소형 다단 스팀터빈의 회전체 역학적 특성에 관한 연구

Abstract

본 연구는 소형 다단 스팀터빈 시스템을 회전체 동역학적으로 모델링 및 해석을 수행하고 모달 테스팅 및 구동 실험 및 해석결과를 검토하고 필드밸런싱을 통해서 위험모드의 진동을 감소시켜 시스템의 안정성을 확보하였다. 스팀의 유로를 감싸는 하우징 자체가 회전하는 디스크 타입 증기터빈의 특성상, 다른 종류의 터빈에 비해 무게가 무거워지고 부피가 커질 수밖에 없다. 이에 따라 다른 시스템에 비해 진동이 더 문제가 되어, 회전체 동역학적인 연구가 매우 중요하다. 상용 회전체 동역학 해석 프로그램을 통해 디스크 타입 스팀터빈을 모델링 하고 회전체 동역학 해석을 수행하였다. 회전체 동역학 해석을 통해 고유 진동수 및 위험속도가 운전속도 이내에 존재하는 것을 파악하였고, 베어링의 강성을 조절하더라도 그 위험모드를 회피하는 것을 어려울 것으로 판단하였다. 또한 그 위험모드가 터빈 부분의 진동이 클 것으로 예상되어 터빈의 실 부분의 마모 가능성이 우려되었다. 그리고 모달 테스팅을 통해 해석의 신뢰성을 검토하였다. 구동 시험을 통해 해석상으로 예상된 위험속도를 확인하였으며 그 위험모드를 영향계수법을 이용한 필드 밸런싱으로 제진하고자 하였다. 필드 밸런싱 수행 시 최적의 보정면과 측정점을 하였고, 적절한 밸런싱 속도에 따른 불평형 질량을 계산하고 이를 검토하였다. 검토된 밸런싱 속도에서 계산된 불평형 질량을 적용해 밸런싱을 수행하였으며, 위험속도에서 최대 66%의 진동 저감을 확인하였다.