Käyttövarmuus ja voiteluhuolto

Transkriptio

1 Käyttövarmuus ja voiteluhuolto Helena Ronkainen Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy VTT beyond the obvious 1

2 VTT vaikuttavuutta tieteellisellä ja teknologisella erinomaisuudella Perustettu M Liikevaihto ja liiketoiminnan muut tuotot (VTTkonserni 2018) 2049 Henkilöstö (VTT-konserni ) Työ- ja elinkeinoministeriön alaisuudessa 44% Liikevaihdosta ulkomailta (VTTkonserni 2018) 31% Tohtoreita ja lisensiaatteja (VTT-konserni 2018) VTT beyond the obvious 2

3 VTT suhteessa muihin T&Ktoimijoihin PERUS- TUTKIMUS Yliopistot SOVELTAVA TUTKIMUS VTT KEHITYSTYÖ Teollisuus VTT beyond the obvious 3

4 VTT:n liiketoiminta-alueet Anturit ja integrointi Tiedonsiirtoteknologiat Datalähtöiset ratkaisut Kansallinen metrologiainstituutti VTT MIKES Micronova valmistuspalvelut TIETO- INTENSIIVISET TUOTTEET JA PALVELUT ÄLYKÄS TEOLLISUUS JA ENERGIA- JÄRJESTELMÄT Elinkaariratkaisut Ydinturvallisuus Älykkäät energia- ja liikenneratkaisut Digitaalinen konetekniikka Inhimilliset tekijät, virtuaalinen ja lisätty todellisuus Teollinen biotekniikka ja elintarvikeratkaisut Biomassan jalostus ja tuotteet Kestävä energia ja kemiantekniikka LUONNONVARA- JA YMPÄRISTÖ- RATKAISUT VTT beyond the obvious 4

5 Käyttövarmuuden osatekijät Käyttövarmuus Toimintavarmuus Kunnossapidettävyys Kunnossapitovarmuus Kuvaa kohteen kykyä suorittaa vaadittu toiminto määrätyissä olosuhteissa vaaditun ajanjakson Voiteluhuolto Kohteen kyky olla pidettävissä tilassa tai palautettavissa tilaan, jossa se pystyy suorittamaan vaaditun toiminnon määritellyissä käyttöolosuhteissa, jos kunnossapito suoritetaan määritellyissä olosuhteissa käyttäen vaadittuja menetelmiä ja resursseja VTT beyond the obvious 5

6 Voitelun tärkeimpiä tehtäviä Erottaa pinnat toisistaan Alentaa kitkaa ja siitä aiheutuvaa häviötehoa Vähentää kulumista Lisää koneiden ja laitteiden käyttöikää Jäähdyttää kosketusta Estää epäpuhtauksien tuloa voideltavaan kohteeseen Kuljettaa kulumispartikkelit ja epäpuhtaudet pois kosketusalueelta Suojaa pintoja korroosiolta Vaimentaa värähtelyä.

7 Kitkahäviöt FRICTION LOSSES 33% Haitallinen kitka: Energiahäviöt Lämpötilan kohoaminen Kuluminen Holmberg et al., Trib.Int. 47(2012) VTT beyond the obvious 7

8 Kuluminen Mekaanisen kosketuksen aiheuttamaa epätoivottua materiaalin poistumista pinnasta Teollisuudelle kulumisesta aiheutuvat kustannukset - korjaus- ja seisokkikustannukset vastaavat arviolta 2,5 % BKT:sta Kulumismekanismit adhesiivinen kuluminen abrasiivinen kuluminen pinnan väsyminen tribokemiallinen kuluminen eroosio, fretting. Adhesiivinen kuluminen Abrasiivinen kuluminen Pinnan väsyminen Tribokemiallinen kuluminen VTT beyond the obvious 8

9 Vierintälaakerivaurioiden syitä Vanhentunut voiteluaine 20% Materiaali vaurio <1% Sopimaton voitelu 20% Riittämätön voitelu 15% Kiinteät epäpuhtaudet 20% Väärä laakerityyppi 10% Muu vaurio 5% Virheellinen asennus 5% Nestemäiset epäpuhtaudet 5%

10 Voiteluaineet koostuvat perusnesteestä ja lisäaineista Erilaisten perusöljyjen ominaisuuksien vertailu Formuloidun voiteluaineen kemiallisia komponentteja VTT beyond the obvious 10

11 Lisäaineiden tehtäviä voiteluaineessa Vähentävät kitkaa ja kulumista Vähentävät korroosiota Vähentävät hapettumista Parantavat viskositeettia Pitävät koneenosien pinnat puhtaina Estävät likahiukkasia tarttumasta toisiinsa, estävät sakan muodostusta VTT beyond the obvious 11

12 Voitelumekanismit Voitelumekanismit voidaan jakaa kahteen pääryhmään Nestevoitelu-mekanismit: Hydrodynaaminen voitelu Elastohydrodynaaminen voitelu Mekanismi, jossa pintafilmi erottaa pinnat toisistaan: Rajavoitelu Sekavoitelu VTT beyond the obvious 12

13 Voiteluaineen valinta Tärkeää valita oikea voiteluaine oikeaan kohteeseen Suorituskykyvaatimukset Käyttöolosuhdevaatimukset Korkeat lämpötilat Food grade - elintarvikekelpoisuus Ympäristövaatimukset Biohajoavuus Oikea voiteluaine oikeaan kohteeseen oikeaan aikaan Laakerin suhteellinen kestoikä, L 10 Rajavoitelu Sekavoitelu EHD-voitelu Voiteluaine ja vallitseva voitelumekanismi vaikuttavat vierintälaakerin suhteelliseen kestoikään VTT beyond the obvious 13

14 Koneet toimivat ohuen voitelukalvon varassa Paine SISÄÄN Nopeudet Kuormat Materiaalit Voiteluaine Lämpötila Geometria Ympäristö ULOS Kitka Kuluminen Sisääntulo alue Hertzin alue Ulostulo alue

15 Voitelukalvon paksuus Vierintälaakerit ja hammasvaihteet ovat EHD-voideltuja komponentteja Voitelukalvon tyypillinen paksuus noin 2-4 μm. Hius Hius Laakerin voitelukalvo Epäpuhtauspartikkeleita VTT beyond the obvious 15

16 Epäpuhtaudet voitelukalvossa Epäpuhtaudet ovat kriittisiä EHD-voitelukalvon paksuudelle Järjestelmän ulkopuolelta tulleet epäpuhtaudet Kulumispartikkelit Voiteluaineen vanhenemisesta syntyvät epäpuhtaudet Muutaman µm:n kokoinen partikkeli voi aiheuttaa painehuipun tai painauman, joka saa aikaan vaurion VTT beyond the obvious 16

17 Epäpuhtauden lähteet järjestelmässä Komponenttien puhtaus asennuksessa Uusi öljy Putkien ja letkujen puhtaus Tiivisteet Huoltoluukkujen tiiveys Ilmansuodattimien puutteet Voiteluöljyn vanheneminen Komponenttien kuluminen VTT beyond the obvious 17

18 Voiteluaineen puhtaus Ulkopuolisten epäpuhtauksien pääsyn estäminen voitelujärjestelmään Voitelujärjestelmän kulumistuotteiden hallinta ja hapettumistuotteiden muodostumisen estäminen Suodatuksen tehostaminen Veden ja ilman poisto Voiteluaineen separointi Öljynvaihto Laakerin elinikä, 10 6 kierrosta Suodatustarkkuus, µm Voiteluaineen puhtaus vaikuttaa mm. laakerin elinikään VTT beyond the obvious 18

19 Voiteluöljyjen puhtaus Järjestys ja puhtaus ovat tärkeitä varastosta käyttökohteeseen saakka VTT beyond the obvious 19

20 Öljyn kunnonvalvonta Öljyn kunnonvalvonnalla voidaan ratkaisevasti Pidentää voiteluöljyn vaihtoväliä Vähentää laitteen kulumista ja pidentää käyttöikää. Kuluminen Tehokas öljynkunnonvalvonta Ei öljynkunnonvalvontaa Lisääntynyt kuluminen Lisääntynyt kuluminen Normaali kuluminen Sisäänajo Normaali kuluminen Käyttöikä VTT beyond the obvious 20

21 Voiteluaineanalyysit Yleisimmät voiteluaineanalyysit: Ulkonäkö Viskositeetti Kiintoainepitoisuus Vesipitoisuus Lisäanalyysit TAN Viskositeetti-indeksi Lisäaineet Öljylaatu Hapettuminen Vaahtoaminen Vieraat aineosat Lähde: Mitä öljyssä tulee seurata? Promaint VTT beyond the obvious 21

22 Koneiden kunnonvalvonta Partikkelilaskenta Hiukkasanalyysi Kulumametallien analysointi Värähtelymittaukset Koneen kunto Voiteluöljyn käyttökunto Voiteluöljyn epäpuhtaudet Voiteluöljyyn liittyvät keskinäiset riippuvuudet Epäpuhtaudet lisäävät kulumista ja huonontavat öljyn laatua Huonontunut öljy heikentää lisää laitteen kulumista ja epäpuhtauksia VTT beyond the obvious 22

23 Voiteluhuollon ympäristönäkökohtia Kuljetus Valinta Öljy-valumat ja öljyvahingot Jätehuolto Voiteluhuolto Käsittely Öljyiset vedet Öljyvuodot Maaperän saastuminen Varastointi VTT beyond the obvious 23

24 Moni tekijä vaikuttaa kitkaan, kulumiseen ja voitelun toimivuuteen - käyttövarmuuteen Voiteluhuolto Henkilöstö Voitelutekninen osaaminen VTT beyond the obvious 24

25 Ratkaisut kitka, kulumisen ja voitelun optimointiin ja hallintaa Teknologian tutkimuskeskus VTT Tribologian tutkimusryhmä Tribologia = Toisiaan vasten liikkuvien pintojen välisten reaktoiden ja mekanismien tutkimiseen ja sovellusosaamiseen keskittyvä tieteenala VTT beyond the obvious 25

26 VTT - Tribologian tutkimus VTT Tribologian laboratorio - kontrolloidut olosuhteet Suhteellinen kosteus: 50 ± 5 % RH Lämpötila: 22 ± 1 o C VTT Tribologia laboratoriossa on koelaitteita kitkan, kulumisen ja voitelun tutkimukseen että sovelluslähtöisiin kokeisiin Kitka, kuluminen ja voitelu eri sovelluksissa ja olosuhteissa Pintojen, kerrostumien ja materiaalien karakterisointi Pintatopografioiden ja pinnankarheuden määrittäminen (2D, 3D profilometria) Kulumispartikkelien analysointi Voiteluainekemia, voitelukalvon paksuuden määritys Kulumisvaurioiden ja voiteluongelmien analysointi VTT Tribologian laboratorio Yksinkertaistetut mallikokeet Liukukosketus (pin-on-disc) Edestakainen liukukosketus (rec-tester) Staattinen ja liikekitka Kuivat ja voidellut kontaktit Tribokorroosio-olosuhteet Lämpötila o C Komponentteja simuloivat kokeet Vierivän/liukuvan kosketuksen tribometri (twin-disc) Kuivat ja voidellut kontaktit Lämpötila o C Abrasiivinen ja erosiivinen kuluminen Hiekkakulutuskoe Mikro-abraasikoe Naarmutuskoe Slurry-eroosio -koe Komponenttikokeet Vaihteisto-vierintälaakeri - tribometri Liukulaakeritribometri Vierintälaakeritribometri VTT Tribology charaterization Nano- ja mikro-indentaatio Mikro- and makro-naarmutuskoe OM, SEM/EDS, AFM, TEM, SIMS 2D- ja 3D-profilometrit Optinen interferometria VTT beyond the obvious Kuulakoe Ferrographia analyysi Männänrengastribometri Automaattinen partikkelilasenta 26

27 Voitelutekniikka-aineistoa Kunnossapitoyhdistys Promaint ry. Teollisuusvoitelu - käsikirja Kunnossapitokoulut Kunnossapitotekniikkaa koulutus Voitelutekninen toimikunta AEL Voiteluhuollon perusteet kurssi Suomen Tribologia yhdistys ry VTT beyond the obvious 27

28 Kiitos! Helena Ronkainen Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy puh VTT beyond the obvious 28