8.2.2 저압 터빈 로터의 커플 발란싱

Couple Weight Balancing in LP Turbine Rotor)

 

(1) 개요

매일 기동정지(DSS) 및 Governor Free 운전을 주로 하는 350 ㎿의 평택화력 3호기 저압터빈(#A)의 #3, 4 베어링측 진동이 부하 상승시 다소 높을 것으로 예상되어 진동 교정한 내용임.

(2) "0" Shot 데이터 (그림 3-58 참조)

 

 

각 베어링에서 무부하 정격속도(3600 rpm)로부터 전부하까지 변화되는 진동 벡터량을 Load Effect라 하며 이 표에 나타난 Load Effect 값은 그 동안 기동 정지하면서 기록된 값을 평균한 것이다. 따라서 "0" Shot 데이터로부터 Load Effect의 벡터량을 그라프상에서 합성하면 전부하시 예상 진동이 된다.

전부하시 예상 진동란에서 보는 바와 같이 부하 증가에 따라 2번 베어링 진동은 감소하고 3번 베어링 진동은 상승하는 경향이 있어 저압터빈 로터를 발란싱하여도 고압터빈 로터에 미치는 진동영향(Cross Effect)은 (3)항에서 보는 바와 같이 상대적으로 적어 저압터빈 로터를 발란싱하여 진동감소를 꾀하고자 함.

(3) "1" Shot Couple Weight Balancing

(가) High Spot Number Chart에 의한 계산 (그림 3-58 참조)

"0" Shot 벡터도에서

Static 성분 ; 12 ㎛∠26° (#3, 4 베어링측)

Couple 성분 ; 42 ㎛∠306° (#3 베어링측)

42 ㎛∠136° (#4 베어링측)

표 3-2의 Chart I-3을 적용하여 다음과 같이 계산한다.

[Couple Weight 중량 및 위치계산]

◦ Couple Weight 취부각도

φBW = φM+φCAL±φRG-90(HSNO-1)±180°

φBW = Balance Weight 취부각도

φCAL = 측정기 위상 특성각도(290°)

φM = 측정위상 각도(309° : #3 베어링측)

φRG = Pickup과 Strobe사이의 각도(30°)

HSNO = High Spot No(1.9)

φBW = (309+290+30)-90(1.9-1)±180 = 8° (#3 베어링측)

= 8° + 180° = 188° (#4 베어링측)

◦ Couple Weight 중량

Couple Weight Sensitivity는 1 ㎛당 1.67 gr이므로 Couple 진폭성분 42 ㎛를 전량 없애기 위해 42×1.6770 gr의 Weight를 취부하면 된다.

◦ 예상 진동치

교정 Weight를 #3 베어링측에 70 gr∠8°, #4 베어링측에 70 gr∠188° 달고 기동하면 무부하 3600 rpm에서 #3, 4 베어링의 진동은 Static Unbalance 성분만 남게 되므로 모두 12 ㎛∠26°에 있고, 전부하시에는 #3, 4 베어링측의 Load Effect 그대로 작용할 것이므로 그림 3-58에서와 같이 #3 베어링측에서는 42 ㎛∠12°, #4 베어링측에서는 16 ㎛∠150°에 있을 것이다. 여기서 #2 베어링측의 거동은 모르고 다만 작을 것이라고만 예상하고 있다.

그림 3-58 High Spot Number Chart에 의한 저압터빈 로터의 Couple Balancing 180°

 

(4) Balance Sensitivity 실적에 의한 계산 (그림 3-59 참조)

◦ Couple Weight 부착시 Balance Sensitivity 실적

(#3 베어링측 ; 100 gr∠0°, #4 베어링측 ; 100 gr∠180° 부착시 )

 

 

High Spot Number Chart를 이용하여 발란싱하는 경우는 기계제작자가 그 값을 제공하는 경우에만 가능하고 일반적으로는 Balance Sensitivity 실적치를 이용하여 발란싱 기술자가 Weight의 중량이나 설치 위치를 원하는데로 조정할 수 있으므로 High Spot Number Chart를 이용할 때보다 정확하고 미세조정도 가능하지만 다소 복잡하다. 그러나 벡터도를 작성할 때 세심한 주의를 기울이면 훌륭한 결과를 얻게된다.

그림 3-59 상에서 Balance Sensitivity를 이용하는 Couple Balance 절차를 소개한다.

① 3600 rpm 무부하 상태에서의 #2, 3, 4 베어링측의 진동벡터(#2 : 77 ㎛∠35°, #3 : 47 ㎛∠325°, #4 : 41 ㎛∠115°)를 그린다.

② 이들 각 점에서 Load Effect(#2 : 35 ㎛∠237°, #3 : 28 ㎛∠5°, #4 : 24 ㎛∠177°)를 그리면 이 점들이 교정전 전부하에서의 예상 진동치이다 (#2 : 48 ㎛∠18°, #3 : 70 ㎛∠340°, #4 : 57 ㎛∠137°).

③ #3 베어링측 교정면에 100 gr∠0°, #4 베어링측 교정면에 100 gr∠180°의 Couple Weight를 달았을 때의 Tagging Efect(#3 : 40 ㎛∠140°, #4 : 34 ㎛∠310°)와 Cross Effect(#2 : 9 ㎛∠240°)를 각각 원점을 기준하여 그려놓는다.

④ High Spot Number Chart를 이용할 때 3600 rpm 무부하 상태의 Couple Balancing의 목표점은 #3, 4 베어링의 3600 rpm 무부하 점을 연결한 선의 중앙점이다. 즉 이 중앙점이 #3, 4 베어링에서의 3600 rpm 무부하 진동점이다. 이 상태에서 부하를 상승시키면 각각 Load Effect만큼 이동하게 된다.

⑤ 과연 이 중앙점이 전부하에서 진동이 가장 낮은 Couple Balancing의 목표일까? 그림 3-59 상에서 보면 #3베어링의 Load Effect의 방향은 위로 향하고 있고 #4 베어링의 경우는 아래로 향하고 있다. 따라서 #3 베어링은 이 중앙점보다 아래에 또 #4 베어링은 이 중앙점보다 윗쪽에 3600 rpm 무부하 진동점이 위치하는 것이 좋을 것이다.

⑥ 이와 같이 하기위해서는 0°와 180°에 위치한 Couple Weight를 임의의 각도 20°와 200°에 위치시킨다. 이를 작도해보면 #2, 3, 4 베어링측 3600 rpm 무부하점으로부터 ③항에서 이미 작도한 Tagging 및 Cross Effect 방향보다 20° 반시계 방향(#2 : 240°260°, #3 : 140°160°, #4 : 310°330°)으로 벡터선을 그린다.

⑦ 이 벡터선상에서 어떤 위치가 전부하에서 가장 낮은 진동을 갖을 것인가? High Spot Number Chart를 이용할 때는 Couple Balance Weight를 70 gr 달라고 하였다. 그러나 실제경우는 100 gr의 Couple Weight를 달았다. 100 gr의 Couple Weight를 달 때 Balance Sensitivity는 Tagging 및 Cross Effect 이므로 #2 베어링은 9 ㎛, #3 베어링은 40 ㎛ 그리고 #4 베어링은 34 ㎛이었으므로 #2, 3, 4 무부하점으로부터 Couple Weight를 20° 반시계 방향으로 이동한 벡터선 상에 각각 9 ㎛, 40 ㎛, 34 ㎛에 해당하는 점이 바로 #3 교정면에 100 gr∠20°, #4 교정면에 100 gr∠200° Couple Weight를 단후 3600 rpm 무부하 운전시의 진동점이다. (#2 : 70 ㎛∠30°, #3 : 14 ㎛∠270°, #4 : 24 ㎛∠56°)

⑧ Load Effect는 해당기계의 해당 조건하에서는 변하지 않는다고 가정하고 발란싱한다. 따라서 새로운 Couple Weight를 단후의 3600 rpm 무부하 진동점으로부터 #2, 3, 4 베어링에서의 Load Effect와 같은 방향과 같은 크기의 위치가 전부하에서의 예상진동치이다 (#2 : 45 ㎛∠8°, #3 : 26 ㎛∠345°, #4 : 26 ㎛∠120°).

⑨ 이 표에서 보는 바와 같이 예상치와 실제치가 다소 차이가 나는 것은 작도상의 부정확, 운전시 운전조건의 차이, 동일 조건에서도 측정시간의 차이 등으로 발생할 수 있으나 이 정도의 값차이는 거의 완전하다고 할 수 있다.

 

 

⑩ 앞에서 Couple Weight를 100 gr∠20°와 100 gr∠200°에 단 것이 전부하에서 가장 낮은 진동치를 가져오는 발란싱인가를 그림 3-59에서 다시 살펴보자. 그림 상에서 얼른 보아도 Weight의 설치 각도는 10° 정도만 반시계 방향으로 이동하고 무게는 150 gr~200 gr으로 증가 시켰더라면 더 좋은 결과를 가져왔을 것이다. 물론 이 경우는 #2, 3, 4 베어링의 진동을 감소시키는 경우에는 맞다. 그러나 이 내용에서는 복잡하여 #5, 6 베어링의 Cross Effect를 표기하지 않았다. #2, 3, 4 베어링의 진동이 감소할수록 즉 Couple Weight 중량을 증가 시킬수록 #5, 6 베어링의 진동이 상승하므로 전 베어링의 진동을 허용치 이내로 하기위한 조치였다.

⑪ 다시 한번 강조하고자 하는 것은 발란싱 기술자가 임의로 Balance Weight의 무게와 위치를 조정하여 해당로터의 진동을 감소시킬 수 있지만 인접로터에 미치는 Cross Effect를 감안하여 인접로터의 진동이 높아지지 않도록 Balance Weight를 결정하여야 한다.

그림 3-59 Balance Sensitivity 실적에 의한 저압터빈 로터의 Couple Balancing.