발전소 순환수계통 수직펌프의 진동저감에 관한 연구

Abstract

화력발전소에서 순환수계통 수직펌프는 복수기 냉각수를 공급하여 출력에 직접적인 영향을 미치고, 압축기 등 발전소의 여러 기계들에 냉각수를 공급하여 설비운전에 있어 매우 중요한 설비이다. 운전 중에 발생되는 수직펌프의 높은 진동은 베어링 편마모 등을 야기하여 많은 시간과 비용이 소요되고 발전소 운영에도 지장을 초래한다. 본 연구의 실험대상인 국내 P복합발전소 순환수계통 수직펌프는 1994년 준공된 이후 반복적인 고진동 문제로 거의 매년 정비를 받았으나 근본적인 해결이 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 국내 P복합발전소에서 실제 운전 중인 순환수계통 수직펌프를 대상으로 고유진동수를 측정하고, 유체와 구조가 연성된 경우의 진동이론으로부터 고진동의 원인을 파악하였으며 수치해석으로 예측한 진동 저감방안을 실제 적용하여 실증 실험을 실시하였다. 수직펌프에서 발생되는 고진동의 원인은 펌프의 회전주파수와 해수의 수위에 따라 변하는 수직펌프 고유진동수의 공진으로 나타났다. 현장 상황에 가장 적합하며 경제적인 공진방지 대책으로 수직펌프의 상부케이싱에 리브를 보강하여 수직펌프시스템의 강성을 증가시키는 방안을 선정하여 수치해석을 통해 실효성을 미리 확인한 후 실제 시스템에 적용한 결과 리브 보강 전 펌프를 강제 정지시켜야할 수준의 높은 진동이 정상운전 허용범위로 크게 감소되었다. 이러한 순환수계통 수직펌프의 진동 저감방안은 해수의 수위에 따라 고진동이 발생하는 유사 문제를 겪고 있는 타 발전소의 경우에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다.| Vertical pump in circulating water system is fundermental facility in the power plant. If high vibration occurs during operation of vertical pump, it can stop the plant operation. In this study, the natural frequency of the actual operating vertical pump in the P Combined Cycle Power Plant is measured and the cause of high vibration is determined by using fluid-structure coupled vibration theory. Vibration reduction plan predicted by the numerical analysis is applied to the actual pump and the empirical experiments are conducted. High vibration generated in the vertical pump is caused by resonance between the rotation frequency and the natural frequency varied by sea level. Because the plan to prevent the resonance is suited for field conditions, it is selected to increse the stiffness of the pump by reinforcing ribs to the upper casing. Feasibility of the plan is confirmed by the numerical analysis and applied to the pump. Before improvement, vibration is high enough to be forced to stop the pump. But, after improvement, vibration is reduced in the range of normal operation.; Vertical pump in circulating water system is fundermental facility in the power plant. If high vibration occurs during operation of vertical pump, it can stop the plant operation. In this study, the natural frequency of the actual operating vertical pump in the P Combined Cycle Power Plant is measured and the cause of high vibration is determined by using fluid-structure coupled vibration theory. Vibration reduction plan predicted by the numerical analysis is applied to the actual pump and the empirical experiments are conducted. High vibration generated in the vertical pump is caused by resonance between the rotation frequency and the natural frequency varied by sea level. Because the plan to prevent the resonance is suited for field conditions, it is selected to increse the stiffness of the pump by reinforcing ribs to the upper casing. Feasibility of the plan is confirmed by the numerical analysis and applied to the pump. Before improvement, vibration is high enough to be forced to stop the pump. But, after improvement, vibration is reduced in the range of normal operation.