Mengurangi keausan dan memperpanjang masa pakai roda gigi di gearbox pulverizer batubara

Sebuah pembangkit listrik tenaga batu bara yang beroperasi di AS bagian barat mengalami masa pakai gearbox yang pendek dalam operasi penghancuran batu bara mereka. Setelah inspeksi gearbox tahunan, hasil analisis oli menunjukkan bahwa oli roda gigi AGMA 6EP (ISO 320) yang direkomendasikan oleh pabrikan peralatan asli gagal memberikan pelumasan dan perlindungan yang memadai berdasarkan hasil analisis oli dan inspeksi gearbox setelah satu tahun beroperasi. Ini dikonfirmasi oleh logam aus yang berlebihan dan tingkat viskositas yang lebih rendah dalam laporan oli bekas. Setelah analisis lebih lanjut dari oli roda gigi EP bekas, penumpukan kontaminan partikulat yang berlebihan dalam pelumas dan penipisan paket aditif EP bertanggung jawab atas gearbox yang rusak. Kontaminasi partikulat terutama terdiri dari kotoran, debu batu bara, dan partikulat logam yang dihasilkan oleh keausan bantalan dan gigi roda gigi, yang mengakibatkan reaksi berantai dari keausan yang berlebihan.

Deskripsi Gearbox Pulverizer dan Biaya Pengoperasian

Desain gearbox pulverizer pabrik berasal dari awal 1960-an. Desain gearbox terdiri dari roda gigi cacing baja yang digerakkan oleh motor listrik besar 800 rpm yang menggerakkan roda gigi banteng perunggu yang terhubung langsung ke meja gerinda. Bak menampung 255 galon oli roda gigi, dengan suhu yang dikontrol oleh penukar panas berpendingin air integral. Oli roda gigi ISO 320 EP tanpa filter direkomendasikan untuk memberikan pelumasan pada roda gigi dan bantalan berbahan perunggu.

Meskipun desain kotak roda gigi ini kasar dan sederhana, biaya pemeliharaan menjadi berlebihan dan interval pemadaman/perbaikan pemeliharaan tidak mendukung jadwal pembangkit listrik di pabrik. Faktanya, biaya dan interval perawatan tipikal untuk setiap gearbox pulverizer adalah sebagai berikut:

• Penggantian oli diperlukan setiap 12 bulan dengan biaya material dan tenaga kerja sebesar $5.000 dan $20.000 hingga $50.000 dalam produksi listrik yang hilang, hal yang biasa terjadi pada sebagian besar unit pembangkit listrik berbahan bakar batu bara pada kerangka waktu ini.

• Setelah 10 tahun beroperasi, roda gigi banteng perunggu diputar untuk memperlihatkan gigi roda gigi yang tidak dipakai. Ini membutuhkan waktu penyelesaian empat minggu dan termasuk pekerjaan pemeliharaan dengan biaya total $300.000 per unit.

• Setelah 20 tahun beroperasi, diperlukan pembangunan kembali gearbox secara menyeluruh. Suku cadang dan tenaga kerja untuk upaya ini melebihi $450.000 per girboks, dengan kehilangan produksi yang menelan biaya tambahan $250.000 per pulverizer.

Dengan 13 penghancur batubara yang beroperasi di pabrik, biaya pemeliharaan dan waktu henti bertambah dengan cepat.

Memutus Reaksi Rantai Keausan

Analisis awal yang cermat terhadap komponen yang aus menunjukkan bahwa permukaan roda gigi perunggu mengalami kontak geser dan spalling yang signifikan. Seiring berjalannya waktu, keausan permukaan gigi perunggu menjadi semakin signifikan. Personil pabrik mulai mencari sistem pelumasan yang lebih baik untuk memutus reaksi berantai keausan.

Personil pabrik menduga bahwa pola keausan pada permukaan roda gigi banteng perunggu dikaitkan dengan beberapa faktor, termasuk pemuatan partikel debu dan kotoran batubara yang tinggi dalam oli roda gigi dan reaksi katalitik antara aditif oli roda gigi dan beberapa partikulat yang dihasilkan. Selain itu, serangan kimia dari paket aditif EP selama operasi menciptakan kadar tembaga yang tinggi dalam oli roda gigi, kemungkinan besar karena aditif EP belerang-fosfor aktif pada roda gigi banteng perunggu yang menghasilkan kadar tembaga yang tinggi dalam oli roda gigi

Dengan cepat menjadi jelas bahwa masalah ini perlu ditangani. Personil pabrik mencari metode untuk menyegel gearbox dengan lebih baik dari konsumsi partikulat, terutama dalam bentuk debu batu bara. Selain itu, upaya keras telah dilakukan untuk menerapkan metode filtrasi dan opsi bagi oli roda gigi untuk menangkap partikulat dengan cepat dan menghasilkan partikulat aus, dan teknologi pelumas yang disempurnakan (baik oli dasar maupun paket aditif) diterapkan untuk memberikan interval perawatan yang diperpanjang tanpa penalti penggunaan energi.

Penyelesaian Masalah

Setelah periode coba-coba di mana berbagai solusi diuji efektivitasnya, keberhasilan memutus reaksi berantai keausan dicapai melalui masuknya partikel, metode filtrasi, dan persyaratan pelanggan.

Kemasukan partikulat berhasil dikendalikan melalui penggunaan filter pengering udara pada ventilasi gearbox dan dengan sangat memperhatikan seal meja gerinda. Kode Kebersihan ISO awal 23/21/18 (sesuai ISO 4406-1999) dicapai dengan filtrasi nafas yang agresif. Sebelum penerapan partikulat masuk, karyawan tidak dapat menetapkan target tingkat kebersihan ISO karena tingkat partikulat yang sangat tinggi. Secara historis, kemampuan untuk menyaring oli roda gigi ISO 320 dan 460 dalam lingkungan penghancuran batubara telah terbukti sangat sulit.

Namun, personel pabrik menentukan bahwa sistem filtrasi lingkar ginjal akan menjadi salah satu opsi yang lebih baik untuk menghilangkan kontaminan partikulat dari girboks pulverizer dan mengatasi masalah keausan gir. Sistem filtrasi lingkar ginjal yang efektif harus memiliki karakteristik sebagai berikut:

• Kapasitas menahan kotoran yang tinggi

• Persyaratan perawatan yang rendah. (Perubahan filter tidak diperlukan lebih dari bulanan dalam kondisi pengoperasian normal)

• Peningkatan oli roda gigi yang nyata dalam waktu satu minggu dengan perawatan awal

• Pembersihan oli roda gigi yang berkelanjutan dan pemeliharaan efektif dari kode kebersihan target 18/15/11 per ISO 4406-1999

• Titik pengambilan sampel sebelum dan sesudah penyaringan untuk evaluasi efektivitas filter

• Pemasangan pemasangan selip

• Lokasi hisap dan pembuangan yang dirancang untuk menghilangkan bahaya kebakaran, dan pergantian seluruh bak oli girboks setiap 30 menit

• Ukuran skid filtrasi yang tidak mengganggu aktivitas pemeliharaan normal

Kemajuan dalam Teknologi Filtrasi

Teknologi filtrasi canggih yang akan memenuhi persyaratan di atas untuk aplikasi ini dipastikan tersedia untuk oli roda gigi berat. Paket filtrasi lingkar ginjal off-line menggunakan media filter sintetis berefisiensi tinggi, berkapasitas tinggi menahan kotoran, dipasang menggunakan dua rumah filter yang dipasang secara seri dengan elemen berukuran sama di kedua wadah.

Elemen filter yang awalnya direkomendasikan untuk instalasi percobaan diberi peringkat Beta 25=200 di tahap pertama dan Beta 10=200 di tahap kedua. Aliran oli disalurkan oleh pompa baling-baling dengan nilai 10 GPM untuk oli roda gigi 460 cSt (2.500 SUS). Rentang suhu cairan sistem bervariasi dari yang terendah 65 derajat Fahrenheit (18 Celcius) saat idle hingga 130 F (54 C) selama pengoperasian normal. Paket filtrasi dipasang dengan saluran hisap yang masuk ke bank filter langsung dari bagian bawah reservoir dan outlet, atau saluran pembuangan yang disaring, disalurkan langsung ke bagian atas reservoir.

Saat ini, kondisi elemen filter dipantau oleh pengukur tekanan diferensial yang dipasang pada setiap rumah filter, dengan target 25 hingga 28 psig sebagai indikator pemuatan elemen; elemen diubah sebelum memungkinkan katup bypass internal. Fitur lain dari paket filtrasi termasuk katup pengambilan sampel hulu dan hilir untuk memungkinkan pengambilan sampel oli roda gigi tanpa harus mematikan sistem.

Kemajuan dalam Teknologi Pelumasan

Selama pembaruan sistem, direkomendasikan agar oli roda gigi AGMA 6EP (ISO 320) untuk gearbox pulverizer disertakan dalam desain sistem. Evaluasi pola keausan pada gigi roda gigi menunjukkan bahwa paket aditif EP dalam oli roda gigi ini terlalu aktif pada roda gigi banteng perunggu dan bersama dengan kontaminan di kotak roda gigi, menyebabkan keausan dini dan gagal memberikan perlindungan yang memadai untuk roda gigi. . Analisis sampel oli roda gigi bekas mengkonfirmasi bahwa paket aditif EP sedang habis dari kontak yang diperpanjang antara baja pada permukaan roda gigi perunggu dan keausan geser. Citra termografi IR menunjukkan bahwa kontak yang diperpanjang antara waktu ini menghasilkan suhu permukaan roda gigi yang lebih tinggi. Terlebih lagi, pemuatan kotoran dan partikulat yang sangat tinggi dikonfirmasi oleh Kode Kebersihan ISO.

Setelah berkonsultasi dengan pemasok pelumas, diputuskan oleh semua pihak bahwa oli roda gigi sintetis AGMA 7 R&O (ISO 460) paling baik melindungi gearbox dalam aplikasi ini. Tingkat viskositas yang lebih tinggi dan pelumasan yang ditingkatkan dari oli roda gigi sintetis ini, ditambah dengan bahan kimia aditif R&O, mampu memberikan kekuatan lapisan oli yang lebih tinggi daripada yang direkomendasikan oleh OEM, dan akan memperpanjang masa pakai gearbox, dengan mempertimbangkan persyaratan suhu dan umur panjang gearbox. Sifat fisik oli roda gigi sintetis ditunjukkan pada tabel.

Di masa lalu, personel pabrik mempertimbangkan kelayakan menggunakan oli roda gigi sintetis di kotak roda gigi semprot, tetapi menentukan bahwa beban kotoran yang tinggi di kotak roda gigi membuat hal ini tidak ekonomis dengan seringnya penggantian oli. Namun, dengan peningkatan filtrasi baru-baru ini yang memungkinkan potensi masa pakai oli setidaknya tiga tahun, keekonomisan penggunaan oli roda gigi sintetis dapat dibenarkan. Oli roda gigi R&O ISO 460 sintetis menawarkan beberapa manfaat, termasuk:

• Peningkatan daya pompa pada suhu yang lebih rendah dan dengan kemampuan filter yang ditingkatkan

• Ketahanan oksidasi dan stabilitas termal yang lebih tinggi

• Kekuatan film lebih tinggi pada suhu tinggi dan rendah

• Masa pakai yang lebih lama dalam lingkungan yang bersih dan terfilter

Hasil Operasional

Pada akhirnya, gearbox pulverizer dirombak dan semua komponen berputar utama diganti kecuali roda gigi baja/cacing. Gearbox dibersihkan dan dikeringkan dengan kain bebas serat sebagai bagian dari proses perbaikan. Cacing baja dan roda gigi banteng perunggu disejajarkan dengan presisi dan diberi tanda centang biru. Reservoir dibilas dengan oli mineral ISO 460 dan kemudian diisi dengan oli roda gigi sintetis ISO 460. Sampel oli roda gigi dasar diambil dari reservoir dan dianalisis untuk jumlah partikel per ISO 4406-1999, dengan hasil Kode Kebersihan ISO pada 23/21/18. Akhirnya gearbox pulverizer dimasukkan ke dalam layanan bersama dengan sistem filtrasi. Setelah tiga jam waktu berjalan, jumlah partikel berkurang menjadi 21/19/11.

Setelah 48 jam waktu berjalan, pabrik memasang satu set elemen filter Beta 5=200 di setiap wadah untuk lebih mengurangi kontaminasi sistem dan mencapai Kode Kebersihan ISO target 18/15/11 lebih cepat. Gearbox pulverizer dan sistem filtrasi terus berjalan selama dua minggu lagi dengan kondisi elemen dipantau menggunakan pengukur tekanan diferensial. Sebagai hasil dari penggunaan media 5 mikron selama dua minggu ini, target Kode Kebersihan ISO 18/15/11 tercapai.

Masa pakai elemen filter juga dipantau selama instalasi percobaan; hasil menunjukkan bahwa media berkapasitas kotoran tinggi melebihi harapan mengingat pembersihan awal sistem. Plus, masa pakai selama penggunaan berkelanjutan telah melampaui harapan. Bahkan, selama instalasi percobaan, sampel minyak diambil dan dianalisis sifat fisik dan kimia, jumlah partikel dan ferrografi analitis. Hasilnya menunjukkan keausan logam berkurang secara signifikan dan kebersihan oli tetap terjaga.

Kesimpulan

Mengingat keberhasilan instalasi awal ini, pembangkit listrik terus mencapai manfaat berikut dengan menggunakan oli roda gigi sintetis ISO 460 R&O dan sistem filtrasi baru:

• Pelumasan roda gigi dan bantalan yang ditingkatkan secara signifikan

• Logam aus minimal hingga tidak ada di gearbox berdasarkan laporan analisis oli

• Tidak ada peningkatan konsumsi energi motor penggerak berkat oli roda gigi sintetis dengan viskositas yang lebih tinggi (beberapa pengukuran instrumentasi pabrik menunjukkan penurunan 1 persen pada ampere motor dengan motor 4160 VAC)

• Pemeliharaan prediktif/proaktif yang akurat menggunakan jumlah partikel dan ferrografi analitis

• Masa pakai oli roda gigi yang lebih lama yang memberikan manfaat tambahan berupa pengurangan biaya pembuangan dan pengurangan dampak lingkungan/pembentukan limbah oli

• Masa pakai gearbox yang diperpanjang secara signifikan

• Menghilangkan waktu henti terkait kontaminasi

• Interval perawatan yang diperpanjang

Sejak menerapkan paket peningkatan dan filtrasi pelumas serta memantau hasilnya dengan cermat, pembangkit listrik membeli dan memasang unit kedua mereka pada musim gugur 2005.

Terima kasih

• John Kinion dan personel Pemeliharaan, Pacificorp Naughton Plant, South U.S. Highway 189, Kemmerer, WY 83101

• Chris Tully, Insinyur Proyek, Pabrik Pacificorp Naughton, South U.S. Highway 189, Kemmerer, WY 83101

• Ken Knochel, Layanan Teknis, Schroeder Industries LLC, 580 West Park Road, Leetsdale, PA 15056

Mekanisme untuk Mengurangi Partikulat Keausan dan Memperpanjang Umur Gear di Gearbox Coal Pulverizer Halaman 6 dari 7 Winslow, Naman, Nicholas

Referensi

1. ISO 4406:1999. Tenaga fluida hidrolik. Cairan. Metode pengkodean tingkat kontaminasi partikel padat

2. Filter daya fluida hidrolik ISO 16889:1999. Metode multi-pass untuk mengevaluasi kinerja filtrasi elemen filter

3. Sheffield, Schroeder Industries, "Perubahan Filtrasi dan Kontaminasi – Arah Beralih untuk Industri Filtrasi". Majalah Pelumasan Mesin, Januari 2005

Lampiran I

8120-3Feb05.pdf

Mekanisme untuk Mengurangi Partikulat Keausan dan Memperpanjang Masa Pakai Gear di Gearbox Coal Pulverizer Halaman 7 dari 7 Winslow, Naman, Nicholas

Tentang penulis

Ken Nicholas adalah direktur layanan pasar pelumasan di Schroeder Industries. Richard Winslow adalah insinyur utama senior di pembangkit listrik Naughton PacifiCorp di Kemmerer, Wyoming. Ted Naman adalah koordinator teknis untuk pelumas dan gemuk industri di ConocoPhillips.