대형 수직형 펌프 운전 중 공진현상의 진동저감을 위한 보강구조 설계 및 성능 검증

Abstract

원자력 및 화력발전소에서는 발전기의 전력생산을 위해 많은 량의 증기를 이용하여 터빈을 구동시키고, 터빈 일을 마친 이후의 증기는 다시 물로 상태를 변화시켜 계속적으로 사이클에 사용된다. 이렇게 증기를 다시 물로 만들기 위해서 많은 양의 냉각수를 필요로 하게 되며, 추가적으로 발전설비에 냉각을 필요로 하는 곳에도 냉각수를 공급해야만 한다. 이러한 용도로 대형 발전소에서는 해수가 사용되며, 대용량의 펌프가 이 목적으로 설치되어 운전되고 있다. 이러한 펌프는 압력이 아닌 많은 유량이 요구되는 냉각이 우선목적이기 때문에 사류형 임펠러를 지닌 장축의 수직펌프와 이를 구동시키는 수직형 전동기로 구성되어 있다. 이를 순환수펌프(circulation water pump)로 부르며, 용량이 큰 화력발전소나 원자력 발전소의 경우에는 보다 많은 개소에 냉각의 목적으로 설치대수가 많아진다. 그리고, 이러한 설비는 수평형으로 설치된 것과 달리 지지 부위가 아래쪽으로만 되어 있어 상대적으로 구조적인 취약함을 가지고 있으며, 출력에 따른 유량제어가 필요하지만, 거의 대부분 출구측 밸브는 제어가 불가능하다. 따라서, 유량을 제어할 수 있도록 정격속도로 운전되는 유도전동기에 VVVF(variable voltage, variable frequency) 장치를 설치하여 속도를 조절함으로써 유량제어가 가능하고, 구동 전력비를 절감할 수 있도록 최근 몇 개 발전소에서부터 설비개선을 실시하고 있다. 본 연구 논문은 이들 대형수직 전동기-펌프 중 VVVF를 설치하면서 설비의 변속 구간에서 발생되는 예상치 못한 공진에 의한 고진동 현상을 분석, 실험 및 해석적인 방법으로 접근하여 상대적 저비용으로 보강구조를 설계 후 설치하여 진동을 저감시킨 실험 및 연구사례이다.