터빈 터닝기어의 기능과 운전 방법

터빈 터닝기어란?

터빈 기동 전 또는 정지 후에 축을 서서히 돌려주어 로터의 편심(偏心, Eccentricity)을 최소화하는 장치입니다.
터빈 정지 후 축을 그대로 두면 터빈 각 부위가 점차 식으면서 증기가 고요, 상하부 온도차가 생기고 축의 자중에 의해 변형될 수 있으므로 이를 막기 위한 장치입니다. 
정지됐던 터빈을 기동할 때는 축이 약간 굽어 있으므로 바로 고속회전하면 심한 진동을 일으킬 수 있습니다. 따라서 기동 전 축을 서서히 회전시켜 축의 온도분표를 고르게 하고 축을 바르게 합니다.

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터빈 터닝기어 기능과 운전방법

 

1. 터닝기어의 종류

 

• 플랜트에서 많이 쓰이는 터닝기어의 종류는 다음과 같습니다.

1. 고속 터닝 기어 (High-Speed Gearbox): 일반적으로 가스 터빈이나 스팀 터빈과 같은 고속 회전 터빈에 사용됩니다. 고속 터닝 기어는 터빈의 고속 회전을 감속하여 발전기에 적합한 회전 속도로 변환합니다.
2. 저속 터닝 기어 (Low-Speed Gearbox): 대형 화력발전 터빈에서 사용되는 경우가 많습니다. 이 유형의 터닝 기어는 터빈의 낮은 회전 속도를 더 높은 발전기 회전 속도로 변환합니다.
3. 다단 터닝 기어 (Multi-Stage Gearbox): 복수의 기어 스테이지를 갖춘 구조로, 여러 단계의 변속 장치를 통해 터빈의 회전 속도를 조절합니다. 이는 효율성을 높이고 안정성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
4. 변속 없는 터빈 (Direct Drive Turbine): 몇몇 현대적인 화력발전 터빈 설계에서는 터빈과 발전기 사이에 기어 박스를 사용하지 않는 변속 없는 구조를 채택하기도 합니다. 직접 구동 방식은 변속 기어의 유지보수 및 손실을 감소시킬 수 있습니다.

2. 터닝기어 운전 방법

• 터닝 기어는 기계 시동 전과 정지 직후에 작동합니다. 시동 과정에서 터닝 기어는 전체 시스템 용량에 도달하기 몇 시간 전에 회전되어야 합니다. 예열 단계의 지속 시간은 터빈의 특성에 따라 달라집니다. 터닝 기어는 회전 샤프트를 직선화하고 이전 작업 사이클 중에 발생한 동심도 오류를 제거하는 데 도움이 됩니다. 터닝 기어는 최소 권장 기간 동안 작동해야 합니다. 그렇지 않으면 편심 및 변형이 있는 상태에서 터빈을 작동하면 심각한 손상이 발생할 수 있습니다. 
• 반대로, 정지 과정에서 터닝 기어는 로터가 손상 없이 움직이지 않을 수 있는 설정 수준까지 온도가 낮아질 때까지 터빈 회전을 유지합니다. 일부 터빈은 해당 설정값에 도달하는 데 몇 시간, 심지어 며칠이 걸립니다. 로터가 완전히 멈추고 터닝 기어가 풀리면 기계의 전원을 끄고 정비할 수 있습니다. 일반적으로 터닝 기어는 터빈 정지 전에 시동되어 메인 로터와 터닝 기어가 모두 래치팅이 맞물릴 수 있도록 저속으로 도달할 수 있도록 합니다.
  

3. 터닝기어 설치위치와 유지보수

• 터닝 기어는 일반적으로  저압 터빈과 발전기 사이에 설치됩니다. 회전속도는 대부분 발전소가 2～3rpm 사이에서 회전하며, 일부 발전소는 60～120rpm으로 회전하는 경우도 있다. 터빈이 기동되어 회전속도가 점차 증가하면 터닝기어는  같이 자동적으로 풀려 정지되며, 이때 분리되지 않을 경우는 고장 원인이 됩니다.
  
• 터닝 기어는 터빈 장비의 중요한 구성 요소입니다. 터닝 기어가 고장 나고 제대로 맞물리지 않으면 터빈 손상이 심각해질 수 있습니다. 이러한 상황에서 운전자는 호깅이 시작되기 전에 어떻게든 메인 로터의 문제를 해결하거나 다시 연결하는 데 몇 분밖에 걸리지 않습니다. 이러한 사건이 발생한 후에는 광범위한 수리를 수행해야 합니다.