5. 마찰에 의한 진동 변동

Vibration Fluctuation due to Rub on a Generator

 

5.1 運轉狀況 (Operating Status)

그림 15-31과 같이 125 ㎿ 터빈/발전기의 전 베어링은 미끄럼 베어링이다. 발전기 전측 베어링(#5)은 이상한 진동의 오르내림이 있어 당신은 기계진동 전문가로서 이 문제를 의뢰 받았다고 하자. 분석을 수행하기 전에 먼저 다음의 운전 및 정비에 관한 정보를 고려해야 한다.

발전기 진동 감시기로부터 진동 진폭이 주기적으로 오르내리는 이상 현상이 나타났고, 진폭변동의 주기도 변화한다. 이 현상은 지난 계획예방정비시 저압터빈과 발전기를 정비한 이후 나타났다.

그림 15-31 터빈․발전기 개략도 및 진동 측정기 설치 위치

 

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

터 빈

발 전 기

용량 : 125 ㎿

정력 속도 : 3600 rpm

주증기 입구 압력 : 1450 psig

주증기 입구 온도 : 1000° F

재열 증기 온도 : 1000° F

배기 압력 : 2.5 in. Hg abs.

수소압력 : 30 psig

KVA : 159,847

㎾ : 135,870

Amperes : 5127

역율 : 0.85

정격 속도 : 3600

Phases : 3

주파수 : 60

전압 : 18,000

여 자 기

㎾ : 980

Volts : 375

Amperes : 2615

rpm : 897

 

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

분석용 자료로 6개의 데이터 베이스가 있다. 2개의 108 DAIU 장비로 다음의 세 경우 즉, 냉간기동, 정상 상태의 부하운전시와 무부하 및 정지시 자료를 수집했다. 그림 15-31에서와 같이 전 베어링에 XY 변위 검출기가 설치되어 기계를 감시하는데, 가장 현저한 현상은 #5 베어링의 1× 진동이 정상상태 운전중인데도 끊임없이 변화하는 것이다. 이것은 #5 베어링측 발전기 Seal에서 가벼운 Rubbing에 기인한 것으로 생각된다.

 

5.4 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 진동 특성의 원인을 규명한다.

∙ 고장 원인을 교정하기 위한 조치를 추천한다.

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

∙ 제어실 진동감시기는 발전기 베어링에서 진동의 오르내림을 나타낸다.

∙ 문제는 지난 계획예방정비 이후 일어났다.

∙ 기계의 배치 상태 및 변환기 구성은 그림 15-31과 같다.

∙ 데이터 베이스는 다음 세 경우(냉간기동, 정상 상태 부하운전 및 정지시)의 자료임.

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

∙ HP/IP 터빈은 1850 rpm, 저압터빈은 1700 rpm, 발전기는 1300, 2500 rpm에서 큰 편심 공진 상태에 있다.

∙ 정상부하운전 중 #1, 2 베어링에서 높은 1× 진동(약 4mil)을 나타낸다.

∙ 정상 부하운전 중 #1 베어링의 축중심선이 크게 이동하는 것은 부하 변동 및 노즐 통과 증가량 평형상태에 영향을 주는 것 같다.

∙ 발전기 #5 베어링의 1× 진동은 부하운전 중 진폭과 위상이 주기적으로 변화하는 것으로 나타났다. 이 오르내림의 주기는 기동시마다 변동한다. 12월 14일 아침 정상상태 부하운전 시에는 2시간의 주기를 나타냈으나, 같은 날 오후 정지전의 부하 자료에서는 약 54분의 주기를 보여준다.

(4) 관찰한 기계 거동의 근본 원인과 이러한 관찰을 확인하는 Plot Format들을 열거한다

∙ #5베어링에 가장 가까운 수소 Seal의 가벼운 Rubbing은 Rub Spot이 서서히 변함에 따라 로터상의 Hot Spot이 서서히 돌아가는 원인이 된다(Polar 및 Trend Plot 참조). 그러나 가벼운 Rubbing이므로 Orbit 상에서는 Rubbing의 어떤 증거도 보여주지 않는다.

∙ 부하변화시 #1 베어링에서 축중심선이 많이 이동하는 것은 노즐을 통과하는 증기량의 불평형에 의해 로터가 들어 올려지는 것으로 판단된다. 증기실로부터 고압 1단으로 고압의 증기가 지나는 노즐은 대칭 증기흐름 상태로 흐르지 않기 때문에 이것이 로터에 불평형 압력을 일으킬 수 있다. 이 경우에서는 고압증기가 로터 하부로 유입되어 로터를 과도하게 들어올려진 것으로 가정할 수 있다. 이 현상은 축 중심선 선도에서 볼 수 있다.

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

∙ 주기적인 거동을 관찰한 후 냉간 기동시와 열간 정지시의 Slow Roll 벡터를 비교하면 Rubbing에 기인하여 발전기 로터에 어떤 휨이 있는지를 확인할 수 있다. 아마 #5 베어링 부근 수소 Seal에서의 가벼운 Rubbing은 주기적인 거동의 원인이 될 수 있다.

∙ 밸브 열리는 순서가 #1 베어링의 축중심선 움직임의 원인인지 확인하기 위해 부하 변화 동안 이 밸브의 열리는 순서를 변동해 본다.

∙ 축정렬이 발전기의 주기적인 거동에 영향을 주는지를 알기 위해 #5 베어링의 축정렬 상태를 가볍게 변화시켜 본다.

∙ 수소 Seal 압력이 주기적인 진동을 개선하는지를 알아보기 위해 Seal 압력을 변동시켜 본다.

(6) 문제를 교정하기 위한 권고사항

∙ 밸브 열리는 순서가 #1 베어링의 축중심선 움직임에 영향을 주면, 이러한 과도 축중심선의 이동을 피하기 위해 밸브의 열리는 순서를 개선한다.

∙ 수소 Seal에서 Rubbing 상태를 피하기 위해 #5 베어링의 축정렬 상태를 가볍게 변화시킨다.

∙ 가까운 기회에 수소 Seal을 점검한다.

∙ 주기적인 진동문제가 Seal 압력을 조정하여 교정되는지를 알아보기 위해 Seal 압력을 변화시켜 본다.

 

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

1) APHT(Amplitude Phase vs Time)

그림 15-32 발전기 #5 베어링의 1× 진동은 부하운전 중 진폭과 위상이 주기적으로
변화하는 것으로 나타났는데 이 오르내림의 주기는 12월 14일 아침 정상
상태 부하운전 상태에서 2시간의 주기를 보여준다 

그림 15-33 발전기 #5 베어링의 1× 진동은 부하운전 중 진폭과 위상이 약 2시간 주기로 변화하는
영향으로 #6 베어링도 미미하게 변화함

그림 15-34 발전기 #5 베어링의 1× 진동은 부하운전 중 진폭과 위상이
주기적으로 변화하는 것으로 나타났는데 이 오르내림의 주기는
12월 14일 오후 정지전에는 약 54분의 주기를 보여준다 

(2) Shaft Centerline

그림 15-35 정상 부하운전 중 #1 베어링의 축중심선은 크게 이동되었고,
#2 베어링은 상대적으로 적게 움직였다

그림 15-36 정상 부하운전 중 #1 베어링의 축중심선은 크게 이동되었고,
#2 베어링은 상대적으로 적게 움직였다

(3) Polar

그림 15-37 발전기 #5 베어링의 1× 진동이 부하운전 중 진폭과 위상이
연속적으로 변화하는 것을 보여준다

그림 15-38 Resonance 진폭크기가 방향에 따라 (수직 및 수평) 차이가 크다

그림 15-39 수평방향의 Resonance 진폭크기는 매우 작다

 

5.6 診斷 專門家의 結論 要約 (Summary of Diagnostic Expert Engineer\s Conclusions)

∙ #1 베어링 저널이 불평형한 밸브 개도 순서에 기인하여 부하 변동시 좌상측으로 움직이는데 이는 로터가 어느 한편으로 고압을 받으면 축의 위치가 변화될 수 있다. 이런 축 움직임은 고압터빈 내의 증기 밀봉 장치의 Rubbing을 유발할 수 있으므로 피해야만 한다.

∙ #5 베어링에 가장 가까운 발전기 수소 Seal에 가벼운 Rubbing이 있을 것 같다. 가벼운 Rubbing이기 때문에 Orbit 모양을 현저하게 변화시키지는 않고 Hot Spot만 변화시킨다. 이 Rubbing 및 Hot Spot 위치가 서서히 변화하기 때문에 발전기 로터 굽힘을 천천히 발생시킨다. 이 서서히 변화하는 굽힘(Bow)이 주기적인 1× 진동 거동의 원인이다.

 

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