비틀림 진동

비틀림 진동 (Torsional Vibration)

비감쇠(Undamped) 감쇠(Damped), 토크 응답(Torque Response), 켐벨 선도(Campbell Diagram), 위험속도(Critical Speed), 스트레스(Stress)

이너턴스(INERTANCE)에서는 회전기계의 비틀림 진동 평가를 구동체(Driver), 피구동체(Driven Equipment), 커플링(Coupling)을 포함하여 수행하고 있다. 비틀림 해석 결과를 통해서, 회전기계 운전 시 잠재적으로 발생 가능한 토크 가진(Torque Excitation)과 축(Shaft)의 비틀림 진동이 발생하는 위치와 그 응답을 확인할 수 있게 한다. 비틀림 진동의 해석은 아래 내용을 포함하고 있다.

  • 비감쇠 분석 (Undamped)
  • 감쇠 분석 (Damped)
  • 정상 상태 운전 분석 (Steady State Analysis)
  • 과도 상태 운전 분석 (Transient Analysis)
  • 토크 응답 (Torque Response Analysis)
  • 스트레스 피로 검토 (Stress Analysis)
  • 고유 모드 형상 (Mode Shape)
  • S-N Curve
  • Modified Goodman Diagram Analysis
  • 비틀림 진동 가진원 분석 (Torque Excitation Source)
  • 변위(Displacement), 속도(Velocity), 토크(Torque) 등 비틀림 응답 검토
  • 켐벨 선도 분석 (Campbell Diagram Analysis)
  • 비틀림 고유진동수 (Torsional Natural Frequency)1
  • 비틀림 위험속도 (Torsional Critical Speed)

회전기계의 운전속도 영역과 비틀림 진동의 위험속도 영역이 중첩(Interference)될 경우, 비틀림 공진 발생(Torsional Resonance)에 대한 구동축의 스트레스를 평가해야 한다. 이너턴스(INERTANCE)에서는 회전기계의 비틀림 진동에 대해 미국 석유협회 API 규정에 따라 비틀림 진동을 수행하고 있다.

비틀림 위험속도 (Torsional Critical Speed)

아래 그림은 압축기 비틀림 진동 분석을 위한 원심 압축기와 터빈 모델링 현황과 고유 모드 형상을 표현하고 있다.

torsional

[압축기 비틀림 진동]

미국 석유협회 API 규정에 따라 아래 종류의 회전기계에 대한 비틀림 진동을 수행하고 있다.

  • API 610, Centrifugal Pump (원심 펌프)
  • API 612, Steam Turbine (스팀 터빈)
  • API 616, Gas Turbine (가스 터빈)
  • API 617, Centrifugal Compressor (원심 압축기)
  • API 618, Reciprocating Compressor (왕복동 압축기)
  • API 619, Screw Compressor (스크류 압축기)
  • API 672, Integrally Geared Compressor (패키지 공기 압축기)
  • 기타 회전기계 (Rotating Equipment)

켐벨 선도 분석

구동체(Driver)와 커플링(Coupling)을 포함하는 비틀림 진동 분석을 수행하여, 축의 비틀림 위험속도(Torsional Critical Speed)를 분석할 수 있다. 아래 그림은 회전속도 2배수의 비틀림 진동원과 2번째 비틀림 고유진동수(Torsional Natural Frequency)가 회전기계의 운전 속도 영역에서 중첩되는 켐벨 선도(Campbell Diagram) 분석 사례를 나타내고 있다.

[켐벨 선도 분석, Campbell Diagram]

비틀림 토크 응답 (Torsional Torque Response)

비틀림 진동원은 회전기계의 정상 상태(Steady State) 운전과 과도상태(Transient) 운전 시 발생한다. 이에 회전기계 운전 조건을 이해하여 토크 크기(Torque Magnitude)를 결정하고, 구동 축(Shaft)에서 나타나는 비틀림 응답(Torque Response)에 대해서 검토하게 된다.

비틀림 응답 분석

[비틀림 응답 분석, Torque Response]

스트레스 검토 (Torsional Stress)

비틀림 위험속도 분석 과정에서 운전 속도 영역에서 비틀림 공진(Torsional Resonance)이 예상될 경우, 아래 그림과 같이 비틀림 스트레스(Torsional Stress) 분석을 수행하게 된다. 비틀림 스트레스 분석은 Modified Goodman Diagram, S-N Curve, 커플링 강성 등의 방법으로 검토하게 된다.

torsional stress

[Goodman Diagram]

[S-N Curve]

핵심 키워드

  • 감쇠 & 비감쇠 (Damped and Undamped)
  • 비틀림 진동 (Torsional Vibration)
  • 토크 응답 (Torque Response)
  • 켐벨 선도 (Campbell Diagram)
  • 비틀림 고유진동수 (Torsional Natural Frequency)
  • 비틀림 위험속도 (Torsional Critical Speed)

유사 사업 영역

주식회사 이너턴스(INERTANCE)는 소음 진동 엔지니어링 업체로서 상기 언급된 비틀림 진동 안정성 (Torsional Vibration) 평가를 포함하여, 아래와 같은 유사 엔지니어링 업무 수행이 가능합니다. 문의 사항은 당사 이메일(mountain@inertance.com)로 연락주시면 성실히 업무 수행토록 하겠습니다.