Abstract 37 th Turbomachinery Symposium Case Study: VFD Induced Coupling Failure Authors
-
Upload
independent -
Category
Documents
-
view
0 -
download
0
Transcript of Abstract 37 th Turbomachinery Symposium Case Study: VFD Induced Coupling Failure Authors
Abstract
37th
Turbomachinery Symposium
Case Study:
VFD Induced Coupling Failure
Authors:
John Kocur, Jr. Ph.D
Machinery Specialist, ExxonMobil
Joe Corcoran
Manager Global Services & Training, Kop-Flex
A catastrophic failure of a high performance disc coupling connecting the speed increaser and LP compressor in a VFD controlled 18,300 HP motor/speed increaser/LP compressor/HP compressor train, led to months of reduced plant operation while the root cause of the failure, and corrective action, both outlined in this Case Study, were determined.
����������� �� ����������������������� �� �������������� ���������� ����������
����������������������������������������������������
���!"�#����$� �" ���!"�#����$� �"
�����%"��������� �����%"���������
Turbomachinery Symposium 2008
����������������������
•• &��'���������(��������&��'���������(��������
•• ��������������������������������
•• ��������(����)��!��������(����)��!
•• *�����������!��+���*�����������!��+���
•• �����������,������������������,�������
•• ���-���.����������-���.�������
•• ����������!��+�������������!��+���
•• ��������������������
Turbomachinery Symposium 2008
&��'���������(�������&��'���������(�������
•• �������������*�������+��������������������*�������+�������
��*����/�0�1�2��%�3�0242�)%*�*����/�0�1�2��%�3�0242�)%*�
����������������������������������
��5%5%6��%�6��%�������������37����)%*������������37����)%*
•• ����������������������������������������������
��!(�������������(���������!(�������������(���������
�� ≈≈≈≈≈≈≈≈08�$���$����� ����08�$���$����� ����
��%����%������ 5%�������������������5%�������������������
����(�� �����������������������������(�� ���������������������������
Turbomachinery Symposium 2008
����������������������
MotorBull Gear
Pinion LP Comp HP Comp
Failed Coupling
Turbomachinery Symposium 2008
������������������������������������������
CrackInitiation
Spiral Propagation
Turbomachinery Symposium 2008
�������� ��������������� �������
Flailing split
retained hub
releasing piece
Turbomachinery Symposium 2008
)��!)��!
•• ��������������������������(�������������������������������(�����
��9�������������� ���������+����������9�������������� ���������+����������
01"4��:01"4��:
�����������;��0���������;��0��������������������������������������
(��-���� (��-����
•• �������������5����������(�������������������������5����������(������������
������������������������
�� �������������������;��������(���������������������;��������(��
�� �;���������(��������+��+���;���������(��������+��+��
Turbomachinery Symposium 2008
���������*��������������������*�����������
Speed sensor on LS gear
shaft (used for torsional
measurement) confirmed
existence of pulsations
Turbomachinery Symposium 2008
��������*�������������������*�����������
Both peaks coincident
Increased speed
Reflected in speed
sensor at LSS
Turbomachinery Symposium 2008
�������.��������������.�������
�=1.1%
�=1.6%
Damping estimation from the response around the
natural frequency
Seems to confirm the popular assumption that trains w/ disk/diaphragm couplings have 1.6% of
critical damping
Turbomachinery Symposium 2008
������������������������
•• ��������'����������������������(����%<*���������'����������������������(����%<*�
(��-���� (��-����
*
512
sb pwm odd o
odd
o
sb
pwm
f f I f
I
f
f
f
= −
===
=
�����������
��� � ������
������������������
���
Turbomachinery Symposium 2008
�����������-���� �=00>?�����������-���� �=00>?
22 22.5 23 23.5 24 24.5 250
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
2 * Motor Speed (Hz)
Side
Ban
d Fr
eque
ncy
(Hz)
Coincident with 1st
torsional natural
frequency
Turbomachinery Symposium 2008
)�)�@@�>��������(�0�>��������(�0�������������A����������A�
•• &��������'�����������;����&��������'�����������;����@@�>��������(�0�>��������(�0����
��������
•• )�)�@@�>����������������������� ������>����������������������� �����
����������������������������������
�� ���-���������������������������������������������������-������������������������������������������������
��������������������������������
•• B�(�����������������������������01�:�B�(�����������������������������01�:�
����������������������������������������������������������������
*( )t d al
r
I f fT
t−=
Where:tr = response timeIt = train inertiafd = desired speedfa = actual speedTl = limit torque
Turbomachinery Symposium 2008
����*�����&��+������*�����&��+��
• Initial discussions w/ vendor showed speed feedback signal to be filtered
• Further investigations revealed the existence of an unfiltered branch
Turbomachinery Symposium 2008
.��������(�*�����%�����������-��.��������(�*�����%�����������-��
�=1.6%
Torsional Model Damping Estimation
Torsional Response @ Gear Shaft
+
=
Alternating Torque
+
Turbomachinery Symposium 2008
�������!��� ���������!��� ��
•• ����������������������������
����������������������������������������������������������������
�����C�������+�"������������-�������C�������+�"������������-��
����������������������������-��������������������������������������-������������
�>�����7�D ��(��������������������>�����7�D ��(�������������������
•• %�����������-��%�����������-��
��!��� ����������������������������-���!��� ����������������������������-���
���������D ��(�������(���������������������D ��(�������(������������
������������;������'��������������������������;������'��������������
��)������������������ �EF��������������)������������������ �EF��������������
;����������������������;��0;����������������������;��0�����A��A�
Turbomachinery Symposium 2008
��������������������
•• )�)�@@�>��������(�0�>��������(�0�����A��������((���������������A��������((��������������
(�����(�����
�� ��������������� �����+���������������������������������������� �����+�������������������������
���-��������D ��(���������-��������D ��(������
•• ����������������;������������������������������������;��������������������
���-��������������D ��(���������-��������������D ��(������
�� ��+�����������������������+���������������������
�� �������������������(���������������������������(��������
�� �����>���������������(����������>���������������(�����
*
150 3*sb pwm odd o
sb o
f f I f
f f
= −
= −
Turbomachinery Symposium 2008
�������+��!������������+��!�����
•• ����������������������������������������������������������������GG��������HH ������������(����������������(����+����������������������������:��0+����������������������������:��0�����A���A���>�����������������������������������>������������������������������������+�����+���
��������������������+����C�:��������������������������+����C�:����������A��������(������'�A��������(������'�
��9����+�����������������E�9����+�����������������E���������������������������������
����������������������������������������������������������������������������������+���������+�����������+���������+���
•• A�;�������������������(���;���� �����A�;�������������������(���;���� ���������������������