Dépannage de l'entraînement de fluide d'une pompe d'alimentation de chaudière

Une pompe d'alimentation de chaudière (BFP) entraînée par la turbine à vapeur principale via un entraînement par fluide subissait des niveaux de vibration élevés, ce qui entraînait le remplacement fréquent des roulements d'entraînement par fluide. La centrale électrique dépendait du seul BFP pour la production d'électricité. Le fonctionnement normal de l'usine nécessitait que le BFP et l'arbre de sortie de l'entraînement hydraulique fonctionnent de 2 000 tr/min à 3 500 tr/min. Les résultats des tests de Mechanical Solutions Inc. (MSI) ont permis à l'utilisateur final de modifier légèrement le fonctionnement de la centrale afin de poursuivre la production d'électricité de manière plus fiable jusqu'à ce que les correctifs permanents recommandés par MSI puissent être mis en œuvre lors d'une future panne planifiée.

Les tests sur le terrain de MSI étaient une combinaison de tests modaux d'impact ainsi que des tests de réponse forcée. Les données pour chacun de ces tests ont été acquises à environ 125 emplacements sur l'entraînement du fluide, la pompe, la norme avant et la fondation. L'essai modal d'impact a été utilisé pour déterminer les fréquences naturelles et les formes de mode de la vibration pendant que la centrale fonctionnait. Les données du test de réponse forcée de fonctionnement ont été utilisées pour produire la forme de déviation de fonctionnement (ODS) de la pompe et de l'ensemble d'entraînement (Figure 1). Un ODS détaillé du type exécuté par MSI montre le mouvement relatif (amplitude et phase) de chaque partie d'une structure à une fréquence donnée, et fournit généralement des informations précieuses sur les sources du problème et leur importance relative. MSI a également utilisé des bâtons d'entraînement d'arbre pour rechercher une éventuelle fréquence naturelle de torsion dans le train de machines.

Les tests opérationnels ont indiqué que les niveaux de vibration élevés se produisaient à 60 hertz (Hz) et étaient principalement à l'extrémité d'entrée de l'entraînement par fluide et à la norme avant, culminant à une vitesse d'arbre de sortie d'entraînement par fluide de 2 500 tr/min (42 Hz). Cependant, les niveaux de vibration sur l'arbre de sortie étaient beaucoup plus élevés à 60 Hz qu'à 42 Hz. MSI a conclu que les niveaux de vibration élevés à 60 Hz étaient principalement dus à une vitesse critique de torsion du système de rotor, qui était capable de s'adapter à 60 Hz en fonction de la quantité d'huile dans l'entraînement hydraulique. La rigidité en torsion de l'entraînement par fluide contrôlait la vitesse de l'arbre de sortie, c'est pourquoi le niveau de vibration semblait être lié (mais indirectement comme il s'est avéré) à la vitesse de l'arbre de sortie. De plus, une fréquence naturelle structurelle des supports de palier d'entraînement par fluide à environ 64 Hz a été clairement identifiée via l'ODS et les tests modaux. Les vibrations combinées rotor/structure ont entraîné une grave détérioration de la fondation sous l'entraînement par fluide, au point où l'animation ODS et l'analyse modale ont montré que les semelles n'étaient plus intégralement connectées à la fondation, ce qui a encore amplifié les vibrations du système, comme cela est évident. dans la figure 1. La fréquence naturelle du support de palier et la séparation des fondations ont amplifié les secousses globales du système à 60 Hz, mais la vitesse critique de torsion était à l'origine du problème.

Figure 1. Image d'arrêt sur image à partir d'une animation de mouvement exagéré du test de "bump" modal effectué pendant que le train de pompage fonctionnait. Notez le mouvement de la base de l'entraînement par fluide et des semelles par rapport à la fondation en béton, qui ne sont plus intimement liés.

L'usine devait rester opérationnelle; par conséquent, une solution à long terme impliquant la fondation n'était pas une option à court terme. Pour maintenir la production d'électricité, le client a utilisé les résultats de MSI pour établir une stratégie visant à éviter le fonctionnement de l'entraînement par fluide à 2 500 tr/min afin de limiter l'usure/la défaillance rapide des roulements et la détérioration de la norme avant. Des correctifs permanents à la fondation, ainsi que des modifications à l'accouplement et à d'autres composants de l'arbre pour déplacer la fréquence de torsion problématique, ont été mis en place et planifiés pour un arrêt futur.

À propos des auteurs :
William Marscher est le président et directeur technique et Eric Olson est le directeur du marketing pour Mechanical Solutions Inc. (MSI), une société de conseil et de R&D basée à Whippany, NJ. Pour en savoir plus, visitez www.mechsol.com ou appelez le 973-326 -9920.