압축기 베어링 과열의 원인은 무엇입니까?

소개

현대의 유체 취급 장비에서는 압축기 베어링 샤프트 운동을 안정화하고 회전 마찰을 최소화하며 높은 하중에서 지속적인 작동을 보장하는 중요한 지지 요소 역할을 합니다. 압축기 시스템이 더 높은 속도, 더 작은 크기, 더 까다로운 열 환경으로 발전함에 따라 베어링 과열 문제가 점점 더 두드러지고 있습니다. 이 구성 요소의 과열은 온도 이상 이상입니다. 이는 전체 로터리 압축기 시스템에 걸쳐 기계적 마모, 윤활 성능 저하 및 구조적 불안정성의 전조가 되는 경우가 많습니다.

기계적 부하 불균형

기계적 부하 불균형은 압축기 베어링의 열 응력을 유발하는 주요 원인 중 하나입니다. 로터 어셈블리가 고르지 않은 축 방향 또는 반경 방향 힘을 받는 경우 베어링은 불규칙한 압력 지점을 보상해야 하므로 접촉 마찰이 증가합니다.

증가된 방사형 힘

압축기 샤프트가 잘못 정렬되거나 불균형 임펠러가 있거나 고속 회전 부품의 진동이 설계된 임계값을 초과하는 경우 레이디얼 하중이 증가합니다. 마찰이 증가함에 따라 베어링은 비례적으로 열을 발생시키고, 열이 충분히 발산되지 않으면 점진적인 과열이 발생합니다.

축방향 추력

축 방향 추력 하중은 압축기실 내부의 압력 차이로 인해 발생합니다. 추력 수준이 베어링의 부하 용량을 초과하면 슬라이딩 마찰이 극적으로 증가하여 지속적인 열 축적이 가능합니다. 열 안정성을 유지하려면 축방향 하중 분포를 적절하게 제어하는 ​​것이 필수적입니다.

부하 관련 고장 메커니즘

비대칭 또는 과도한 하중을 받는 베어링은 예측 가능한 온도 상승 패턴을 겪습니다.

고르지 않은 응력은 표면 마찰을 증가시킵니다.

마찰로 인해 집중된 열 영역이 생성됩니다.

윤활유 필름이 열화되기 시작합니다.

금속 간 접촉이 발생합니다.

온도 급등으로 인해 마모가 가속화되고 결국 베어링 고착이 발생합니다.

윤활 부족 및 열 파괴

윤활은 모든 압축기 베어링의 열 성능에 필수적인 역할을 합니다. 적절한 유막이 없으면 마찰이 심해지고 열이 빠르게 축적되어 열적 저하가 뒤따릅니다.

부적절한 윤활제 점도

고속 압축기의 경우 윤활 점도는 유동성과 유막 두께의 균형을 맞추기 위해 신중하게 정의됩니다. 점도가 부족한 윤활유는 전동체와 레이스 사이의 분리를 유지하지 못하여 열 축적 위험이 크게 증가합니다. 반대로 점도가 너무 높으면 유체 항력이 증가하여 내부 마찰을 통해 열이 발생합니다.

유막 붕괴

다음과 같은 이유로 유막 붕괴가 발생할 수 있습니다.

과도한 온도

고속 작동

오염된 오일

일관되지 않은 오일 압력

오일 장벽이 무너지면 금속 표면이 직접 상호 작용하여 순간적인 열 발생과 베어링 열 고장의 가속화를 촉발합니다.

윤활 시스템 불규칙성

불안정한 오일 흐름, 통로 막힘, 공급 라인 제한 등 산업용 압축기 윤활 네트워크의 결함으로 인해 열 방출이 직접적으로 손상됩니다. 윤활 상태가 좋지 않은 상태에서 계속 작동하면 과열이 빨리 발생합니다.

고속 환경에서의 마찰 확대

높은 회전 속도는 열 응력의 원인으로 알려져 있습니다. 압축기 기술이 발전함에 따라 더 높은 RPM이 점점 일반화되고 있으며, 베어링 구조와 재료가 높은 마찰 수준을 견딜 수 있어야 합니다.

롤링 요소에 대한 원심 효과

고속에서는 원심력이 롤링 요소를 바깥쪽으로 밀어내고 궤도의 하중 분포를 변경합니다. 이러한 변화는 국부적인 압력을 증가시켜 열 발생을 가속화합니다.

슬라이딩 대 롤링 마찰 상호 작용

정밀 압축기 부품에서도 미끄럼 마찰은 결코 완전히 제거될 수 없습니다. 회전 속도가 급격하게 증가하면 구름 마찰이 부분적으로 미끄럼 마찰로 전환되어 열 출력이 강화됩니다.

발열량 증가 공식

엔지니어들은 속도 기반 열 상승을 이해하기 위해 종종 단순화된 모델을 사용합니다.

발열량 ∝ 하중 × 속도 × 마찰계수

속도 기간이 증가함에 따라 특히 강력한 냉각 메커니즘이 없으면 열 발생이 불균형적으로 높아집니다.

재료 제한 및 표면 무결성 저하

베어링 재료는 내구성, 내열성 및 안정적인 구조적 특성을 제공해야 합니다. 재료의 피로나 미세구조의 변형이 나타나면 발열은 불가피합니다.

미세 파쇄 및 표면 거칠기 성장

궤도나 전동체의 작은 결함으로 인해 표면 거칠기가 증가합니다. 거칠기가 커지면 마찰이 증가하고 열이 축적됩니다. 이러한 미세 결함은 고압 작동 시 급속히 확대되는 경향이 있습니다.

베어링강의 열연화

압축기 베어링이 재료 연화 임계값 근처에서 작동하면 변형이 더 쉽게 발생합니다. 변형은 하중 경로를 변경하여 고르지 않은 응력 분포와 추가적인 열 상승을 유발하여 구조적 불안정성을 초래합니다.

재료 순도의 영향

베어링강의 불순물은 경도와 열전도율 모두에 영향을 미칩니다. 불순한 합금은 열을 잘 발산하지 못하고 작동 온도를 높이는 핫스팟을 생성합니다.

샤프트 정렬 불량 및 구조적 불일치

샤프트 정렬은 베어링의 열적 거동에 직접적인 영향을 미칩니다. 정렬 불량은 전동체와 궤도 사이의 의도된 기하학적 상호 작용을 변경하여 마찰을 강화합니다.

각도 정렬 불량

각도 편차로 인해 전동체가 미끄러져 비정상적인 열 패턴이 발생합니다. 각도 정렬이 잘못된 상태에서 계속 작동하면 온도가 급격히 상승합니다.

평행 오정렬

평행 오프셋은 고르지 않은 하중 분포를 생성하여 베어링의 한 부분이 대부분의 하중을 지탱하게 만듭니다. 이러한 불균형은 열 스트레스를 가속화합니다.

주택 변형

진동, 열팽창 또는 부적절한 설치로 인해 압축기 하우징이 변형되면 베어링 시트가 더 이상 이상적인 정렬을 유지하지 못하여 마찰과 과열을 조장합니다.

오염으로 인한 열 응력

오염물질은 숨겨져 있지만 열적 불안정을 일으키는 중요한 원인입니다.

단단한 입자 침입

먼지, 금속 파편, 가공 잔여물 등의 입자가 윤활 환경에 유입되어 마모 마찰을 증가시킵니다. 그 결과 발생하는 미세한 스크래치는 발열 결함으로 발전합니다.

수분 오염

수분은 윤활유 점도를 감소시키고 유막 연속성을 방해하며 부식을 유발하고 마찰 수준을 높입니다. 습기로 인한 열화로 인해 열 발생이 빠르게 가속화됩니다.

화학적 비호환성

특정 오염물질은 윤활유와 화학적으로 상호 작용하여 윤활 성능을 감소시키고 압축기 베어링의 열 부하를 증가시킵니다.

부족한 방열구조

윤활 및 기계적 조건이 적절하더라도 열이 효율적으로 빠져나가지 못하기 때문에 베어링이 과열될 수 있습니다.

열악한 열 경로 설계

베어링 하우징에 효과적인 열 전도 경로가 없으면 열 축적이 불가피해집니다. 재료 전도성과 벽 두께는 냉각 성능에 큰 영향을 미칩니다.

부적절한 환기 또는 냉각 흐름

밀봉된 압축기 챔버에는 열이 빠르게 축적될 수 있습니다. 설계된 공기 흐름 채널이나 수동 전도 경로가 없으면 적당한 부하에서도 베어링의 온도가 상승합니다.

열팽창 간섭

주변 구성 요소가 베어링 자체보다 다소 팽창하면 압축, 마찰 및 추가 열 축적의 형태로 열 응력이 나타납니다.

작동 오류 및 잘못된 사용 매개변수

운영 관행은 베어링 열 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

과속 작동

의도된 속도 임계값 이상으로 압축기를 작동하면 열 출력이 증가하고 윤활막 동작이 압도됩니다.

과도한 부하 수요

급격한 압력 상승이나 장기간의 과부하 운전으로 인해 온도가 지속적으로 상승합니다.

빈번한 시작-중지 주기

급격한 부하 변화로 인해 시스템이 안정적인 윤활 및 냉각 패턴을 구축하지 못하고 베어링의 열 응력이 증가합니다.

장기간의 마모와 자연노화

적절한 유지 관리에도 불구하고 장기간 작동하면 필연적으로 마모가 발생합니다.

마모 메커니즘 개요

롤링 요소는 점차적으로 부드러움을 잃습니다.

궤도 표면에 미세 구멍이 발생함

윤활 채널이 부분적으로 막히게 됩니다.

방열 효율이 감소합니다.

이러한 느린 성능 저하로 인해 시간이 지남에 따라 온도가 상승하고 결국 지속적인 과열이 발생합니다.

제품 기능 요약표

다음 표에는 열 제어를 위한 압축기 베어링 설계에서 일반적으로 고려되는 구조적 및 기능적 특성이 요약되어 있습니다.

결론

압축기 베어링의 과열은 기계적, 열적, 작동적, 환경적 요인의 조합으로 인해 발생합니다. 중요한 요인으로는 부하 불균형, 윤활 부족, 과도한 회전 속도, 오염, 부적절한 열 발산, 재료 품질 저하, 정렬 불량 및 부적절한 작동 조건 등이 있습니다.

장비 신뢰성을 최적화하고 고성능 회전식 압축기 시스템을 설계하며 구성품 수명을 연장하려면 이러한 원인을 이해하는 것이 필수적입니다. 윤활 설계 개선, 재료 선택 개선, 정렬 정확도 향상, 냉각 구조 강화를 통해 엔지니어는 베어링 열 고장을 효과적으로 방지하고 다양한 산업 환경에서 안정적인 압축기 성능을 유지할 수 있습니다.