3. 정지간 공진점에서 여자기 로터 마찰

Exciter Rotor Rub during Coastdown at its Resonance Speed

 

3.1 運轉 狀況 (Operating Status)

500 ㎿ 증기터빈/발전기는 그림 15-11과 같이 TC4F 형식으로 9개의 저널 베어링이 있다. 각 베어링에는 XY Proximity 변환기가 있어 반경방향 진동을 감시한다. #8, 9 베어링의 금속온도가 비정상적으로 높다고 운전원은 보고한다. 기계진단 전문가로서 이 유니트의 건강상태를 보고하고 발견된 문제점들을 진단 할 것을 요청 받았다.

분석을 수행하기 전에 먼저 다음의 운전 및 정비에 관한 정보를 고려해야 한다. 즉 #8, 9 베어링의 금속온도가 정상치보다 높고, Slow Roll 운전시에도 #3, 6, 7 베어링의 진동은 현저한 진동을 보이고 있고 또한 여자기 베어링의 진동 진폭은 두 채널중 한 채널이 아주 높은 것을 고려해야 한다.

그림 15-11 증기터빈․발전기의 개략도 및 진동변환기 설치 위치

 

3.2 터빈/發電機 諸元 (Turbine/Generator Specifications)

터 빈 발 전 기
재열 터빈
502.3 ㎿
Tandem Compound Quadruple Flow 3600 rpm
2400 psig-1000˚F 3.5 in Hg abs


출력 : 530 (Nameplate)
Stator Volts: 18,000
Stator Amps: 20,688
㎐: 60
Phase: 3
Rotor Amp: 4,626
Exciter Volt: 600

 

3.3 振動 分析者의 診斷結果 (The Results Diagnosed by Analyst)

이 사례에 대한 자료로는 단지 열간 상태의 정지 기록만 있다. 9개의 전 베어링의 XY 채널 모두에서 진동 신호를 얻기 위해 3개의 DAIU 108 장비가 사용되었다. 4번째 데이터 베이스로는 #1~8 베어링의 2×의 수직 진동만 수집하도록 구성되었다. #9 베어링은 심하게 Misalignment 되었다. 바나나 형태와 8 자모양의 Orbit를 여자기에서 볼 수 있다. 또한 여자기는 불평형 상태에 있었다. 이러한 복합적인 작용으로 #9 베어링에서 Rubbing이 일어나 #8, 9 베어링에서 진폭이 Scale Over하였다. #3, 6, 7 베어링에서 많은 양의 Glitch가 있고, #1 베어링에서는 베어링 손상에 기인한 축 중심선 거동이 비정상인 것을 보여준다.

 

3.4 診斷 結果의 細部內容(Details of Diagnostic Results)

(1) 제공된 사례의 개요를 읽은 후 조사목적을 정의하고 나열한다.

∙ 터빈/발전기 운전상태를 측정하고 기록한다.

∙ 관찰한 비정상 진동특성의 원인을 규명한다.

∙ 고장원인을 교정하기 위한 조치를 추천한다.

(2) 이 사례에서 나타난 기계와 상황에 대해 알고있는 바를 열거한다.

∙ 기계 Train은 그림 15-11과 같고 제원은 명판의 내용과 같다.

∙ 진동은 각 베어링에 위치한 XY 변위 변환기로부터 검출할 수 있다.

∙ #8, 9 베어링의 금속온도는 정상치보다 높게 운전되고 있다.

∙ Slow Roll 운전시에도 #3, 6, 7 베어링의 진동은 현저한 진동을 나타낸다.

∙ #9 베어링의 수직과 수평 진동은 현저한 차이를 나타낸다.

(3) 데이터 베이스를 조사하는 동안 관심 항목이나 문제들을 요약한다.

∙ #3, 6, 7 베어링에서는 많은 양의 Glitch가 있다.

∙ #9 베어링은 Preload가 커서 Orbit이 편편하고 8자 모양이다.

∙ 여자기 회전자는 현저한 불평형을 가지고 있다.

∙ 여자기 회전자는 2500 rpm에서 큰 편심 공진을 가지고 있다.

∙ 저압터빈 로터는 2550 rpm에서 큰 편심 공진을 가지고 있다.

∙ 고중압터빈 로터는 1450 rpm에서 큰 편심 공진을 가지고 있다.

∙ #9 베어링은 정지시 공진속도에서 Rubbing이 일어난 것 같다.

∙ 여자기는 크게 Misalignment 되어 있다.

(4) 관찰한 기계거동의 근본원인과 이러한 관찰을 확인하는 Plot Format들을 열거한다.

∙ Slow Roll 시간 영역 파형은 #3, 6, 7 베어링에서 Glitch가 크다는 것을 확인 해준다.

∙ #9 베어링 Orbit는 Misalignment에 기인한 큰 Preload가 있음을 보여준다.

∙ #9 베어링에서의 정지시의 Rubbing은 Orbit, 축중심선도, Bode 및 Cascade 선도로 확인된다.

(5) 지금은 이용할 수 없지만 당신의 가설을 확인 또는 부정하는 다른 정보들도 열거한다.

∙ #9 베어링 및 오일 실의 점검으로 Rubbing이 일어났는지를 확실히 결론지어준다.

∙ #8, 9 채널에서 진동은 정지시 여자기가 공진영역을 통과하는 동안 진동범위를 벗어났다.

(6) 문제를 교정하기 위한 권고사항

∙ 여자기의 열간 및 냉간 축정렬 상태를 분석하여 축정렬을 수정한다.

∙ 여자기를 발란싱 한다.

∙ #3, 6, 7 베어링 진동 검출기 대향 축표면을 Burnishing한다.

∙ 손상 확인을 위해 #1 베어링을 점검한다. 비정상의 축 중심선도는 손상이 있을 것이라는 것을 암시한다.

∙ Rubbing손상되었는지 #9 베어링 및 오일 실을 점검한다.

 

3.5 調査에 使用된 Plot (Plots Used during the Investigation)

(1) Orbit

그림 15-12 Rubbing시 범위를 벗어나는 #9 베어링의 Orbit

(2) Shaft Centerline

그림 15-13 #9 Shaft Centerline

그림 15-14 정지시 비정상 이동을 보여주는 #1 Shaft Centerline

(3) Cascade

그림 15-15 높은 1× 및 2× 진동을 보여주는 #9 베어링의 수직 채널의 Cascade 

(4) Timebase Plot

그림 15-16 스크래치로 인하여 큰 양의 Glitch를 보여주는 #6 베어링의 Timebase Plot

(5) Bode Plot

그림 15-17 [Rubbing의 결과로 강성이 증가하면서 공진영역이 넓어지는 것을 보여주는
#9 베어링 수평채널의 Bode Plot]

 

3.6 診斷 專門家의 結論 要約 (Summary of Diagnostic Expert Engineer's Conclusions)

∙ #9 베어링은 정지시 공진영역을 통과하면서 Rubbing이 일어났다.

∙ #3, 6, 7 베어링 변환기의 대향지역은 스크래치 등으로 인하여 상태가 불량하여 신호상으로 많은 양의 Glitch를 나타내고 있다.

∙ #1 베어링은 정지시 축중심선도 상에 이상한 거동을 보여준다. 이는 손상된 베어링이거나 부적절한 축정렬 또는 Oil Pump의 영향에 기인 할 수 있다.

∙ #9 베어링은 여자기 베어링으로 다른 슬리브 베어링에 비해 상당히 작다. 이것은 로터에 의한 반경방향 하중은 유막 쐐기 힘을 쉽게 압도할 수 있으므로 부하용량이 훨씬 적다는 것을 의미한다. 여자기 Misalignment로 인한 Preload는 축중심선을 #9 베어링에서는 Rubbing위치로 움직이게 하고, #8 베어링에서는 상대적으로 적게 움직이게 하는 것이 그 이유이다.

∙ Rubbing은 일시적으로 시스템의 강성을 증가시키므로 공진주파수를 일시적으로 증가시킨다. 이것은 Rubbing 충격이 일어나는 진동평면에서 가장 현저하다. 이러한 이유로 #9 베어링의 수평방향 채널은 공진영역이 현저히 확장된 것을 보여주지만 수직채널은 거의 없다. 정지시 축중심선의 위치는 수평방향 검출기 가까이 있는 베어링 벽에 대향하여 올라가는데 유의하라.

 

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