JELLEGZETES ÜZEMFENNTARTÁSI OBJEKTUMOK ÉS SZAKTERÜLETEK
1.02 5.30
Siklócsapágyhibák kezelésének szabályai Tárgyszavak: csapágy; siklócsapágy; csapágykenés; hiba; hibaelemzés.
Minthogy a siklócsapágyak is a gépek üzemképességét meghatározó elemek közé tartoznak, konstrukciós tervezésük, szerkezeti anyaguk, gyártásuk, szerelésük alkalmával és működésük közben egyaránt törekedni kell minden esetleges sérülésüket kiváltó hatás megelőzésére. A tapasztalatok szerint mégis minden siklócsapágy előbb-utóbb különböző mechanizmusok nyomán fellépő sérüléseket szenved.
A siklócsapágy hosszú élettartamának feltételei – konstrukciós méretezés A konstrukciós tervezés a csapágy megfelelő játékának megválasztásával kezdődik (amelyek irányértéke durván D · 1/1000). Túl kis játék gátolja a kenőolaj átfolyását, s ezáltal a hőelvezetést. A kívánt üzemi mutatók hidegindítás utáni gyors beállása következtében erős hőmérséklet-gradiens jön létre a csapágyház és a futófelület között, ez akadályozza a csapágyban a hőtágulást, tovább szűkítve játékát. Szélsőséges esetben a csapágy fékként működhet, aminek következményei kenőanyaghiány, súrlódás és felmelegedés. A konstrukció további fontos feladata a kenőanyag-bevitel és a kenőanyag-tárolóhelyek megfelelő kialakítása, amely utóbbiak a fő terhelési tartományban súlyosan gátolják a hidrodinamikai nyomás kialakulását. A radiális siklócsapágyba való kenőanyag-bevitel legkedvezőbb helye a terheletlen övezet, azaz a legvékonyabb kenőanyagréteg mögötti terület, ahonnan a fellépő nyomáscsökkenés gyorsan a csapágyba szívja a kenőanyagot. Hidrodinamikai üzemben eltolódhat a tengely helyzete a furatban. Az így kialakuló instabilitás elkerülhető többfelületű siklócsapággyal. Ehhez a
kerületén elosztott ékfelületek mindegyikén hidrodinamikai nyomást kell létrehozni, ezek a nyomások a középpontban stabilizálják a tengelyt. Amennyiben az üzemi feltételek nem teszik lehetővé hidrodinamikai kenőréteg kialakulását (pl. nagy terhelés alatti kis fordulatszám esetén), a réteget fel lehet építeni hidrosztatikus olajellátással is. A szükséges olajnyomásról ilyenkor a csapágyon kívül elhelyezett szivattyú gondoskodik. Az üzemi fordulatszám elérésekor a hidrosztatikus támogatás lekapcsolható.
A szerkezeti anyagok megválasztása Csapágyfém-ötvözetek Az üzemi paraméterek közül a fordulatszám, a terhelés, a hőmérséklet és a kenőolaj viszkozitása különféle kombinációkban fordulnak elő, befolyásolják egymást és ellentétes követelményeknek kell eleget tenniük. Pl. nagy igénybevételhez nagy szilárdságú csapágyfémre van szükség, idegen testek beágyazódásának és élek okozta sérüléseknek az elkerülése viszont minél lágyabb ötvözetet kíván. A csapágy-igénybevételek szinte végtelen lehetséges kombinációját a gyakorlatban sokszor előforduló igénybevételi csoportok ésszerű számára redukálva fejlesztették ki és optimálták a szabványos és speciális alkalmazásokhoz összeállított siklócsapágy-ötvözeteket. A csapágyfémek anyagszerkezete heterogén: a lágy mátrixba kemény fém/fém vegyületeket ágyaznak be. A mátrix – ólombázisú ötvözetekben PbSnSb összetételű eutektikus keverék, – ónbázisúakban ón-keverékkristály. A mátrix színe a fémek csiszolatában mindig fekete A beágyazások, a mátrix kémiai összetételétől függően Cu- és/vagy SbSn-kristályok. Az SbSn-kristályok fokozzák a statikus terhelhetőséget, különösen a szilárdabb ónmátrixszal kombinálva. Váltakozó hajlító és ütő igénybevételhez ideálisak a rézkristályokat tartalmazó finom belső szerkezetű ötvözetek. Ónbázisú ötvözetben gyakori szennyezés az ólom, amely az ötvözet szemcsehatárain lerakódva tetemesen csökkenti annak szilárdságát, ezen kívül az ötvözőelemekkel képzett alacsony olvadáspontú eutektikus keverékei csökkentik a hőszilárdságát. További ötvözőelemekkel meghosszabbítható az ólommentes speciális ónbázisú ötvözetek élettartama, fokozható sokoldalú terhelhetőségük, formatartásuk megjavul, de még károsodásuk megindulása és a károk kialakulása is elhúzódik.
Támaszok szerkezeti anyaga A siklócsapágytámasz acélból, kovácsolt acélból, acélöntvényből és öntöttvasból készül. Erre a célra legalkalmasabb a kovácsolt acél, az acélöntvényt bonyolultabb formák egyszerűbb gyártása okán választják. A csapágyhoz való megbízható kötődés feltétele a támaszték – kifogástalan ónozása, továbbá – szerkezeti anyagában • a C-koncentráció < 0,2, • a Cr-koncentráció < 0,2 és • a Ni-koncentráció < 0,5%-os értéke, amelyeknek túllépése jelentősen csökkenti a kötés erősségét. A kötésben nem vesz részt sem az acélhoz kevert perlit, sem az öntöttvasban levő grafit és perlit, sőt az utóbbiban ezek nagy adalékaránya csökkenti a kötésszilárdságot, így nem tarthatók a siklócsapágyak vizsgálatára érvényes 4386 sz. DIN ISO-szabványelőírások. Ezért a még elfogadható kötésszilárdsághoz az öntöttvas csapágytámaszban a C < 3,5%, Si < 2,5%, P < 1,2% legyen, kombinálva fecskefarok alakú hordozófelszínnel, amely a kötés erejét kiegészítő mechanikus összekapcsolódást szolgálja. (Ez a konstrukció azonban a csapágysérülés veszélyével járó kompromisszum, ezért öntöttvas csapágytámasz használata egyre ritkább.)
Hibák, sérülések, károsodások kialakulása Ha az üzemi hőmérséklet váratlanul emelkedik és/vagy észrevehető az olajnyomás csökkenése: ez a kezdődő csapágysérülés biztos jele. Ekkor le kell állítani a gépet és meg kell keresni a hibát, de felsorolt „tünetek” hiányában óvakodni kell ellenőrzés céljából a gyakori leállásokról és a siklócsapágy megnyitásától. A siklócsapágyak sérülésének többsége szerelési hibákból és üzemi szabálytalanságokból származik. A korán vagy később fellépő hibák képe, látható jellege csaknem azonos, oka mégis különböző lehet. Igen fontos ezért az okok kutatása szempontjából tudni, hogy hány üzemóra telt el a sérülés megjelenéséig: – A röviddel az üzembe helyezés után fellépő hiba gyakran a feltételeknek egy megelőző káresettel kapcsolatos megváltozására vagy szakszerűtlen szerelésre vezethető vissza. – A siklócsapágyak hosszabb idő után bekövetkező károsodását túlzott statikus vagy dinamikus igénybevétel, olykor anyagfáradás váltja ki. Amennyiben ez – a gép fajtájától függően – pl. 160 000
üzemóra után jelentkezik, normális folyamatnak tekintendő, és nem érdemes okainak felderítésére sokat befektetni. Az üzemi feltételek hirtelen megváltozásának hosszabb működés után is lehetnek káros következményei.
A kárelemzés szabályai Mivel a csapágyhibák kialakulása mögött bonyolult összefüggések állnak, szigorúan meg kell különböztetni a témával kapcsolatos fogalmakat: a hibák, károsodások okait, azok fajtáit, valamint a károsodások, sérülések megjelenését, látható jegyeit. Hibafajták: statikus vagy dinamikus túlterhelés, kenőanyaghiány, kopás, túlhevülés, elszennyeződés, áramáthaladás, üregesedés (kavitáció), hidrogéndiffúzió. Hibák megjelenése, külső jegyei: lerakódások, kúszás és hőmérséklet-változás okozta deformálódás, túlhevülés miatti repedezés, fáradásos repedezés, rétegleválás, súrlódási hegek, kiolvadás, bevágások, vegyes súrlódás nyomai, elszíneződés, korrózió, erózió, szennyezők elmozdulásának nyomai, benyomódások, forgács, ívfénykráter, kavitáció. Az igen gyakori tévedések és a tények félreismerése szükségessé teszi azoknak a fogalmaknak a felsorolását is, amelyek nem jelölnek sem hibaokot, sem hibafajtát: – a szerelési hiba nem tekintendő oknak, – a korrózió és az erózió az elszennyeződés mint hibafajta megjelenése, – a súrlódási heg és az illesztési rozsda a dinamikus túlterhelés mint hibafajta látható jegyei, – a lemaródás sokat vitatott hibaképlet, amely nem más, mint az olajhiány hibatípusának kései megjelenése, – forró menet okozta „totálkár” vagy „tönkremenetel” nem hibafajták, csupán a tanácstalanság kifejezése. Mivel a hibaoktól a hibafajtán át egyenesen vezet az út a hiba megjelenéséig, sokan a láncot megfordítva azt hiszik, hogy a hiba látványából közvetlenül lehet annak okára következtetni. Ez ritkán érvényes, mivel ugyanaz az ok egymás után több hiba- vagy kárfajtát válthat ki a hozzájuk tartozó mindenkori megjelenéssel. Az értékelés egyre nehezebbé válik a károsodás időben és kiterjedésben való előrehaladásával. Az utolsó sérülés látványa és az eredeti hibaok közt többnyire nem lehet primer kapcsolatot felismerni. Az „oknyomozás” gondjait tömören kifejezve: – különböző okok idézhetik elő ugyanazt a hibaképet és – ugyanazon ok különböző megjelenésű hibákat hozhat létre.
Ezért kell minden hatást kérdezősködéssel is felkutatni, majd a sok információt, puzzle-játékként összerakni, ami némileg behatárolja a lehetséges okokat (1. táblázat). Végül kirajzolódhat a kár fejlődésének útja az adott látványig. A sikeres hibaelemzéshez nélkülözhetetlen a vizsgálódó személy és a károsodott berendezés üzemeltetője közötti átfogó információáramlás. Összeállította: Dr. Boros Tiborné Irodalom Koring, R.: Regeln für den Umgang mit Gleitlagerschäden. = Tribologie + Schmierungstechnik, 52. k. 2. sz. 2005. p. 54–56. Hain, S.: Weniger Wartung. Wälzlagereinheit ersetzt hydrodynamische Lagerung und verbessert die Zuverlässigkeit von großen elektrischen Maschinen. = Das IndustrieMagazin, 2005. 35. sz. aug. 29. p. 42–44.
A KARBANTARTÁS TÉMAKÖRÉVEL KAPCSOLATOS KÖZLEMÉNYEK EGYÉB KIADVÁNYAINKBAN Irányzatok a szivárgástömítési vizsgálatok terén. = BME OMIKK ♦ Minőségirányítás– műszaki ellenőrzés, 2005. 2. sz. p. 43–46. A tetőkön végzett munka biztonsága. = BME OMIKK ♦ Munkavédelem–ergonómia, 2005. 2. sz. p. 47–55. Beton vizsgálata és szilárdulási folyamatának követése roncsolásmentes módszerekkel. = BME OMIKK ♦ Minőségirányítás–műszaki ellenőrzés, 2005. 3. sz. p. 38–55. Szakmai bizonyítványok a termográfiás munka végzéséhez. = BME OMIKK ♦ Minőségirányítás–műszaki ellenőrzés, 2005.3.sz.p.61-63. Egy alábecsült balesettípus: elcsúszások , megbotlások és elesések.= BME OMIKK, ♦ Munkavédelem–ergonómia, 2005. 3. sz. p. 37–46. Rejtélyesnek tűnő termelési hibák tisztázása. = BME OMIKK ♦ Minőségirányítás– műszaki ellenőrzés, 2005. 8. sz. p. 39–42. Ívhegesztések folyamatos ellenőrzésére alkalmas, számítógépes mérőrendszer.= BME OMIKK ♦ Minőségirányítás–műszaki ellenőrzés, 2005. 8. sz. p. 42–47. Hegesztett alumíniumlemezek biztonsági szilárdságvizsgálata. = BME OMIKK ♦ Minőségirányítás–műszaki ellenőrzés, 2005. 8. sz. p. 56–60. A közművek biztonsági kockázatainak kezelése. = BME OMIKK ♦ Munkavédelem– ergonómia, 2005. 8–9. sz. p. 17–24.
Röviden… 100 éves ivóvíztartály felújítása A németországi Bielefeld vízműve 24 db, 300–1000 m3 űrtartalmú, összesen kereken 53 000 m3 vizet befogadó tartállyal működik. Ez a térfogat egyenlő a város legforróbb nyáron mért napi vízszükségletének 75%-ával. Az első tartályt 1898-ban létesítették, a továbbiak szerkezeti anyaga a mindenkori higiéniai, biztonságtechnikai és vízminőségi követelményeknek megfelelően változott. A legrégibb víztárolók döngölt betonból épültek lesimított bevonattal, ezt követte a falazott tégla cementvakolással, vasbeton, majd vasbeton előre gyártott elemekből. A tartályok belső bevonata is az építés korában érvényes műszaki színvonalhoz alkalmazkodott, de mára természetesen mindegyik tároló korszerűsítésre szorul, amit fokozatosan hajtanak végre. A 100 éves „Rosenberg II” tartály helyreállítása A négyszög alapterületű „Rosenberg II” víztartály az 1902/1903 években készült döngölt betonból. Ebben az időben a víztárolókat – az erődítmények mintájára – boltozatos mennyezettel építették, így csak létrán lehetett őket megközelíteni (a francia nevük chateau d’eau, azaz vízvár). A 2003-ban felújított és a város ivóvízellátásában meghatározó kétkamrás tartály összes térfogata 350 m3. Falvastagsága 50–150 cm, fal-, padló- és tetőfelszíne összesen 660 m2. A felújítás célja az építmény hibáinak, sérüléseinek eltüntetése, továbbiak megelőzése és esztétikai megjelenítését is érintő helyreállítása volt. Az ivóvíz mikrobiológiai veszélyeztetése sem áll fenn az eltelt hosszú idő ellenére. A tartály immár évszázados, háromszoros cementhabarcs rétegének „vasalt” tömítő bevonatán – a mennyezetet kivéve – kb. 7 mm vastag lepattogzások mutatkoztak. A cementhidratálódás termékeit a víz hidrolitikusan oldja és a kalcium fokozatosan kilúgozódik a szilikát-, ferrit- és aluminát-vegyületekből, elsősorban jól oldódó Ca(OH)2 formájában. Ezáltal az érintett felület porózussá, puhává válik és a jelenlevő vastól barnává színeződik. A bevonóanyag kiválasztása Az ivóvízellátónak egyenrangúan fontos a tartályban megőrizni a vízminőséget, mind fizikai–kémiai, mind mikrobiológiai szempontból; a tartályt a tartós zavartalan üzem igényei szerint, ugyanakkor az életfontosságú víz jelentőségét és értékét látványban is tükröző módon kialakítani. A belső bevonat erősíti a tartály át nem eresztő tömörségét és a tisztítást megkönnyítő sima felületet hoz létre. Kiválasztásakor az eredeti bevonat anyagához való hasonlóságra is törekedtek. Ez egyet jelentett a ragaszkodással a már az ókori Rómában is használt hidraulikus kötésű szerkezeti anyaghoz.
E meggondolás, valamint fizikai-kémiai vízpróbák és költség/haszon elemzés alapján az 1992-ben kereskedelmi forgalomba került Kerasal–Microsilica fröccshabarcs eljárásra esett a választás, amely lehetővé teszi a betonfelület nemesítését tisztán ásványi, hidraulikusan kötő finomhabarccsal, megfelelve a 18551. sz. DIN-szabványnak is. A „Microsilica” a szilíciumgyártás füstgázából kiszűrt, igen finom szemcseméretű szilícium-dioxid, amelynek szilárdságát kerámiaanyag hozzákeverésével növelik. Ezt az anyagot 15-20 mm vastagságban vitték fel, majd felszínét elsimították. A szanálás végrehajtása Egy évvel a voltaképpeni munkálatok előtt szétválasztották a tartály két nyitott kamráját, hogy az egyik az építés folyamán üzemben maradhasson. A feladattal tapasztalt szakvállalatot bíztak meg. A munka lépései kamránként, annak üzemen kívül helyezése után: – a meglevő csővezeték-szerelvények visszaépítése a tartályba, – 100 cm átmérőjű furatok készítése a boltozaton, a kamraszakaszokon belüli majdani új légcseréhez, – a régi bevonat eltávolítása granulátumszórással 0,3x0,3 m-es részfelületeken végzett tapadási vizsgálatokhoz, – a vizsgálatokkal megállapított, 1 N/mm2-es leválasztási szilárdság arra utalt, hogy az alapozást előkezeléssel meg kell javítani, – ezt követte a régi bevonat szórásos eltávolítása 12–15 mm mélységig, – a teljes fenékbevonat eltávolítása feszítőszerszámmal, – a tapadást javító közbenső réteg („tapadóhíd”) felvitele, – a boltozatok bezsaluzása, – a habarcs felvitele nagynyomású nedves fröccseljárással, majd az ilyen módon tömörített felület elsimítása, – az új felület színkülönbségei („felhős mintázata) az ivóvíz minősége szempontjából közömbösek, – az 1.4571 jelű nemesacélból készült csővezetékek felújítása a tárolóban és az előkamrában, – az új bevonat kiszáradásához szükséges 28 nap elteltével a kamra üzembe helyezése. Az elvégzett munkákról a további – feltehetőleg még hosszú idejű használat érdekében részletes dokumentációt készítettek. Az új bevonatnak megvizsgálták a nyomószilárdságát, az alaphoz tapadó szilárdságát, felületi érdességének mélységét, a vízbehatolási mélységet és a bevonat porozitását. A felújítás tervezési és kivitelezési költsége, beleérte a csővezetékekkel kapcsolatos munkákat is, 170 000 euró volt. Kérdéses, hogy ezzel a befektetéssel az „öreg” tartály újabb 100 évig hibátlanul szolgálja-e Bielefeld vízellátását, de 30–50 év bizonyosan szavatolható. (GWF Wasser, Abwasser, 146. k. 3. sz. 2005. p.199–204.)
