[공학저널 전찬민 기자] 수력 터빈/발전기에는 터빈 가이드 베어링, 발전기 상부 베어링, 하부 베어링 등 세 가지의 베어링이 설치돼 있다. 이들 베어링은 터빈/발전기의 로터와 유체력에 의한 하중을 지지하면서 터빈/발전기가 고속으로 회전할 수 있도록 하는 매우 중요한 기계 부품 중 하나다.
만약, 이 세 가지의 베어링 중에서 어느 하나라도 문제가 있으면 터빈/발전기는 회전할 수 없고, 이 때문에 전력 생산이 중단되는 문제가 초래될 수 있다. 따라서 베어링은 수력 터빈/발전기에서 가장 핵심인 기계 부품이라고 볼 수 있으며, 수력발전소에서는 각 베어링에 온도와 진동 센서를 설치하고 실시간으로 터빈/발전기의 상태를 모니터링해 설비를 운영하고 있다.
하지만, 기존 터빈 가이드 베어링의 경우 윤활을 위해 오일을 사용하고 있으며, 터빈 베어링은 임펠러 바로 위에 설치되기 때문에 만약 베어링의 오일이 누설되면 터빈 내부를 통해서 하천이나 강으로 흘러들어가 환경 오염 문제를 야기시킬 수 있다. 이에 따라 최근에는 터빈 가이드 베어링의 경우, 윤활을 오일이 아닌 물을 이용하는 수윤활 베어링을 개발해 적용함으로써 환경 문제 해결뿐만 아니라 베어링에서 발생하는 동력손실을 저감할 수 있어 터빈/발전기의 효율도 증가시킬 수 있게 됐다.
특히, 30MW 급 수차와 발전기용 베어링에서 발전기 상부 베어링은 터빈/발전기의 로터와 터빈의 임펠러에서 발생하는 추력을 지지하는 스러스트 베어링과 수윤활 터빈 가이드 베어링이 개발되고 있다. 이 베어링 기술 개발은 현재 산업통상자원부의 노후 수력발전시스템 성능개선 및 상태진단 기술개발 사업으로 추진된 ‘유연화 운전 대응 부분부하 구간 고효율 수력발전 시스템 개발’ 연구과제를 통해 진행되고 있으며, 이번 과제에 참여한 터보링크의 주요 연구 목표이기도 하다.
이번 연구에서 스러스트 베어링은 약 270톤의 하중을 지지해야 하며, 이를 위해 베어링의 성능해석 시뮬레이션뿐만 아니라 터보링크 사내에 300톤 이상의 하중을 부과할 수 있는 스러스트 베어링 시험장치가 직접 개발될 예정이다. 이를 통해 시제품 베어링을 시험하고 그 결과를 평가함으로써 베어링의 성능 검증을 수행할 계획이다.
또한, 수윤활 터빈 가이드 베어링은 안정성이 높은 틸팅 패드 타입으로 설계되며, 여러 가지 과도 운전상태 또는 외란에서도 터빈 임펠러에서 발생하는 반경방향의 하중을 안정적으로 충분히 지지하도록 설계된다.
터보링크 최성필 부사장은 “지금까지 국내의 수력 터빈/발전기와 베어링 산업은 화력발전, 복합화력발전, 원자력발전 등 다른 발전산업과 비교해 상대적으로 발전 용량이 매우 작아 국내시장이 매우 작은 관계로 관련 산업이 기술적으로 크게 뒤쳐져 있었다”며 “최근에는 국내 수력 발전 설비의 노후화에 따른 설비 개선과 향후 수력발전의 신규 발전소 사업의 확대에 따라 이들 산업에 대한 발전을 위해 원천 기술의 확보가 요구되고 있다”고 말했다.
그는 이어 “이번 연구과제는 30MW 급 수력 터빈/발전기용 베어링 기술에 대한 원천 기술을 확보해 자립한다는 점에서 큰 의미를 가지고 있다”며 “이러한 원천 기술의 자립과 국산화 개발을 통해 무역수지 개선에 기여할 것으로 예상되고 있으며, 또한, 발전소 운전 중 문제 발생 시에도 신속한 기술 지원이 가능해질 것으로 기대된다”고 덧붙였다.
터보링크는 2001년 창업한 이래 지속적인 연구개발로 터빈/발전기뿐만 아니라 고속 회전기계용 베어링에 대해 해석, 설계, 제작, 시험 평가 기술을 모두 보유하고 있는 국내 유일의 베어링 기업으로, 최고의 베어링 기술 개발을 위해 2003년 자체 기술연구소를 설립해 운영하고 있다. 특히, 지금까지 해외로부터 수입해 사용해오던 베어링을 전량 국산화해 국내 회전기계 제작사에 공급하고 있으며, 그 실적을 바탕으로 이번 연구과제를 통해 목표로 하는 베어링을 개발해 국내 수력 터빈/발전기 산업 발전에 보탬이 되고, 또한 이를 발판삼아 향후 해외 시장에 수출을 확대하고자 하는 목표를 가지고 있다.
이러한 목표는 그간 터보링크가 해외 유수의 글로벌 업체에 베어링을 공급하고 있다는 점에서 이미 기술력을 인정받았기 때문에 가능할 것이다. 또한, 향후에는 그동안 민간 산업용으로 개발했던 기술을 바탕으로 군수 산업용 베어링을 국산화해 국내 국방산업의 발전에 보탬이 되고자 터보링크는 현재도 기술개발에 몰두하고 있다.
