Optimiser les vibrations d'entraînement fluide dans les pompes d'alimentation de chaudière : étude de cas

Une pompe d'alimentation de chaudière (PAC) entraînée par un entraînement fluide couplé à la turbine à vapeur principale était affligée de vibrations excessives, causant des remplacements fréquents de roulements. L'usine dépendait de cette PAC unique pour la production d'énergie, faisant fonctionner l'arbre de sortie de l'entraînement fluide entre 2 000 et 3 500 tr/min. Mechanical Solutions Inc. (MSI) a réalisé des tests complets permettant à l'usine d'ajuster ses opérations en sécurité jusqu'à une solution permanente lors d'un arrêt planifié.

Le travail sur site de MSI a combiné tests modaux par impact et expériences de réponse forcée en fonctionnement. Des données ont été collectées sur environ 125 points sur l'entraînement fluide, la pompe, le standard avant et la fondation. Les tests modaux par impact ont identifié les fréquences naturelles et formes modales pendant le fonctionnement normal de l'usine, tandis que les données de réponse forcée ont produit la forme de déflexion en fonctionnement (FDF) de l'ensemble pompe-entraînement (voir Figure 1). La FDF révèle l'amplitude et la phase de chaque composante à une fréquence donnée, donnant un aperçu clair de la source et de la sévérité des vibrations. MSI a également utilisé des bagues de palpage d'arbre pour sonder les fréquences naturelles de torsion dans la chaîne mécanique.

Les tests ont identifié 60 Hz comme fréquence de vibration dominante, affectant principalement l'extrémité d'entrée de l'entraînement fluide et le standard avant, avec un pic à 2 500 tr/min (42 Hz). Notamment, l'arbre de sortie subissait des vibrations plus élevées à 60 Hz qu'à 42 Hz. MSI a conclu que la vibration à 60 Hz provenait principalement d'une vitesse critique de torsion du système rotorique qui « s'accordait » à 60 Hz, influencée par le niveau d'huile de l'entraînement fluide. La rigidité en torsion de l'entraînement contrôlait la vitesse de sortie, liant indirectement la vibration à la vitesse d'arbre. De plus, une fréquence naturelle structurelle des paliers de l'entraînement fluide à ~64 Hz a été identifiée via FDF et tests modaux. Les vibrations combinées rotor/structure dégradaient sévèrement la fondation sous l'entraînement, l'animation FDF montrant les semelles se détachant du béton, amplifiant les secousses du système (Figure 1).

Figure 1. Image figée d'une animation de mouvement exagéré du test modal « bump » pendant le fonctionnement de la pompe. Remarquez le mouvement relatif de la base de l'entraînement fluide et des semelles par rapport à la fondation, qui ne sont plus solidement connectées.

Comme l'usine devait rester en ligne, une réparation de fondation à long terme n'était pas immédiatement faisable. En utilisant les conclusions de MSI, l'usine a mis en œuvre une stratégie pour éviter de faire fonctionner l'entraînement fluide à 2 500 tr/min, limitant ainsi l'usure rapide des roulements et la détérioration du standard avant. Les remèdes permanents — renforcement de fondation et modifications de l'accouplement et autres composants d'arbre pour décaler la vitesse critique de torsion — ont été programmés pour un futur arrêt.

À propos des auteurs : William Marscher, Président & Directeur Technique, et Eric Olson, Directeur Marketing, Mechanical Solutions Inc. (MSI) — cabinet de conseil et R&D à Whippany, N.J. En savoir plus sur www.mechsol.com ou appelez le 973‑326‑9920.