Adjustment and Installation of Balance Weights
7.1 Balance Weight 調整 (Adjustment of Balance Weights)
7.1.1 Balance Weight 半徑 調整 (Adjusting the Radius of Balance Weights)
때때로 Trial Weight를 달 수 있는 반경이 영구적인 교정 Weight를 달아야 할 반경과 같지 않을 때가 있다. 이와 같은 경우에 새로운 반경에 부착할 교정 Weight의 양을 계산할 필요가 있다. 이것은 교정 Weight의 중량에 반경을 곱한 값과 Trial Weight 중량에 반경을 곱한 값이 같으면 된다.
예를 들면 반경 30 ㎝에서 24 gr의 Trial Weight를 달아 기계를 발란싱하였으나 교정 Weight는 반경 12 ㎝에 달아야 한다고 하자. 새로운 반경 12 ㎝에 소요되는 Weight의 양은 다음 식으로 구한다.
따라서 24 gr × 30 ㎝ =
즉 반경 12 ㎝에 60 gr의 Weight를 다는 것은 반경 30 ㎝에 24 gr의 Weight를 단 것과 같은 역할을 한다.
7.1.2 矯正 Weight의 分配 (Dividing Correction Weights)
어떤 로터에서는 교정 Weight를 달아야 하는 위치가 제한되어 있어, 벡터 해석에 의하면 Weight를 달 수 없는 곳에 Weight를 달아야 할 경우가 있게 된다. 이 문제의 해결방법은 계산에 의해 산출된 Weight 양과 위치에 해당하는 벡터를 분해하여 원래 위치의 양쪽에 Weight를 다는 것이다.
예를 들면 그림 3-45와 같이 6개의 Blade가 60° 간격으로 되어있는 Fan을 발란싱한다고 가정하자.
그림 3-45 Fan 날개 모양
Blade #1에 Trial Weight를 단후 벡터도에서 계산한 결과 교정 Weight는 시계 방향으로 75° 이동하고 20 gr을 달도록 나타내고 있다. 그림에서와 같이 이 Fan에는 75° 시계 방향에 필요한 Balance Weight를 달 Blade가 없다. 그러므로 인접한 Blade(#2 및 #3)에 Weight를 달아야 한다. 이제 남은 문제는 각 Blade에 얼마만큼의 Weight를 달아야 하는지 아는 것이다.
#2, 3 Blade에 필요한 교정 Weight의 양을 알기 위하여 벡터도를 작도한다. Polar Graph상에 그림 3-46A와 같이 #2, 3 Blade의 상대 각위치를 표시한다. 다음 필요한 교정 Weight를 나타내는 벡터를 그린다. 이 벡터의 각위치는 Blade #1로부터 시계 방향으로 75°이고 벡터 계산에 의하여 구한 것과 같이 길이는 20 gr을 나타낸다. 이 벡터 끝으로부터 Blade #3과 평행하게 그어 Blade #2와 만난점을 A라하고, 또 Blade #2와 평행하게 그어 Blade #3과 만난점을 B라 하여 평행사변형을 그린다.
Blade #2에 필요한 Weight의 양을 구하기 위하여 벡터 OA의 길이를 측정한다. 또 Blade #3에 필요한 Weight의 양을 구하기 위하여 벡터 OB를 측정한다. 그림 3-46B에서 벡터 OA 및 OB는 Blade #2에 16.3 gr이, 또 Blade #3에는 6 gr이 필요하다. 물론 이것들은 Blade #1 상에 있는 Original Trial Weight와 같은 반경에서 필요한 Weight이다. 이 두 Weight의 합이 20 gr이 넘고 있음을 알아둘 필요가 있다.
그림 3-46 교정 Weight의 분배 벡터도
7.1.3 矯正 Weight의 合成 (Combining Correction Weights)
Weight Balancing을 여러번 하다보면 크고 작은 많은 양의 Weight가 부착된다. 이들을 합성하여 오직 한 개의 교정 Weight를 설치하는 것이 보다 편리하다. 벡터도를 이용하면 해를 쉽게 구할 수 있다.
예를 들면 그림 3-47A 로터에 3개의 Balance Weight가 있다고 하자. 이 3개의 Weight를 조합하기 위하여 이들의 양과 각위치를 알아야 한다. 먼저 Weight #1을 나타내는 벡터를 그린다. 그림 3-47B에서와 같이 편리하게 하기 위하여 Weight #1을 가장 큰 것으로 정하고 0°에서 그 벡터를 그린다. 이 벡터의 길이는 Weight 25 gr에 해당한다. 다음 #1 Weight의 벡터 끝으로부터 그림 3-47C와 같이 Weight #2를 나타내는 길이의 벡터 10 gr을 그린다. Weight #2에 대한 벡터는 그 Weight 위치가 #1 Weight로부터 시계 방향으로 30°이므로 Balance Weight로부터 시계 방향으로 30°로 그린다. #2 Balance Weight의 벡터를 끝으로부터 길이가 5 gr인 #3 Weight에 대한 벡터를 그린다. 그림 3-47D를 보면 이 벡터는 Balance Weight #1로부터 시계 방향으로 45°로 그려진 것이다.
각 Balance Weight에 대하여 각 벡터들이 작도된 후 그림 3-47D에서 보는 바와 같이 원점(0)으로부터 최종 Balance Weight의 벡터끝까지 선을 그어 벡터 R을 그린다. 이 벡터 R이 그 결과이며, 3개의 Weight와 동등한 양과 각위치를 나타낸다. 즉 벡터 R로부터 38 gr의 Weight를 Weight #1로부터 시계 방향으로 13°에 위치시키면 된다.
그림 3-47 Balancing Weight의 벡터 합성
터빈 로터의 경우 여러 Weight들이 임의로 Weight Groove 전 원주에 걸쳐 있게 되는 경우가 많다. 이로 인하여 새로운 Balance Weight를 다는데 방해가 된다. 이들 임의의 Weight들을 벡터 합성하여 하나의 최종 Weight Group으로 만들어 부착하면 된다.
7.1.4 圓弧 Weight의 効果 (The Effect of Arc Weights)
Weight의 원호 길이가 커지게 되면 커질수록 Weight의 효과는 점차로 적어지게 된다. 물론 제한된 경우이지만 Weight가 증가하여 길이가 360° 원호로 되면 서로 상쇄되고, 전 Weight Group에 아무 것도 추가하지 못하게된다.
유효중량 
는 다음 식에 의하여 구해진다.
여기서 W(φ) = Arc Span (원호길이) θ°의 총중량
N = 유효도(%)
N은 다음 식에서 구해진다.
N대 θ의 곡선(그림 3-48)은 부착한 Weight Span의 길이(원호)에 따른 실제 유효중량을 산출하는데 사용된다.
[참 고]
① 합성 Weight Span이 큰 원호이면 역순으로 Percent 유효도를 고려하여야 한다.
② 큰 Static Weight가 HP 또는 Reheat Rotor에서 발견되면 Mid Span으로 Weight 일부를 분산시키는 것이 바람직하다.
그림 3-48 Weight 유효도
7.2 Balance Weight 設置 (Installion of Balance Weights)
7.2.1 Weight와 Weight Groove (Weight and Weight Groove)
진동 교정 작업을 위해서는 여러 가지 모양의 Weight와 Weight Groove에 대하여 잘 알고 있어야 하고, Balance Weight를 어느 곳에 달아야 하는지도 알아야 한다. 대부분의 재래식 저압터빈과 발전기 로터는 Dovetail Wheel Weight(그림 3-49)를 사용한다.
일단 Balance Weight가 Weight Groove에 위치되면 Set Serew로 조인다. 이때 Weight의 경사면이 Weight Groove의 경사면에 완전히 밀착될 때까지 Weight에 힘을 가한다. 대부분의 Groove는 Weight 삽입이 용이하도록 Access Opening이 Groove Arc 매 90°마다 있다. Access Opening으로 Weight를 넣은 후 필요한 위치로 밀어 넣으면 된다.
커플링을 발란싱할 때에는 T-형 Weight를 사용한다. Dovetail Weight와 같이 T-형 Weight도 제위치에 넣어 Set Serew로 조인다.
그림 3-50은 T-형 Weight의 설치 단면도이다. Dovetail이나 T-Weight의 최종위치가 결정되면 Weight Groove의 가장 자리를 펀칭하여 Weight가 풀려 나오지 않도록 하며 부착 Weight의 최종 위치와 양을 기록하여 두어야 한다.
그림 3-49 터빈 로터용 전형적인 Dovetail Wheel Weight와 Groove
그림 3-50 전형적인 커플링 Weight와 Groove
고온 로터 및 원자력 저압터빈은 Balance Plug(Balance Plug Weight)를 사용한다. Balance Plug를 설치할 때 삽입공구를 이용하여 Turbine Access Opening을 통하여 들여 보낸다. 이때 Shell에 떨어지지 않도록 많은 주의를 해야한다.
Balance Plug를 고온 로터에 부착할 때 열팽창 문제점이 있다. 로터 온도는 900℉ (480℃)에 이르고 있는 반면 Plug 온도는 대기온도상태에 있다. 이런 상태 하에서 Weight가 부착되면 고착될 수 있다. 따라서 이런 일이 일어나지 않도록 Balance Plug를 부착할 때마다 다음과 같은 절차를 행한다 (그림 3-51 참조).
Tap으로 Plug Hole을 청소할 때도 같은 주의가 요하며 이 Tap을 Access Hole에 넣어 수분동안 가열한다.
① 대략 로터 온도로 가열한 Tap으로 Balance Plug Hole을 Tapping 한다.
② 삽입공구로 Weight를 부착한다.
③ Compound로 Balance Weight Thread를 도포한다.
④ 대략 로터 온도까지 Weight를 가열한다.
⑤ 로터 Balance Hole에 Weight를 끼운다.
⑥ Weight로부터 삽입공구를 취외한다.
⑦ Tightening Tool로 Weight를 조인다.
최종 Weight 위치가 확정된 후 Balance Plug 위치를 기록한다.
그림 3-51 전형적인 Plug Weight, 삽입공구 및 조임공구
7.2.2 Balance Weight 材質 (Balance Weight Material)
Weight가 없어 만들어야 할 경우 적당한 재질을 사용하여야 하는 것이 중요하다. 재질은 Weight의 위치, 로터 재질 및 Weight의 모양에 따라 다르다.
전형적인 Weight의 재질은 Groove에 끼우는 Weight용으로 B50A-332A(ASI Type 410과 동등한 12Cr 재질)를 또 Plug Type Weight로는 B5F5B3를 쓴다. 그러나 Plug Weight에 대해서는 예외가 있다. 예를 들면 12Cr 로터 Balance Plug는 특수재질(통상 B7B5A)을, 기존 HP Rotor의 Midspan용 Plug는 Copper Plate를 사용한다.
7.2.3 安全 (Safety)
진동 교정 작업의 제일은 안전이다. 운전 중에는 진폭 및 위상을 측정하기 위해 충분한 조명을 하여 회전부분에 케이블 및 그밖에 다른 물건이 걸려 들어가지 않도록 주의해야 하고, 또한 Weight를 회전체 내부에 떨어뜨리지 않도록 해야 한다.
Balance Weight를 부착하기 위해 회전체가 정지하고 있는 동안은 다음 주의 사항을 잊어서는 안된다.
① 작업 중에 Drain Valve를 조작하거나 Steam Valve를 절대 열지 않도록 운전자에게 명확히 지시해 놓는다.
② 발전기는 어떠한 사고로 인해 돌지 않도록 개폐기를 Open해야 한다.
③ Turning Gear Motor 곁에는 항상 사람을 배치하여 이 사람이 Weight를 부착하는 사람으로부터 신호를 받아 Turning Gear Motor를 운전해야 한다.
④ Balance Weight를 부착하는 사람은 회전체 속에 들어가기 전에 호주머니에서 떨어지기 쉬운 물건을 모두 꺼내 놓는다.
⑤ 터빈에서 사용되는 공구는 놓고 나오는 일이 없어야 한다. 망치, 렌치, 끌, 펀치 등은 손이나 기타 밖에 있는 고정부와 연결시켜 놓는다.
⑥ 작업자가 Weight를 부착하러 들어갔을 때에는 반드시 맨홀에 1인의 감시자가 있어야 한다.
⑦ 복수기에 들어가는 사람은 떨어지지 않도록 안전벨트를 착용하고 그 끝을 기계 밖의 고정부에 묶어 놓아야 한다.
⑧ 배기실에도 충분한 조명을 해야 한다.