Menetelmät ja tarpeet rasvavoideltujen vierintälaakerien voiteluvirheiden tunnistamiseksi ja korjaamiseksi

21.04.2005 Rasvavoideltujen vierintälaakereiden vaurioitumisten syyt Vastausten lukumäärä (kpl) 14 12 10 8 6 4 2 0 Puutteellinen voitelu/voiteluaineen puute Vesi/kosteus/korroosio Muu epäpuhtaus Tiivisterikko Väärä voiteluaine Asennusvirhe Korkea lämpötila Automaattivoitelulaitteen toimimattomuus Saippuoitunut rasva Laakerin valmistusvirhe Suunnitteluvirhe Mekaaninen kuluma Vaurioitumisen syy Ylikuorma Menetelmät ja tarpeet rasvavoideltujen vierintälaakerien voiteluvirheiden tunnistamiseksi ja korjaamiseksi PROGNOS-hanke Case: Voitelutilanteen valvonta ja ennakointi VTT TUOTTEET JA TUOTANTO

2 (15) Alkusanat Tämä työraportti on laadittu Tekesin, teollisuusyritysten ja VTT:n rahoittamaan projektiin Teollisuuden käynnissäpidon prognostiikka (PROGNOS). Raportti on osa projektin Voitelucasea. Kirjoittajat kiittävät projektiin osallistuneita tahoja työtä kohtaan osoitetusta mielenkiinnosta sekä projektille annetusta taloudellisesta ja teknisestä tuesta. Espoo, huhtikuussa 2005 Tekijä

3 (15) Sisällysluettelo 1 JOHDANTO... 4 2 RASVAVOITELUUN LIITTYVIEN ONGELMIEN KARTOITUS... 4 2.1 RASVAVOIDELTUJEN VIERINTÄLAAKEREIDEN VAURIOITUMISEN SYYT... 5 2.2 YLEISIMMÄT RASVAVOIDELTUIHIN VIERINTÄLAAKEREIHIN LIITTYVÄT ONGELMAT... 5 2.3 RASVASTA JOHTUVAN VIKAANTUMISEN ILMENEMISMUODOT... 7 3 MENETELMÄT VOITELUVIRHEIDEN TUNNISTAMISEKSI JA KORJAAMISEKSI... 7 3.1 HAYSTACK-EFEKTI... 8 3.2 MUUT KORKEATAAJUISEN VÄRÄHTELYN MITTAUSMENETELMÄT... 8 3.3 AKUSTINEN EMISSIO... 9 3.4 VOITELUAINEANALYYSIT... 10 4 TARPEET MALLIEN JA MITTAUSPOHJAISTEN MENETELMIEN KEHITTÄMISELLE... 11 4.1 TESTAUSMAHDOLLISUUDET... 12 5 YHTEENVETO... 14

4 (15) 1 Johdanto Teollisuuden käynnissäpidon prognostiikka (Prognos) -hankkeen voitelu-osiossa paneudutaan rasvavoideltujen vierintälaakerointien problematiikkaan. Tavoitteena on tällöin oppia tunnistamaan virheellisiä voitelutilanteita ja voitelujärjestelmien toimintoja, jolloin kyetään paremmin ennakoimaan kehittymässä olevat vauriot. Rasvavoidelluissa vierintälaakereissa vaikuttaa lukuisia tekijöitä, jotka vaikuttavat toisiinsa voitelutapahtumassa. Tällaisia ovat mm. rasvan laatu, annostelun määrä, annosteluväli, laakeripesän rakenne, kierrosluku, kuormitus, lämpötila, tiivistys ja rasvan poisto. Tärkeimpien kehityskohteiden esille saamiseksi Prognos-hankkeeseen osallistuneissa yrityksissä suoritettiin vierintälaakerien rasvavoiteluun liittyvien ongelmien kartoitus osana hankkeen ohessa tehtävää diplomityötä. Tähän työraporttiin on kartoituksesta poimittu tärkeimpiä esille tulleita tarpeita ja ongelmakohtia hankkeen myöhemmässä vaiheessa tehtävän kehitystyön pohjaksi. Lisäksi raporttiin on koottu ja lyhyesti esitelty menetelmiä, joita voidaan käyttää rasvavoideltujen vierintälaakerien voiteluvirheiden tunnistamiseen sekä arvioitu alustavasti niiden testausmahdollisuuksia laboratoriossa ja teollisuudessa. 2 Rasvavoiteluun liittyvien ongelmien kartoitus Rasvavoiteluun liittyvien ongelmien kartoitus yrityksissä suoritettiin kyselytutkimuksena Prognos-hankkeen ohessa tehtävän diplomityön osana. Kyselyn tarkempi analysointi ja johtopäätökset esitetään myöhemmin julkaistavassa diplomityössä. Tähän raporttiin kartoituksesta on poimittu tärkeimpiä esille tulleita tarpeita ja ongelmakohtia Prognoshankkeessa myöhemmässä vaiheessa tehtävän kehitystyön pohjaksi. Kyselyyn osallistuneet laitokset edustivat pääasiassa paperin ja sellun tuotantoa. Käyttökelpoisia vastauksia saatiin noin 25 kappaletta, joista paperi- ja selluteollisuuden osuus oli lähes 70 prosenttia. Osasta tehtaita vastauksia saatiin useilta osastoilta. Mukana oli lisäksi vähäisemmässä määrin vaneri-, saha, kaivos- ja terästeollisuutta. Kartoituksen perusteella voidaan arvioida rasvavoideltujen laakereiden kokonaismerkitystä. Esimerkiksi paperi- tai terästehtaassa voitelupisteitä voi olla kymmeniä tuhansia, ja voiteluun käytettävä vuosittainen työaika on miestyövuosien luokkaa. Voitelurasvan kulutus vuositasolla on kokonaisella tehtaalla tyypillisesti 3000-8000 kg, josta pääosa kuluu vierintälaakerien voiteluun. Tyypillisiä rasvavoidelluilla laakereilla varustettuja kohteita ovat telat, pumput, puhaltimet, sekoittimet, kuljettimet ja sähkömoottorit. Rasvakeskusvoitelujärjestelmiä kokonaisella tehtaalla on tyypillisesti kymmeniä ja yhteen järjestelmään voi olla kytkettynä satoja laakereita. Voitelukeskuksen ja kauimpana olevan voideltavan kohteen välillä on usein kymmenien, jopa satojen metrien matka ja kymmenien metrien korkeusero. Samassa järjestelmässä olevien laakerien käyntilämpötilat, värähtelyt ja pyörimisnopeudet poikkeavat toisistaan, mikä asettaa voitelurasvalle ja voitelun toteutukselle suuria vaatimuksia.

5 (15) 2.1 Rasvavoideltujen vierintälaakereiden vaurioitumisen syyt Rasvavoideltujen vierintälaakereiden vaurioitumisen syistä merkittävin oli kyselyn mukaan puutteellinen voitelu tai voiteluaineen puute. Tähän luokkaan katsottiin kuuluvaksi annostelijan rikkoutumisesta tai toimimattomuudesta, jälkivoitelun unohtumisesta, liian vähäisestä voiteluainemäärästä tai liian pitkästä voiteluvälistä johtuneet laakerivauriot. Toiseksi eniten laakerivaurioita aiheutuu veden pääsystä laakereihin, mikä useimmiten aiheutuu tiivisteen rikkoutumisesta. Vaurioitumisen syyt on esitetty kuvassa 1. Esitetyt vaurion syyt eivät ole täysin toisistaan riippumattomia, sillä esimerkiksi automaattivoitelulaitteen toimimattomuus tai tiivisterikko on mainittu myös erillisinä syinä. Rasvavoideltujen vierintälaakereiden vaurioitumisten syyt Vastausten lukumäärä (kpl) 14 12 10 8 6 4 2 0 Puutteellinen voitelu/voiteluaineen puute Vesi/kosteus/korroosio Muu epäpuhtaus Tiivisterikko Väärä voiteluaine Asennusvirhe Korkea lämpötila Automaattivoitelulaitteen toimimattomuus Saippuoitunut rasva Laakerin valmistusvirhe Vaurioitumisen syy Suunnitteluvirhe Mekaaninen kuluma Ylikuorma Kuva 1. Rasvavoideltujen vierintälaakereiden vaurioitumisen syyt kartoituksen mukaan. 2.2 Yleisimmät rasvavoideltuihin vierintälaakereihin liittyvät ongelmat Kartoituksessa kysyttiin myös yleisimpiä rasvavoiteluun liittyviä ongelmia (kuva 2). Yleisimmäksi ongelmaksi todettiin vastausten lukumäärän perusteella huonosti järjestetty rasvan poisto. Kun kartoituksessa kysyttiin poistuvan rasvan keräämistapaa, todettiin, että vallitsevana käytäntönä on lastalla kaapiminen tai muu mekaaninen käsin tehtävä poisto. Joissakin kohteissa on erityiset rasvankeräyskupit tai -kaukalot ja yhdessä vastauksessa mainittiin rasvaimuri. Usein rasvan annetaan kerääntyä suuriksi kasoiksi laakeripesien

6 (15) viereen, joista voitelusta vastaava henkilö kerää ne talteen. Ulostuleva rasva sotkee ja liukastaa paikkoja aiheuttaen myös turvallisuusriskejä. On myös mahdollista, että joissakin kohteissa laakeripesistä ulostuleva rasva pääsee tuotantoprosessiin aiheuttaen tuotteen laadun heikkenemistä. Ylivoitelu todettiin myös merkittäväksi ongelmaksi rasvavoidelluissa vierintälaakereissa. Ylivoitelu aiheuttaa käyntilämpötilan kohoamista ja voi johtaa laakerivaurioon tai ainakin laakerin käyttöiän lyhenemiseen. Toisaalta joissakin vastauksissa todettiin ylivoitelun johtuvan usein siitä, että laakeripesä jälkivoitelussa käytettävistä annosmääristä riippumatta ajan kanssa täyttyy, koska käytetyn rasvan poistoa laakeripesästä ei ole kunnolla järjestetty. Vastaajista 46 % oli tehnyt rasvakeskusvoitelujärjestelmissä olevien vierintälaakerien laakeripesiin muutoksia rasvan poistumisen parantamiseksi. Niissä laakeripesissä, joissa rasvan poistuminen tapahtuu tiivisteiden kautta, on havaittu ongelmia 56,5 % vastauksista. Ne ongelmat, jotka oli aiemmin todettu suurimmiksi vaurioiden aiheuttajiksi, eivät tulleet yhtä selkeästi esille tässä kyselyssä. Lieneekin nähtävä niin, että tässä yhteydessä esille tulleet yleisimmät rasvavoideltuihin vierintälaakereihin liittyvät ongelmat ovat niitä, jotka aiheuttavat eniten jatkuvaa huoltotyötä ja joiden hoitamisessa esimerkiksi jatkuvan resurssipulan vuoksi on vaikeuksia. Yleisimmät rasvavoideltuihin vierintälaakereihin liittyvät ongelmat Vastausten lukumäärä (kpl) 5 4 3 2 1 0 Huonosti järjestetty rasvan poisto Ylivoitelu Voitelun puute Epäpuhtaudet Lämpötilat Ongelma Korroosio Prosessihäiriöt Rasvan valinta Annostelumäärien arviointi Kuva 2. Yleisimmät rasvavoideltuihin vierintälaakereihin liittyvät ongelmat kartoituksen mukaan.

7 (15) 2.3 Rasvasta johtuvan vikaantumisen ilmenemismuodot Kysymykseen "Jos rasva on osoittautunut vikaantumisen aiheuttajaksi, niin miten se on ilmennyt?" saatiin erityyppisiä vastauksia. Osa vastaajista ilmoitti itse rasvassa tapahtuneet muutokset, osa laakereihin syntyneet vauriot, osa taas mittaavassa kunnonvalvonnassa havaitut indikaatiot. Koska eri henkilöt olivat ymmärtäneet kysymyksen eri tavoin, tulosten tulkinta on vaikeaa. Joka tapauksessa selvästi yleisimmäksi ilmenemismuodoksi osoittautui rasvan koostumuksen muuttuminen (kuva 3), joka tavallisimmin tarkoittaa rasvan paksuntimen ja perusöljyn erkaantumista toisistaan. Muita vastauksissa mainittuja syitä koostumuksen muuttumiseen ovat lämmön ja veden vaikutus voitelurasvaan. Rasvasta johtuvan vikaantumisen ilmenemismuodot 7 Tapauksia (kpl) 6 5 4 3 2 1 0 Rasvan koostumuksen muuttuminen Laakerin vierintäpintojen vaurioituminen Muutos värähtelyssä Laakeri kuiva ja rasvaton Rasvan väri muuttunut Rasvan haju muuttunut Ilmenemismuoto Kuva 3. Rasvasta johtuvan vikaantumisen ilmenemismuodot. 3 Menetelmät voiteluvirheiden tunnistamiseksi ja korjaamiseksi Nykyisen käsityksen mukaan vierintälaakerin voitelukontaktin köyhtyminen rasvasta on havaittavissa korkeiden taajuusalueiden värähtelypohjaisten mittausmenetelmien avulla. Teollisuuden kohteissa menetelmiä oli jonkin verran käytetty, mutta ei kovin systemaattisesti, eikä aiemmista voiteluhäiriö- tai vauriotilanteista ollut juuri saatavissa mittausdataa. Joissakin kohteissa oletettu, värähtelymittauksella havaittu puutteellinen voitelutilanne oli korjattu syöttämällä laakeriin rasvaa voiteluprässillä.

8 (15) 3.1 Haystack-efekti Joissakin teollisuuskohteissa puutteellisen voitelutilanteen oletettiin näkyvän kohtalaisen korkeataajuisessa (max. 10 khz) kiihtyvyysspektrissä tietyn taajuusalueen värähtelytason nousuna. Kyseinen ilmiö tunnetaan eräissä julkaistuissa tutkimuksissa nimellä "haystackeffect" (kuva 4). Lähteen [1] mukaan haystack-efekti on tyypillinen ilmiö voiteluaineen laadun tai voitelun tehokkuuden heiketessä. Mikäli tilannetta ei korjata esimerkiksi voiteluainetta lisäämällä, seurauksena on laakerin vaurioituminen. Julkaistuissa artikkeleissa ilmiö on liitetty nimenomaan sähkömoottorien vierintälaakereihin esimerkiksi puhaltimien yhteydessä. Fysikaalisessa mielessä ilmiön syynä lienee laakerikomponentin ominaistaajuuden herääminen vierintäpintojen välisten metallikosketusten seurauksena. Kuva 4. Puutteellisesta voitelusta johtuva "haystack"-efekti [1]. Spektri ennen (ylh.) ja jälkeen (alh.) voitelurasvan lisäyksen. 3.2 Muut korkeataajuisen värähtelyn mittausmenetelmät Kirjallisuuden ja julkaistujen tutkimusten perusteella voidaan todeta, että edellä mainitun korkeataajuisen värähtelymittauksen lisäksi puutteellisen voitelun havainnointiin on olemassa

9 (15) joukko erilaisia värähtelyn analysointimenetelmiä, esimerkiksi PeakVue (kuva 5) ja SPM. PeakVue on CSI:n (Computational Systems, Incorporated) kehittämä ja patentoima menetelmä. PeakVue-mittauksissa käytetään ylipäästösuodatusta, jotta voidaan tutkia tarkasti korkeampia taajuusalueita ja siellä esiintyviä pieniamplitudisia ilmiöitä. SPM eli Shock pulse method (suomeksi iskusysäysmenetelmä) on SPM Instruments AB:n patentoima värähtelymittausmenetelmä, joka perustuu 32 khz resonanssitaajuuden omaavan anturin käyttöön. Menetelmiä on kuvattu tarkemmin mm. lähteissä [2-4]. Kuva 5. Esimerkki PeakVue-menetelmän käytöstä hitaasti pyörivien koneiden kunnonvalvonnassa: rasvavoidellun vierintälaakerin PeakVue-spektri ennen (alh.) ja jälkeen jälkivoitelun [4]. Spektrissä näkyvät huiput eivät lähteen [4] mukaan osu laakerin vikataajuuksille. Joissakin tapauksissa heikentynyt voitelu on teollisuuskohteiden kunnonvalvontamittauksissa havaittu verhokäyräspektrin tason kohoamisena ilman laakerivialle tyypillisten vikataajuuspiikkien ilmenemistä. Korkeataajuisessa värähtelyssä havaittavia muutoksia voidaan korostaa myös kiihtyvyyssignaalin derivoinnilla. 3.3 Akustinen emissio Akustisen emission (AE) käytöstä voitelutilanteen arvioinnissa on mainintoja lukuisissa lähteissä, kuten [5-6]. Erilaisista AE-menetelmistä voidaan mainita tietyn tason ylittävien pulssien lukumäärän (Pulse Count) mittaus, Holroyd Instrumentsin käyttämä tunnuslukuseuranta (Distress ja db-level), SKF AB:n markkinoima verhokäyrämenetelmää käyttävä tekniikka SEE ja jatkuva AE:n tason seuranta esimerkiksi tunnuslukujen (rms, peak, kurtosis tms.) avulla. Viimeksi mainittua seurantaa on käytetty mm. VTT:llä suoritetuissa vierintälaakeritesteissä [7] voitelukalvon paksuuden ja käyntivälyksen seurantaan (kuva 6).

10 (15) Kuva 6. Esimerkki laakerikokeesta, jossa sisärenkaan lämpötilaa kasvattamalla haettiin kriittistä käyntivälystä. Akustinen emissio (kuvassa kurtosisarvo) reagoi voimakkaasti laskennallisen välyksen kiinnimenoon [7]. AE:n avulla voidaan havaita myös voitelurasvassa olevia kiinteitä epäpuhtauksia ja erilaisia voiteluparametreissa tapahtuvia muutoksia. Kuvassa 7 on esitetty Miettisen [8] esittämä tulos voitelurasvaan lisättyjen 1-60 µm metallihiukkasten vaikutuksesta akustisen emission pulssien määrään. Kuva 7. Voitelurasvaan lisättyjen 1-60 µm metallihiukkasten vaikutus akustisen emission pulssien määrään [8]. 3.4 Voiteluaineanalyysit Värähtelypohjaisten mittausmenetelmien lisäksi voiteluaineanalyyseillä voidaan saada tietoa sekä voiteluaineen että voideltavan kohteen tilasta. Käytettävät voiteluaineanalyysit valitaan tarpeen mukaisesti esimerkiksi metallipitoisuuden, vesipitoisuuden, hapettumisen, alkuainepitoisuuksien tai muiden rasvassa tapahtuvien muutosten seuraamiseksi. Eri analyyseistä on esitetty selvityksiä mm. lähteissä [9-10]. Rasvavoitelun valvonnan puutteena

11 (15) on, että käynninaikaista valvontaa voitelurasvoille ei nykytekniikalla juuri voida tehdä. Kohteen lähellä tehtävät pikamääritykset voivat olla voitelurasvojen kunnonvalvonnan seuraava edistysaskel. 4 Tarpeet mallien ja mittauspohjaisten menetelmien kehittämiselle Rasvavoiteluun liittyvien ongelmien kartoituksessa tuli esille lukuisia teollisuuden rasvavoideltujen vierintälaakerien ongelmia, kuten: puutteellinen voitelu tai voiteluaineen puute veden ja muiden epäpuhtauksien pääsy laakereihin huonosti järjestetty rasvan poisto ylivoitelu rasvan koostumuksen muuttuminen. Puutteellisen voitelun tapauksessa ongelmakartoituksen yhteydessä mainittiin annostelijan rikkoutumisesta tai toimimattomuudesta, jälkivoitelun unohtumisesta, liian vähäisestä voiteluainemäärästä tai liian pitkästä voiteluvälistä johtuneet laakerivauriot. Kaikissa näissä tilanteissa voideltava kontakti ajan myötä köyhtyy voiteluaineesta, mikä johtaa laakerin vaurioitumiseen tai suunniteltua lyhyempään käyttöikään. Toisaalta ongelmaksi nähtiin myös ylivoitelu, joka voi olla yhteydessä huonosti järjestettyyn rasvan poistoon. Virheellisen voitelutilanteen havainnoimiseksi ja toimivimpien menetelmien löytämiseksi olisi eduksi testata useita menetelmiä laboratoriossa ja myöhemmin kenttäolosuhteissa. Pyrittäessä ennakoimaan tai ehkäisemään tulevat vauriot, tulisi esimerkiksi värähtelypohjaisilla menetelmillä pystyä tunnistamaan kriittiset käyttötilanteet. Voiteluaineanalyyseillä tulisi pystyä havaitsemaan rasvan voitelukykyä heikentävät muutokset. Voiteluaineanalyysien avulla voidaan pyrkiä lisäksi havaitsemaan heikentynyt voitelutilanne tai rasvan kontaminoituminen joko kiinteiden tai nestemäisten epäpuhtauksien vaikutuksesta. Lukuisien voiteluaineanalyysien käyttöä rasvojen kunnonvalvonnassa rajoittavat mm. analyysien hinta ja toimenpiteen hitaus, sillä kattava analyysipaketti käsittää useita laboratoriossa suoritettavia analyysejä. Kohteen lähellä suoritettavien rasvaanalyysimenetelmien tarjonta tulisi selvittää. VTT on kehittänyt rasvan metallipitoisuusanalysaattorin [11], joka nykymuodossaan soveltuu lähinnä melko suurten rautapitoisuuksien havaitsemiseen. Nykyisin markkinoilla olevat rasvojen pika-analysaattorit tai kenttätestausvälineet ja niistä saadut käyttökokemukset tulisi kartoittaa ja arvioida sen pohjalta niiden käyttökelpoisuutta ja kehitysmahdollisuuksia. Esimerkiksi rasvan koostumuksen muuttuminen, mikä yleensä tarkoittaa perusöljyn erottumista, ja rasvan vesipitoisuus ovat kartoituksen mukaan merkittäviä voitelurasvan toimintaan vaikuttavia tekijöitä. Huonosti järjestetty rasvan poisto poikkeaa muista esille tulleista ongelmista, sillä sen vaikutus vaikuttaa ensisijaisesti siisteyteen ja jossain määrin myös turvallisuuteen. Kuitenkin sillä on yhteys myös ylivoiteluun. Monissa laakeroinneissa rasva poistuu tiivisteiden kautta, mikä on mahdollista vasta kun laakeripesä on pumpattu täyteen rasvaa. Myöskään rasvanpoistumisventtiilien tai -reikien toiminta ei aina ole luotettavaa. Myös rasvan poistumista helpottavia menetelmiä voidaan testata laboratorio-olosuhteissa.

12 (15) 4.1 Testausmahdollisuudet Laboratoriotestausjärjestelynä voidaan käyttää esimerkiksi kuvassa 9 esitettyä VTT:n vierintälaakerikoelaitetta. Koelaitetta käytetään yleensä öljyllä kiertovoidellun kuulalaakerin rasituskokeissa. Rasvavoitelukokeita varten koelaitteeseen voidaan valmistaa vaihdettava voitelurasvan syötöllä varustettava laakeripesä, joka voidaan anturoida värähtely-, AE-, äänija lämpötila-antureilla. Laakerista voidaan ottaa myös rasvanäytteitä. Vierintälaakerikoelaitteita on myös Tampereen teknillisen yliopiston laboratorioissa. Kuvassa 10 esitetyn TTY:n Konedynamiikan laboratorion laakerikoelaitteen etuna on laajempi kuormitus- ja ajonopeusalue. Vierintälaakerikoelaite tullaan varustamaan automaattivoitelulaitteella, jolla rasvan annostelu voidaan suorittaa haluttuna aikana riittävän tarkasti. SKF:n monipistevoitelulaite LAGD 400 (kuva 8) on kahdeksan pisteen voitelujärjestelmä, joka täyttää asetetut vaatimukset. Voitelulaitteen toimintaperiaatteena on, että sähkömoottori esilataa sylinteriin rasvaa imevän männän kunkin toimintavaiheen yhteydessä. Mäntä vapautetaan kunkin toimintavaiheen lopussa, jolloin mäntä työntää rasvaa sylinteristä lähtölohkon kahdeksaan kanavaan. Mäntä annostelee saman määrän rasvaa kunkin kanavan kautta. Kanavia voi olla käytössä haluttu määrä. Sähkömoottoria ohjataan mikroprosessorilla, joka ohjaa syöttötiloja ja tunnistaa tukkeutuneet voiteluletkut ja tyhjän rasvapatruunan [12]. Kuva 8. SKF:n monipistevoitelulaite LAGD 400 [13]. Vierintälaakerikokeiden yhtenä tarkoituksena voisi olla Haystack-efektin esille saaminen ja siihen vaikuttavien tekijöiden määrittäminen. Analyysin etuna on, että se vaatii vain tavanomaisen värähtelymittauslaitteiston, jolla mitataan riittävällä resoluutiolla vähintään 10 khz taajuuteen saakka. Värähtelyä voidaan mitata eri pisteistä ja signaalia voidaan lisäksi analysoida useammalla eri tavalla, esimerkkeinä verhokäyräanalyysi ja korkeammat derivaatat. Laitteisto tulee samalla anturoida mahdollisuuksien mukaan käytettävissä olevilla mittauslaitteilla. Akustisen emission mittausta varten käytettävissä ovat Holroyd Instrumentsin ja PAC:n ja Kistlerin mittauslaitteet. Lämpötilaa kannattaa mitata useista pisteistä, mikä voidaan toteuttaa esimerkiksi termoparianturien ja PICO:n mittausjärjestelmän avulla. SPM- SEE- ja PeakVue -mittauksien käyttömahdollisuudet tulee selvittää. Voitelurasva-analyysejä tehdään tarpeen mukaan. Laakerikoelaitteessa voidaan testata myös ylivoitelun vaikutusta, erilaisten rasvansyöttö- tai rasvanpoistotapojen vaikutusta tai rasvassa olevien epäpuhtauksien vaikutusta.

13 (15) Kuva 9. VTT Tuotteet ja tuotannon laakeripenkki. Kuva 10. TTY:n Konedynamiikan laboratorion vierintälaakerikoelaite. Värähtelypohjaisten menetelmien ongelmana on, että havaittujen poikkeavien värähtelykomponenttien lähteitä voi varsinkin teollisuuden järjestelmissä olla runsaasti, ja puutteellisen voitelun aiheuttamaa herätettä voi olla vaikeaa erottaa kohinasta. Jotta mittauksilla havaittujen värähtelyilmiöiden lähde voidaan varmistaa, verifiointiin voidaan käyttää sähkönjohtavuuden mittausta. Mittaus perustuu voiteluaineen ja teräksen erilaiseen sähkönjohtavuuteen. Kun laakerin läpi johdetaan sähkövirta, voidaan yksinkertaisella mittauksella havaita laakerin sisäisen sähkövastuksen muutos metallipintojen, tässä tapauksessa rullien ja laakerin renkaiden, koskettaessa toisiaan silloin, kun voitelukalvo on puutteellinen. Sähkövirta voidaan johtaa pyörivään akseliin hiiliharjan avulla. Laakeripesä voidaan lisäksi helposti eristää laakeripenkistä. Mittauksen ongelmana saattaa olla mitattavien kosketusten nopeus. Toimiviksi havaitut menetelmät tulee testata kenttäkokeissa, jolloin voidaan arvioida myös erilaisten häiriötekijöiden vaikutusta. Teollisuuskohteiden valinnassa otetaan huomioon aiempi käyttökokemus, eli pyritään valitsemaan mittauskohteiksi laakerointeja, joissa on tehty aiemmin havaintoja heikosta voitelutilanteesta.

14 (15) 5 Yhteenveto Tärkeimpien kehityskohteiden esille saamiseksi Prognos-hankkeeseen osallistuneissa yrityksissä suoritettiin vierintälaakerien rasvavoiteluun liittyvien ongelmien kartoitus osana hankkeen ohessa tehtävää diplomityötä. Tähän työraporttiin on kartoituksesta poimittu tärkeimpiä esille tulleita tarpeita ja ongelmakohtia hankkeen myöhemmässä vaiheessa tehtävän kehitystyön pohjaksi. Kartoituksen perusteella voidaan arvioida rasvavoideltujen laakereiden kokonaismerkitystä. Esimerkiksi paperi- tai terästehtaassa voitelupisteitä voi olla kymmeniä tuhansia, ja voiteluun käytettävä vuosittainen työaika on miestyövuosien luokkaa. Rasvavoideltujen vierintälaakereiden vaurioitumisen syistä merkittävin oli kyselyn mukaan puutteellinen voitelu tai voiteluaineen puute. Muita merkittäviä ongelmia olivat mm. veden ja muiden epäpuhtauksien pääsy laakereihin, huonosti järjestetty rasvan poisto, ylivoitelu ja rasvan koostumuksen muuttuminen. Virheellisten voitelutilanteiden havainnoimiseksi ja toimivimpien menetelmien löytämiseksi olisi eduksi testata useita menetelmiä laboratoriossa. Laboratoriotestausjärjestelynä voidaan käyttää esimerkiksi VTT:n vierintälaakerikoelaitetta, joka varustetaan automaattivoitelulaitteella ja instrumentoidaan mahdollisuuksien mukaan käytettävissä olevilla mittauslaitteilla. Voitelurasva-analyysejä tehdään myös tarpeen mukaan. Toimiviksi havaitut menetelmät tulee testata kenttäkokeissa, jolloin voidaan arvioida myös erilaisten häiriötekijöiden vaikutusta. Lähdeluettelo 1 Stevens, D. Vibration Analysis Pinpoints Inadequate Motor Bearing Lubrication. Internet-osoite: http://www.noria.com/learning_center/category_article.asp?articleid=603&relatedboo kgroup=oilanalysis. Haettu: 18.3.2005. 2 Jones, R.M., 1994. A guide to the interpretation of machinery vibration measurements - Part 2. Sound and Vibration, No: 9. ss. 12-20. 3 Sundberg, A, 1997. Schock pulse method for condition monitoring of bearings. Teoksessa: Jantunen, E., Holmberg K., Rao, R.B.K.N. (toim.). COMADEM 97. 10th international congress and exhibition on condition monitoring and diagnostic engineering management, Vol. 2. Espoo: Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus. s 554-563. (VTT Symposium 172). 4 Kunnox 2004. Esimerkki: PeakVue-mittauksen käyttö hitaasti pyörivien laitteiden kunnonvalvonnassa. Verkkosivu www.kunnox.fi. Haettu: 18.10.2004. 5 Li, Y., Billington, S., Zhang, C., Kurfess, T., Danyluk, S., Liang, S., 1997. Dynamic prognostic prediction of defect propagation on rolling element bearings. Tribology Transactions, Vol 42, No. 2. ss. 385-392.

15 (15) 6 Shiroishi, J., Li, Y., Liang, S. Kurfess, T., Danyluk, S., 1997. Bearing condition monitoring diagnostics via vibration and acoustic emission measurements. Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 11. No. 5. ss. 693-705. 7 Parikka, Risto; Vaajoensuu, Eero; Vidqvist, Ville; Tervo, Jyrki. 2002. Test equipment and diagnostic system for determining the lubrication condition and running clearance of the rolling bearing. Comadem 2002. Birmingham 2-4 Sept. 2002. Comadem International, ss. 153-162 8 Miettinen, J., 2000. Condition monitoring of grease lubricated rolling bearings by acoustic emission measurements. Tampere University of Technology, Publications 307. Doctoral Thesis, Tampere. ISBN 952-15-0477-3. 9 Parikka, Risto. 2004. Öljyn kunnonvalvonnan perusmittaukset. Kunnossapito, vol. 18, 5, ss. 24-26. 10 Parikka, R. & Sainio, H. 2004. Vierintälaakerien rasvavoitelun perusteet. VTT Tuotteet ja tuotanto. 31 s. + liitt. 4 s. Tutkimusraportti BTUO43-041258. 11 Andersson, P. 2002. Uusi menetelmä voitelurasvan metallisten epäpuhtaushiukkastenmäärittämiseen. Tribologia - Finnish Journal of Tribology, 21(2002)1, ss. 28-34. ISSN 0780-2285. 12 SKF LAGD 400. Käyttöohje. SKF luettelo MP581, 2002. 184 s. 13 SKF Kunnossapitotuotteet ja voiteluaineet. SKF luettelo MP3000FI, 2001. 124 s.