2. 복수 펌프의 공진

Detection of High Vibration due to Resonance on Condensate Extraction Pump

 

2.1 槪要 (Introduction)

(1) 복수펌프 제원

• 펌프 형식 : 원심형, 양흡입, 수직 다단 펌프

• 펌프 수량 및 용량 : 3 대 × 50 %

• 전동기 정격 출력 : 3,800 ㎾

• 전동기 회전수 : 1,190 rpm (19.83 ㎐)

• 회전자 1차 임계속도 : 1,623 rpm

(2) 복수펌프 초기 진동이력

울진 원자력 1, 2호기 복수펌프는 시운전 당시(‘87. 6) 고진동 발생 (100 ㎛ 정도)

① 점검결과 : 공진의 영향으로 판명 (전동기 Reed Frequency가 20 ㎐에 근접)

② 조치사항 : 전동기 스탠드 하부에 동판(2 ㎜) 설치 (그림 14-3 참조). 전동기
스탠드와 전동기 베이스 플랜지 사이에 와셔(0.7 ㎜)를 삽입

그림 14-3 CWP 구조도

(3) 복수펌프 #2 진동이력

① 복수펌프 #2 전동기는 설치후 약 4년 동안 운전 후, ‘94년 취외하여 예비 전동기로 보관

② '96. 5 복수펌프 #2 전동기 소손으로 재사용하고자 예비 전동기를 무부하 시험한 결과, 기동 직후 전동기 상부 케이싱
진동이 100~180 ㎛까지 상승

 

2.2 措置事項(Corrective Actions)

 

2.2.1 1차 진동점검 : 전동기 베이스 수평교정 (‘96.5.20~5.23, 5.28~5.31)

(1) 교정전 현황 (무부하 상태)

① 기동 직후 상부 케이싱 수평방향 진동이 50 ㎛정도에서 상승하기 시작

② 4분정도 경과 후에 20~200 ㎛로 수차례 Hunting 한 후 220~230 ㎛ 정 도에서 유지하다가 서서히 감소하여 1시간 20분 후에는 190 ㎛까지 감소

③ 위상각이 지속적으로 변화

④ 전동기 하부 축진동 FFT 분석결과, 1× 성분이 가장 컸음.

▷ 여러 개의 Subharmonic 성분과 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 6× 성분이 나타남.

▷ 전동기 수평, 수직도 불량 및 전동기 내부의 Rubbing, Looseness, Roller Bearing Defect 등의 문제가 있는 것으로 판단

⑤ 전동기 가이드 베어링 온도는 상부 28.4℃, 하부 39.0℃로 약 10℃ 차이남

(2) 전동기 베이스 수평교정

① 전동기 수평, 수직도 교정을 위해 전동기 스탠드 수평상태를 점검한 결과, 펌프 출구측으로 55/100 ㎜ 기울어져 있음을 확인하고 측정결과에 따라 Shimplate를 삽입

② 축정렬 상태가 운전중 쉽게 변하는 것으로 판단되어, 체결력을 증대시키기 위해 기존의 전동기 Reed Frequency 조정용 와셔는 제거

③ 조립후 전동기 Reed Frequency 시험결과 정지상태에서 16.8 ㎐를 나타냄

④ 전동기를 재기동하여 무부하시험 결과는, 60 ㎛까지 상승하였다가 서서히 감소하여 1시간 30분 경과후에는 35~45 ㎛로 안정되고 위상각도 안정

⑤ 전동기를 재기동하여 부하시험 결과는, 100 ㎛까지 상승하였다가 서서히 감소하여 3시간 30분 경과 후에는 40~45 ㎛로 안정

 

2.2.2 2차 진동 점검 : Weight Balancing (‘96.9.4~9.9)

(1) 진동현황

① 전동기 베이스 수평교정으로 고진동(190 ㎛)을 감소시켜 40 ㎛ 내외 상태에서 약 1개월 15일 정도 운전 후 교체운전을 위해 정지한 다음, ’96. 8 재 기동시 초기에는 양호한 진동상태를 나타내다가 3일 정도 경과 후에는 110~140 ㎛까지 상승

② 분해시 축정렬 상태를 점검한 결과, 22/100 ㎜(OD, TIR) 정도 변형

(2) 전동기 Reed Frequency 시험

① 전동기 Reed Frequency 시험 결과는, 운전상태에서 운전주파수 20 ㎐와 일치하거나 아주 근접하여 공진이 발생한 것으로 판단됨 (표 14-3 참조).

표 14-3 전동기의 Reed Frequency 측정치 

측정일자

측 정 조 건

Hor.(㎐)

Ver.(㎐)

‘96. 9. 5

동판/볼트 12개 정지시(Warm)

19.8/20.0

16.8

 

동판/볼트 8개 정지시(Warm)

20.0

16.8

 

동판/볼트 8개 정지시(Warm), 커플링 분리

20.8

17.6/18.4

 

동판/볼트 12개 기동전(Cold), 축 재정렬

18.4/24.8

16.8

 

동판/볼트 18개 기동전(Cold)

18.4/24.8

16.8

 

동판/볼트 24개 기동전(Cold)

18.4

17.6

‘96. 9. 6

동판/볼트 24개 정지시(Warm)

14.4/21.6

16.0

 

동판/볼트 12개 정지시(Warm),볼트위치 변경

14.4/21.6

15.2

 

동판/볼트 12개 정지시(Warm),볼트 원위치

16.0/23.2

16.8

‘96. 9. 7

동판/볼트 12개 1차 W.B. 140 rpm

20.8

 

 

동판/볼트 12개 2차 W.B. 170 rpm

20.0

16.0/20.0

'96. 9. 8

동판/볼트 12개 3차 W.B. 400 rpm

20.8

 

 

② 정상적으로는 전동기 Reed Frequency를 운전주파수 보다 높여(25% 이상) 운전중 공진이 발생하지 않도록 하여야 하나, 이는 상세 설계후 전동기 지지 부위 구조를 바꿔야 하기 때문에 기존의 방법대로 하되, 동판은 그 동안의 사용으로 강성이 증가하였을 것으로 판단되어 교체토록 하고 전동기 베이스 수평교정을 동시에 할 수 있도록 와셔형으로 제작토록 함.

(3) Weight Balancing

운전을 하기 위한 임시조치로 Weight Balancing을 실시

① 공진에 의한 영향으로 취부위치에 따라 Sensitivity가 큰 차이를 나타냄.

② 볼트 체결위치 및 수량에 따라 진동변화가 크게 나타남.

③ 최종 Weight Balancing 후의 전동기 케이싱 상부 수평방향 진동은 50 ㎛ 정도로 안정

 

2.2.3 3차 진동점검 : 전동기 Reed Frequency 조정 (‘96.9.12~9.15)

(1) 조정전 현황

① 운전을 하기 위한 임시조치로 Weight Balancing을 실시하여 40~50 ㎛로 감소시켰으나, 14시간 운전 후 140 ㎛까지 급상승하여 정지하고, 작업준비후 재점검을 실시

② 분해시 축정렬 상태를 점검한 결과, 25/100 ㎜(OD, TIR) 정도 변형

(2) 전동기 Reed Frequency 조정

① 전동기 Reed Frequency 조정용 동판 교체 및 와셔 삽입

② 전동기 베이스 수평 교정용 Shimplate를 와셔형으로 제작하여 와셔와 함께 삽입

③ 공진 가능성을 확실히 배제하기 위해 전동기 수평방향 체결볼트를 모두 취외하고 수직방향으로 체결볼트 수를 추가(6→12개)

④ 운전중 축정렬 변화를 최소화하기 위해 체결 볼트 토오크를 증가(42→45 ㎏․m)

⑤ 전동기 Reed Frequency 시험 결과는 표 14-4와 같다.

표 14-4 전동기의 Reed Frequency 측정치

측정일자

측 정 조 건

Hor.(㎐)

Ver.(㎐)

‘96. 9. 12

동판교체/볼트 12개 기동전

16.8

16.0

 

동판교체/볼트 12개 정지시, 380 rpm

18.4/19.2

 

 

동판교체/볼트 12개 정지시, 0 rpm

15.2

16.8

 

동판교체/볼트 12개(출구측 및 반대)

15.2

 

'96. 9. 13

동판교체/볼트 12개/와셔/Shim 기동전(Cold)

11.2

 

 

〃 전동기 무부하, 480 rpm

11.2/12.8

16.8/18.4

 

〃 커플링 체결, 기동전

11.2

16.0

 

⑥ 표 14-4와 같이 조치한 후 기동한 결과, 부하상태에서 초기에는 전동기 상부 케이싱 수평방향 진동이 50 ㎛까지 상승하였다가 2시간 30분 경과후에는 수평, 수직방향 모두 30 ㎛ 이내로 양호한 상태이나, 약 15 ㎛ 정도의 주기적인 맥놀이(Beat) 진동이 발생

 

2.3 原因과 結果(Cause and Effect)

① 1차 진동교정 (전동기 베이스 수평교정) 후 상승한 것은, 당시 전동기 Reed Frequency가 운전주파수 아래에서 근접한 상태에서 있다가 시간의 경과에 따라 동판의 탄성 감쇠로 강성이 증가하여 공진이 발생한 것으로 판단됨.

② 복수펌프 #1과 3는 기동직후 진동이 거의 안정적이나, 복수펌프 #2는 기동 후 전동기 권선온도 상승과 함께 진동도 조건에 따라 상승폭은 다르지만 서서히 상승하였다가 안정되는 현상이 뚜렷한 것으로 보아 전동기 권선 조립상태가 원활하지 않은 것으로 판단됨.

③ 간헐적으로 나타나는 큰 폭의 진동 Hunting은 케이블에 의한 Noise 가능성도 있으나, 베어링과 같은 내부 부품의 조립상태가 원만하지 못한 것으로 판단됨.

④ 복수펌프 #2는 축정렬상태 및 전동기 베이스 수평상태가 다른 것에 비해 변화가 크며, 이에 따른 진동변화도 상당히 민감함.

⑤ 진동의 주기적인 Hunting 및 맥놀이 진동은, 전동기 베이스 수평상태 불량 및 계통에서 전달되는 진동으로 판단됨.

 

2.4 結論(Conclusions)

① 복수펌프 #2 고진동의 주원인은 공진에 의한 것으로 판단되며, 이것을 조정하기 위한 동판은 장기간 사용시 강성이 증가하므로 주기적인 점검 및 교체가 필요

② 또한 진동에 크게 영향을 미치는 축정렬상태 및 수평, 수직상태 변화를 점검하여 계속 변화시는 Dowel Pin 설치 등 변화 방지를 위한 조치가 필요

③ 기동시 전동기 권선온도 증가에 따른 진동상승 후 감소하는 현상 및 진동곡선에서 작지만 간헐적으로 보이는 Step 변화는 내부 구성품의 조립상태가 양호하지 않은 것으로 판단되므로 전동기의 정밀점검이 필요

④ 진동의 주기적인 Hunting 및 맥놀이 진동은, 전동기 베이스 수평상태 및 계통에서 전달되는 진동으로 판단되므로 정확한 점검과 추가 검토가 필요

 

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