振動スペクトル解析による機械的ゆるみの特定

機械的なゆるみは一般的に、構造的なゆるみと回転部品のゆるみの2つに分類されます。この分類は、根本原因を特定し、適切な是正措置を実施するのに役立ちます。

機械的なゆるみの根本的な原因は多面的で、以下のようなものがある：

1. 不適切な設置または組み立て方法
2. 部品の長期摩耗
3. 土台や基礎構造の損傷
4. 個々の部品の劣化または故障
5. 部品のはめあいにおける過大なクリアランス
6. ファスナーの締め付けが不適切
7. 熱伸縮サイクル

機械的なゆるみは振動増幅器の役割を果たし、アンバランスやミスアライメントといった既存の問題を悪化させます。この増幅効果は、緩みが進行するにつれて故障の連鎖を引き起こし、摩耗や疲労を加速させ、ひどい場合には壊滅的な故障を引き起こす可能性さえあります。

ゆるみのタイプを分類する普遍的な基準はありませんが、業界の専門家や振動解析者は、一般的に3つの異なるタイプの機械的ゆるみを認識しています。それぞれのタイプは、振動周波数スペクトルと位相関係においてユニークな特徴を示します：

1. タイプA：構造的な緩み（取り付けボルトの緩み、基礎のひび割れや弱さなど）
2. タイプB：回転部品の緩み（回転部品と固定部品のクリアランス過大など）
3. タイプC：非直線的なゆるみ（取り付け脚のずれや歪みなど）

1.タイプA：緩い構造のフレームと基礎

1.ゆるみ現象と治療対策

このタイプの緩みには、以下のような欠点が含まれる：

- 機器のフーチング、ベースプレート、コンクリート基礎の構造が緩んでいたり、強度が不十分である。

- グラウトの劣化または破損。

- フレームまたはベースの変形。

- アンカーボルトの緩みなど

このような緩みの問題は、現場で容易に観察することができ、その破壊的な影響は通常重大である。ひどい場合には、機器のアンバランスやミスアライメントを悪化させることもある。

治療措置：

• 基礎を強化し、構造を修正する。
• 引き締め ボルトの緩み等々。

すでにバランスが崩れていたり、アライメントがずれていたりする機器については、アンバランスやミスアライメントに同時に対処することが重要です。

2.代表的なゆるみ周波数スペクトルと基本特性

ゆるみの典型的な周波数スペクトルを図1に、ゆるみによって明らかになる基本特性を表1に示す。

図1 タイプAの典型的な緩みスペクトル図

表1 タイプAの緩みが反映する基本特性

注釈

• この典型的な緩みの特徴は、アンバランスまたは偏心したローターによって引き起こされる振動に匹敵し、位相に基づいて区別することができる。
• 通常、高振動は1つのローター（駆動機、従動機、ギアボックスなど）のみに集中するため、これらの問題によって引き起こされる高振動は1つのローターだけに限定されないため、アンバランスやミスアライメントとは区別されます。
• ポンプベアリングシートを固定するためのボルトのような例外的なケースでは、軸方向に力がかかります。これらのボルトが緩むと、軸方向の1倍速振動が上昇し、ミスアライメント故障のようになります。しかし、これらのボルトが締め付けられると、振動は減少する。

2.タイプB：転がり運動または構造破壊によるゆるみと軸受台座の破壊

1.ゆるみ現象と治療対策

この種の緩みは、以下のような不具合が生じた場合にのみ発生する：

• 破損した構造体またはベアリングベース。
• 足の長さが均等でないために不安定になることがある。
• まれにベアリングシートのボルトが緩んでいる。
• ベアリングの緩みや不適切な部品による軽微なフィッティングの問題（重大な影響はない）。

こうした緩みの問題は現場でも観察できるが、内部部品のマッチングの問題は、分解して調べることでしか発見・確認できない。

治療措置：

振動は、損傷した部品を交換したり、不適切な部品の取り付けを修正することで軽減できる、 ボルト締め等々。

2.代表的なゆるみ周波数スペクトルと基本特性

ゆるみの典型的な周波数スペクトルを図2に、ゆるみが反映する基本特性を表2に示す。

図2 タイプBの典型的な緩みスペクトル図

表2 タイプBの緩みが反映する基本特性

注釈

- 通常の状態では、他の加振力がなければ、このような振動症状は起こりません。

- 緩みの原因がベアリング台座のベアリングの緩みやシャフト上の部品の緩みにある場合、振動は脈動や衝撃に悪化するまで、ほとんど1倍速や2倍速のままである。

この場合、脈動は時間領域波形の非線形性をもたらし、タイプCの緩みよりも深刻な多くの高調波を引き起こす。

- 時には、カップリングの不具合は、機器フットの破壊や緩みによってさらに悪化し、カップリングの弾性ブロックの摩耗や緩みを引き起こす。また、このスペクトルはタイプCの緩みを上回る高調波を示す。

3.タイプC：ベアリングの緩みや部品間の不適切な取り付けによる緩み

1.ゆるみ現象と治療対策

このタイプの緩みには、以下のような欠点が含まれる：

- ベアリング台座のベアリングが緩んでいる。

- ベアリングの内部すきまが大きすぎる。

- ベアリングシートのベアリングブッシュが緩んでいる。

- ローターが緩んでいる。

- ベアリングやランニングリングの緩みなど。

これらの問題は、ベアリングペデスタルのエンドカバーを開けることで観察することができる。この種のゆるみは、回転機器のベアリングやシャフトに直接関係する。

ゆるみがひどくなると、ベアリングやシャフト、関連する相手部品が摩耗し、ひどい場合には回転機器が完全に閉塞してしまうこともある。

治療措置：

ベアリングやブッシュを交換し、部品間のはめあいを調整することで解決できる。

2.代表的なゆるみ周波数スペクトルと基本特性

典型的なゆるみの周波数スペクトルを図3に、ゆるみに反映される基本特性を表3に示す。

図3 タイプCの典型的な緩みスペクトル図

表3 タイプCの緩みが反映する基本特性

注釈

- 緩みは、部品が使用温度に達し、熱膨張を経た後にも発生することがある。

- 明確な1/2倍ピークの存在は、より複雑な緩みの問題が存在することを示唆しており、おそらく摩擦が関与している。

- ポンプのインペラなどのローターが緩んでいると、始動するたびに位相が変化する。

- この種の緩みの振動スペクトルは、1×速の高調波が多いのが特徴で、実際にはベアリングやリングの走行に緩みがあるなど、より深刻な問題を示している。

この問題は、シャフトに 締め付け そして機器の重大な故障。