같은 1450kW 전동기, 왜 SHAFT의 강도가 달랐을까요 ?
안녕 하세요
모닥입니다.
CEMENT MILL용 권선형 전동기 축 파손 RCA 및 SPARE MOTOR 적용성 검토 사례를 공유 합니다.
1. 고장 부품을 교체하는 것만으로 충분할까요?
시멘트 MILL 구동용 1,450kW 고압 권선형 전동기에서 부하측 SHAFT 절손이 발생하였습니다.
해당 전동기는 장기간 운전해 온 설비로, 분해점검 결과 SHAFT 파손뿐 아니라 고정자와 회전자 철심에서도 심각한 손상이 확인되었습니다.
그렇다면 단순히 SHAFT와 손상 부품을 교체하면 문제가 해결될까요?
한국중전기는 파손된 부품보다 파손을 유발한 원인을 먼저 검토했습니다.
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사진 1 . SHAFT 파단면 상태
2. SHAFT 파손 위치에 주목하다
파단 위치는 SHAFT END의 직경이 변경되는 FILLET 부위였습니다.
단차부는 구조적으로 응력이 집중되기 쉬우며, 기동·정지 및 운전 중
반복되는 굽힘과 비틀림 응력에 의해 피로균열이 발생할 수 있습니다.
파단면의 형상과 손상 위치를 종합하면 피로파손 가능성이 의심되지만,
파단면 육안검사만으로 반복비틀림 피로인지 회전굽힘 피로인지 확정하기는 어렵습니다.
정확한 RCA를 위해서는 균열 기점, 축의 재질, 운전부하 및 구동계 상태까지 검증해야 합니다.
“SHAFT가 파손된 위치와 SHAFT를 파손시킨 원인은 반드시 같지는 않습니다.”
3. 동일 출력 전동기의 SHAFT 강성을 비교하다
해당 설비와 동일한 1,450kW, 6P 사양의 다른 CEMENT MILL 전동기를 비교한 결과,
출력은 같지만 출력축 직경과 부하측 베어링 구성에 차이가 있었습니다.
고객 설계정보 보호를 위해 상세 치수와 외형도는 공개하지 않고,
동일 재질·동일 길이의 균일 원형축이라는 가정으로 비교한 결과만 소개합니다.
| 비교 항목 | 파손 전동기 | 비교 전동기 |
|---|---|---|
| 정격 출력 | 1,450kW | 1,450kW |
| 전압 / 극수 | 6,600V / 6P | 6,600V / 6P |
| SHAFT 직경 | 기준 | 상대적으로 큼 |
| 상대 비틀림 강성 | 1.00 | 약 2.02 |
| 동일 토크의 공칭 전단응력 | 기준 | 약 41% 낮음 |
이는 출력이 동일하더라도 SHAFT의 기계적 특성이 상당히 다를 수 있음을 보여줍니다.
다만 축 단면의 비틀림 강성 차이가 실제 피로수명 차이를 직접 의미하지는 않습니다.
4. 감속기가 있는 MILL 구동계의 중요성
CEMENT MILL은 MOTOR–COUPLING–GEAR BOX–MILL로 구성되는 구동계입니다.
기동과 부하변동 시 반복비틀림 응력 및 충격토크가 발생할 수 있고, 비틀림 공진이 발생하면 SHAFT의 피로파손 위험이 증가할 수 있습니다.
따라서 축 자체의 강도뿐 아니라 COUPLING 특성, 감속기 및 MILL의 부하조건을 종합적으로 검토해야 합니다.
전동기는 단독으로 운전하는 기계가 아닙니다.
연결된 구동계 전체를 하나의 시스템으로 보아야 합니다.
5. SPARE MOTOR, 동일 출력이면 호환될까요?
현장에서는 기존 설비의 SPARE MOTOR를 다른 설비에 활용하는 방안을 검토하는 경우가 있습니다.
하지만 출력과 전압, 극수가 같더라도 SHAFT 치수, BEARING, COUPLING, 기동특성 및 구동계의 동적 특성이 다를 수 있습니다.
특히 과거 SHAFT 파손 이력이 있는 전동기를 다른 MILL에 전용하려면 기계적·전기적 적합성을 충분히 확인해야 합니다.
한국중전기는 이번 사례에서도 단순한 전용 가능 여부보다
안정적인 운전과 재발방지를 우선 고려한 기술적 검토를 수행하였습니다.
6. 신품 구매보다 기존 전동기의 전문적인 복원을 검토하다
최근 권선형 전동기는 신규 수요 감소로 제작업체와 공급 선택의 폭이 제한적이며,
신품 제작비용도 높은 수준입니다.
따라서, 경제성과 기존 설비의 활용가치를 고려하면, 전문업체를 통한 수리·복원이 합리적인 대안이 될 수 있습니다.
다만 손상 원인의 검증, 개선 설계, 품질관리 및 최종 성능시험을 통해 충분한 운전 신뢰성을 확보하는 것이 전제되어야 합니다.
사진 2. 분해점검에서 확인된 고정자 철심 손상
사진 3. 고정자와의 접촉으로 손상된 회전자 철심
7. MOTOR DOCTOR 기술 제언
“고장난 부품을 교체하는 것은 정비이고,
그 부품이 왜 고장났는지 밝혀 재발을 방지하는 것이 기술입니다.”
한국중전기는 55년간 축적된 전동기 정비 경험을 바탕으로
현장 진단, 분해점검, ROOT CAUSE ANALYSIS, 개선정비 및 효과검증을 연계한 전동기 수명관리 서비스를 제공하고 있습니다.
SHAFT가 파손되었다면 SHAFT만 보지 않습니다.
전동기와 연결된 구동계, 운전조건, 정비이력까지 종합적으로 검토하여 고객 설비의 안정적인 운전과 수명연장을 지원하겠습니다.
한국중전기(주)
CBDT – CONSULTING-BASED DIAGNOSTICS & TRAINING
LMCS – LIFE-CYCLE MOTOR CARE SYSTEM
전동기 수명관리실
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