3.4 저널 베어링의 구면 관리

Management of Journal Bearing Ball Seat

 

터빈 베어링은 그림 1-24와 같이 베어링좌가 구면으로 되어 있어 로터의 변위에 따라 자유로이 자동 조심되도록 되어 있다. 제작사에 따라 다르지만 어떤 베어링에서는 상부 베어링이 분해된 상태인 Rotor Alignment중에만 이 Ball Seat가 자동 조심되고, 완전 조립된 상태인 정상 운전중에는 보통 그 위치가 고정되는 경우가 있고, 어떤 베어링에서는 운전 중에 자동 조심되는 형태가 있다.

그림 1-24 저널 베어링의 Ball Seat

 

3.4.1 球面座 接觸 狀態 (Ball Seat Contact)

1) 베어링 구면좌 접촉 상태

베어링 조정링과 Ball Seat의 접촉율은 베어링 안정성을 좌우할 뿐만 아니라, 자동 조심 작용에 큰 영향을 미친다. 일반적으로 접촉율은 유효면적의 80% 이상 되어야 한다. 특히 급유공이나 배유공이 있는 부분은 완전 접촉이 되어야 기름이 새지 않는다. 그림 1-25는 Ball Seat Contact Check의 개략도이다.

접촉율 수정 작업을 할 때는 베어링 조정링은 원형을 유지하도록 하고, 수정할 곳은 베어링 구면을 Scraping하여 조정한다. 수정작업은 줄이나 샌드 페이퍼를 사용하지 말고 반드시 Scraper나 Oil Stone을 사용해야 한다. 이 때 접촉 시험은 Blue Paste나 인주 등을 칠하여 확인한다. 베어링 형식에 따라 하부 베어링만 접촉 수정하고 상부 베어링은 할 필요가 없는 것도 있다.

그림 1-25 Ball Seat 저널 베어링의 Contact Check

2) Shim Pad 접촉 상태

하부 베어링의 조정 Ring에는 베어링을 좌우 상하로 이동 조정시키는 Shim Plate와 Pad가 있다. 이 Shim Plate와 Pad는 로터 하중을 Pedestal 기초에 전달하는 중요한 역할을 한다. 따라서 Shim Plate와 Pedestal 및 Pad와 베어링의 조정 Ring은 서로 완전 접촉하는 것이 이상적이다.

이 접촉율이 80% 이하일 때에는 조정 Ring의 Pad면을 수정하지 않으면 안된다. 특히 Shim Pad의 위치가 45°이하인 경우는 100% 접촉율을, 90°의 Shim Pad에서는 약간 접촉하는 정도를 목표로 한다.

이 작업은 필히 상하 조정 Ring을 체결하여 원형으로 만들어 베어링 Padestal측의 Pad가 접촉되는 면에 Paste를 칠하고 조정 Ring을 넣어 접촉 상태를 확인한다. 접촉 상태가 불량할 때는 Pad를 Scraper로 가공한다. 특히 Alignment중 Shim Plate를 0.2 ㎜ 이상 조정한 경우는 필히 접촉 상태를 다시 점검해야 한다.

 

3.4.2 베어링 토오크 및 핀치 測定 (Bearing Torque and Pinch Check)

베어링 Ball Seat 조립 상태의 점검은 토오크를 측정하는 방법과 Pinch를 측정하는 방법이 있다. 토오크 측정 방법은 조립 상태에서의 응력과 Ball Seat의 상태에 관한 정보를 제공하기 때문에 두 가지 방법 중에서 더욱 정확한 방법이라고 할 수 있다. 토오크 측정값이 최대 권고치를 넘어서게 되면 Ball Seat 조임 상태가 너무 커서 Ball Seat에 응력이 너무 많이 걸려 있거나, Ball Seat의 형상이 잘못되어 있거나, Seat 부위가 손상되었거나 혹은 Seat 부위가 이물질에 의해 오염되어 있다는 것을 나타낸다. 이러한 경우 조립이나 운전중에 베어링이 움직일 수 있는 원인이 된다.

토오크 값이 권고치보다 적으면 베어링 조립 상태가 너무 느슨하다는 것을 나타낸다. 경험에 의하면 베어링 Ball Seat 조임 상태가 너무 느슨하면, 일반적으로 회전 기계에 바람직하지 않은 Sub-synchronous 진동이 발생된다.

Pinch 측정 방법은 베어링과 조정링 사이의 조임 상태만을 측정한다. 이 방법은 Ball Seat 부위에 큰 이물질이 있는가, Ball Seat에 큰 손상이 있는가, 비정상적인 큰 힘이 존재하는가 만을 알아낼 수 있다. 운전 중에 베어링을 움직이게 할 수 있는 원인이 되는 부적절한 Ball Seat 형상, 작은 이물질의 존재나 Ball Seat의 작은 손상 등과 같은 정보는 알아낼 수 없다.

Pinch Check는 정비 일정상 Torque Check를 할 수 없거나, Torque Check를 할 수 있는 장비를 쉽게 준비할 수 없거나, 최근에 그 베어링의 Torque Check를 하였거나 할 때, Torque Check 방법을 대신할 수 방법이다. 이러한 상황하에서는 베어링이 양호하게 조립되었다는 전제하에서, Pinch Check 방법도 베어링 Ball Seat의 조임 상태를 알려 주는 좋은 방법이다. 그러나 Ball Seat 조립 틈새에 외부 이물질이 유입될 가능성이 항상 존재하고, 혹은 조립 중에 Ball Seat가 손상될 수도 있다. Pinch Check 방법으로는 이러한 것을 알아낼 수가 없기 때문에, Pinch Check 방법을 채택할 때에는 베어링 조립시 이물질이 끼어들지 않게 특히 유의하고, 베어링 Ball Seat부에 손상이 발생되지 않도록 주의해야 한다.

Torque Check 방법을 채택하든지, Pinch Check 방법을 채택하든지 간에 Ball Seat 부 Contact Check는 반드시 해야 한다. Contact Check가 요구치를 만족하면, 베어링 Seat는 견고한 상태가 되고, 베어링으로 공급되는 오일의 누설도 방지될 것이다.

(1) 베어링 핀치 測定 方法

① 분해시의 계측

베어링 메탈과 조정 Ring을 따로따로 조립하여 조정 Ring의 내경과 베어링 외경을 Micrometer로 측정하여 그 차를 구면 간극으로 한다.

베어링을 교체하거나 Babbitt를 Remoulding하여 재사용시는 이를 측정해야 하고, 측정 위치는 그림 1-26에 준한다.

그림 1-26 구면 간극의 측정

② 조립시의 계측

그림 1-27과 같이 베어링 구면 상부에 연선(0.4~0.6 ㎜)을 올려 놓고 조정 Ring 수평면 양쪽에 0.3 ㎜ 정도의 두께인 Shim Plate를 올려 놓은 후 상부 조정링을 정상 조립시의 토오크를 주어 조립한다. 다시 조정 Ring을 분해하여 압축된 구면 상부의 연선 두께를 측정하고, 여기서 삽입한 Shim Plate의 두께를 빼낸 값이 베어링의 구면 간극이 된다. 압축후의 연선의 두께가 0.2~0.3 ㎜ 정도 되도록 Shim Plate 두께를 삽입하는 것이 좋다.

그림 1-27 Ball Seat 저널 베어링의 Pinch Check

③ 구면 간극 관리치

Pinch Clearance는 Unit마다 또 베어링마다 그 값이 다르므로 제작자 설계치에 따라 조정한다.

④ 구면의 진원도

구면 간극이 불량할 때 추가 조사하는 방법으로써, 베어링과 조정 Ring을 선반에서 중심을 잡고, 다이얼 게이지로 3곳(그림 1-28)에서의 진원 상태를 확인한다. 측정 결과 0.05 ㎜ 이상의 변형이 확인되면 구면을 연마 가공한다.

그림 1-28 Ball Seat의 진원도 측정

(2) 베어링 토오크 측정

이 Torque Check는 베어링을 조정 Ring으로 완전히 조립했을 때, 베어링이 조정 Ring내에서 구면 유동을 하는데 필요한 토오크를 측정하는 것이다. 토오크 목표치를 결정하는 방법으로 베어링 구면 직경에 의한 방법과 조정 Ring 체결 볼트의 크기에 따른 방법이 있다.

① 베어링 구면 직경에 의한 Torque Check

그림 1-29와 같이 조정 Ring과 베어링을 Pedestal에 고정시키고, Torque Check용 Device를 설치하여 토오크를 측정한다.

그림 1-29 Ball Seat 토오크 측정

다음은 GE나 HITACHI사에서 규정하는 토오크 관리치이다.

- 고중압 로터 타원 베어링

그림 1-30 베어링 구면좌 직경에 따른 토오크 관리치

- 저압 로터 타원 베어링

토오크 = 0.32×10-3×DB/2×Bw 이하

DB : 구면 직경 (㎜)

Bw : 베어링 자중 (㎏)

② 조정 Ring 조임 볼트의 크기에 따른 Torque Check

조정링의 조임 볼트의 크기에 따라 볼트 체결 토오크는 다음과 같다.

단위 : ㎏-m

Bolt
Size
구분

저널
베어링

-

110

120

135

150

160

-

-

추력 베어링

50-60

55-65

60-70

70-80

80-90

90-100

90-105

110-110

 

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