ボイラー給水ポンプの流体駆動振動最適化：ケーススタディ

メイン蒸気タービンに連結された流体駆動で動くボイラー給水ポンプ（BFP）が過度な振動に見舞われ、頻繁なベアリング交換を強いられていました。プラントはこの単一BFPで発電しており、流体駆動出力軸を2,000〜3,500rpmで運転。Mechanical Solutions Inc.（MSI）が包括的試験を実施し、次回計画停止までの安全運転調整を可能にしました。

MSIの現地作業はインパクトモーダル試験と運転強制応答実験を組み合わせ。流体駆動、ポンプ、フロントスタンダード、基礎の約125ポイントからデータ取得。インパクトモーダル試験で通常運転中の固有振動数とモード形状を特定、強制応答データでポンプ・駆動アセンブリの運転偏向形状（ODS）を作成（図1参照）。ODSは特定周波数での各コンポーネント振幅と位相を示し、振動源と深刻度を明確化。シャフトライダースティックで機械系の捩れ固有振動数も探査。

試験で60Hzが主要振動周波数と特定。主に流体駆動の入力側とフロントスタンダードに影響、2,500rpm（42Hz）でピーク。出力軸では42Hzより60Hz振動が大きかった。MSIは60Hz振動の主因を、流体駆動のオイルレベルの影響を受け「60Hzにチューニングされた」ローター系の捩れ臨界速度と結論。駆動の捩れ剛性が出力速度を制御し、間接的に振動を軸速度にリンク。また、流体駆動ベアリングピデスタルの構造固有振動数約64HzをODSとモーダル試験で特定。ローター/構造振動の複合で駆動下基礎が深刻に劣化、ODSアニメーションでソールプレートがコンクリートから離脱し、システム振動を増幅（図1）。

図1. ポンプ運転中のモーダル「バンプ」試験の誇張モーションアニメーションのフリーズフレーム。流体駆動ベースとソールプレートの基礎への相対運動が見え、もはや緊密に接続されていない。

プラントはオンライン継続が必須のため、長期的な基礎修復は即座に不可。MSIの知見を用い、流体駆動を2,500rpmで運転しない戦略を実施、ベアリング急速摩耗とフロントスタンダード劣化を抑制。恒久対策（基礎補強、カップリング等軸部品改造による捩れ臨界速度シフト）は将来の計画停止で実施予定。

著者について：ウィリアム・マーシャー氏（社長兼テクニカルディレクター）、エリック・オルソン氏（マーケティングディレクター）、Mechanical Solutions Inc.（MSI）— ニュージャージー州ウィッパニーのコンサルティング・R&D企業。詳細はwww.mechsol.comまたは973-326-9920へ。

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