보일러 급수 펌프 유체 드라이브 진동 최적화: 사례 연구

메인 증기 터빈과 연결된 유체 드라이브로 구동되는 보일러 급수 펌프(BFP)가 과도한 진동으로 빈번한 베어링 교체를 야기했습니다. 플랜트는 이 단일 BFP로 발전을 운영하며 유체 드라이브 출력 축을 2,000~3,500 rpm 사이에서 가동했습니다. 메케니컬 솔루션즈(MSI)가 종합 테스트를 수행해 영구 해결책이 예정된 정비 기간에 구현될 때까지 플랜트가 안전하게 운영을 조정할 수 있게 했습니다.

MSI의 현장 작업은 충격 모달 테스트와 운전 강제 응답 실험을 결합했습니다. 유체 드라이브, 펌프, 프론트 스탠다드, 기초 약 125개 지점에서 데이터를 수집했습니다. 충격 모달 테스트로 정상 플랜트 운전 중 고유 진동수와 모드 형상을 식별했고, 강제 응답 데이터로 펌프와 드라이브 어셈블리의 운전 변위 형상(ODS)을 도출했습니다(그림 1 참조). ODS는 주어진 주파수에서 각 구성요소의 진폭과 위상을 보여주어 진동 원인과 심각도를 명확히 파악하게 합니다. MSI는 축 라이더 스틱으로 기계 열의 비틀림 고유 진동수도 탐색했습니다.

테스트 결과 60 Hz가 주요 진동 주파수로, 주로 유체 드라이브 입력단과 프론트 스탠다드에 영향을 주며 2,500 rpm(42 Hz)에서 피크를 보였습니다. 주목할 점은 출력 축이 42 Hz보다 60 Hz에서 더 높은 진동을 경험했다는 것입니다. MSI는 60 Hz 진동이 주로 로터 시스템의 비틀림 임계 속도가 60 Hz에 '튜닝'되어 발생하며, 유체 드라이브 오일 레벨의 영향을 받는다고 결론지었습니다. 드라이브의 비틀림 강성이 출력 속도를 제어해 진동을 축 속도와 간접 연결합니다. 또한 ODS와 모달 테스트로 유체 드라이브 베어링 페데스탈의 구조적 고유 진동수 ~64 Hz를 확인했습니다. 결합된 로터/구조 진동이 드라이브 하부 기초를 심각하게 악화시켰고, ODS 애니메이션에서 솔 플레이트가 콘크리트에서 분리되어 시스템 진동을 증폭시키는 것을 보여줍니다(그림 1).

그림 1. 펌프 운전 중 모달 '범프' 테스트의 과장된 모션 애니메이션 정지 화면. 유체 드라이브 베이스와 솔 플레이트가 기초에 대해 상대적으로 움직이며 더 이상 단단히 연결되지 않음을 확인할 수 있습니다.

플랜트가 계속 가동해야 했으므로 장기적 기초 수리는 즉각 불가능했습니다. MSI의 발견을 활용해 플랜트는 유체 드라이브를 2,500 rpm에서 운전하지 않는 전략을 구현해 급속한 베어링 마모와 프론트 스탠다드 악화를 제한했습니다. 기초 보강과 커플링 및 기타 축 구성요소 수정으로 비틀림 임계 속도를 이동시키는 영구 대책은 향후 정비 기간으로 예약했습니다.

저자 소개: 윌리엄 마셔, 사장 겸 기술 이사, 에릭 올슨, 마케팅 이사, 메케니컬 솔루션즈(MSI) – 뉴저지 휘패니 소재 컨설팅 및 R&D 기업. 자세한 내용은 www.mechsol.com 또는 973-326-9920.