발전소 설비의 윤활장치 2

4. 승압 펌프와 오일 터빈

1. 주윤활유 펌프는 터빈 축에 직결되어 있으므로 윤활유 랭크로부터 상당히 높은 위치에 있고 원심펌프이므로 흡입력을 주는 승압 펌프(Booster Pump, BP)가 필요하다.
   따라서 오일 터빈에 의해 구동되는 승압 펌프를 윤활유 크 내부에 설치하며, 오일 터빈(Oil Turbine)은 주유할유펌프의 출구 유압에 의하여 구동된다.
2. 전동기 흡입 펌프(Motor Suction Pump, MSP)가 설치된 경우는 터빈 기동시 주윤활유 펌프의 흡입력을 전동기흡입 펌프에서 공급하며, 주윤활유 펌프의 기능이 정상화되면 오일 터빈에 고압 오일(Oi)을 보내어 승압 펌프를 구동시키게 된다. MOP 입구압력이 설정치 이하로 떨어지면 MSP가 자동 기동된다.
3. 오일 터빈 대신 오일 이젝터(Oil Ejector)로 주윤할유 펌프에 흡입력을 주는 경우도 있고, 승압 펌프가 설치 안된경우도 있다.

 

5. 보조 윤활유 펌프(Auxiliary Oil Pump, AOP)

터빈이 기동되어 정격속도로 운전되기 전에는 주윤활유 펌프가 정상적인 기능을 발휘할 수 없으므로 터빈 기동, 정지시윤활유 공급을 위하여 교류 전동기(AC Motor)로 구동되는 별도의 펌프를 설치한다.

보조 윤활유 펌프는 대부분이 수직 원심형(Vertical Centrifuga)으로 2대를 설치하여 1대는 예비기로 사용되고, 1대로서 터빈- 발전기 베어링 윤활, 발전기 수소(또는 공기) Sealing(일부발전소), 조속 및 보호장치 동작용 고압 제어유를 공급한다.

근래 터빈의 대형화 및 조속장치의 발달로 전기식 조속기를 사용하는 발전소는 베어링 윤활용 펌프, 조속 및 보호장치 동작용 펌프를 별도로 설치하여 오일(Oi)을 공급한다.

터빈 정상 운전시는 보조 윤활유 펌프를 운전할 필요가 없으며 터빈 기동, 정지 및 주윤활유 펌프계통의 고장이나 기타원인으로 윤활유 압력이 떨어질 경우 자동 기동되도록 되어 있고, 수동으로 정지한다.

보조 윤활유 펌프와 조속용 펌프가 별도로 설치된 경우, 조속용 펌프는 자동 기동되지 않는 것도 있으나 보조 윤활유 펌프만은 반드시 자동 기동되어야 한다.

보조 윤활유 펌프의 자동 기동 상태가 불량하면 터빈에 중대한 고장의 원인이 되므로 주기적인 시험을 실시하여 항상 완전한 상태로 유지하여야 한다.

최근의 증기의 터빈은 주윤활유 펌프를 설치하지 않고 보조윤활유 펌프만을 설치하는 것이 추세이며 이는 주윤활유 펌프, 오일터빈 및 Booster 펌프 등이 필요 없으므로 시스템이 간소화되고 설치비용이 적게 들며, 주윤활유 펌프 설치시보다 증기터빈 출력이 증가하는 등의 장점이 있다.

 

6. 비상 윤활유 펌프(Emergency Oil Pump, EOP)

터빈이 비상 정지되고 발전소내 교류(AC) 전원도 없을 때(Black Out)는 주윤활유 펌프와 보조 윤활유 펌프는 제 기능을발휘하지 못하므로 터빈-발전기 베어링에 윤활유를 공급할 수 있는 펌프를 설치한다. EOP는 터빈에 설치된 최후의 보호장치로서 발전소마다 설치된 배터리실(Battery Room)에서 공급되는 직류(DC) 전원으로 구동되며 대부분 수직 원심형이다.

베어링 윤활유 압력이 허용 한계치 이하로 될 경우 자동 기동되며, 펌프는 전동기 자체보다는 터빈에 윤활유 공급과 발전기 Sealing이 우선하므로 과부하로 인한 정지는 되지 않고 경보만 울리게 한다.

펌프는 소용량이므로 제어유는 공급할 수 없으며, 배관저항을 중이기 위하여 윤활유 냉각기를 우회(By-Pass)하여 공급하기도 한다.

 

7. 터닝기어 오일펌프(Turning Gear Oil Pump,TGOP)

터닝 기어 운전시 터빈-발전기의 각 베어링에 윤활유를 공급하며, 교류 전동기로 구동되고 수질 원심형이 대부분이다. 보조 윤할유 펌프(AOP)로서 터빈 각 베어링에 윤활유와 조속장치 동작용 고압 제어유를 동시에 공급하는 설비는 터빈이장시간 저속으로 운전할 경우 조속장치용 고입 제어유는 필요가 없으므로 이 펌프를 구동하여 전력소비를 감소시킨다. 또한 TGOP는 MOP 출구압력이 저하시 자동으로 기동된다. 최근의 대용량 증기터빈은 wSS 및 DSS를 거의 하지 않으므로 터닝기어 운전 시간이 매우 작다. 이와 같은 이유로 터닝기어 오일펌프를 설치하지 않고 있다.

 

8. 재킹 오일 펌프(Jacking Oil Pump, J0P)

터닝 기어 기동시 베어링 하부에 유막이 형성되지 않아 축과 베어링의 금속면이 직접 접촉되므로 베어링 금속면이 손상될 위험이 있다. 그러므로 터닝 기어를 기동하기 전에 축을 약간 들어주어 베어링에 유막을 형성시킨 후 축을 회전하기위하여 설치한다.

펌프 형식은 기어(Gear)식이며, 펌프에서 나오는 100~150kg/cm의 고압 오일을 베어링 하부에 공급하여 축을 0.015 mm 정도 들어준다.

각 축마다 무게가 다르므로 축마다 공급되는 재킹 오일 압력을 조절할 수 있도록 유압 조절 밸브(Regulating Valve)를설치하며, GE에서 제작한 터빈에서는 일반적으로 설치하지 않는다.

 

9. 가스 배출기(Oil Vapour Exhaust Fan)

윤활유는 베어링을 순환하여 윤활유 랭크에 다시 모이며, 이때 윤활유 속에는 많은 휘발성 산화물이 포함되어 있고, 이것이 계속 순환하여 윤활유 계통의 산화를 촉진시킨다. 수소냉각 발전기에는 윤활유에 수소가스가 섞여 있으므로 윤활유링크 상부에 배출기를 설치하여 대기중으로 배출하며, 정지중이라도 발전기에 냉각용 수소가스가 충진되어 있으면 반드시 운전하여야 한다.

배출기에 의해 윤활유 크 내부를 항상 부합(-)으로 유지하므로 베어링의 밀봉 부위에서 윤활유의 누설을 방지하고, 윤활유 드레인(Drain)이 크로 잘 회수되도록 하며, 배출기 형식은 대부분 팬(Fan)식이다.

내부 부압이 너무 크면 베어링 Seal 부위로 대기중의 먼지가 많이 유입되어 윤활유를 오염시켜며, 부압이 너무 작으면 베어링 Seal 부위에서 윤활유가 새어나와 비산되므로 적절한 압력으로 유지하는 것이 중요하다. 

 

10. 윤활유 탱크(Turbine oil Tank)

가. 기능

윤활계통의 전체 윤활유 량을 저장할 수 있다.

윤활유 펌프 및 기타 장치를 설치한다.

나. 용량

윤활유 랭크 용량은 주윤활유 펌프 토출량(분당)의 약 5~10 배 크기이다. 태안화력 3,4호기의 경우 총 크 용량은34.6ml이고, 정상운전 오일 Level은 24.2ml이며, 주윤할유 펌프는 터빈 Driven 펌프로서 Turbine End Standard에설치되어 있으며 정격용량은 315ml이다.

다. 구조

바닥은 1/25 정도 기울어 산화물 또는 이물질을 배출시킨다.

운전중 거품 발생에 대비하여 상부에 약 30 % 정도의 공간을 갖고 있다.

드레인(Drain) 관과 펌프 흡입관은 멀리 떨어져 있다.

윤활유 유동을 억제하기 위하여 내부는 여러 개의 칸막이로 되어있다. 윤활유가 베어링으로부터 중력(Gravity)에 의하여 원활하게 드레인 되도록 터빈 아래층에 저장크가 설치되어 있다.

 

11. 윤활유 냉각기(오일 Cooler)

각 베어링을 통과한 윤활유는 축의 저널(Journal)에서 열을 흡수하여 온도가 상당히 높아졌으므로 베어링에 공급하기적절한 윤활유 온도를 유지하기 위하여 냉각기에서 냉각시킨다.

형식은 대부분 표면 냉각식 열교환기를 사용하며, 냉각수는 일반적으로 소내 냉각수(Aux. Cooling Water)를 사용한다. 일부 복합화력발전소는 판형열교환기를 사용하기도 하는데 판형열교환기의 특징은 열교환 능력이 크고, 크기가 작고, 분해점검이 용이하며, 용량증설이 용이한 특징이 있다. 표면냉각식 열교환기는 냉각수는 관내부(Tube Side)로 흐르고, 윤활유는 관외부(Shell Side)를 통과한다.

일반적으로 2대 설치하여 1대는 예비기로 두어 운전중에도 교체할 수 있다.

윤활유 온도는 냉각수 출구측 밸브로 냉각수량을 조절하여 윤활유 온도를 조절한다.

 

12. 윤활유 청정기 (oil Conditioner)

가. 설치 목적

윤활유는 계통을 순환하는 동안 수분과 각종 불순물을 흡입하여 윤활유 성능저하, 열화 촉진, 금속표면을 부식시키므로이를 방지하기 위하여 청정장치를 설치한다.

나. 구성 및 운영

(1) 구성품

• 침전 랭크(Settling Tank)
• 여과 랭크(Filtering Tank)
•   카트리지 필터(Cartridge Filter)

(2) 계통

• 윤활유는 처음 침전 크에서 수분을 분리하고 여과 크로 유입된다.
• 여과 크의 여과 백(Filter Bag)에서 불순물이 1차 여과된 후
• 2차 여과기(카트리지 필터)에서 정화된 후 윤할유 크로 보낸다

(3) 운전

오일청정기는 윤활계통이 운전되는 한 연속운전 하는 것이 일반적이다.

 

13. 윤활장치의 운전

가. 준비

윤활계통을 처음으로 운전하거나 개방, 점검후 재기동시 또는 윤활유 교환시는 윤활계통을 세척하여야 한다.

윤활유 속의 불순물은 윤활유 청정기로서 정화되나, 계통내에 침전 또는 융착된 불순물은 세척으로 제거한다.

윤활유 랭크에 윤활유를 적정 레벨(Level)까지 채우고, 필요시 보충할 수 있는 오일량을 준비한다.

윤활유 냉각기에 윤활유를 채운다.

• 예비 냉각기는 쉽게 교체할 수 있도록 준비한다.
• 사용하려는 냉각기의 냉각수 입구측 밸브를 완전히 열어 놓고, 출구측은 자동 조절이 될 수 있도록 조치한다.

나. 기동

(1) 보조 윤활유 펌프(AOP)를 기동한다.

• 보조 윤활유 펌프만 있는 경우, 1대만 기동하여 압력 및 유량을 확인한 후 윤활 및 조속제통에 공급한다.
  예비기 1대는 자동 기동이 가능하도록 조치한다.
• 윤활계통과 조속계통의 계통별로 보조윤할유 펌프가 있는 경우는 윤활계 통의 베어링 오일 펌프(Bearing Oil Pump)만 기동하여 펌프 출구측 유압 을 감시하고, 각 베어링에서 나오는 윤활유량이 충분한가를 확인하며, 유압계통의 누설여부를 점검한다.

(2) 재킹 오일 펌프(OP)를 기동한다.

• 펌프 기동 상태를 확인하고, 각 베어링 부위의 유압을 확인한다.
• 재킹오일 펌프가 없는 경우는 각 베어링 윤활유 압력을 점검한다

(3) 터닝 기어를 운전하여 축의 회전상태를 점검하고, 운전시간은 터빈 상태에 따라 제작사측의 추천대로 실시한다.

가스 배출기(Vapour Extraction Fan)를 기동한다.

터빈이 규정속도에 도달하면 터닝 기어는 자동으로 분리된다.

승압 펌프를 구동하고 주윤활유 펌프의 입구측 압력을 점검한다.

터빈이 정상속도에 도달하면 주윤할유 펌프의 기능이 정상화 되는가 확인하고 보조 윤활유 펌프는 수동 정지한다.

운전중 냉각기의 고장 또는 냉각능력이 저하되면 교체한다.

윤활유 분석결과에 따라 청정장치를 운전한다.

다. 정지

터빈 운전중 고장 또는 정비를 위해 정지시 터빈 속도가 감속되어 오일 압력이 떨어지면 보조윤활유

펌프가 자동 기동되어야 한다.

만약 보조윤활유 펌프가 자동 기동되지 않으면 수동으로 기동하고, 수동기동이 안되거나 펌프에 이상이 있어 유압이 저하되는 경우는 비상윤활유 펌프가 자동기동 되어야 한다.

터빈 속도가 저하되면 터닝 기어를 운전한다.

 

14. 윤활유 냉각기 교환방법

가. 냉각수 공급 순서 냉각수 드레인(Drain) 밸브를 닫는다.

냉각수 벤트(Vent) 밸브를 연다.

냉각수 입구 밸브를 연 다음 출구 밸브를 천천히 연다.

냉각수 벤트(Vent) 밸브에서 냉각수가 나오면 밸브를 닫는다.

나. 냉각수 차단 순서 냉각수 입•출구 밸브를 천천히 닫는다.

냉각기의 냉각수 벤트(Vent) 밸브를 연다.

냉각수 드레인 밸브를 열어 냉각수를 배출한다.

다. 윤활유 냉각기 교환 방법 냉각기 2 대중 어느 쪽이 운전되고 있는가 확인한다.

예비 냉각기 쉘(Shell) 측의 벤트 밸브를 연다.

윤활유 절환밸브(Oil Transfer Valve) 가까이 있는 윤활유 공급밸브 (Oil Filling Valve)를 서서히 열어 예비 냉각기에윤활유를 완전히 채운다.

예비 냉각기 쉘(Shell)측의 공기가 완전히 배출되면 벤트 밸브를 닫는다.

이것은 윤활유에 공기가 유입되는 것을 방지하며, 만일 이 조작이 불완전하면 윤활유에 공기가 들어가 윤활유 공급이 중단되므로 베어 링 사고의 중대한 원인이 된다.

이들을 확인한 후 윤활유 절환밸브(Oil Transfer Valve)를 절환한다.

 

15. 고압유 발생장치(Hydraulic Power Unit, HPU)

가. 설치 목적

고압유 발생장치는 전기식 조속기의 유압부에 속한다.

이것은 터빈 증기밸브를 열기 위하여 증기밸브의 구동장치(Hydraulic Actuator)에 고압 제어유(Control Oi)를 공급하고 보호장치에도 일부 공급한다.

나. 고압유 발생장치의 주요 구성품

(1) 중앙 저유조(Central Fluid Reservoir)

불가연성 고압 제어유를 저장하며, 오일 레벨(oil Level) 및 온도 경보장치가 설치되어 있다.

(2) 독립된 병렬 펌프계통(Two Pump System)

• 전기식 조속기 및 보호장치 계통에 제어유를 공급하는 설비로서, 2대의 변속 피스톤 펌프, 입구 스트레이너(Strainer), 출구 카트리지 필터로 구성된다.
• 스트레이너는 운전중에 육안으로 점검할 수 있으며, 이물질 누적 량에 따라 스트레이너 운전상태 지시기(Indicator)에는운전 가능,청소 필요, 바이패스(By - Passing) 등을 가리키게 되어 있다.
• 각 펌프 출구측에 5 Micron의 필터가 설치되어 있고, 필터에는 차압 스위치가 설치되어 있다.

차압이 규정지를 초과하여 정보가 올리고, 경보발생 후 조치가 없으면 출구압력 이 더욱 저하하여 예비 펌프가 기동된다.

(3) 고압유 냉각기 (Fluid Cooler)

계통을 순환하고 회수되는 유압유를 정적온도로 유지시키기 위해 냉각 설비가 설치되어 있으며, 수냉식의 경우 냉각수유량을 조절하여 유압유를 유지시킨다. 공랭식의 경우 유압유를 강제적으로 순환(순환펌프 별도 설치)시키고, 방열기(Radiator) 및 냉각팬을 사용하여 냉각시킨다.

(4) 공기 건조기 (Air Dryer)

저장크 내부에 있는 공기중의 습분을 제거하기 위하여 설치하며, 공기를 건조기 내부에 있는 실리카 겔(Silica Gel) 층을통과시켜 제거한다.

실리카겔이 습분을 흡수하여 청색(Blue)에서 분홍색으로 변하면, 흡습제를 재생시키거나 교체한다.

(5) Bladder형 완충기 (Bladder Type Accumulator)

터빈 고압 밸브 구동장치(Hydraulic Actuator)에서 요구하는 다량의 제어유를 즉시 공급하고, 예비 펌프 기동시 유압계통에 미치는 충격을 흡수하여 압력을 일정하게 유지시킨다.

완충기에는 1,000 Psig(70kg/cm)정도의 질소(N)가스가 충진되어 있다.

(6) 전기 히터 및 팬 (Electric Space Heater and Fan)

겨울철에 에비 펌프 및 완승기를 적정온도로 유지시키기 위하여 설치하며, 히터는 저장방크의 온도신호를 받아 자동으로운전된다.

일부설비는 히터가 설지되어 있지 않은 경우도 있으며, 이 경우의 온도상승방법은 펌프를 가동하여 순환되는 유압유의마찰력으로 온도를 높인다.