1. 슬리브 베어링에서의 문제

Diagnosis of Sleeve Bearing Wear by the Gap Voltage Measurements

 

면밀하고 신뢰성 있는 결론에 도달하기 위한 충분한 자료가 부족하면, 기계의 문제점을 진단한다는 것은 어려울 수밖에 없다. 한 증상을 다루고 있는지 또는 기본적인 문제를 다루고 있는지 종종 불확실한 경우가 있다. 자료를 많이 가지고 있을수록 더욱 정확한 결론을 얻을 수 있다는 것에 우리 모두 동의 할 것이다. 그렇지만, 어떤 자료들은 다른 자료들보다 더 가치가 있다.

자료가 제공하는 전망은 상황에 대해 분명한 견해를 갖도록 하는 중요한 특징이 될 수 있다. 이것은 잠재적인 문제의 범위를 규정할 수 있고, 그것을 수정하고, 기계를 운전 상태로 되돌리기 위해서 주요 결정자가 훌륭한 계획을 수행할 수 있도록 한다. 어느 발전소에서 터빈 발전기 베어링문제를 진단할 때 주요 결정자는 이러한 사고 방식을 경험하였다.

문제의 존재를 인식하는 것, 발전소의 컴퓨터 자료를 검토하는 것 그리고 시간대별 운전상황(Sequence of Event: SOE)을 재현하는 것도 때로는 문제에 관해 신뢰성 있고 잘 규정된 결론을 이끌어 내기 위한 충분한 정보를 제공하지 못한다. 이 발전소의 경우 그들의 진동 감시 시스템에서의 하나의 추가자료가 해결의 전망을 밝게 해주었다. 이 정보를 가지고 발전소와 본사 직원들은 기계의 문제점이 무엇인지 알아냈다. 일찍이 그러한 결정이 내려졌더라면 빠르고 확신있게 필요한 정지 계획을 수립했을 것이다.

시간대별 운전상황(Sequence of Events)

이 발전소의 2호기는 11개의 베어링을 가진 웨스팅하우스사의 600 ㎿급 Tandem 형의 터빈이다. 터빈의 진동 감시 시스템은 Proximity와 케이싱에 장착된 진동 변환기 둘 다 사용하고 있다. 더 중요한 것은 이 발전소의 성공 사례의 핵심은 각 베어링에 XY 배열로 진동 변환기가 설치되어진 것이다. Dynamic Data Manager(DDM) 시스템은 감시 시스템에서 입력되는 자료를 계속해서 수집하고 처리한다.

1991년말 정지 후에 다시 전력 계통병입후 2호기는 보일러 화염감지 시스템 고장으로 1992년 1월 10일 정지됐다. 이 정지 건은 예외적인 것으로 보지 않았다. 나중에 컴퓨터 자료 검토 결과 저압 “A" 케이싱의 발전기 측에 위치한 주 베어링인 #6 베어링의 Babbitt 온도 급상승이 있었음을 알았다. 화염 감지기 문제는 수정되었고 터빈은 병입 속도까지 올라갔으며 운전원들은 베어링 온도를 점검하는 정상적인 주의를 기울였다. 그들은 전번 정지 기간동안 #5, #6, #7, #8 베어링이 Sleeve Type에서 Tilting Pad Type으로 바뀌었으며 더 뜨거운 상태로 운전되는 경향이 있다는 것에 오히려 신경을 쓰고 있었다.

기동 중에 #6 베어링의 온도가 93℃ 이하로 안정되었다. 나중에 121℃까지 높게 급상승하여 했지만 #6 베어링 열전대계의 전기적 상태를 점검하였고 이것이 온도 급상승의 원인으로 생각하였다. 운전원들이 발전기의 부하를 올리자 #6 베어링의 온도가 114℃까지 꾸준히 상승했다. 인근 베어링의 온도도 #6 베어링의 범위까지는 아니었지만 상승했다. 출력 537 ㎿에서 운전원들은 잠재적인 심각한 문제가 있다는 것을 판단했고 바로 이어서 부하 감발후 정지시켜 터닝기어 운전을 하였다. 운전원들은 터빈 정지를 현명하게 결정했지만 문제가 무엇인지 또 그 심각성을 알지는 못했다.

문제점 전망의 사례(The Problem - A Case of Perspective)

이 발전소에 파견된 본사 전문 기술 감리자인 Carl은 급히 지원 요청을 받고, 지난번 기동시의 터빈 운전 자료를 검토했고 특히 2일전의 운전 자료에 초점을 두었다. 그 검토 항목은 DDM에 기록된 Rolldown Time, 터빈 메탈온도, 베어링 메탈온도 그리고 진동자료들 이다. 동시에 터빈 발전기에 대한 철저한 점검 절차가 이행되었다.

#6 베어링이 문제가 있는 유일한 베어링이라는 확신 아래 온도 급변화를 검토했다. 기동 및 정지 과정중의 진동은 허용 값인 75에서 80 ㎛을 초과하지 않았다. 그림 8-1은 #6 베어링의 수평과 수직 방향의 진동 값이다.

Carl은 “우리는 문제를 갖고 있으며 #6 베어링이 그 대상이라는 것을 알았지만 그 문제가 얼마나 심각한지는 알지 못했으며 내 견해로는, 불량 열전대계가 우리를 오판으로 이끌었을 가능성이 있다” 라고 말했다.

윤활유 여과기 점검으로 베어링 재질에 문제가 있었던 것으로 밝혀졌지만, 윤활유계통 구성상 Wiping이 발생하였더라도 손상된 베어링 위치를 보다 정확하게 찾아내지는 못했을 것이다. Carl은 단지 Wiping된 모서리가 문제였을 수도 있다고 생각했다. 마찬가지로 여과기에 있는 금속 조각들은 아직까지 보지 못했던 이 문제와는 관계없는 것으로부터 나올 수도 있었을 것이다.

그림 8-1 #6 베어링의 진동 경향도

Carl은 화염 검출 시스템의 고장 이전의 정지시, 재기동시 및 2차 정지시의 정상상태 운전중 #6 베어링 뿐만 아니라 그 인접 베어링에서의 수평 및 수직 방향의 Probe로부터 Gap Voltage 경향 자료를 검토하였다. Gap Voltage 자료는 베어링 간극 내에서 저널의 정적 위치에 대한 정보를 제공한다. 정지 및 기동 중에 #6 베어링의 두 개의 Probe Gap Voltage는 더욱 큰 음전기로 되었다 (그림 8-2). #6 베어링이 증속과 감속 중에 점진적으로 Wiping되고 있었는데 이로 인해 로터 저널이 베어링에서 점차로 내려않게 되었다. 전번의 정지(그림 8-3) 바로 후의 Gap Voltage 값을 검토한 결과 로터가 정상적인 터닝기어값 -11.0~-11.5 Vdc 이하로 떨어졌던 것이 확인되었다.

Carl은 “Gap Voltage 정보가 문제의 심각성을 규정해 주었고, 그것은 매우 실제적이고 심각한 문제였다는 것을 지금 알았다.” 라고 결론 지었다.

인접한 베어링의 Gap Voltage 자료 검토결과 정상치와 별다른 변화가 없음이 밝혀졌다. Carl은 "#6 베어링이 의심의 여지없는 문제였다. 물론 다른 모든 베어링(#1~#11)들을 분해 점검 청소하였다. Gap Voltage 자료가 없었다면 문제는 더욱 심각해 졌을 것이고 불필요하고 시간낭비의 조치를 취했을지도 모른다." 라고 덧붙였다.

그림 8-2 금번(‘92. 1) #6 베어링의 Gap Voltage 경향도

그림 8-3 전번(‘91. 12) #6 베어링의 Gap Voltage 경향도

그 문제점을 잘 알았기 때문에 Carl이 발전소의 경영진에게 그 터빈의 시기 적절한 정비에 대한 조치방법을 조언할 수 있었다. 발전소 이사인 Ronald는 “Gap Voltage 자료는 그 문제에 대해 우리에게 즉각적이고 중요한 전망을 제공했다.” 라고 말했다. 그러한 전망을 가지므로써 발전소 직원과 Carl은 2호기를 전력계통에 투입하기 위한 필요한 작업 범위를 알았다.

#6 베어링이 분해되었을 때 오일 갭 점검결과 베어링내의 로터가 최초 설치되었을 때 보다 0.52 ㎜ 낮아졌음이 드러났다. XY Proximity Probe에서의 Gap Voltage들을 조합한 값을 보면 로터가 0.50 ㎜ 낮아졌음을 나타냈다. #5 베어링은 Polishing한 것같은 약간의 손상을 입었다. 또한 그 유니트를 다시 운전하기 전에 고속의 오일 플러싱과 터빈 윤활유 냉각기 청소를 행하였다.

결론(Conclusions)

이제 이 발전소는 설비 정지 전 후에 모든 베어링에 대한 Gap Voltage 기록을 가지고 있다. 그것들을 기록하므로써 각 베어링에서의 로터 위치를 이력적으로 비교할 수 있어 베어링의 상태에 관한 실질적인 고찰을 할 수 있다.

Proximity Probe 변환기는 운전자에게 일반적으로 디스플레이 되어지는 상대 축진동과 더불어 Gap Voltage 측정값을 제공한다. 베어링에 XY Probe를 사용하면 두 방향의 진동 정보와 베어링 내에서 로터의 위치를 규정할 수 있다. 문제의 범위를 결정하려 할 때 사고 전후의 Gap 측정값의 이력은 사고에 대한 전망의 감을 줄 수 있다. Gap Voltage 값은 중요하고 유익하므로 무시해서는 안된다.

 

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