真空ポンプシャフト曲げは考えを引き起こします

事例の概要

2年間稼働していた工場の真空ポンプ装置が最近故障し、駆動軸の頭部が曲がって変形した。

2 シャフトの曲がりの原因と経験値

当社のメンテナンスエンジニアによる検査の結果、次のことが判明しました。

1. 真空ポンプの負荷が大きく、過負荷になっています。

2. 真空ポンプの始動方法には危険が潜んでおり、始動トルクは大きな影響を及ぼします。

この故障分析を通じて、当社は真空ポンプのシャフトが曲がる原因として考えられるものをまとめました。

1. モーターと真空ポンプ間の接続フランジの位置合わせの問題

---1.1 フランジにより調芯は保証されていますが、取り付け時の初期誤差（フランジの止め加工誤差、止め外円と軸心線の同軸度誤差、止め端面と軸心線の直角度誤差など）が発生する可能性があり、また、運転中に発生する振動により芯ずれがさらに悪化し、ジャーナルに周期的な曲げ応力がかかる場合があります。

---1.2 真空ポンプの動作中の温度変化により、特に高温または冷却条件下では、ポンプ本体とモーターの端が異なる量で膨張し、位置合わせの精度が損なわれる可能性があります。

教訓: 真空ポンプとモーターを取り付けるときは、位置合わせに影響を与える可能性のある摩耗、不適切な取り付け、または損傷の兆候がないか確認してください。

2. 過負荷と異常負荷

---2.1 瞬間過負荷

真空ポンプは、系の詰まりや異物の混入、頻繁な起動・停止などにより急激にガス圧力が上昇し、瞬時トルクが設計値を超える場合があります。

---2.2 継続的な過負荷

過負荷条件（高密度媒体のポンピングや極度の真空など）下での長期間の動作は、シャフトの疲労変形を引き起こします。

---2.3 衝撃荷重

カップリングの緩衝能力が不足し（リジットカップリングを選択した場合）、モータの起動トルクや急激な負荷変化が軸に伝わり、衝撃変形が発生します。

得られた経験: 運転中は、真空ポンプに負荷がかかっているかどうかを観察するように注意してください。電流曲線、負圧計の測定値、上流および下流ポンプの動作パラメータを確認し、真空ポンプ シリンダー内のローター表面に異物が蓄積していないかを観察してください。

3. カップリングの問題

---3.1 選定の誤り：カップリングの種類（弾性剛体ギヤタイプなど）が使用条件と合っていないため、アライメントのずれの補正や振動の吸収ができません。

---3.2 損傷または摩耗: カップリングコンポーネント (弾性要素の歯付きコンポーネントなど) が老朽化し、破損または摩耗し、トルクの伝達が不均一になります。

---3.3 取り付けエラー: カップリングのロック ボルトの予締め力が不均一であるか、キーの取り付けがきつすぎるため、追加のストレスが発生します。

---3.4 カップリングの動的バランス誤差が大きく、駆動軸ヘッドに大きな遠心力が発生し、軸が曲がり変形します。

教訓：カップリング支持部品の組立品質を見直す

4. シャフトおよびキー溝の設計/製造上の欠陥

---4.1 材料欠陥：シャフト材料が不適格である（強度不足、内部亀裂など）、または不適切な熱処理（残留応力が除去されていないなど）

---4.2 構造設計の問題: 軸径が小さすぎ、キー溝のサイズが不当 (浅すぎる、移行フィレットが不十分など) ため、局所的な応力集中が発生します。

---4.3 加工誤差：キー溝の加工精度が不十分（対称性が悪い、粗さがあるなど）ため、キーとキー溝の連携が悪く、応力が不均一になります。

教訓: 合理的な材料の選択、キー溝の設計の最適化、キー溝の加工精度の向上

5.ローターの動的バランスが悪い:

ローターのアンバランスはシャフトの曲がりの原因の一つです。ローターが高速回転するとき、ローターの質量分布が不均一であると、大きな遠心力が発生します。この力がシャフトの弾性限界を超えると、シャフトに永久曲げ変形が生じます。

教訓: 組み立て前の真空ポンプローターの動的バランス修正

6.真空ポンプの異常振動：

メインローターとドリブンローターの振動もシャフトの曲がりにつながる重要な要因です。運転中にローターが異常振動すると、長期的にはシャフトの曲がりにつながります。

教訓：真空ポンプ作動時の振動に注意

7. ベアリングの故障: 真空ポンプのベアリングが位置決め機能を失い、真空ポンプの駆動ベアリングに過負荷がかかり、最終的にはポンプ シャフトが曲がってしまいます。

教訓: 定期的な検査とメンテナンスが必要であり、故障を防ぐためにベアリングは適時に交換する必要があります。

3つの方法シャフトの曲がりを解決する

1. 低温校正: 低温条件下でシャフトを校正することにより、材料の低温収縮特性を利用してシャフトの湾曲部分を調整し、アライメントの目的を達成します。

2. 熱校正：シャフトの曲げ部分を加熱して熱により膨張させ、外力または自身の冷却と収縮によってシャフトの曲がりを修正します。

3. ハイブリッド校正: コールド校正とホット校正方法を組み合わせ、特定の状況に応じて適切な校正方法を選択して、最高の校正効果を実現します。

4. 必要に応じて交換、加工、修理を行います。まず直接交換を検討してください。緊急の場合、ローター両端のジャーナルの同軸度を確認し、中心穴を修復し、変形位置を回転+レーザークラッディング+ジャーナルサイズを修復し、ローター両端のジャーナルの同軸度を再確認し、動的バランスを確認します。