Käyttövarmuus ja voiteluhuolto Helena Ronkainen Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy 17.4.2019 VTT beyond the obvious 1
VTT vaikuttavuutta tieteellisellä ja teknologisella erinomaisuudella Perustettu 1942 268 M Liikevaihto ja liiketoiminnan muut tuotot (VTTkonserni 2018) 2049 Henkilöstö (VTT-konserni 31.12.2018) Työ- ja elinkeinoministeriön alaisuudessa 44% Liikevaihdosta ulkomailta (VTTkonserni 2018) 31% Tohtoreita ja lisensiaatteja (VTT-konserni 2018) 17.4.2019VTT beyond the obvious 2
VTT suhteessa muihin T&Ktoimijoihin PERUS- TUTKIMUS Yliopistot SOVELTAVA TUTKIMUS VTT KEHITYSTYÖ Teollisuus 17.4.2019 VTT beyond the obvious 3
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 17.4.2019 VTT beyond the obvious 4
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. 17.4.2019 VTT beyond the obvious 5
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.
Kitkahäviöt FRICTION LOSSES 33% Haitallinen kitka: Energiahäviöt Lämpötilan kohoaminen Kuluminen Holmberg et al., Trib.Int. 47(2012)221-234 17.4.2019 VTT beyond the obvious 7
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 17.4.2019 VTT beyond the obvious 8
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%
Voiteluaineet koostuvat perusnesteestä ja lisäaineista Erilaisten perusöljyjen ominaisuuksien vertailu Formuloidun voiteluaineen kemiallisia komponentteja 17.4.2019 VTT beyond the obvious 10
Lisäaineiden tehtäviä voiteluaineessa Vähentävät kitkaa ja kulumista Vähentävät korroosiota Vähentävät hapettumista Parantavat viskositeettia Pitävät koneenosien pinnat puhtaina Estävät likahiukkasia tarttumasta toisiinsa, estävät sakan muodostusta 17.4.2019 VTT beyond the obvious 11
Voitelumekanismit Voitelumekanismit voidaan jakaa kahteen pääryhmään Nestevoitelu-mekanismit: Hydrodynaaminen voitelu Elastohydrodynaaminen voitelu Mekanismi, jossa pintafilmi erottaa pinnat toisistaan: Rajavoitelu Sekavoitelu 17.4.2019 VTT beyond the obvious 12
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 17.4.2019 VTT beyond the obvious 13
Koneet toimivat ohuen voitelukalvon varassa Paine SISÄÄN Nopeudet Kuormat Materiaalit Voiteluaine Lämpötila Geometria Ympäristö ULOS Kitka Kuluminen Sisääntulo alue Hertzin alue Ulostulo alue
Voitelukalvon paksuus Vierintälaakerit ja hammasvaihteet ovat EHD-voideltuja komponentteja Voitelukalvon tyypillinen paksuus noin 2-4 μm. Hius Hius Laakerin voitelukalvo Epäpuhtauspartikkeleita 17.4.2019 VTT beyond the obvious 15
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 17.4.2019 VTT beyond the obvious 16
Epäpuhtauden lähteet järjestelmässä Komponenttien puhtaus asennuksessa Uusi öljy Putkien ja letkujen puhtaus Tiivisteet Huoltoluukkujen tiiveys Ilmansuodattimien puutteet Voiteluöljyn vanheneminen Komponenttien kuluminen 17.4.2019 VTT beyond the obvious 17
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 15 14 13 13 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 3 6 10 20 25 30 40 Suodatustarkkuus, µm Voiteluaineen puhtaus vaikuttaa mm. laakerin elinikään. 17.4.2019 VTT beyond the obvious 18
Voiteluöljyjen puhtaus Järjestys ja puhtaus ovat tärkeitä varastosta käyttökohteeseen saakka 17.4.2019 VTT beyond the obvious 19
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 17.4.2019 VTT beyond the obvious 20
Voiteluaineanalyysit Yleisimmät voiteluaineanalyysit: Ulkonäkö Viskositeetti Kiintoainepitoisuus Vesipitoisuus Lisäanalyysit TAN Viskositeetti-indeksi Lisäaineet Öljylaatu Hapettuminen Vaahtoaminen Vieraat aineosat Lähde: Mitä öljyssä tulee seurata? 2014. Promaint 17.4.2019 VTT beyond the obvious 21
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 17.4.2019 VTT beyond the obvious 22
Voiteluhuollon ympäristönäkökohtia Kuljetus Valinta Öljy-valumat ja öljyvahingot Jätehuolto Voiteluhuolto Käsittely Öljyiset vedet Öljyvuodot Maaperän saastuminen Varastointi 17.4.2019 VTT beyond the obvious 23
Moni tekijä vaikuttaa kitkaan, kulumiseen ja voitelun toimivuuteen - käyttövarmuuteen Voiteluhuolto Henkilöstö Voitelutekninen osaaminen 17.4.2019 VTT beyond the obvious 24
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 17.4.2019 VTT beyond the obvious 25
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 20-500 o C Komponentteja simuloivat kokeet Vierivän/liukuvan kosketuksen tribometri (twin-disc) Kuivat ja voidellut kontaktit Lämpötila 20-70 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 17.4.2019 VTT beyond the obvious Kuulakoe Ferrographia analyysi Männänrengastribometri Automaattinen partikkelilasenta 26
Voitelutekniikka-aineistoa Kunnossapitoyhdistys Promaint ry. Teollisuusvoitelu - käsikirja Kunnossapitokoulut Kunnossapitotekniikkaa koulutus 8. 9.5.2019 Voitelutekninen toimikunta AEL Voiteluhuollon perusteet kurssi Suomen Tribologia yhdistys ry. 17.4.2019 VTT beyond the obvious 27
Kiitos! Helena Ronkainen Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy puh. 020 722 4485 helena.ronkainen@vtt.fi www.vtt.fi 17.4.2019 VTT beyond the obvious 28