KR20070037667A

KR20070037667A - 회전기의 동특성 분석용 시뮬레이션 장치

Info

Publication number: KR20070037667A
Application number: KR1020050092704A
Authority: KR
Inventors: 이한택
Original assignee: 이한택
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2007-04-06

Abstract

본 발명은 회전기기의 이상 동특성의 원인과 운전 결과를 분석하기 위한 시뮬레이션 장치에 대한 것이다.

개시된 장치는 각 구성부를 이동 취부 가능하게 하고 보호하기 위한 덮개를 장착한 기초부와, 그 기초부 위에 설치되어 있으며 회전 속도와 토크를 제어하는 양 방향의 구동축이 설치된 구동부와, 구동축을 중심으로 회전하는 회전부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 회전축의 축 중심 어긋나기 현상의 시뮬레이션을 위하여, 회전축 중심의 위치를 수평 방향과 수직 방향으로 양방향 동시 이동 조절 가능하게 하는 제1 베어링 부와 제2 베어링 부로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전기의 동특성 분석용 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명 장치를 통하여, 산업 현장의 다양한 회전 기계의 이상 진동 및 회전 운동 특성을, 사전에 원인과 결과를 시뮬레이션(simulation) 함으로서, 회전체의 이상 진단 기술을 습득하는데 도움을 주는 것은 물론, 현장 설비 진단 시 위험성을 줄이고, 결함 원인을 신속하고 정확하게 분석 할 수 있다.

회전기계, 진동 분석, 발란싱, 얼라인먼트

Description

회전기의 동특성 분석용 시뮬레이션 장치{Dynamic Analysis Simulator For Rotary Machines}

제1도는 본 발명 장치의 정면도

제2도는 본 발명 장치의 평면도

제3도는 본 발명 장치의 측면도와 제3베어링부

제4도는 제 1 베어링부의 상세 단면도

제5도는 제 2 베어링부의 상세 단면도

제6도는 편심 유도용 회전 원판의 상세도

제7도는 기어부의 측단면도

제8도는 기어부의 정면도

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

100 : 기초부

100-a : 투명재질의 보호용 덮개

111 : 구동용 모터

112 : 111의 컨트롤러

120 : 제1베어링부의 구조물

121 : 제1베어링부의 베어링

122 : 제1베어링부의 랙 기어 (rack gear)

123 : 제1베어링부의 웜 (worm)

124-a : 제1베어링부의 우측 수평 이동 가이드

124-b : 제1베어링부의 좌측 수평 이동 가이드

125 : 제1베어링부의 회전 다이얼 게이지

126 : 제1베어링부의 기초 취부대

127-a : 제1베어링부의 우측 커플링

127-b : 제1베어링부의 좌측 커플링

130 : 제2베어링부의 구조물

131 : 제2베어링부의 베어링

132 : 제2베어링부의 랙 기어 (rack gear)

133 : 제2베어링부의 웜 (worm)

134-a : 제2베어링부의 우측 수직 이동 가이드

134-b : 제2베어링부의 좌측 수직 이동 가이드

135 : 제2베어링부의 회전 다이얼 게이지

136 : 제2베어링부의 기초 취부대

137-a : 제2베어링부의 우측 커플링

137-b : 제2베어링부의 좌측 커플링

140 : 제1 편심(eccentric) 유도용 회전 원판

140-a : 무게 시험편용 볼트와 너트의 설치를 위한 홀

150 : 제2 편심(eccentric) 유도용 회전 원판

160 : 제3베어링부의 구조물

161 : 제3베어링부의 베어링

162 : 제1 벨트 연결용 휠

163 : 제2 벨트 연결용 휠

164 : 벨트

165 : 기어 박스

170 : 회전축

702 : 기어부의 평형 기어

703 : 기어부의 웜

본 발명은 회전기기의 회전 운동의 특성을 분석하기 위한 시뮬레이션 장치에 대한 것이다.

현대 산업 설비 및 기기의 상당수가 회전기와 그 동력 전달계로 구성되어 있는 바와 같이, 실제 산업 현장에서 회전 기기의 특성에 대한 진단 기술의 필요성과 사용 빈도는 매우 높다.

자동차와 같은 경공업 분야에서는 제품의 성능과 품질에 직접적인 영향을 미치며, 발전이나 제철 중공업 분야에서처럼, 대형 터빈 및 펌프 등과 같은 대형 설비의 경우는 그 위험성 및 중요성으로 인해, 숙련된 기술자에 의한 신속한 문제 해결을 필요로 한다.

한편, 회전 운동에 수반되는 이상 진동 및 이상 소음은 회전기와 그 동력 전달계의 조립 이상, 커플링 및 베어링 이상, 기어 이상, 축심 어긋나기 현상, 편심 현상, 마모 현상 등과 같은 여러 가지 복합적인 원인에 기인한다. 이러한 회전기의 이상 진동은 제품의 성능을 저하시키고, 전체 설비의 피로도를 증가시켜 내구성을 감소시키고, 설비 운전의 위험성를 증가 시킨다.

그러나, 회전 운동의 이상 동특성은 기계나 설비가 운전 시 복합적인 원인에 의해 나타나는 이상 현상으로, 그 원인을 규명하기 어려울뿐더러, 그 진단 기술을 습득하기에도 많은 시간과 노력이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 발명된 것으로서, 그 첫 번째 목적은 회전 운동에 수반되는 이상 진동 및 이상 소음을 야기하는 원인을 의도적으로 부여하여, 원인과 결과를 비교, 분석 할 수 있는 회전기의 동특성 분석용 시뮬레이션 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 두 번째 목적은, 상기 이상 진동 및 이상 소음을 야기하는 원인을 부여하는데 있어서, 객관적이고 정량적인 방법에 의해 원인을 부여하고, 그 원인을 조절 할 수 있으며, 서로 다른 원인을 복합적으로 부여할 수 있는 회전기의 동특성 분석용 시뮬레이션 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 세 번째 목적은, 동일 장치를 사용하여 다양한 분야의 여러 가지 원인에 대한 실험이 가능하고, 그 내용을 반복 학습함으로서 회전 기기의 진단 기술을 쉽게 습득 할 수 있는 회전기의 동특성 분석용 시뮬레이션 장치를 제공하는 데 있다. 상기의 여러 가지 원인은 다음과 같다.

첫째, 축 중심 어긋나기 현상

둘째, 축 무게 편심, 양면 무게 편심 등의 편심 현상

셋째, 동력 전달용 벨트의 텐션에 기인한 진동 현상

넷째, 기어 물림 이상 및 기어 마모 등에 기인한 진동 및 소음 현상

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 각 구성부를 이동 취부 가능하게 하고 보호하기 위한 덮개(100-a)를 장착한 기초부(100)와, 그 기초부 위에 설치되어 회전력을 발생시키고 회전 속도와 토크를 제어하는 양 방향의 구동축이 설치된 구동부와, 구동축을 중심으로 회전하는 회전부로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전기의 동특성 분석용 시뮬레이션 장치를 제공한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도1과 도2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전기의 동특성 분석용 시뮬레이션 장치의 정면도와 평면도이다.

도1 및 도2를 참조하면, 상기의 구동부는 의도하는 회전력을 발생시키는 양 방향의 구동축이 설치된 모터(111)와 그 모터를 제어하여 회전 속도와 토크를 제어하는 제어기(112)로 구성되어 있다.

상기의 회전부는 구동부의 한 축에 커플링으로 연결되어 제1베어링부(120)를 설치 하고, 양단에 커플링으로 제1베어링부와 제2베어링부(130)를 연결한 편심 유도용 회전 원판(140,150)을 설치하고, 구동부 모터(111)의 다른 한 축에 연결하여 설치되어 있는 제3베어링부(160)와, 기어부(165)로 구성되어 있다.

상기의 제1베어링부는 회전축(170)과 접촉하는 베어링(121)과, 그 베어링을 포함한 구조물(120)과 일체로 가공된 랙 기어(122)와 웜(123)의 맞물림 결합과, 베어링을 포함한 구조물(120)의 수평 이동을 보조하고 지지하는 역할을 하는 한 쌍의 직선 이동 가이드 구조물(124-a, 124-b)로 구성되어 있다. 수평 이동용 다이얼 게이지(125)는 랙 기어(122)와 맞물림 결합되어 있는 웜(123)에 설치되어 있어 다이얼 게이지를 양 방향으로 회전시킴에 따라서 회전축(170)을 지지하는 베어링을 포함한 구조물(120)이 수평 이동하게 된다.

회전축의 축 중심 어긋나기 현상의 원인을 유도하기 위하여, 상기의 제1베어링부의 다이얼 게이지(125)를 정량적인 수치로 조정함에 따라서 정확하게 수평 방향으로 회전축 중심의 이동을 조절 할 수 있다.

상기의 제2베어링부는 회전축(170)과 접촉하는 베어링(131)과, 그 베어링을 포함한 구조물(130)과 일체로 가공된 랙 기어(132)와 웜(133)의 맞물림 결합과, 베어링을 포함한 구조물(130)의 수직 이동을 보조하고 지지하는 역할을 하는 한 쌍의 직선 이동 가이드 구조물(134-a,134-b)로 구성되어 있다. 수직 이동 다이얼 게이지(135)는 랙 기어(132)와 맞물림 결합되어 있는 웜(133)에 설치되어 있어 다이얼 게이지 를 양 방향으로 회전시킴에 따라서 회전축(170)을 지지하는 베어링을 포함한 구조물(130)이 수직 이동하게 된다.

회전축의 축 중심 어긋나기 현상의 원인을 유도하기 위하여, 상기의 제2베어링부의 다이얼 게이지(135)를 정량적인 수치로 조정함에 따라서 정확하게 수직 방향으로 회전축 중심의 이동을 조절 할 수 있다.

도7 을 참조하면, 회전운동을 직선운동으로 바꿀 수 있는 특수한 기어 결합(700)에 의하여, 웜(703)에 설치되어 있는 다이얼 게이지(125,135)를 양 방향으로 회전시킴에 따라서, 랙 기어(702)가 가공 및 설치된 베어링을 포함한 구조물(120,130)을 수평 및 수직 이동 가능하게 한다.

이러한 단순하면서도 효과적인 기어 결합(700)은 702의 직선운동이 703의 회전운동에 영향을 줄 수 없을 뿐만 아니라, 일반 웜 기어 또는 일반 랙과 피니언 기어를 사용 했을 경우의 단점을 보완하고 사용자 편의를 제공 할 수 있다.

상기 다수의 편심 유도용 회전 원판(140,150)은 회전 시 편심을 유도하기 위하여, 의도하는 위치에 사전에 제작된 정량적인 무게 시험편 역할을 하는 볼트와 너트를 선택적으로 취부 할 수 있도록 원주를 따라 다수의 홀(140-a)이 설치되어 있다.

이 다수의 홀(140-a)은 내경에 따라 그 위치를 달리 설치하여, 다양한 무게 편심 원인을 제공 할 수 있도록 설치되어 있다.

상기의 제3베어링부는 회전축과 접촉하는 베어링(161)과 벨트 수단(164)과 기어 박스(165)로 구성되어 있다.

정상적인 회전 운동의 동특성을 유도하기 위하여, 양 방향의 구동축이 설치된 구동부 모터(111)의 다른 한 축과 직접 연결하고 정확하게 교정하여 설치한다.

이것은 정상적인 회전 운동의 동특성과 이상 회전 운동에 의한 진동 특성을 서로 비교하기 위함이다.

제3베어링부의 베어링을 포함한 구조물(160)에서 정상적인 회전 운동의 동특성을 측정할 수 있다.

벨트 수단(164)의 장력을 조절하여 벨트의 이상에 의한 진동 현상을 유도 할 수 있다.

기어 박스(165)에서 의도된 여러 가지 기어 시험편을 교체 설치하여, 기어의 마모 및 기어 이상의 원인을 유도 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

바람직한 실시 예1을 설명함에 있어서, 도1과 도2 에서 보는 바와 같이, 상기의 제1베어링부의 수평 이동 다이얼 게이지(125)와 제2베어링부의 수직 이동 다이얼 게이지(135)를 동시에 복합적으로 조절함으로서, 회전축의 축 중심 어긋나기 현상의 원인 유도를 3차원 공간적으로 실제와 같이 유도 할 수 있다.

이와 함께, 구동부의 모터(111)의 회전 속도와 토크를 의도하는 정량적인 수치로 조절함으로서 본 발명의 두 번째 목적과 세 번째 목적에서의 첫째 항이 달성될 수 있다.

바람직한 실시 예2를 설명함에 있어서, 도1과 도6 에서 보는 바와 같이, 다수의 편심 유도용 회전 원판(140,150)에 설치되어 있는 홀에, 볼트와 너트로 구성되어 있으며 의도하는 무게로 제작된 여러 가지 무게 시험편을 정량적으로 취부 체결하여, 시험편의 무게 만큼의 편심을 주고 회전시키거나, 양쪽 면의 무게가 서로 차이 나는 상태에서 회전시킴으로서, 회전축의 편심을 실제와 같이 유도 할 수 있다.

이와 함께, 구동부의 모터(111)의 회전 속도와 토크를 의도하는 정량적인 수치로 조절함으로서 본 발명의 두 번째 목적과 세 번째 목적에서의 둘째 항이 달성될 수 있다.

바람직한 실시 예3을 설명함에 있어서, 도1과 도3 에서 보는 바와 같이, 양호하게 교정된 제3베어링부의 동력 전달용 벨트(164)의 장력을 조절하여 벨트의 결함 및 설치 이상에서 발생하는 진동의 원인을 실제와 같이 유도 할 수 있다. 이와 함께, 구동부의 모터(111)의 회전 속도와 토크를 의도하는 정량적인 수치로 조절함으로서 본 발명의 두 번째 목적과 세 번째 목적에서의 셋째 항이 달성될 수 있다.

바람직한 실시 예4를 설명함에 있어서, 도1과 도3 에서 보는 바와 같이, 의도적으 로 제작된 다양한 기어의 불량 시험편을 교환하여 시험함으로서, 기어 불량에 기인한 진동 및 소음의 원인을 실제와 같이 유도 할 수 있다. 이와 함께, 구동부의 모터(111)의 회전 속도와 토크를 의도하는 정량적인 수치로 조절함으로서 본 발명의 두 번째 목적과 세 번째 목적에서의 넷째 항이 달성될 수 있다.

상기의 바람직한 실시 예1, 예2, 예3, 예4를 시행하는데 있어서, 상기의 제3베어링부의 베어링을 포함한 구조물(160)에서 양호하게 교정된 정상적인 회전 운동의 동특성과 이상 진동 특성을 서로 비교함으로서, 이상 원인과 결과를 비교 분석 할 수 있는 회전기의 동특성 분석용 시뮬레이션 장치를 제공 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 여러 산업 분야에서 사용되는 다양한 회전 기계의 이상 진동 및 회전 운동 특성에 대하여, 사전에 원인과 결과를 시뮬레이션(simulation) 함으로서, 회전체와 그 동력전달계의 이상 진단 기술을 습득하는데 도움을 주는 것은 물론, 경공업 분야에서 회전기기를 이용한 다양한 제품을 개발하는데 있어서, 제품의 품질과 성능을 향상 시키는 수단을 제공 할 뿐 만 아니라, 중공업 분야에서의 현장 설비 진단 시 위험성을 줄이고, 결함 원인을 신속하고 정확하게 분석 할 수 있다.

Claims

각 구성부를 이동 취부 가능하게 하고 보호하기 위한 덮개(100-a)를 장착한 기초부(100)위에 설치되고, 한쪽 축의 양호하게 교정된 정상적인 회전 운동의 동특성과 다른 한 쪽 축의 이상 진동 특성을 서로 비교함으로서, 이상 원인과 결과를 비교 분석 할 수 있도록 하기 위하여, 양 방향의 구동축이 설치된 구동부(111)와;

구동부(111)의 다른 한 축과 커플링(127-b)으로 연결되어 있으며,

회전형 기어 수단(123,133)에 설치된 다이얼 게이지(125,135)를 양 방향으로 정량적인 수치를 회전시킴에 따라서,

회전형 기어 수단(123,133)과 맞물림 결합되어 있는 평형 기어 수단(122.132)이 가공되거나 설치된, 회전축(170)을 지지하는 베어링을 포함한 구조물(120)이 수평 및 수직 이동함으로서,

회전축(170)의 축 중심을 수평 및 수직 방향으로 이동 조정 가능하게 하는 제1베어링부 및 제2베어링부와;

제1베어링부와 제2베어링부의 커플링 수단(127-a, 137-b)과 연결되어 있는 다수의 편심 유도용 회전 원판(140,150)이 설치된 회전부와;

구동부(111)의 다른 한 축에 연결되어 있으며, 정상적인 회전 운동의 동특성을 측 정 할 수 있도록 양호하게 교정하여 설치한 제3베어링부와, 제3베어링부의 벨트 수단(164)에 의하여 회전하는 기어 박스 수단(165)

으로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전기의 동특성 분석용 시뮬레이션 장치.
회전형 기어 수단(703)과 평형 기어 수단(702)의 치의 맞물림 결합에 의하여, 회전운동을 직선운동으로 전환 할 수 있는 기어 장치.