více - CMMS

Vplyv teploty na životnosť
Najčastejšími príčinami porúch
rotačných strojov sú
nedostatočné mazanie a ustavenie
Až 90% strojov beží mimo povolených tolerancií
Životnosť ložiska
• 20% nárast zaťaženia spôsobeného
nesúososťou
• môže znížiť výpočítanú životnosť ložiska o
50%
Životnosť ložiska
ZAŤAŽENIE x 2 = 90% zníženie životnosti
RÝCHLOSŤ x 2 = 50% zníženie životnosti
Životnosť ložiska
•
Chybná montáž alebo postupy inštácie: zahŕňajúc ľahostajné
použitie nadmerného alebo nevhodného ohrevu ložiska pre
nasadenie na hriadeľ alebo do domčeka
•
Ak je potrebné teplo pre roztiahnutie vnútorného krúžku, teplota
nemá nikdy presiahnúť 125°C.
•
Ak sú použité indukčné ohrievače, je dôležité nezabudnúť na
odmagnetizovanie ložiska pred inštaláciou (zmagnetizované ložisko
sa poškodí veľmi rýchlo, pretože bude priťahovať kovové častice)
Životnosť ložiska
• Utesnené, zabalené ložiská, ktoré sa
často používajú v elektromotoroch nesmú
byť nikdy ohrievané
• Pokiaľ to nie je dovolené výrobcom nesmú
sa ohrievať ani ložiská s ochranným
krytom (prachovkou)
Nesúososť zvyšuje energetickú spotrebu
až o 15% a zahrieva ložisko Oxidácia – degradácia maziva
Spojka Lovejoy
Spojka Magnaloy
ustavená
ustavená
nesúosá
nesúosá
Nárůst teploty ax a rad ložisek
Teploty
100
90
teplota
80
70
Lož.Ax
Lož.2
60
50
40
20:31:12
20:38:24
20:45:36
20:52:48
Čas
21:00:00
21:07:12
21:14:24
Nerovnoměrné nadměrné zatížení
Ložisko TN v ČB
segmenty zapečené
Ložisko
TNvvČB
ČB
Ložisko TN
segmentyzapečené
zapečené
segmenty
Ložisko
TNvvČB
ČB
Ložisko TN
segmentyzapečené
zapečené
segmenty
• Kryštalický vzhľad obežnej dráhy tohto
ložiska ilustruje, čo sa stane keď je
viskozita oleja príliš nízka (tenká) a
nastáva kontakt kov-kov
• Tento typ predčasnej poruchy sa stáva
pri prvých štartoch silne-zaťažených
ložísk
• Toto čiastočné poškodenie nastáva už
po 15 sekundách prevádzky
• Toto ložisko sa poškodilo kôli nepretržitému
zváraciemu kontaktu medzi nerovnosťami
kovových povrchov, ktorý spôsobuje
vytrhávanie kovu, keď k sebe kovové
povrchy počas rotácie priľnú
• Tieto podmienky mohli byť spôsobené
použitím oleja s nesprávnou viskozitou,
nadmerným zaťažením alebo rýchlosťou,
nesprávnymi vnútornými vôľami alebo
kombináciou týchto príčin
• K takejto poruche môže prispieť aj nárast
teploty o len 4 až 5 °C, ktorý dokáže zmeniť
viskozitu maziva na neakceptovateľnú mieru.
• Pri analýze koreňovej príčiny poruchy sa
musí uvažovať o príspevkoch všetkých
týchto príčin
Vysoké provozní teploty redukují životnost oleje
Syntetická maziva
(Diestery a silikony)
300
Provozní teplota °C
250
200
Minerální oleje s
antioxidačními aditivami
150
130 oC
100
Provozní
teplota
oleje
C F
80/180
o
75 C
50
Pro každých 10 °C
zvýšení provozní
teploty oleje,
se oxidace
zdvounásobí
70/160
0
1
10
100
1,000
Život oleje (hodiny)
10,000
60/140
50/125
40/105
Relativní
frekvence
úbytku oleje
Režimy mazání
vrstva oleje
• Hydrodynamické neboli kapalinové mazání
–Povrchy jsou zcela odděleny filmem maziva
–Modifikátory tření mohou za těchto podmínek ovlivnit třecí
koeficient
Režimy mazání
Vrstva oleje
• Smíšené mazání
–Povrchy jsou částečně odděleny vrstvou maziva. Jsou přítomny
oba druhy tření, kapalinové i mezné
Režimy mazání
Olejová vrstva
• mezné mazání (tření) - Maximální zatížení
–Mazání je závislé na mezném mazacím filmu
–EP přísady jsou účinnější než protioděrové
Elastohydrodynamické mazání
Efekt tloušťky olejového filmu na tření a opotřebení
Koeficient tření
Me zní mazání
Smíšené mazání
Hy drodynam ické m azání
Zatížení
Tlouš ťka filmu
N)
Z (_
P
Klouzání (rychlost)
Opotře bení
N)
Z (_
P
Hydrodynamický tlak
Z=viskozita
N=otáčk y hř ídele
P=za tížení ložis ek
N)
Z (_
P
Stribeck-ova nebo ZNP křivka
Statický
"Specifická" tloušťka filmu - Lambda (λ)
Spec. tloušťka
filmu λ
<1
Mazání
Tloušťka
filmu
Drsnost
povrchu
Spec. tl. filmu ( λ)=
tl. filmu/drsnost povrchu
Mezní
Smíšené
1-2
Hydrodynamické
>2
Živo tnost l o žisk a a tl oušťk a mazacího fil m u
Správná tloušťka
filmu začíná když
Lambda (λ) je víc
jako 1.5
Re lativní životnos t ložiska
4
3
Oblast
poškození
mazané ho
povrchu
Obla st
možného
po šk oze ní
po vr chu
pr o loži ska
s různý ma
kluzným a
po hy ba ma
Oblast zvýšené životnos ti
a sníže né spotř eby
energie
2
1
0.4
0 .6 0.8 1 .0
1.5 2.0
3.0 4.0
6.0 7.0 10.0
P oměr tl. f ilm a drs nosti pov rchu( λ )
Aditiva: mazací filmy
Aditivum
Účel
Jak to pracuje
Nasycené kyseliny
Polární materiály formují
rovnoměrný film na povrchech.
Některé reagují s povrchem
formujíc kovové mýdlo.
Povrchovo-aktiví materiály Zinc dialkyldithioformují low-shear strength phosphate (ZDDP),
film mezi kluznými povrchy tricresylphosphate
(TCP)
Povrchovo-activní složky
Reagují s povrchem při
jako sulfur-phosphorus
vysokých teplotách a
nebo tuhé disperze jako
tlacích a formují
borate (<0.5 micronů)
& MoS (<5 micronů)
houževnaté filmy
2
Modifikuje
Olejové
kontaktní tření
činidla
(Modifikátory
tření)
Protiotěrové
(Antiwear AW) aditiva
Redukuje tření
a opotřebení
od kluzného
kontaktu
Snižuje efekt
Aditiva pro
vysokého
extrémní
tlaky
namáhání
(Extreme
hraničním
pressure-EP) mazáním
parafinický
základ
Tření
s olejovým
činidlem
Kontaktní teplota
Použité složky
přev. olej s
EP aditivem
jenom parafinický
základ
Tření
s AW
činidly
Kontaktní teplota
Tření
přev. olej s
EP a
olej. činidly
Kontaktní teplota
teplota
reakce
* Znázornění potřeby vysokotlakých přísad proti opotřebení
Modifikátor
tření
Mírná vysokotlaká
přísada
Protioděrová
přísada
Minerální olej
záděr
ní
tř e
Su
ch
é
Tření
Silná vysokotlaká
přísada
C
Hydrodynamický režim
R
R
smíšený režim
C
R
C
Mezní režim
R : Bod, kdy začíná aktivita přísady tvorbou ochranného filmu
C : Bod, kdy reakce tvorby filmu a jeho účinek končí
Zatížení
C
Aditiva: Anti-oxidanty a oxidační inhibitory
Aditivum,
Účel
Jak to pracuje
Antioxidanty a
oxidační
Inhibitory
Pro zamezení oxidace
mazacího základu,
projevující se
nežádoucími produkty
Hindered phenol
Aditivum oxiduje
místo oleje hledáním (přerušení řetězců), zinc
dithiophosphates
volných radikálů a
peroxidů. "Obetuje" (likvidace peroxidů),
aromatic amine
se pro olej.
Teplo
Použité složky
Nechráněná oxidace
řetězová reakce
atd.
Proces
atd. se stává
autokatalytický
atd.
Vzduch
Kovové
katalyzátory
Vlhkost
Volné Olejové
radikály molekuly
a
peroxidy
Dlho-řetězové
molekuly
rozp. v oleji
Hroubka
oleje
Kal (nerozpustné
molekuly)
Rez a
koroze
(aktivní, polární molekuly)
Laky
(polární
molekuly)
Oxidace oleje
Oxidaèní životný cyklus mazacího oleje
TAN
Visko zita
Fenol (antioxidant)
Fenol,
začíná degradovat
okamžitě.
VISKOZITA cSt
% STÁVAJÍCIHO ADITIVA
ZDDP (antioxidant/protiotěr.)
TAN a viskozita
ZDDP začíná
degradovat když začínají stoupat když
je Fenol vyčerpán. je vyčerpáno ZDDP
Viskozita rapidně
stoupá když je
oxidace
netlumena
Řetězová reakce
Hlavní příčiny
Teplo
Vzduch
Pevné
Nečistoty
Kovové
katalyzátory
Voda
Detekuje hlavní
příčiny monitorováním:
Počty částic
Železité částice
Teplota oleje
Hladiny vlhkosti
Elementární analýza
Železo
Měď
Aditiva jsou
odepsané první
Antioxidant
Zpomalovač
oxidace
Protiotěrové
Alkalická
rezerva
Následně
zlyhává
zákl. olejt
Kyseliny
Laky
Polymerizace
Nánosy
Kaly
Poslední jsou
stroj a povrchy
stroje
Opotřebení
Koroze
Únava
Zadření
Detekuje vyčerpání
Detekuje poškození Detekuje blížící se poruchu
aditiv monitorováním: zákl. oleje monitorováním: stroje monitorováním:
ZDDP použ. FTIR
Zinek, fosfor, síra
použ. elementární
analýzy
TBN
TAN
TAN
Viskozita
Barva
Zápach
FTIR pro
oxidaci
Počet částic
Počet železitých částic
Železo, Měď, atd.
použ. elementární
analýzy
Úlomky opotře bení
použ.analytické
ferografie
Vliv teploty maziva na opotřebení
30
30
Nová kapalina
25
250 °F
20
200 °F
20
200 °F
15
150 °F
15
150 °F
10
5
0
250 °F
25
í
n
b
tře
p
o
m
a
G
0
5
10
í
n
b
tře
p
o
m
a
G
10
15 20
25 30
Testovací čas (minuty)
Charakteristika opotřebení nové
hydraulické kapaliny
a času s teplotou
Použ. kapalina
5
0
0
5
10
15 20
25 30
Testovací čas (minuty)
Charakteristika opotřebení použité
hydraulické kapaliny
a času s teplotou
V typické hydraulické kapalině, zvýšení teploty
z 100°F na 140°F redukuje viskozitní ochranu
na polovinu.
Metoda prodloužení životnosti redukcí tepla*
H-LEM
Aktuální provozní teplota °F
Faktor prodloužení životnosti(LEF)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
300
274
272
270
268
266
264
262
258
255
275
273
270
267
265
262
257
252
244
230
250
229
227
224
222
220
217
214
210
205
225
200
217
184
198
182
184
180
183
177
183
175
182
171
182
167
181
161
180
155
175
150
140
139
139
136
138
134
137
132
136
129
135
125
134
121
132
114
131
105
125
97
95
94
92
90
89
87
85
82
*Aproximováno prodl. živ. minerálních olejů
založeno na průměrných provozních teplotách
Příklad: Olej normálně provozován při 225°F (107°C)
může vydržet 5x déle při 183°F (84°C)
Tepelné deformácie
• Pri malých strojoch do 1MW sme sa ešte
nikdy nestretli s tým,
• že by niekto počítal s termálnou
rozťažnosťou potrubia
• alebo s deformáciou frém a strojov.
• V praxi sú veľmi časté hodnoty, ktoré
dosahujú niekoľko milimetrov až centimetrov
a atomárne sily z tepelnej deformácie, zničia
stroje v priebehu niekoľkých týždňoch až
mesiacoch.
Termální vzrůst
Podmínky za studena
Tepelní nárůst
S
Koeficient tepelního nárůstu
Ocel
0.011 mm/m/º C
Litina
0.011 mm/m/º C
Hliník
0.024 mm/m/º C
Příklad:
Podmínky za tepla
S
Výška hřídele od základu:
0.3 m
Teplota M za běhu:
+50 º C
Teplota S za běhu:
+100 º C
Tepelní nárůst:
0,3m x 0.01mm x (100-50 ºC) = 0.15 mm
Čerpadlo normální velikosti se bude
zvedat o 0,15mm pro každých 50°C
Termální vzrůst
Čerpadlo, prac. teplota 270 st.C
Tepelný nárůst = 0.7m(výška osy)* 59um/m/C(koef.tep.rozt.)*
(270-25C) (teplotní nárůst)= 0.10 mm
Za studena ustavit na křivo.
Jinak snížení životnosti
Radiální nesouosost
z 0.5 mm na 0.05 mm
Životnost
ze 4 na 200 měsíců
Prodloužení MTBF 50x
Tepelní vzrůst / slabé základy
Tepelná dilatácia čerpadiel a potrubí až o niekoľko
cm zapríčiní rozosenie a obrovské prídavné napätia
Rozdielne teploty môžu spôsobiť závažnú nesúososť v dôsledku
rozťažnosti skríň a potrubí pri zvýšenej teplote.
Turbokompresor
Zoxidované mazivo
Zoxidované mazivo
Zoxidované mazivo
Nerovnoměrné nadměrné zatížení
Zoxidované mazivo nerovnoměrně na
segmentech
elektro
L5.
budič
L8.
Generátor
L7.
L6.
převodovka
Forgató
L4.
L3.
L2.
Turbina
L1.
Turbogenerátor
1. ložisko turbíny TG
ložisko i čep nejsou poškozené
Poškození 2. ložiska turbíny TG
ložisko i čep jsou poškozené
Poškození 2. ložiska turbíny TG
ložisko i čep je poškozený
Poškození 2. ložiska turbíny TG
Segmenty ložiska jsou zalepené a malé kovové kulové
částice v oleji
Poškození ložisek převodovky TG
Obě ložiska vykazují nalepení zoxidovaného maziva
Poškození ložisek převodovky TG
Obě ložiska vykazují nalepení zoxidovaného maziva
Poškození ložisek převodovky TG
Obě ložiska vykazují nalepení zoxidovaného maziva
Poškození ložisek převodovky TG
Obě ložiska vykazují nalepení zoxidovaného maziva
Poškodenie ložiska od termálnej dilatácie potrubia
Kompresor
Tlak
Hodiny
Produkty oxidace zalepí potrubí a může dojít k
výbuchu od přehřátí
Kyselé produkty oxidace působí korozi mědi
Kyselé produkty oxidace působí korozi mědi