1. 발전기에서의 Oil Whip 진단

Baseline Data Useful in Diagnosing Oil Whip in a Generator

 

Bently Nevada사의 기계진단 서비스팀(MDS)은 150 ㎿의 화력발전소의 발전기 양끝의 베어링에서의 고진동을 조사해 달라는 의뢰를 받았다.

발전기의 내․외측 베어링으로부터의 Unfiltered 및 Filtered 1× 진동신호가 축의 Orbit 및 Timebase 형태로 그려졌다.

그림 7-1에는 내측 베어링에서의 전체 진동신호 및 1× 진동신호가 축의 Orbit 및 Timebase 형태로 나타나 있다. 외측 베어링도 유사한 진동신호를 나타냈다. 전체 진동의 Time Base Plot은 진동 사이클당 하나 이상의 Keyphasor 표시를 보여 주는데 이것은 회전당 한번(1×) 보다 적은 진동주파수가 존재한다는 것을 나타낸다.

그림 7-1 1× 보다 적은 진동주파수를 지시하는 여러 개의 Keyphasor Mark를 보여주는
Orbit 및 Timebase Plot

진동 크기는 베어링의 전체 간극에 가까울 정도로 매우 높게 나타났으며, 진동주파수는 대략 1,300 cpm(회전축의 속도는 3,600 rpm)의 차동기 주파수가 주성분이었다. 기계가 병해되고 속도가 3,200 rpm까지 감속될 때를 나타낸 그림 7-2의 스펙트럼 Cascade Plot에서 이 일정 주파수를 관찰할 수 있다. 차동기 진동은 축의 속도가 3,400 rpm으로 감소됨에 따라서 사라졌다.

그림 7-2 감속시 회전속도가 3,400 rpm에 접근함에 따라 차동기 진동성분이 없어짐을 보여주는
Cascade Plot

상기의 정보가 MDS 사무실에 통보되었다. 약 1년전 그 회사가 Bently Nevada사의 터빈 감시장치(Turbine Supervisory Instrumentation, TSI)시스템으로 설비개선을 할 때, MDS는 그 회사로부터 기계 기동시의 기준 데이터를 연구해 달라는 주문을 받았다. TSI 시스템은 기계의 7개의 베어링을 각기 관찰하는 한 쌍의 XY Proximity Probe를 포함하고 있다.

기준 데이터는 발전기에서의 문제를 진단하는데 매우 유용하였다. 그림 7-3과 7-4는 발전기 내측 베어링에서의 Proximity Probe 신호중의 하나에 대한 기준 데이터의 연구로 부터 나온 Polar Plot과 Bode Plot이다. 이들 Plot은 Runout 보상이 이루어졌다. 즉 이들 Plot상의 각 점에서 Slow-Roll Residual Synchronous Runout Vector가 제거된 것이다.

그림 7-3과 7-4는 발전기 회전체/베어링 시스템이 2차 공진(임계속도)이상에서 운전중인 것을 보여준다. 이 시스템의 1차 공진은 1,300 cpm 바로 밑, 그리고 2차 공진은 2,800 cpm 근처이다.

그림 7-3 운전속도가 2차 공진(임계속도) 이상임을 보여주는 Polar Plot.
그림 7-2의 차동기 진동주파수는 1차 임계속도와 일치한다 (기준 데이터).

그림 7-4 상대적으로 높은 동기 증폭계수를 보여주는 Bode Plot.
이것은 계의 감쇠가 작다는 것을 나타냄 (기준 데이터).

1차 임계속도는 대략 9.4의 동기증폭계수로 약간 감쇠되어 있다. 이 증폭계수는 American Petroleum Institute(API)방법 또는 임계속도에서의 진폭을 임계속도가 지난 속도에서의 진폭으로 나누는, 전통적 방법에 의해 계산된 것이다. 기준 데이터 연구시는 차동기 진동성분은 없었다.

기준 데이터 연구정보와 가장 최근의 진동정보를 비교하여 볼 때, 기계가 'Oil Whip' 상태에서와 같이, 1차 임계속도(Cylindrical Mode)와 같은 주파수에서 진동을 일으킨다는 것이 명백하였다. 이러한 분석이 1시간 내에 전화로 발전소장에게 통보되었고 기계는 손상없이 정지되었다.

정지중, Proximity Probe의 DC Gap Voltage 변화는 베어링 내에서 축의 위치가 수평중심보다 높다는 것을 지시하였다. 이러한 지시는 베어링에 부하가 적게 걸린다는 것을 의미한다. 조사결과 베어링 간극이 상한치에 근접하여 Oil Whip 불안정성을 야기한 것으로 나타났다.

기계 제작사의 Service 대표자는 유효 베어링 길이를 줄여(L/D비를 줄임) 베어링 단위 면적당 부하를 증가시키기 위해 발전기 베어링의 양단의 Babbitt를 1 inch 제거할 것을 권고하였다. 이 수정은 성공적이었다.

기준 데이터 연구는 다채널 F.M Tape Recorder와 컴퓨터화된 고속 데이터 정리의 이용으로 인해 경제적이었다. 과도상태에서 얻어진 Polar, Bode 및 Cascade Spectrum Plot과 정상상태하에서 얻어진 Orbit, Timebase, Spectrum Plot이 16시간의 작업시간동안 터빈에 있는 14개의 Probe에서 얻어졌다.

시간을 절약하기 위해 재생하는 동안의 Tape 속도가 실제 기동기간의 것보다 빨랐고, ADRE 2 Software는 주파수 교정을 수행하였다. 신호는 또한 진단장비에 적합하도록 증폭되었으며 Software는 다시 진폭 Scaling을 수행하였다.

Vector 보상은 Software를 통해 단 몇 초 이내에 이루어졌다. 그림 7-3과 7-4의 승속시 데이터는 기록속도의 4배의 테이프 재생속도로부터 산출되었다.

 

TRAC Mark INCOSYS