석탄 분쇄기 기어박스의 마모 감소 및 기어 수명 연장

미국 서부에서 운영 중인 석탄 화력 발전소는 석탄 분쇄 작업에서 짧은 기어박스 수명을 경험했습니다. 연간 기어박스 검사 후 오일 분석 결과, OEM이 권장한 AGMA 6EP(ISO 320) 기어 오일은 오일 분석 결과 및 1년 작동 후 기어박스 검사를 기반으로 적절한 윤활 및 보호를 제공하지 못하는 것으로 나타났습니다. 이는 사용된 오일 보고서에서 과도한 마모 금속과 낮은 점도 수준으로 확인되었습니다. 사용된 EP 기어 오일에 대한 추가 분석 결과, 윤활유에 미립자 오염 물질이 과도하게 축적되고 EP 첨가제 패키지가 고갈되어 기어박스 결함이 발생했습니다. 미립자 오염은 주로 먼지, 석탄 먼지 및 베어링 및 기어 톱니 마모로 인해 생성되는 금속 미립자로 구성되어 과도한 마모의 연쇄 반응을 초래합니다.

분쇄기 기어박스 설명 및 운영 비용

공장의 분쇄기 기어박스 디자인은 1960년대 초반으로 거슬러 올라갑니다. 기어박스 디자인은 연삭 테이블에 직접 연결된 청동 불 기어를 구동하는 대형 800rpm 전기 모터로 구동되는 강철 웜 기어로 구성됩니다. 섬프는 255갤런의 기어 오일을 수용하며 온도는 통합 수냉식 열교환기로 제어됩니다. 여과되지 않은 ISO 320 EP 기어 오일은 청동-온-스틸 기어 및 베어링에 윤활을 제공하는 데 권장됩니다.

이 기어박스 설계는 견고하고 단순하지만 유지보수 비용이 과도해지고 유지보수 중단/정비 간격이 발전소의 발전 일정을 지원하지 못했습니다. 실제로 각 분쇄기 기어박스의 일반적인 유지보수 비용과 간격은 다음과 같았습니다.

• 12개월마다 오일을 교체해야 했으며 자재 및 인건비 $5,000, 전기 생산 손실 비용 $20,000 ~ $50,000(당시 대부분의 석탄 화력 발전 장치에서 볼 수 있음)의 비용이 들었습니다.

• 작동 10년 후 청동 불기어가 회전하여 마모되지 않은 기어 이빨이 드러났습니다. 여기에는 4주의 처리 시간이 필요했으며 유지 관리 작업이 포함되어 장치당 총 비용이 300,000달러였습니다.

• 20년 동안 작동한 후 기어박스를 완전히 재건해야 했습니다. 이러한 노력을 위한 부품 및 노동력은 기어박스당 $450,000를 초과했으며 생산 손실은 분쇄기당 $250,000를 추가로 지출했습니다.

발전소에서 13개의 석탄 분쇄기가 작동하면서 유지보수 및 가동 중지 시간 비용이 빠르게 증가했습니다.

웨어 체인 반응 깨기

마모된 구성 요소에 대한 주의 깊은 사전 분석은 청동 기어 면이 심각한 미끄럼 접촉과 찢어짐을 겪고 있음을 나타냅니다. 시간이 지남에 따라 청동 기어 페이스 마모가 점점 더 중요해졌습니다. 공장 직원은 마모 연쇄 반응을 깨기 위해 더 나은 윤활 시스템을 찾기 시작했습니다.

공장 직원은 청동 불 기어 표면의 마모 패턴이 기어 오일의 석탄 먼지 및 먼지의 높은 입자 부하, 기어 오일 첨가제와 생성된 일부 입자 사이의 촉매 반응을 비롯한 여러 요인에 기인한다고 의심했습니다. 또한 작동 중 EP 첨가제 패키지의 화학적 공격으로 기어 오일에 높은 수준의 구리가 생성되었으며, 이는 황-인 EP 첨가제가 청동 불 기어에서 활성화되어 기어 오일에 높은 수준의 구리를 생성하기 때문일 가능성이 큽니다.

이러한 문제를 해결해야 한다는 사실이 금세 명확해졌습니다. 공장 직원은 주로 석탄 먼지 형태의 미립자 섭취로부터 기어박스를 더 잘 밀봉하는 방법을 모색했습니다. 또한 기어 오일이 미립자와 생성된 마모 미립자를 신속하게 포착할 수 있도록 여과 방법과 옵션을 구현하는 데 많은 시간이 소요되었으며 향상된 윤활 기술(기유 및 첨가제 패키지 모두)이 적용되어 에너지 사용에 따른 불이익 없이 연장된 유지 관리 간격을 제공합니다.

문제 해결

다양한 솔루션의 효과 테스트를 거친 시행착오 끝에 미립자 유입, 여과 방법 및 고객 요구 사항을 통해 마모 연쇄 반응을 깨는 데 성공했습니다.

미세먼지 유입은 기어박스 통풍구에 브리더 건조제 필터를 사용하고 연마 테이블 씰에 매우 세심한 주의를 기울여 성공적으로 제어되었습니다. 23/21/18의 초기 ISO 청정도 코드(ISO 4406-1999에 따름)는 적극적인 브리더 여과로 달성되었습니다. 미립자 유입을 구현하기 전에 직원들은 미립자 수준이 매우 높아 목표 ISO 청정도 수준을 설정할 수 없었습니다. 역사적으로 석탄 분쇄 환경에서 ISO 320 및 460 기어 오일을 여과하는 능력은 매우 어려운 것으로 입증되었습니다.

그러나 공장 직원은 신장 루프 여과 시스템이 분쇄기 기어박스에서 미립자 오염 물질을 제거하고 기어 마모 문제를 해결하는 더 나은 옵션 중 하나가 될 것이라고 결정했습니다. 효과적인 신장 루프 여과 시스템은 다음과 같은 특성을 가져야 합니다.

• 높은 먼지 보유력

• 낮은 유지 보수 요구 사항. (필터 교체는 정상 작동 조건에서 월간 이상 필요하지 않음)

• 1주일 이내에 사전 유지보수로 인한 확실한 기어 오일 개선

• 지속적인 기어 오일 청소 및 ISO 4406-1999에 따른 목표 청정도 코드 18/15/11의 효과적인 유지 관리

• 필터 효율성 평가를 위한 사전 및 사후 여과 샘플링 지점

• 스키드 장착 설치

• 화재 위험을 제거하도록 설계된 흡입 및 배출 위치, 30분마다 전체 기어박스 오일 섬프 회전

• 정상적인 유지 관리 활동을 방해하지 않는 여과 스키드 크기

여과 기술의 발전

이 응용 분야에 대한 위의 요구 사항을 충족하는 고급 여과 기술은 중기어 오일에 쉽게 사용할 수 있는 것으로 결정되었습니다. 고효율, 높은 먼지 보유 용량, 합성 필터 매체를 사용하는 오프라인 신장 루프 여과 패키지는 두 하우징에 공통 크기 요소와 직렬로 장착된 2개의 필터 하우징을 사용하여 설치되었습니다.

시험 설치를 위해 처음에 권장된 필터 요소는 첫 번째 단계에서 Beta 25=200, 두 번째 단계에서 Beta 10=200으로 평가되었습니다. 오일 흐름은 460 cSt(2,500 SUS) 기어 오일에 대해 10 GPM 등급의 베인 펌프에 의해 전달되었습니다. 시스템 유체의 온도 범위는 유휴 상태일 때 최저 화씨 65도(섭씨 18도)에서 정상 작동 중에는 섭씨 54도(섭씨 130도)까지 다양했습니다. 여과 패키지는 저장소 바닥에서 직접 필터 뱅크로 들어오는 흡입 라인과 함께 설치되었으며 배출구 또는 여과된 배출 라인은 저장소 상단으로 직접 배관되었습니다.

현재 필터 요소 상태는 요소 부하의 표시기로 25~28psig를 목표로 각 필터 하우징에 설치된 차압 게이지에 의해 모니터링됩니다. 내부 바이패스 밸브를 허용하기 전에 요소를 교체했습니다. 여과 패키지의 다른 기능으로는 시스템을 종료하지 않고도 기어 오일 샘플을 채취할 수 있는 업스트림 및 다운스트림 샘플링 밸브가 있습니다.

윤활 기술의 발전

시스템 업데이트 과정에서 분쇄기 기어박스용 AGMA 6EP(ISO 320) 기어 오일을 시스템 설계에 포함하는 것이 좋습니다. 기어 톱니의 마모 패턴을 평가한 결과 이 ​​기어 오일의 EP 첨가제 패키지가 청동 불 기어에서 너무 활성화되었고 기어박스의 오염 물질과 함께 조기 마모를 일으키고 기어를 적절하게 보호하지 못하는 것으로 나타났습니다. . 사용된 기어 오일 샘플의 분석은 EP 첨가제 패키지가 청동 기어 표면의 강철과 슬라이딩 마모 사이의 연장된 접촉으로 인해 고갈되고 있음을 확인했습니다. IR 열화상 이미지는 시간 간의 이러한 연장된 접촉으로 인해 기어 표면 온도가 더 높은 것으로 나타났습니다. 또한 ISO Cleanliness Code에 의해 매우 높은 먼지와 미립자 부하가 확인되었습니다.

윤활유 공급업체와 상의한 후 모든 당사자는 AGMA 7 R&O(ISO 460) 합성 기어 오일이 이 애플리케이션에서 기어박스를 가장 잘 보호할 것이라고 결정했습니다. R&O 첨가제 화학과 결합된 이 합성 기어 오일의 더 높은 점도 등급 및 향상된 윤활성은 OEM이 권장하는 것보다 더 높은 유막 강도를 제공할 수 있었고 온도 요구 사항을 고려하여 기어박스의 수명을 연장할 수 있었습니다. 그리고 기어박스 수명. 합성 기어 오일의 물리적 특성은 표에 나와 있습니다.

과거에 공장 직원은 분쇄기 기어박스에 합성 기어 오일을 사용하는 가능성을 고려했지만 기어박스에 먼지가 많이 쌓여 잦은 오일 교환으로 인해 비경제적이라고 판단했습니다. 그러나 최근 여과 개선으로 최소 3년의 잠재적 오일 수명이 가능해짐에 따라 합성 기어 오일 사용의 경제성이 정당화될 수 있습니다. 합성 ISO 460 R&O 기어 오일은 다음과 같은 여러 이점을 제공했습니다.

• 더 낮은 온도에서 향상된 펌핑 기능 및 향상된 여과 기능으로

• 높은 산화 저항 및 열 안정성

• 고온 및 저온에서 더 높은 필름 강도

• 깨끗하고 여과된 환경에서 수명 연장

운영 결과

결국, 분쇄기 기어박스를 정밀 검사하고 강철/웜 기어를 제외한 모든 주요 회전 부품을 교체했습니다. 분해 검사 과정의 일환으로 기어박스를 깨끗이 닦고 보푸라기가 없는 헝겊으로 건조시켰습니다. 스틸 웜과 브론즈 불 기어는 정밀하게 정렬되었고 파란색으로 확인되었습니다. 저장소는 ISO 460 광유로 세척한 다음 합성 ISO 460 기어 오일로 채웠습니다. 베이스라인 기어 오일 샘플은 저장소에서 추출되어 ISO 4406-1999에 따라 입자 수에 대해 분석되었으며 ISO Cleanliness Code 결과는 23/21/18에 나옵니다. 마침내 분쇄기 기어박스가 여과 시스템과 함께 가동되었습니다. 3시간의 실행 후 입자 수가 21/19/11로 감소했습니다.

48시간의 가동 시간 후 플랜트는 시스템 오염을 더욱 줄이고 ISO Cleanliness Code 18/15/11 목표를 더 빨리 달성하기 위해 각 하우징에 Beta 5=200 필터 요소 세트를 설치했습니다. 분쇄기 기어박스와 여과 시스템은 차압 게이지를 사용하여 요소 상태를 모니터링하면서 2주 동안 계속 작동했습니다. 이 2주 동안 5미크론 미디어를 사용한 결과 ISO Cleanliness Code 18/15/11 목표에 도달했습니다.

필터 요소 서비스 수명도 시험 설치 중에 모니터링되었습니다. 결과는 시스템의 초기 청소를 고려할 때 먼지가 많은 매체가 기대치를 초과했음을 보여주었습니다. 또한 지속적으로 사용하는 동안의 서비스 수명은 기대 이상이었습니다. 실제로 시험 설치 중에 오일 샘플을 채취하여 물리적 및 화학적 특성, 입자 수 및 분석적 페로그래피에 대해 분석했습니다. 그 결과 마모 금속이 크게 감소하고 오일 청정도가 유지되는 것으로 나타났습니다.

결론

이 초기 설치의 성공을 감안할 때 발전소는 ISO 460 R&O 합성 기어 오일과 새로운 여과 시스템을 사용하여 다음과 같은 이점을 계속해서 달성하고 있습니다.

• 현저하게 개선된 기어 및 베어링 윤활

• 오일 분석 보고서를 기반으로 하는 기어박스의 마모 금속 최소화 또는 존재하지 않음

• 더 높은 점도의 합성 기어 오일 덕분에 구동 모터 에너지 소비 증가 없음(일부 플랜트 계측 측정 결과 4160VAC 모터의 경우 모터 전류량이 1% 감소한 것으로 나타남)

• 입자 수 및 분석 페로그래피를 사용한 정확한 예측/사전 유지보수

• 폐기 비용 감소 및 환경 영향/폐유 발생 감소라는 추가 이점을 제공하는 연장된 기어 오일 수명

• 현저하게 연장된 기어박스 수명

• 오염 관련 다운타임 제거

• 연장된 유지보수 간격

윤활유 업그레이드 및 여과 패키지를 적용하고 결과를 면밀히 모니터링한 이후, 발전소는 2005년 가을에 두 번째 장치를 구입하여 설치했습니다.

감사

• John Kinion 및 유지 관리 직원, Pacificorp Naughton Plant, South U.S. Highway 189, Kemmerer, WY 83101

• Chris Tully, 프로젝트 엔지니어, Pacificorp Naughton Plant, South U.S. Highway 189, Kemmerer, WY 83101

• Ken Knochel, 기술 서비스, Schroeder Industries LLC, 580 West Park Road, Leetsdale, PA 15056

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참조

1. ISO 4406:1999. 유압유 동력. 유체. 고체 입자에 의한 오염 수준을 코딩하는 방법

2. ISO 16889:1999 유압유 동력 필터. 필터 요소의 여과 성능을 평가하기 위한 다중 통과 방법

3. Sheffield, Schroeder Industries, "여과 및 오염의 변화 - 여과 산업의 방향 전환". Machinery Lubrication Magazine, 2005년 1월

부록 I

8120-3Feb05.pdf

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저자 정보

Ken Nicholas는 Schroeder Industries의 윤활 시장 서비스 이사입니다. Richard Winslow는 와이오밍주 케머러에 있는 PacifiCorp Naughton 발전소의 수석 수석 엔지니어입니다. Ted Naman은 ConocoPhillips의 산업용 윤활유 및 그리스 기술 코디네이터입니다.