유도가열에 의한 터빈 케이싱 히팅볼트 신장량에 관한 연구

Abstract

터빈은 복합화력 발전소에서 사용되고 있는 가스 터빈과 화력이나 원자력 발전소에서 주로 사용되는 증기 터빈으로 구분되며, 분해 및 조립이 용이하도록 회전체의 수평중심 면에서 상·하 2분할하여 히팅볼트로 체결이 되어 있다. 현재 터빈은 18개월 주기로 유지 보수를 하며 로터, 블레이드, 베어링 등을 점검하기 위해 케이싱에 체결된 대형볼트와 너트를 분해해야 하며, 점검 완료 후 다시 체결을 해야 하는 작업을 수행한다. 이러한 대형볼트와 너트의 분해 및 조립을 위해 저항 가열 시스템을 사용하여 오랜 시간 볼트를 가열한다. 이로 인해 가열된 볼트에서 케이싱으로 열전도 되어 열에 의한 케이싱 변형이 발생될 수 있다. 그래서 기존 작업방법인 저항 가열의 문제점을 보완하기 위해 유도가열 기술을 히팅볼트에 적용하기로 했다. 유도가열은 피가열물인 볼트에 에너지를 집중시킴으로써 작업효율이 매우 높아 세계적으로 보편화되어 있는 기술이지만 국내에서는 아직 보급 단계에 있어 이에 관한 연구가 시급한 상황이다. 따라서, 실험을 통해서 기존작업 방법인 저항가열과 유도가열 시 가열 시간에 따른 볼트 신장량 및 외부 온도를 비교 분석했으며, 유도가열 실험인자인 가열시간, 신장량, 외부온도를 기준값으로 수치 해석을 수행하여 해석 결과 값과 실험에 의한 값을 비교 분석을 했다. 그리고 유도가열 시 터빈 케이싱의 열변형 현상에 대해 시뮬레이션을 구현해 보았다. 연구결과 유도가열이 저항가열보다 4배이상 빠르게 볼트를 신장시켰고, 볼트 외경온도도 1.6배 낮은 온도로 분포되는 것을 확인함으로써 유도가열이 효과적인 작업방법이라는 것을 알 수 있었다. 또한, 유도가열로 작업 시 열에 의한 터빈 케이싱 변형량이 기존 작업 대비 60%이상 저감되는 효과로 히팅 볼트와 케이싱의 건전성이 확보되어 스팀누설과 같은 대형 사고를 사전에 예방할 수 있을 것으로 판단한다.

주요어 : Induction heating(유도가열), Heating bolt(히팅볼트), Turbine(터빈), Turbine casing(터빈 케이싱), Heat deformation(열변형), Heat transfer(열전달)