터빈 축 방향 변위: 정의, 이상 원인 및 대책
Time: 2025-12-12
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축 방향 변위의 핵심 정의
터빈의 축방향 변위란 로터가 고정자에 대해 축을 따라 상대적으로 이동하는 것을 의미한다. 스러스트 콜라와 스러스트 베어링의 작동면 및 비작동면 사이에 설계된 클리어런스를 기준 제로점으로 삼아, 양수 값은 로터가 발전기 측으로 이동한 상태를 나타내며, 음수 값은 로터가 터빈의 고압측으로 이동한 상태를 나타낸다. 이 파라미터는 주로 스러스트 베어링의 하중 상태와 로터의 축방향 균형 안정성을 반영하며, 유닛의 유동 부품들이 충돌하거나 마모되지 않도록 보장하기 위한 핵심 모니터링 파라미터이다.
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축방향 변위 이상 변화의 원인
(1) 전진 방향 변위 증가 (로터가 발전기 측으로 이동)
1. 추력 베어링 고장: 추력 패드의 마모 또는 소손, 과도한 추력 간극, 윤활유 압력 부족 또는 과도한 유온으로 인한 오일 필름 파손으로 축방향 위치 지지 기능 상실.
2. 증기 시스템 이상: 주증기/재과열 증기 온도 급격한 하락(로터의 열 수축이 스테이터보다 느림), 증기에 물이 혼입되어 수타 현상 발생 및 순간적인 전방 향 추력 발생.
3. 부하 및 증기 추출 이상: 급격한 유닛 부하 증가(증기 유량 급증, 유량에 비례하여 추력 증가), 고압 가열기 미작동 시 적시 부하 감소 미실시, 고압 실린더 증기 유입량의 비정상적 증가.
4. 유로 부품 고장: 저압 실린더 블레이드 파손 또는 탈락, 고압 실린더 다이어프램 변형 또는 씰 마모, 단열 누설 및 유로 면적 변화로 인한 추력 분포 불균형. (2) 음의 축방향 변위 증가 (로터가 고압측으로 이동)
1. 급격한 증기 온도 상승: 주증기 또는 재과열 증기 온도의 급격한 상승은 로터가 스토어보다 더 빠르게 열팽창하게 하여 음의 축방향 추진력을 발생시킴
2. 부하 및 추출 고장: 유닛 부하의 급격한 감소(증기 유량 급감, 축방향 추진력의 급속한 감소) 또는 저압 추출 밸브의 막힘/폐쇄는 저압측에서 역방향 축방향 추진력의 증가를 초래할 수 있음
3. 추력 베어링의 비정상적인 역방향 힘: 추력 패드의 비작동면 마모 또는 과도한 역방향 추력 간극이 로터의 축방향 위치를 고압측으로 이동시키게 함
4. 고압 실린더로의 증기 유입 불균형: 고압 주증기 밸브 또는 속도조정기의 개방 시 막힘이나 편차로 인해 고압측에서 증기 분배가 불균형해져 역방향 추진력의 비율이 증가함
- 축 방향 변위 이상 조치 방법 (현장 조작 가능)
1. 초기 모니터링 및 평가
- 즉시 축 방향 변위 게이지를 확인하고(주/보조 게이지 비교), 동시에 스러스트 베어링 온도(정상 ≤85℃, 경보 ≤90℃), 윤활유 압력/온도, 열팽창 차이, 증기 파라미터 및 유닛 진동과 이상 소음을 함께 점검하여 계측기 고장을 배제한다.
- 변위 변화의 추세(급변/점진적 증가)를 판단하고, 운전 조건(부하 조정, 파라미터 변동, 장비 작동 등)과 종합적으로 분석하여 고장의 근본 원인을 파악한다.
2. 단계별 대응 조치
(1) 경보 값 이하(점진적 증가)
- 파라미터 조정: 주증기/재과열증기 온도 및 압력을 안정화하고, 관련 증기 트랩 밸브를 개방하여 수분 유입을 방지하며, 윤활 시스템을 조정하여 오일 압력은 ≥0.15MPa, 오일 온도는 40–55℃ 사이로 유지한다.
- 운전 조건 최적화: 부하를 점진적으로 조정하십시오 (급격한 증가 또는 감소는 피하십시오). 고압 가열기가 가동 중이지 않을 경우, 축 방향 추진력을 균형 있게 하기 위해 절차에 따라 부하를 20%–30% 감소시키십시오.
- 상태 추적: 매 5분마다 변위 및 베어링 온도 데이터를 기록하십시오. 경향이 개선되지 않으면, 안전한 범위로 점진적으로 부하를 줄이십시오.
(2) 경보 값 초과 (정지 값 미만)
- 전방 변위 한도 초과: 즉시 정격 부하의 50% 이하로 부하를 감소시키고, 고압 가열기를 정지시키십시오. 추력 베어링 온도가 계속 상승할 경우, 예비 윤활유 펌프를 가동하십시오. 그래도 효과가 없을 경우, 부하 감소 정지를 실행하십시오.
- 역방향 변위 한도 초과: 증기 온도를 안정화하십시오(추가 상승은 피하십시오), 저압 추출 밸브 상태를 점검하십시오. 고장이 즉시 처리될 수 없는 경우, 정격 부하의 30%까지 부하를 감소시키고, 고장난 추출 구간을 격리하십시오.
(3) 정지 값 초과 / 비상 상태
- 축 방향 변위가 트립 설정값에 도달할 경우(정상 전진 시 1.2–1.5mm, 역방향 시 -0.8– -1.0mm이며, 장비 절차에 따라 시행) 또는 수격현상 발생 시, 혹은 추력 베어링 온도가 95℃를 초과하는 경우 즉시 수동 비상 정지 조치를 수행하십시오. 주증기 및 재과열 증기 유입을 차단하고 모든 단계의 증기 배출 드레인 밸브를 완전히 개방하십시오.
- 정지 후 윤활계통은 최소 30분 이상 가동하여 추력 베어링을 냉각시켜야 합니다. 이후 추력 베어링, 추력 간극, 유로 부품 및 증기 밸브 상태를 분해 점검하십시오. 고장이 해결되고 정상 여부가 확인된 후에만 재가동하십시오.
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