석탄 분쇄기 기어박스의 마모 입자 감소

Schroeder Industries의 윤활 시장 서비스 이사인 Ken Nicholas; Richard Winslow, 수석 수석 엔지니어, PacifiCorp – Naughton Plant; 및 Ted Naman, 산업용 윤활유 및 그리스, ConocoPhillips의 기술 코디네이터

미국 서부에서 운영 중인 석탄 화력 발전소는 석탄 분쇄 작업에서 짧은 기어박스 수명을 경험했습니다. OEM이 권장하는 AGMA 6EP(ISO 320) 기어 오일은 1년 작동 후 오일 분석 결과 및 기어박스 검사를 기반으로 적절한 윤활 및 보호를 제공하지 못했습니다. 이는 사용된 오일 보고서에서 과도한 마모 금속과 낮은 점도로 확인되었습니다. 사용된 EP 기어 오일에 대한 추가 분석은 윤활유에 미립자 오염 물질이 과도하게 축적되고 EP 첨가제 패키지가 고갈되었음을 나타냅니다. 오염은 주로 베어링과 기어 톱니 마모로 인해 발생하는 먼지/석탄 먼지와 금속성 미립자로 구성되었으며 과도한 마모의 연쇄 반응이 발생했습니다.

분쇄기 기어박스 설명 및 운영 비용
분쇄기 기어박스 디자인은 1960년대 초반으로 거슬러 올라갑니다. 대형 800rpm 전기 모터로 구동되는 스틸 웜 기어는 연삭 테이블에 직접 연결된 청동 불 기어를 구동합니다. 섬프는 255갤런을 수용합니다. 기어 오일 온도는 통합 수냉식 열교환기에 의해 제어됩니다. 여과되지 않은 ISO 320 EP 기어 오일은 기어박스 OEM이 강철 기어 및 베어링의 청동에 윤활을 제공하도록 권장합니다.

이 기어박스 디자인은 견고하고 단순하지만 유지보수 비용이 과도해지고 유지보수 중단/정비 간격이 발전 일정을 지원하지 못했습니다. 각 분쇄기 기어박스의 일반적인 유지 관리 비용 및 간격은 다음과 같습니다.

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12개월마다 오일 교체가 필요하며 이 기간 동안 대부분의 석탄 화력 발전 장치에서 흔히 볼 수 있는 자재 및 인건비 $5,000, 전기 생산 손실 $20,000~$50,000의 비용이 듭니다. 이 특정 공장에는 13개의 석탄 분쇄기가 설치되어 있었습니다.

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작동 10년 후, 청동 불기어를 회전시켜 마모되지 않은 기어 톱니면을 노출시켰습니다. 이를 위해서는 유지 관리 작업을 포함하여 4주의 소요 시간이 필요했으며 총 비용은 장치당 $300,000였습니다.

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작업 20년마다 기어박스를 완전히 재건해야 했습니다. 이러한 노력을 위한 부품 및 인건비는 기어박스당 $450,000를 초과했으며 생산 손실은 분쇄기당 $250,000를 추가로 지출했습니다.

마모 연쇄 반응 차단
마모된 구성 요소에 대한 예비 분석 결과 청동 기어 면이 심각한 미끄럼 접촉과 찢어짐을 겪고 있는 것으로 나타났습니다. 정밀 검사 후 시간이 지남에 따라 청동 기어 표면 마모가 점점 더 중요해졌습니다. 공장 직원은 마모 연쇄 반응을 깨기 위해 더 나은 윤활 시스템을 찾기 시작했습니다.

공장 직원은 청동 불기어 표면의 마모 패턴이 다음과 같은 원인에 기인한다고 의심했습니다.

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기어 오일에 석탄 먼지와 먼지가 많이 포함되어 있음

작동 중 EP 첨가제 패키지의 화학적 공격, 대부분 황-인 EP 첨가제가 청동 불 기어에서 활성화되어 기어 오일에 높은 수준의 구리가 발생하기 때문일 수 있습니다.

기어 오일 첨가제와 생성된 일부 미립자 사이의 촉매 반응

공장 직원은 여러 측면에서 이러한 문제를 해결하기 시작했습니다.

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미립자 섭취(주로 석탄 먼지)로부터 기어박스를 더 잘 밀봉하는 방법 검색

기어 오일이 미립자 및 생성된 마모 미립자를 신속하게 포착하기 위한 여과 방법/옵션

향상된 윤활 기술(기유 및 첨가제 패키지 모두)을 통해 에너지 사용 패널티 없이 연장된 유지보수 간격 제공

문제 해결
마모 연쇄 반응을 깨는 다음 영역에서 성공했습니다.

미세먼지 유입: 이는 기어박스 통풍구에 브리더 건조제 필터를 사용하고 연삭 테이블 씰에 매우 세심한 주의를 기울여 성공적으로 제어되었습니다. 23/21/18의 초기 ISO 청정도 코드(ISO 4406-1999에 따름)는 이 기사 하단의 부록 1에 표시된 것처럼 적극적인 브리더 여과로 달성되었습니다. 미립자 계수에 대한 이전의 시도는 미립자의 매우 높은 수준으로 인해 목표 ISO 청정도 수준을 설정할 수 없었습니다.

여과 방법 및 고객 요구 사항: 역사적으로 석탄 분쇄 환경에서 ISO 320 및 460 기어 오일을 여과하는 능력은 매우 어려운 것으로 입증되었습니다. 공장 직원은 신장 루프 여과 시스템이 분쇄기 기어박스에서 미립자 오염 물질을 제거하고 기어 마모 문제를 해결하기 위한 옵션 중 하나라고 결정했습니다. 신장 루프 여과 시스템은 다음과 같은 특성을 가져야 합니다.

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고점도 기어 오일을 처리하기 위한 적절한 유속

높은 먼지 보유력

낮은 유지 보수; 필터 교체는 정상 작동 조건에서 한 달에 한 번을 초과해서는 안 됩니다.

기어박스에서 유지보수를 수행한 후 1주일 이내에 기어 오일 청소를 표시하는 기능

계속해서 기어 오일을 청소하고 ISO 4406-1999에 따라 목표 청정도 코드 18/15/11을 유지합니다.

필터 효과 평가를 위한 사전 및 사후 여과 샘플링 지점 제공

스키드 장착 설치

화재 위험을 제거하도록 설계된 흡입 및 배출 위치, 전체 기어박스 오일 섬프는 30분마다 교체되었습니다.

정상적인 유지 관리 활동을 방해하지 않는 여과 스키드 크기

그림 1. 신장 루프 여과 시스템

여과 기술의 발전
이 응용 프로그램을 위한 고급 여과 기술은 위의 요구 사항을 충족하는 중기어 오일에 쉽게 사용할 수 있는 것으로 결정되었습니다. 고효율, 높은 먼지 보유 용량, 합성 여과재를 사용하는 오프라인 신장 루프 여과 패키지를 조달하여 설치했습니다. 패키지는 직렬로 장착된 2개의 필터 하우징을 사용하며 그림 1과 같이 두 하우징에 공통 크기 요소가 있습니다.

시험 설치를 위해 처음에 권장된 필터 요소는 첫 번째 단계에서 Beta 25=200, 두 번째 단계에서 Beta10=200으로 평가되었습니다. 오일 흐름은 460 센티스토크(cSt)(2,500 SUS) 기어 오일에 대해 분당 10갤런으로 정격된 베인 펌프에 의해 전달되었습니다. 시스템 유체의 온도 범위는 유휴 상태일 때 최저 화씨 65도(섭씨 18도)에서 정상 작동 중에는 최대 54°C(130°F)까지 다양했습니다. 여과 패키지는 저장소 바닥에서 직접 필터 뱅크로 들어오는 흡입 라인과 함께 설치됩니다. 배출구 또는 여과된 배출 라인은 저수지 상단으로 직접 연결됩니다.

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

윤활 기술의 발전
OEM은 분쇄기 기어박스에 AGMA 6EP(ISO 320) 기어 오일을 권장했습니다. 기어 톱니의 마모 패턴을 평가한 결과 이 ​​기어 오일의 EP 첨가제 패키지가 청동 불 기어에서 너무 활성화되어 기어박스의 오염 물질과 함께 조기 마모를 일으키고 있는 것으로 나타났습니다. 사용한 기어 오일 샘플을 분석한 결과 EP 첨가제 패키지가 고갈되고 있음이 확인되었습니다. EP 첨가제 패키지의 고갈은 강철 기어에서 청동이 계속 미끄러지고 고온에 노출되어 결정되었습니다. 이것은 IR 열화상 이미지로 확인되었습니다. 부록 1과 같이 ISO Cleanliness Code에 의해 매우 높은 먼지와 입자 부하가 확인되었습니다. OEM이 권장하는 EP 기어 오일이 기어를 적절하게 보호하지 못한다는 것이 분명했습니다.

이러한 결과를 바탕으로 윤활유 공급업체와 상의한 후 모든 당사자는 AGMA 7(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 제공하고 온도 요구 사항 및 기어박스 수명을 고려하여 기어박스의 수명을 연장합니다. . 합성 기어 오일의 물리적 특성은 표 1에 나와 있습니다.

ISO 등급 460

AGMA 7등급

밀도, lbs/gal 7.34

인화점(COC), °C(°F) 240(465)

유동점, °C(°F) -29(-20)

점도,

cSt @ 40°C 460

cSt @ 100°C 37.2

SUS @ 100°F 2431

SUS @ 210°F 181

점도 지수 123

산가, ASTM D974, mg KOH/g 0.20

구리 부식, ASTM D130 1a

거품 테스트, ASTM D892 통과

4구 EP, ASTM D2783, 용접 하중, kgf 315

포볼 마모, ASTM D4172, 흉터 직경, mm 0.40

FZG 기어 테스트, ASTM D5182, 12단계 통과

강수 번호, ASTM D91, ml 0.001

녹 테스트, ASTM D665 A&B 통과

표 1. ISO 460 합성 기어 오일의 물리적 특성

과거에 공장 직원은 분쇄기 기어박스에 합성 기어 오일을 사용하는 가능성을 평가했지만 기어박스에 먼지가 많이 쌓여 잦은 오일 교환으로 인해 비경제적이라고 판단되었습니다. 그러나 현재 사용 가능한 개선된 여과 기능으로 최소 3년의 잠재적 오일 수명을 제공하므로 합성 기어 오일 사용의 경제성이 정당화될 수 있습니다. 합성 ISO 460 기어 오일은 다음과 같은 여러 이점을 제공했습니다.

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더 낮은 온도에서 향상된 펌핑 가능성 및 그에 따른 향상된 여과성

더 높은 산화 저항 및 열 안정성

고온 및 저온에서 더 높은 필름 강도

깨끗하고 여과된 환경에서 수명 연장

운영 결과
분쇄기 기어박스를 정밀 검사하고 강철 웜 기어를 제외한 모든 주요 회전 부품을 교체했습니다. 분해 검사 과정의 일환으로 기어박스를 보푸라기가 없는 천으로 깨끗하고 건조하게 닦았습니다. 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 분석되었습니다. ISO 청정도 코드 결과는 23/21/18입니다. 분쇄기 기어박스는 여과 시스템과 함께 사용되었습니다. 3시간의 실행 후 입자 수는 부록 1에 표시된 대로 21/19/11로 감소했습니다.

48시간의 가동 시간 후 플랜트는 시스템 오염을 더욱 줄이고 ISO Cleanliness Code 18/15/11 목표를 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 Beta 5=200 필터를 사용한 결과 목표 ISO Cleanliness Code 18/15/11에 도달했습니다.

필터 요소 서비스 수명도 시험 설치 중에 모니터링되었습니다. 결과는 시스템의 초기 청소와 지속적인 사용 중 서비스 수명이 표준을 초과했다는 점을 감안할 때 고용량 미디어가 기대치를 초과했음을 보여주었습니다. Beta 5=200 미디어를 사용한 현재까지의 평균 서비스 수명은 1년입니다.

그림 2.

시험 설치 동안 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 합성 기어 오일과 새로운 여과 시스템을 사용하여 다음과 같은 이점을 계속해서 달성하고 있습니다.

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현저하게 개선된 기어 및 베어링 윤활

오일 분석 보고서를 기반으로 하는 현재까지 기어박스의 마모 금속이 최소에서 존재하지 않음

고점도 합성기어유를 사용하여 구동모터의 소비전력이 증가하지 않습니다. 일부 플랜트 계측 측정에서는 모터 전류량이 1% 감소한 것으로 나타났습니다(4160VAC 모터)

입자 수 및 분석 페로그래피는 이제 정확한 예측/사전 유지 관리를 위한 현실적인 옵션입니다.

기어 오일의 수명이 연장되고 폐기 비용이 감소하고 환경 영향/폐유 발생이 감소하는 추가적인 이점을 제공합니다.

기어박스 수명이 대폭 연장되었습니다.

오염 관련 다운타임 제거

유지보수 간격 연장

윤활유 업그레이드 및 첫 번째 여과 패키지를 적용하고 결과를 면밀히 모니터링한 이후로 발전소는 두 번째 장치를 구입하여 설치했습니다.

감사합니다

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

Chris Tully, 프로젝트 엔지니어, Schroeder Industries LLC, 580 West Park Road, Leetsdale, PA 15056

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

참조

<올>

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

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

Ivan Sheffield, Schroeder Industries, "여과 및 오염의 변화 - 여과 산업의 방향 전환". 기계 윤활 잡지, 2005년 1월

부록 1