Levensduur van kolenverstuiver tandwielkast verlengen met geavanceerde filtratie en synthetische smering

Een kolenstookcentrale in het westen van de Verenigde Staten worstelde met onverwacht korte tandwielkastlevensduur in zijn verstuiver-eenheden. Na een routinematige jaarlijkse inspectie onthulde olieanalyse dat de AGMA 6EP (ISO 320) tandwielolie gespecificeerd door de OEM niet in staat was adequate smering te bieden. De rapporten toonden overmatige slijtagemetalen en een scherpe daling in viscositeit na slechts één jaar operatie.

Nader onderzoek van de gebruikte tandwielolie onthulde een zware opbouw van vuil, kolenstof en metallische deeltjes gegenereerd door lager- en tandwieltandslijtage. De contaminanten, gecombineerd met de uitputting van het EP-additiefpakket, creëerden een vicieuze cyclus van versnelde slijtage.

Verstuiver Tandwielkast Ontwerp en Onderhoudslast

De fabriek's verstuiver tandwielkast dateert uit de vroege jaren 1960. Het bestaat uit een staal wormwiel aangedreven door een 800 rpm elektrisch motor, dat op zijn beurt een brons stierenwiel direct aandraait aan een maaltafel. De sump bevat 255 gallon tandwielolie en gebruikt een geïntegreerde water-gekoelde warmtewisselaar om temperatuur te handhaven. Ongefilterde ISO 320 EP tandwielolie is de fabrikant's aanbeveling voor het smeren van de brons-op-staal tandwielen en lagers.

Ondanks zijn robuuste ontwerp, waren de tandwielkast's onderhoudsvereisten de winstgevendheid van de fabriek aan het undermijnen:

• Olievervangingen elk jaar kosten $5.000 in materialen en arbeid, plus $20.000–$50.000 in verloren productie.
• Na 10 jaar werd het brons stierenwiel geroteerd om onversleten tanden bloot te leggen — een vier-weekse hersteloperatie van $300.000 per unit.
• Na 20 jaar overschreed een volledige herbouw $450.000 in onderdelen en arbeid, met een additionele $250.000 in verloren opwekking.

Met 13 verstuivers in operatie, werd de cumulatieve downtime en onderhoudskosten snel onhoudbaar.

De Slijtagecyclus Doorbreken

Initiële inspecties toonden severe glijdcontact en spalling op het brons tandwielgezicht. Fabriekspersoneel schrijfde de slijtage toe aan hoge deeltjesbelasting (kolenstof en vuil) en chemische reacties tussen tandwielolie-additieven en deze deeltjes. Het EP-additiefpakket leek ook het brons aan te vallen, wat leidde tot verhoogde kopergehalten in de olie.

Het oplossen van deze problemen vereiste twee sleutelstrategieën: strakkere dichtingsintegriteit om kolenstof intrede te voorkomen, en een robuust filtratiesysteem capabel van de hoge deeltjesbelasting te verwijderen.

Probleemoplossing

Na uitgebreide tests, wist het team de deeltjesintrede met succes te beperken door vochtabsorberende ademfilters op de tandwielkastventilaties te installeren en maaltafelzegels te verfijnen. De ISO 4406 schoonheidscode daalde van 23/21/18 naar 18/15/11 binnen een week na installatie van een nierlus-filtratiesysteem.

Belangrijke eisen voor het nierlus-systeem waren:

• Hoge vuilopvangcapaciteit
• Laag onderhoud — filtervervangingen niet vaker dan maandelijks onder normale condities
• Zichtbare olieverbetering binnen één week na onderhoud
• Doel schoonheidscode 18/15/11 (ISO 4406-1999)
• Pre- en post-filtratie bemonsteringspunten
• Skid-montage en veilige zuig-/druklijnontwerp
• Volledige sump-omloop elke 30 minuten
• Compacte voetafdruk die routinematig onderhoud niet belemmert

Filtratie Technologie Upgrade

De gekozen oplossing was een off-line nierlus-systeem met hoge-efficiënte synthetische filtermedia. Twee filterbehuizingen in serie deelden een gemeenschappelijk element, elk gerangschikt op Beta 25=200 (eerste trap) en Beta 10=200 (tweede trap). Een 10 GPM roterende pomp circuleerde 460 cSt (2.500 SUS) tandwielolie, met temperaturen variërend van 65 °F (18 °C) tot 130 °F (54 °C). De zuiglijn voedde direct vanuit de bodem van de sump, terwijl de druklijn terugkeerde naar de top van de sump.

Filterprestaties worden gemonitord door differentiële-drukmeters ingesteld op 25–28 psig; elementen worden vervangen voordat de bypass-klep activeert. Upstream en downstream bemonsteringsklepen ermöglichen oliebemonstering zonder afsluiting.

Smering Upgrade

Tijdens de herbouw vervangen de fabrieksingenieurs alle grote draaiende componenten behalve het staal worm- en brons stierenwiel. De tandwielkast werd gereinigd, gevuld met een synthetische AGMA 7 R&O (ISO 460) tandwielolie, en precies uitgelijnd.

Waarom switchen van AGMA 6EP naar AGMA 7 R&O? Het laatste biedt hogere viscositeit en superieure smerigheid, wat een sterker film over brons tandwielgezichten creëert. De R&O additiefe chemie weerstaat oxidatie, ondersteunt hogere temperatuuroperatie, en levert een verlengde olielevensduur — cruciaal in een zwaar gecontamineerde omgeving.

Belangrijke voordelen van de synthetische ISO 460 R&O tandwielolie omvatten:

• Verbeterde pompbaarheid bij lage temperaturen
• Verbeterde oxidatiewerstand en thermische stabiliteit
• Hogere filmsterkte over temperatuurbereiken
• Langere dienstlevensduur in een gefilterde, schone omgeving

Operationele Resultaten

Na herbouw trad de tandwielkast in dienst met het nieuwe filtratiesysteem. Drie uur operatie verlaagde de deeltjeltelling van 23/21/18 naar 21/19/11. Na 48 uur verlaagden Beta 5=200 filterelementen de contaminatie verder naar de doel 18/15/11 binnen twee weken.

Filtermedia overschreden verwachtingen: hoge vuilcapaciteit verlengde dienstlevensduur buiten voorspelling, en continue monitoring toonde dramatisch verminderde slijtagemetalen en stabiele olieschoonheid.

Conclusies

Het implementeren van de synthetische ISO 460 R&O tandwielolie en geavanceerde filtratie heeft geleverd:

• Superieure tandwiel- en lagersmering
• Vernachtsbare slijtagemetalen per olieanalyse
• Minimale motorenergie-impact — 1% daling in motoramperage vastgelegd
• Predictief onderhoud mogelijk gemaakt door deeltjeltellingen en ferrografie
• Verlengde olielevensduur, lagere afvoerkosten en milieubelasting
• Langere tandwielkastlevensduur en verminderde contaminatie-gerelateerde downtime
• Verlengde onderhoudsintervallen

Gemoedigd door deze resultaten, installeerde de fabriek een tweede unit in de herfst van 2005.

Erkenningen

• John Kinion & Onderhoudspersoneel, Pacificorp Naughton Plant, Kemmerer, WY
• Chris Tully, Project Engineer, Pacificorp Naughton Plant, Kemmerer, WY
• Ken Knochel, Technical Services, Schroeder Industries LLC, Leetsdale, PA

Referenties

• ISO 4406:1999 – Methode voor coderen van contaminatie door vaste deeltjes
• ISO 16889:1999 – Multi-pass methode voor evalueren van filtratieprestaties
• Sheffield, Schroeder Industries – "Changes in Filtration and Contamination – Switching Directions for the Filtration Industry" (Machinery Lubrication Magazine, Jan 2005)

Over de Auteurs

Ken Nicholas – Director of Lubrication Market Services, Schroeder Industries
Richard Winslow – Senior Lead Engineer, PacifiCorp Naughton Power Plant, Kemmerer, WY
Ted Naman – Technical Coordinator, Industrial Lubricants and Greases, ConocoPhillips