체기계에서 반드시 발생함)

Cavitation

-흡입압력이 낮고 유량이 높을 때 발생,

-액체에서 기포가 형성되어 흐름을 저해진동을 유발기포파괴시 고체표면 진동발생대체로 300~2,000Hz대역광대역 주파수불규칙 충격성 시간파형.

-모래가 쓸리는 소음 발생.

Surging

-토출압력이 놓고유량이 낮을 때 발생

-PQ곡선에서 어긋나는 조건 사용으로 인해 맥동압이 발생

-양쪽 압축기에서 토출압을 하나로 모을 때 서로 압력이 달라서 충격을 주며 빠져나가는 현상.

Recirculation

-흡입압력이 높고유량이 낮을 때 발생

choking

-토출압 낮고유량이 낮을 때 발생

Water hammering

-갑작스런 유체이송의 차단시 유체질량의 동압이 고체에 가해지는 충격진동 , 0.1~10Hz

Turbulent

-유체가 층류구간을 벗어나 난류영역(곡관부유속마찰고속유체고체와의 마찰부 등)에서 발생하는 불규칙한 진동, 1xHz이하

Oil whirl

-축의 거동에 의해 유체(윤활유)가 휘돌리며 동반 운동하는 현상

-공진유발(Whip), 0.45x

Rotating Stall

-선회실속

-고속 회전에 의해 유체를 이송시 날개 후면에 기포가 발생하여 이송을 저해하고 강한 진동을 유발하는 현상.

Karman Vortex

-유체의 흐름을 저해하는 고체의 후면에 와류에 의해 일정주파수에서 고체가 공진하는 현상 (Fn=St*V/D)

 


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관련 Tag

유체진동유체기계의 진동, Karman Vortex, Surging, BPF(Blade Pass Frequency), Cavitation