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
