Slijtage verminderen en de levensduur van tandwielen verlengen in een versnellingsbak voor kolenvergruizers

Een kolengestookte elektriciteitscentrale in het westen van de VS had een korte levensduur van de versnellingsbak tijdens het verpulveren van kolen. Na een jaarlijkse inspectie van de versnellingsbak, gaven de resultaten van de olieanalyse aan dat de AGMA 6EP (ISO 320) versnellingsbakolie aanbevolen door de fabrikant van de originele uitrusting na een jaar gebruik onvoldoende smering en bescherming bood op basis van de resultaten van de olieanalyse en de versnellingsbakinspectie. Dit werd bevestigd door overmatige slijtage van metalen en lagere viscositeitsniveaus in de rapporten over gebruikte olie. Na verdere analyses van de gebruikte EP-transmissieolie was een overmatige ophoping van fijnstof in het smeermiddel en uitputting van het EP-additievenpakket verantwoordelijk voor de defecte versnellingsbakken. De deeltjesverontreiniging bestond voornamelijk uit vuil, kolenstof en metaaldeeltjes die werden gegenereerd door slijtage van lagers en tandwielen, wat resulteerde in een kettingreactie van overmatige slijtage.

Verstuiver versnellingsbakbeschrijving en bedrijfskosten

Het ontwerp van de versnellingsbak van de vergruizer van de fabriek dateert uit het begin van de jaren zestig. Het ontwerp van de versnellingsbak bestaat uit een stalen wormwiel aangedreven door een grote 800 tpm elektromotor die een bronzen tandwiel aandrijft dat rechtstreeks is verbonden met een slijptafel. Het carter bevat 255 gallons versnellingsbakolie, waarvan de temperatuur wordt geregeld door een integrale watergekoelde warmtewisselaar. De ongefilterde ISO 320 EP tandwielolie wordt aanbevolen om de brons-op-staal tandwielen en lagers te smeren.

Hoewel dit ontwerp van de versnellingsbak robuust en eenvoudig is, werden de onderhoudskosten buitensporig en de onderhoudsintervallen/revisie-intervallen boden geen ondersteuning voor de stroomopwekkingsschema's in de fabriek. In feite waren de typische onderhoudskosten en -intervallen voor elke verstuiverversnellingsbak als volgt:

• Om de 12 maanden waren olieverversingen nodig tegen een kostprijs van $ 5.000 aan materiaal en arbeid en $ 20.000 tot $ 50.000 aan verloren elektrische productie, typisch voor de meeste kolengestookte stroomopwekkingseenheden van deze tijdspanne.

• Na 10 jaar gebruik werd het bronzen tandwiel gedraaid om de ongedragen tandwieltanden bloot te leggen. Dit vergde een doorlooptijd van vier weken en omvatte onderhoudswerkzaamheden voor een totaalbedrag van $ 300.000 per eenheid.

• Na 20 jaar bedrijf was een volledige revisie van de versnellingsbak nodig. Onderdelen en arbeid voor deze inspanning bedroegen meer dan $ 450.000 per versnellingsbak, en verloren productie kostte nog eens $ 250.000 per vergruizer.

Met 13 kolenvergruizers die in de fabriek werken, liepen de onderhouds- en uitvaltijd snel op.

De kettingreactie van slijtage doorbreken

Zorgvuldige voorlopige analyse van versleten onderdelen gaf aan dat het bronzen tandwielvlak aanzienlijk glijdend contact en spatten ondervond. Naarmate de tijd vorderde, werd de slijtage van het bronzen tandwiel steeds belangrijker. Het fabriekspersoneel ging op zoek naar een beter smeersysteem om de kettingreactie van slijtage te doorbreken.

Het fabriekspersoneel vermoedde dat de slijtagepatronen op de bronzen tandwielen van de stier werden toegeschreven aan verschillende factoren, waaronder een hoge deeltjesbelasting van kolenstof en vuil in de tandwielolie en katalytische reacties tussen de tandwielolie-additieven en sommige van de gegenereerde deeltjes. Bovendien zorgde een chemische aantasting van het EP-additievenpakket tijdens bedrijf voor een hoog kopergehalte in de transmissieolie, hoogstwaarschijnlijk doordat zwavel-fosfor EP-additief actief is op het bronzen bull-tandwiel, wat resulteert in een hoog kopergehalte in de transmissieolie. P>

Al snel werd duidelijk dat deze problemen moesten worden aangepakt. Het fabriekspersoneel zocht naar methoden om de versnellingsbak beter af te sluiten tegen de opname van deeltjes, voornamelijk in de vorm van kolenstof. Bovendien werd er veel moeite gedaan om filtratiemethoden en opties voor de tandwielolie te implementeren om de deeltjes en gegenereerde slijtagedeeltjes snel op te vangen, en verbeterde smeermiddeltechnologie (zowel basisolie als additievenpakketten) werd toegepast om langere onderhoudsintervallen te bieden zonder boetes voor energieverbruik.

Probleemoplossing

Na een periode van vallen en opstaan ​​waarin verschillende oplossingen werden getest op effectiviteit, werd het succes bereikt bij het doorbreken van de slijtagekettingreactie via het binnendringen van deeltjes, de filtratiemethode en de eisen van de klant.

Het binnendringen van deeltjes werd met succes gecontroleerd door het gebruik van ontluchtings-droogmiddelfilters op de ventilatieopeningen van de versnellingsbak en door zeer veel aandacht te besteden aan de afdichtingen van de maaltafel. De initiële ISO-reinheidscode van 23/21/18 (volgens ISO 4406-1999) werd bereikt met agressieve ontluchtingsfiltratie. Voorafgaand aan de implementatie van het binnendringen van fijnstof, waren medewerkers niet in staat om het ISO-doelstellingsniveau voor reinheid vast te stellen vanwege de zeer hoge niveaus van fijnstof. Historisch gezien was de mogelijkheid om ISO 320 en 460 tandwieloliën te filteren in een verpulveringsomgeving erg moeilijk gebleken.

Het fabriekspersoneel stelde echter vast dat een nierlusfiltratiesysteem een ​​van de betere opties zou zijn voor het verwijderen van verontreinigende deeltjes uit de versnellingsbak van de vergruizer en het aanpakken van de slijtage van de tandwielen. Een effectief nierlusfiltratiesysteem moet de volgende kenmerken hebben:

• Hoge vuilopnamecapaciteit

• Lage onderhoudsvereisten. (Filtervervangingen zouden onder normale bedrijfsomstandigheden niet vaker dan maandelijks nodig moeten zijn)

• Duidelijke versnellingsolieverbetering binnen een week door vooraf uitgevoerd onderhoud

• Voortdurende reiniging van tandwielolie en effectief onderhoud van doelreinheidscode 18/15/11 volgens ISO 4406-1999

• Bemonsteringspunten voor en na de filtratie voor evaluatie van de filtereffectiviteit

• Installatie op skidmontage

• Aanzuig- en afvoerlocaties die zijn ontworpen om brandgevaar uit te sluiten, en elke 30 minuten een omloop van het gehele oliecarter van de versnellingsbak

• Grootte filtratieskid die de normale onderhoudsactiviteiten niet verstoort

Vooruitgang in filtratietechnologie

Er werd vastgesteld dat geavanceerde filtratietechnologie die aan de bovenstaande vereisten voor deze toepassing zou voldoen, direct beschikbaar is voor zware tandwielolie. Een offline nierlusfiltratiepakket met behulp van een zeer efficiënt, hoog vuilhoudend, synthetisch filtermedium werd geïnstalleerd met behulp van twee filterbehuizingen die in serie zijn gemonteerd met een element van gemeenschappelijk formaat in beide behuizingen.

De aanvankelijk aanbevolen filterelementen voor de proefinstallatie werden beoordeeld op Beta 25=200 in de eerste trap en Beta 10=200 in de tweede trap. De oliestroom werd geleverd door een schoepenpomp met een nominaal vermogen van 10 GPM voor een tandwielolie van 460 cSt (2500 SUS). Temperatuurbereiken van de systeemvloeistof varieerden van een minimum van 65 graden Fahrenheit (18 Celsius) bij inactiviteit tot 130 F (54 C) tijdens normaal gebruik. Het filtratiepakket werd geïnstalleerd met de zuigleiding die rechtstreeks vanaf de bodem van het reservoir in de filterbank kwam en de uitlaat, of gefilterde afvoerleiding, werd rechtstreeks in de bovenkant van het reservoir geleid.

Momenteel wordt de toestand van het filterelement bewaakt door verschildrukmeters die op elk filterhuis zijn geïnstalleerd, met een streefwaarde van 25 tot 28 psig als indicator van de elementbelasting; de elementen werden vervangen voordat de interne omloopklep werd toegestaan. Andere kenmerken van het filtratiepakket zijn onder meer stroomopwaartse en stroomafwaartse bemonsteringskleppen waarmee tandwieloliemonsters kunnen worden genomen zonder dat het systeem hoeft te worden uitgeschakeld.

Vooruitgang in smeertechnologie

In de loop van de systeemupdate werd aanbevolen om een ​​AGMA 6EP (ISO 320) tandwielolie voor vergruizer versnellingsbak op te nemen in het systeemontwerp. Evaluatie van de slijtagepatronen op de tandwieltanden gaf aan dat het EP-additievenpakket in deze tandwielolie te actief was op het bronzen stiertandwiel en in combinatie met de verontreinigingen in de tandwielkast voortijdige slijtage veroorzaakte en onvoldoende bescherming bood aan de tandwielen . Analyse van gebruikte tandwieloliemonsters bevestigde dat het EP-additievenpakket uitgeput raakte door langdurig contact tussen het staal op het bronzen tandwieloppervlak en glijdende slijtage. IR-thermografische beelden gaven aan dat dit verlengde contact tussen tijd resulteerde in hogere temperaturen van het tandwiel. Bovendien werd een zeer hoge vuil- en fijnstofbelasting bevestigd door de ISO-reinheidscode.

Na overleg met de smeermiddelleverancier is door alle partijen vastgesteld dat AGMA 7 R&O (ISO 460) synthetische tandwielolie de versnellingsbak in deze toepassing het beste zou beschermen. De hogere viscositeitsklasse en verbeterde smering van deze synthetische transmissieolie, in combinatie met R&O-additievenchemie, was in staat om een ​​hogere oliefilmsterkte te bieden dan aanbevolen door de OEM, en zou de levensduur van de versnellingsbak verlengen, rekening houdend met de temperatuurvereisten en levensduur van de versnellingsbak. De fysische eigenschappen van de synthetische transmissieolie zijn weergegeven in de tabel.

In het verleden overwoog het fabriekspersoneel de haalbaarheid van het gebruik van synthetische transmissieolie in de versnellingsbak van de vergruizer, maar stelde vast dat de hoge vuilbelasting in de versnellingsbak deze oneconomisch maakte met frequente olieverversingen. Met recente filtratieverbeteringen die een potentiële levensduur van de olie van ten minste drie jaar mogelijk maken, zou het economisch gebruik van een synthetische transmissieolie gerechtvaardigd kunnen zijn. De synthetische ISO 460 R&O tandwielolie bood verschillende voordelen, waaronder:

• Verbeterde verpompbaarheid bij lagere temperaturen en met verbeterde filtreerbaarheid

• Hogere oxidatieweerstand en thermische stabiliteit

• Hogere filmsterkte bij hoge en lage temperaturen

• Langere levensduur in een schone, gefilterde omgeving

Operationele resultaten

Uiteindelijk werd de versnellingsbak van de vergruizer gereviseerd en werden alle belangrijke roterende componenten vervangen, behalve de stalen / wormwielen. Als onderdeel van het revisieproces is de versnellingsbak schoongeveegd en gedroogd met pluisvrije lappen. De stalen worm en bronzen bull-tandwielen waren nauwkeurig uitgelijnd en blauw gecontroleerd. Het reservoir werd gespoeld met een ISO 460 minerale olie en vervolgens gevuld met de synthetische ISO 460 transmissieolie. Een basistandwieloliemonster werd uit het reservoir getrokken en geanalyseerd op deeltjestelling volgens ISO 4406-1999, met ISO-reinheidscode-resultaten die binnenkwamen op 23/21/18. Ten slotte werd de versnellingsbak van de vergruizer in gebruik genomen samen met het filtersysteem. Na drie uur looptijd werd het aantal deeltjes teruggebracht tot 21/19/11.

Na 48 uur bedrijfstijd installeerde de fabriek een set Beta 5=200 filterelementen in elke behuizing om de systeemverontreiniging verder te verminderen en de ISO-reinheidscode 18/15/11 sneller te behalen. De versnellingsbak en het filtratiesysteem van de vergruizer bleven nog twee weken draaien, waarbij de toestand van het element werd gecontroleerd met behulp van differentiële drukmeters. Als resultaat van het gebruik van de 5-micron media gedurende deze twee weken, werd de ISO-reinheidscode 18/15/11 als doel bereikt.

Tijdens de proefinstallatie is ook de levensduur van het filterelement gecontroleerd; resultaten toonden aan dat de media met een hoge vuilcapaciteit de verwachtingen overtroffen, gezien de eerste opschoning van het systeem. Bovendien is de levensduur bij continu gebruik boven verwachting. Tijdens de proefinstallatie zijn namelijk oliemonsters genomen en geanalyseerd op fysische en chemische eigenschappen, deeltjesgetal en analytische ferrografie. De resultaten toonden aan dat de slijtage van metalen aanzienlijk werd verminderd en dat de oliezuiverheid behouden bleef.

Conclusies

Gezien het succes van deze eerste installatie, blijft de energiecentrale de volgende voordelen behalen door gebruik te maken van de ISO 460 R&O synthetische tandwielolie en een nieuw filtersysteem:

• Aanzienlijk verbeterde smering van tandwielen en lagers

• Minimale tot niet-bestaande slijtage van metalen in de versnellingsbak op basis van de olieanalyserapporten

• Geen toename van het energieverbruik van de aandrijfmotor dankzij een synthetische tandwielolie met een hogere viscositeit (sommige metingen van fabrieksinstrumentatie wezen op een daling van 1 procent in motorstroomsterkte bij 4160 VAC-motoren)

• Nauwkeurig voorspellend/proactief onderhoud met behulp van deeltjestelling en analytische ferrografie

• Verlengde levensduur van tandwielolie die de extra voordelen biedt van lagere verwijderingskosten en verminderde milieu-impact/afgewerkte olieproductie

• Aanzienlijk langere levensduur van de versnellingsbak

• Geen besmettingsgerelateerde uitvaltijd

• Verlengde onderhoudsintervallen

Sinds de toepassing van het smeermiddelupgrade- en filtratiepakket en het nauwlettend volgen van de resultaten, kocht en installeerde de energiecentrale in het najaar van 2005 haar tweede eenheid.

Erkenningen

• John Kinion en onderhoudspersoneel, Pacificorp Naughton Plant, South U.S. Highway 189, Kemmerer, WY 83101

• Chris Tully, projectingenieur, Pacificorp Naughton Plant, South U.S. Highway 189, Kemmerer, WY 83101

• Ken Knochel, Technische Dienst, Schroeder Industries LLC, 580 West Park Road, Leetsdale, PA 15056

Mechanisme voor het verminderen van slijtagedeeltjes en het verlengen van de levensduur van tandwielen in een kolenvergruizer-versnellingsbak Pagina 6 van 7 Winslow, Naman, Nicholas

Referenties

1. ISO 4406:1999. Hydraulisch vloeistofvermogen. Vloeistoffen. Methode voor het coderen van de mate van verontreiniging door vaste deeltjes

2. ISO 16889:1999 Vermogensfilters voor hydraulische vloeistoffen. Multi-pass methode voor het evalueren van de filtratieprestaties van een filterelement

3. Sheffield, Schroeder Industries, "Veranderingen in filtratie en verontreiniging - omschakelingsrichtingen voor de filtratie-industrie". Tijdschrift voor machinesmering, januari 2005

Bijlage I

8120-3Feb05.pdf

Mechanisme voor het verminderen van slijtagedeeltjes en het verlengen van de levensduur van tandwielen in een kolenvergruizer-versnellingsbak Pagina 7 van 7 Winslow, Naman, Nicholas

Over de auteurs

Ken Nicholas is de directeur smeermiddelenmarktdiensten bij Schroeder Industries. Richard Winslow is een senior hoofdingenieur bij de Naughton-elektriciteitscentrale van PacifiCorp in Kemmerer, Wyoming. Ted Naman is de technisch coördinator voor industriële smeermiddelen en vetten bij ConocoPhillips.