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Aug 15, 2023

ポンプの振動とトラブルシューティング戦略、パート 1

振動は、機器の動作と状態を評価するためにポンプとドライバーで行われる最も一般的な測定の 1 つです。 ポンプの振動を測定する理由は次のとおりです。

振動は、機器の動作と状態を評価するためにポンプとドライバーで行われる最も一般的な測定の 1 つです。 ポンプの振動を測定する理由は次のとおりです。

ユーザーが高振動の問題を経験した場合、疑問が生じる可能性があります。 例：高すぎますか？ 損傷が発生しましたか、または発生する可能性がありますか? 原因をどうやって調べればよいでしょうか？ これらはすべて論理的な質問ですが、答えはおそらく複雑で、振動原理、ポンプ設計、ポンプで生成される力と力学、測定技術、計測器、分析装置、トラブルシューティング方法論の理解が必要です。

ポンプ振動、単位、強制振動、自由振動、モード形状

振動は、反力、質量、減衰、剛性の関係に起因する、静止位置を中心とした物体の振動運動として説明できます。 画像 1 はこの振動運動を示しており、振動によって部品がどれだけ移動または変位しているかを示していることがわかります。 開始点 (赤) では、オブジェクトの振幅はゼロです。 90 度 (右いっぱい) に移動すると、1 ミル移動したことになります。 次に、180 度でゼロ点 (赤) と交差し、270 度 (左いっぱい) で -1 ミルまで移動し、その後ゼロ点に戻って 1 サイクルを完了します。 この動きはピークツーピーク（pp）変位で測定するのが一般的で、この場合は 2 ミル pp です。

画像 1 の図は、自由振動の 1 サイクルのみを考慮して簡略化されています。 頻度は、サイクルが完了するまでにかかる時間によって異なります。 たとえば、この振動サイクルが 1 秒あたり 10 回発生した場合、周波数は 10 ヘルツ (Hz)、つまり 1 分あたり 600 サイクル (cpm) になります。 1 サイクルが完了するまでにかかる時間は、周波数の逆数、つまり 10 Hz の例では 10 分の 1 秒です。 この例の単位はミル pp で、これは変位振幅を表す一般的な方法です。 画像 2 は、pp の意味を示していますが、実証されているように、単位がゼロ トゥ ピーク (pk) および二乗平均平方根 (RMS) として伝達されることも示しています。 さらに、サイクルの期間 (T) が示されています。

画像 2 の左図に示すように、単一周波数の符号波の場合、pp 振動は pk の 2 倍、RMS 振動は pk の 0.707 倍になります。 ただし、単一周波数ではない時間波形の場合、pp、pk、および RMS 振動の値の決定はそれほど単純ではありませんが、画像 2 の右の図に示されています。

振幅の他の単位には速度と加速度があります。 速度は物体の振動速度 (インチ/秒) を測定し、加速度は速度の変化率 (G) を測定します。 どちらも変位に関連しており、画像 3 に示すように、速度と加速度の振幅は周波数に基づく変位から計算できます。明らかになっているのは、一定速度 (0.250 インチ/秒 pk) の場合、変位は顕著であり、加速度は顕著であるということです。低周波数では制限されます。 逆に、変位は制限され、加速は高周波数で顕著になります。

次のように振幅単位を使用するのが一般的です。

ポンプの強制振動は一般にシャフトの回転速度 (x) の関数または間隔として発生するため、周波数と周期が関係します。 したがって、自由振動周波数と強制振動周波数の概念を理解する必要があります。 特定の周波数の外力（バランス、ズレ、こすれなど）により強制振動が発生します（画像4）。 本質的に油圧的な他の強制振動 (キャビテーションまたは再循環) では、一般に、整数のシャフト回転速度に関連付けられない衝撃や振動が発生します。 これらの強制振動の倍数または次数が高調波として現れることがあります (ベーン パスの場合: 3x、6x、9x など)。

自由振動は、システムの固有振動数での振動です。 基本的に、これらはシステムが自然に励起されたときに振動する周波数とモード形状です。 垂直ポンプと地上構造を考慮すると、画像 5 の右図に示すように、たわみを表すモード形状を持つ固有振動数が存在します。これは、地上の最初の固有振動数モードであり、リード臨界周波数 (RCF)。 セクション XX および YY で説明したように、RCF 値は方向によって変化します。 考慮する必要がある追加の固有振動数と異なるモード形状があることに注意してください。