증기터빈용 Synchro Clutch Coupling의 진동 특성

Abstract

분당 복합화력발전소 제 1호기 증기터빈은 1993년 9월 준공이후 현재까 지 상업운전을 계속하고 있다. 그러나 복합화력발전소 특성상 일일 기동정 지가 많음에 따라, 기력발전소 터빈 대비 열응력, 열팽창 및 고주파 피로가 더 많이 발생한다. 그리고 터빈 운전시 주로 발생하는 진동은 계통병입 후 저부하 또는 모드절환 시 (1↔5↔3) 크게 나타난다. 또한 제 1호기 증기터 빈은 준공 후 등가운전시간 증가로 인하여, 고압터빈 22단 회전익이 고주 파 피로에 의하여 절손되어서 손상된 회전익을 교체하였고, 저압터빈 회전 익이 절손 원인으로 Weight balancing을 하여 9개월간 운전한 실적이 있다. 일반적으로 증기터빈 내부 회전체가 운전중 탈락하면 발생하는 진동 주파 수는 1X 이고, 베어링에서의 진동진폭은 거의 Trip setting치 (9mils) 이상 상승하면서 High spot은 약 180° 정도 변화된다. 이러한 경우 손상된 부품 을 교체한 후 Weight balancing을 시행하여 운전할 경우 터빈진동은 대부분 원래상태로 돌아간다. 그러나 Synchro clutch coupling에서 발생하는 잠김 현 상에 의한 가진력이 베어링 진동에 영향을 미치거나 또는 Synchro clutch coupling 내부부품에 의한 원인으로 터빈 진동이 변화된다면 Heavy spot 보 상을 위한 Weight balancing 만으로는 진동진폭을 낮추기는 어렵다. 이런 경우 가진력을 주는 Internal parts의 각 회전부품 조립위치를 변경하여 1X 성분을 최소로 하면서, Rachet wheel 간극을 증가하여 접촉을 방지하고 또 한 Gear 치면 및 Backlash를 조정 하여야 한다. 또한 이러한 부품의 마모 및 손상은 진동을 증가시키는 요인이 되므로 터빈 Synchro clutch coupling 에서 베어링으로 가진력을 주지 않도록 하고, 커플링을 정밀점검 하여야만 1X 성분에 기인한 진동을 감소시킬 수 있다.; The vibration of steam turbine is caused by Mass unbalance, Shaft misalignment, Oil whip and rubbing etc. But in turbine which is normally operated and maintained, the Mass unbalance component possesses the greatest portion. Our power plant has two steam turbines in capacity of 200 MW and 135 MW respectively and each turbine is supported by 6 journal bearings. However, we had many difficulties because the vibration amplitude of #3 and #4 Bearings was high during the start-up and operation mode change of steam turbine. But, with this study, we completely solved the vibration problem caused by the mass unbalance of #1 steam turbine. Until a recent date, #3 and #4 bearings which support high pressure turbine for #1 steam turbine had shown about 135 ㎛ in vibration amplitude (sometimes it increased to 221㎛maximum. alarm: 6 mils, trip: 9 mils) at base load. After applying the study, they decreased to about 45 ㎛ maximum. It is a result from that we did not change the setting value of bearing alignment and only changed the assembly position of internal parts in Synchro clutch coupling rachet wheel which links between high pressure turbine and low pressure turbine, and increased the internal gap and machining of the Pawl cage surface. In the operation of steam turbine, if the vibration value increases by 1X, we should reduce the vibration of bearing by weight balancing. However, unless the vibration of bearing is declined by the balancing, we will have to disassemble and check the component and find the cause. In this study, we researched the way to lower mass unbalance that is 1X vibration component which has the greatest portion of vibration generated by steam turbine and we got good result by applying the findings of this study.