Fluidantrieb-Schwingungen bei Kesselspeisepumpen optimieren: Eine Fallstudie

Eine Kesselspeisepumpe (BFP), angetrieben durch einen Fluidantrieb, gekoppelt an die Hauptdampfturbine, litt unter übermäßigen Schwingungen, was häufige Lagerwechsel erforderte. Das Werk verließ sich auf diese einzelne BFP für die Stromerzeugung, wobei die Fluidantriebs-Ausgangswelle zwischen 2.000 und 3.500 U/min betrieben wurde. Mechanical Solutions Inc. (MSI) führte umfassende Tests durch, die es dem Werk ermöglichten, den Betrieb sicher anzupassen, bis eine dauerhafte Lösung während einer geplanten Abschaltung implementiert werden konnte.

MSIs Feldarbeit kombinierte Impuls-Modal-Tests mit erzwungenen Betriebsantwort-Experimenten. Daten wurden von etwa 125 Punkten am Fluidantrieb, der Pumpe, dem Frontstandard und dem Fundament erfasst. Impuls-Modal-Tests identifizierten Eigenfrequenzen und Modenformen während des normalen Werksbetriebs, während erzwungene Antwortdaten die Betriebsschwingform (ODS) der Pumpen- und Antriebsbaugruppe lieferten (siehe Abbildung 1). Die ODS zeigt Amplitude und Phase jedes Bauteils bei einer gegebenen Frequenz und gibt klare Einblicke in Quelle und Schwere der Schwingung. MSI setzte auch Wellenreiter-Stäbe ein, um torsionale Eigenfrequenzen im Maschinenstrang zu sondieren.

Die Tests identifizierten 60 Hz als dominierende Schwingungsfrequenz, die hauptsächlich das Eingangsende des Fluidantriebs und den Frontstandard betraf, mit einem Peak bei 2.500 U/min (42 Hz). Bemerkenswert: Die Ausgangswelle erlebte höhere 60-Hz-Schwingung als bei 42 Hz. MSI schloss, dass die 60-Hz-Schwingung hauptsächlich von einer torsionalen kritischen Drehzahl des Rotorsystems herrührte, die sich auf 60 Hz „einstellte“, beeinflusst durch den Ölstand des Fluidantriebs. Die torsionale Steifigkeit des Antriebs kontrollierte die Ausgangsgeschwindigkeit und verknüpfte die Schwingung indirekt mit der Wellendrehzahl. Zusätzlich wurde eine strukturelle Eigenfrequenz der Fluidantriebs-Lagerpedestale bei ~64 Hz über ODS und Modal-Tests identifiziert. Die kombinierten Rotor-/Strukturschwingungen degradierten das Fundament unter dem Antrieb schwer, wobei die ODS-Animation zeigte, wie die Sohlenplatten sich vom Beton lösten und das Systemschütteln verstärkten (Abbildung 1).

Abbildung 1. Standbild aus einer übertriebenen Bewegungsanimation des Modal-„Stoß“-Tests während des Pumpenbetriebs. Beachten Sie die relative Bewegung des Fluidantriebs-Fundaments und der Sohlenplatten zum Fundament, die nicht mehr fest verbunden sind.

Da das Werk online bleiben musste, war eine langfristige Fundamentreparatur nicht sofort machbar. Mithilfe von MSIs Erkenntnissen implementierte das Werk eine Strategie, um den Betrieb des Fluidantriebs bei 2.500 U/min zu vermeiden, wodurch schneller Lager- und Frontstandard-Verschleiß begrenzt wurde. Dauerhafte Abhilfemaßnahmen – einschließlich Fundamentverstärkung und Modifikationen an Kupplung und anderen Wellenkomponenten zur Verschiebung der torsionalen kritischen Drehzahl – wurden für eine zukünftige Abschaltung geplant.

Über die Autoren: William Marscher, President & Technical Director, und Eric Olson, Director of Marketing, Mechanical Solutions Inc. (MSI) – ein Beratungs- und F&E-Unternehmen in Whippany, N.J. Mehr unter www.mechsol.com oder telefonisch unter 973-326-9920.