2. 수직펌프 2X 공진문제

Resonance Problem at 2×RPM by the Shaft Fractures of Vertical Pump

 

2.1 背景 (Background)

그림 6-8은 문제의 수직 펌프 설계도이다. 이 펌프 모텔은 도시 물처리장에서 많이 사용되어 왔으며, 임펠러 Locking Nut에 가까운 펌프축 단면에서 피로손상을 경험한 바가 많았다. 원래 진동은 Locking Nut가 풀릴 만큼 아주 높았다. 이런 결과로 Locking Nut가 풀리지 않도록 강력한 Loctite Epoxy를 도포하였다. 그러나 많은 펌프들이 임펠러 축이 극심한 피로 손상을 입은바 있다.

따라서 진동을 측정하고, 진동 정도를 평가하고, 잠재적인 문제점들을 진단하고, 진단한 문제점을 해결하기 위한 필요한 권고 사항을 제출해 줄 것을 기술지원 팀에게 연락하였다.

 

2.2 分析結果 (Analysis Results)

그림 6-8에는 전동기와 수직 펌프의 진동측정 위치가 나타나 있다. 이 시스템에서 전동기는 길이가 약 74 inch, 직경이 3.5 inch인 중공축을 구동하고, 이 축은 약 1780 rpm으로 펌프를 구동한다. 가장 높은 진동은 펌프의 위치 3V 및 4V에 있었다. 그림 6-10은 위치 3V에서 바닥과 평행한 수평방향으로 측정한 스펙트럼이다. 여기서 전체 진동은 0.714 in/sec로 높은데 운전속도인 1770 rpm에서의 진동은 겨우 0.181 in/sec인데 반하여 2배의 운전속도 3570 cpm에서는 0.650 in/sec로 높았다. 임펠러는 2개의 베인을 가지고 있다는 사실을 지적하고자 한다.

그림 6-8 전동기와 펌프의 측정위치

그림 6-9 고유진동수를 높이기 위한 임시의 보강재 설치

그림 6-10 위치 4V에서 운전중 진동

왜 2×RPM 진동이 탁월한가를 알기 위하여 여러 가지 측정 시험을 하였다. 이 시험중에는 전동기, 축 및 펌프의 충격 고유 진동수 시험이 포함되어 있다. 그림 6-11은 충격 시험의 결과이며, 위치 3V 및 4V와 나란한 수평 방향으로 충격을 가했을 때 취한 값이다. 이의 주요 고유주파수는 3780 cpm으로 베인 통과 주파수인 3570 cpm으로부터 겨우 5.9% 떨어져 있었다. 그림 6-8과 6-11을 보면 2000 cpm 고유주파수는 없는데 이는 위치 3H 및 3V 바로 위에 펌프와 축 부근에 위치한 Safety Guard Screen의 단지 공진이기 때문이다.

고유진동수가 베인 통과 주파수(2×RPM)에 너무 근접해 있기 때문에 이 고유 진동수를 베인 통과 주파수와 멀리 있게 하면 얼마만큼의 진동이 감소될 수 있는지를 확인하기 위하여 간단한 시험을 할 것을 권고하였다. 그림 6-9는 펌프와 구조물 벽 사이에 동쪽과 북쪽에 임시로 강성재를 보강한 것을 나타낸 것이다. 이 강성재는 동쪽벽과 펌프사이에는 4"×4", 북쪽벽과 펌프사이에는 2"×4" 구조물이다.

그림 6-11 위치 4H에서 충격 고유 진동수 시험

 

2.3 措置 結果 (Results of Corrective Actions)

그림 6-12는 임시 보강 전후의 결과로써 고유진동수가 얼마나 이동했고 운전중 진동에는 어떻게 영향을 미쳤나를 보여준다. 그림 6-12A는 그림 6-10을 재현시킨 것으로 보강재 설치전의 진동 스펙트럼을 나타낸 것이고, 그림 6-12는 보강후의 진동 스펙트럼으로 고유진동수가 3780 cpm에서 3960 cpm으로 이동된 것을 보여준다. 비록 이 값은 4.8% 더 높게 증가하였지만 보강재 설치후 베인 통과 진동은 0.650 in/sec에서 0.196 in/sec로 떨어졌다. 나중에 영구설계 개선 작업을 시행하여 고유 진동수가 4200 cpm이상 이동하였고 베인 통과 진동도 0.12 in/sec 이하로 되었다. 이 이후에 더 이상의 축 손상 사고가 발생하지 않았다.

그림 6-12A 위치 4V에서 강성재 보강전의 진동 스펙트럼

그림 6-12B 위치 4V에서 강성재 보강후의 진동 스펙트럼

 

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