분석 및 엔지니어링 업그레이드로 링 섹션 펌프 고장 해결

미국의 한 주요 발전소는 여러 개의 링 섹션(BB4) 보일러 급수 펌프에서 높은 진동 및 재순환 문제를 경험했으며, 이로 인해 여러 차례의 치명적인 고장과 계획되지 않은 가동 중단이 발생했습니다. 이 사례 연구에서는 전체 분석, 문제 해결, 수리 계획, 재구축 및 성능 테스트를 위해 부품시장 펌프 서비스 센터로 배송된 펌프 중 하나를 자세히 설명합니다.

복합화력 발전소는 발전 산업의 "신규 어린이"입니다. 가스 터빈과 증기 터빈을 결합하도록 설계된 복합화력 발전소는 단순 사이클 발전소와 동일한 연료 사용량으로 최대 50% 더 많은 전기를 생산할 수 있습니다. 현대 복합 사이클 발전소는 또한 10분 이내에 에너지 생산을 시작하고 60분 이내에 최대 용량으로 가동할 수 있는 능력을 통해 전력망 수요에 신속하게 대응할 수 있습니다. 이는 간헐적 재생 기술을 효율적으로 보완합니다.

전력 수요가 변화하고 복합화력 발전소가 기존의 화석 및 화력 발전소를 대체하기 시작하면서 사용되는 펌프 유형도 변경되었습니다. 화석 발전소에서는 견고하고 오래 지속되는 배럴 펌프를 사용하는 경우가 많습니다. 이러한 펌프는 장기간 중단 없이 작동하며 공장에는 일반적으로 장치당 100% 설치된 펌프 2개 또는 50% 설치된 펌프 3개가 장착되어 있습니다.

복합 사이클 플랜트에서는 업계가 보다 저렴한 세그먼트 링 펌프로 전환함에 따라 견고하면서도 값비싼 배럴 펌프에 대한 수요가 감소했습니다. 최근 전력 산업의 변화로 인해 운영자는 평균 수리 간격(MTBR) 단축, 새로 설치된 장치의 내부 마모 및 높은 진동 문제에 직면하는 경우가 많습니다.

배경 발전소에서 수많은 보일러 공급 펌프 성능 및 신뢰성 문제를 경험한 후 발전소 소유자는 캘리포니아주 로스앤젤레스에 있는 부품시장 펌프 서비스 센터를 통해 포괄적인 근본 원인 분석 및 수리 계획을 추구하기로 결정했습니다. 조사를 통해 궁극적으로 성능 문제 및 예상치 못한 펌프 고장과 관련된 일련의 근본적인 문제가 밝혀졌습니다.

조사 결과, 엔지니어링 솔루션 및 권장 사항 첫 번째 장치의 초기 검사 및 분석 중에 밸런스 슬리브가 샤프트와 관련하여 테이퍼 핏이 있다는 사실이 확인되었습니다. 이러한 유형의 디자인은 샤프트에서 밸런스 슬리브를 설치하거나 제거하기 위해 높은 압력과 특수 도구가 필요하기 때문에 일반적이지 않습니다. 이는 또한 주요 안전 문제이기도 합니다.

또한 테이퍼 핏 밸런스 슬리브가 샤프트의 항복점 근처에 설치되었습니다. 높은 압력과 테이퍼형 맞춤으로 인해 샤프트에 바람직하지 않은 맞춤이 발생하여 응력 집중 영역이 높아졌습니다. 외부 직경이 샤프트에 정확히 맞지 않아 밸런스 슬리브 주변의 주변 압력이나 힘이 동일하지 않게 되었습니다. 그 대가로 샤프트가 구부러질 수 있는 시나리오를 만들었습니다. 역방향 힘, 즉 굽힘 모멘트는 분당 3,550회 발생하여 밸런스 슬리브 루트에 상당한 굽힘 모멘트를 발생시켜 결국 펌프 샤프트를 피로하게 만듭니다.

최종단 임펠러와 밸런스 슬리브 사이의 축방향 간격을 줄이기 위해 밸런스 슬리브를 일자형으로 만들고 길이를 길게 만들어 재설계하는 제안이 나왔습니다(그림 1). 이는 웨어링의 "분리"를 방지하여 로터가 불안정해지는 것을 방지합니다.

임펠러가 앞으로 튀었다가 원래 위치로 돌아가는 현상은 여전히 ​​존재하지만, 간격이 줄어들기 때문에 임펠러가 밸런스 장치로의 흐름을 제한할 수 없습니다.

서비스 센터는 펌프의 원래 설계에서는 회전 방지 핀을 사용하여 정면 구성으로 조립해야 한다는 사실을 발견했습니다. 펌프의 마지막 단계 디퓨저에는 원래 디자인에 핀이 없었기 때문에 커버는 디퓨저를 "압착"하여 회전을 방지해야 했습니다. 이 설계로 인해 발생한 틈으로 인해 O-링이 조기에 파손되고 압력 전달 용량이 제한되었습니다. 펌프 신뢰성과 마지막 단계 조인트의 압력 전달 능력을 모두 향상시키기 위해 디퓨저 표면을 정밀하게 연마했습니다. 스택업 공차를 강화함으로써 마지막 단계 조인트의 압력 전달 능력도 향상됩니다.