Voitelulaitteet ja -järjestelmät

Teknillinen korkeakoulu Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta Konetekniikan tutkinto-ohjelma Voitelulaitteet ja -järjestelmät Kandidaatintyö 25.04.2008 Kaur Jaakma

2 Tekijä: Kaur Jaakma Työn nimi: Voitelulaitteet ja -järjestelmät Päivämäärä: 25.04.2008 Kieli: Suomi Sivumäärä: 28 Tutkinto-ohjelma: Konetekniikan tutkinto-ohjelma Vastuuopettaja: Prof. Matti Pietola Ohjaaja: Lehtori Seppo Kivioja Voitelulaitteiden ja -järjestelmien päätehtävänä on syöttää voiteluainetta kahden toisiensa suhteen liikkuvien pintojen väliin, jotta kitka ja kuluminen pienentyisivät, jolloin laitteistojen kestoiät pitenevät, luotettavuus paranee ja tehontarpeet pienenevät. Tässä työssä selvitetään aikaisempien julkaisujen ja tutkimusten avulla eri voitelulaitteiden ja -järjestelmien toimintaa sekä käyttöä. Työssä luodaan myös katsaus voitelun perusteisiin ja voiteluaineisiin. Voitelulaitteet on luotu parantamaan perinteistä käsivoitelua, jossa työntekijä voitelee kohdetta kannun tai siveltimen kanssa. Käyttämällä oikeanlaisia voitelulaitteita voidaan parantaa voitelutilannetta ja tehdä voitelusta varmempaa ja pitempikestoista. Jos halutaan lisätä luotettavuutta, pienentää voiteluainetarvetta, vähentää seisokkeja ja tehdä voitelusta paremmin hallittua, käytetään voitelujärjestelmiä. Ne voidaan jakaa kahteen osaan voiteluaineen uudelleenkäytön perusteella: keskusvoiteluun, jossa voiteluaine, rasva tai öljy, oltuaan voitelukohteessa poistuu järjestelmästä, ja kiertovoiteluun, jossa sananmukaisesti voiteluaine, öljy, kiertää järjestelmässä. Voitelujärjestelmän valinta suoritetaan vallitsevien olosuhteiden perusteella, mutta jos tarvitaan voitelun lisäksi voitelukohteiden jatkuvaa viilentämistä, ainut vaihtoehto on kiertovoitelu. Suosituimpia voitelujärjestelmien soveltuvuuskohteita ovat prosessiteollisuuden laakerit ja kuljettimet, sillä siellä prosessin jatkuva toiminta on tärkeää, ja voitelujärjestelmän käyttö on ainoa kunnollinen ja yksinkertainen ratkaisu, vaikka sen suunnittelu on haasteellista. Avainsanat: voitelu, voitelulaitteet, voitelumenetelmät, voitelujärjestelmät, keskusvoitelu, kiertovoitelu

3 Sisällysluettelo 1 Johdanto... 4 2 Voitelun perusteet... 5 2.1 Voitelun tehtävät... 5 2.2 Kulumismekanismit...5 2.3 Kitkamekanismit... 5 2.4 Voitelumekanismit... 6 3 Voiteluaineet... 7 3.1 Öljyt... 7 3.1.1 Mineraaliöljyt... 7 3.1.2 Kasviöljyt... 7 3.1.3 Synteettiset nesteet...7 3.2 Rasvat... 8 4 Laitteet... 9 4.1 Käsivoitelulaitteet... 9 4.2 Säiliöt... 9 4.3 Pumput... 10 4.4 Putket... 10 4.5 Venttiilit... 11 4.6 Mittalaitteet ja rajoittimet...12 5 Menetelmät... 13 5.1 Yleistä... 13 5.2 Käsivoitelu... 13 5.2.1 Välitön... 13 5.2.2 Välillinen... 13 5.3 Kylpy- ja roiskevoitelu... 14 5.4 Rengasvoitelu... 14 5.5 Lubrikaattorivoitelu... 15 5.6 Usvavoitelu... 16 5.7 Ilmavoitelu... 16 5.8 Rasvatäyttö... 17 5.9 Itsevoitelevat koneenosat... 17 6 Voitelujärjestelmät... 18 6.1 Yleistä... 18 6.2 Keskusvoitelujärjestelmä... 18 6.2.1 Yleistä... 18 6.2.2 Rakenne... 19 6.2.3 Toimintaperiaate... 19 6.2.4 Annostinryhmä... 20 6.2.5 Progressiivinen jakaja... 20 6.2.6 Yksilinjainen...21 6.2.7 Kaksilinjainen...22 6.2.8 Tarkkuusvoitelu... 22 6.3 Kiertovoitelujärjestelmä... 23 6.3.1 Yleistä... 23 6.3.2 Rakenne... 23 6.3.3 Toimintaperiaate... 25 6.3.4 Hydrostaattinen laakerointi... 25 7 Yhteenveto... 26 8 Lähteet... 27

4 1 Johdanto Kun kaksi toistensa suhteen liikkuvaa pintaa koskettaa toisiaan, tapahtuu kulumista. Kulumista voidaan pienentää rakennemuutoksilla, materiaalin paremmalla valinnalla tai voitelemalla. Jos rakennetta ei pystytä muuttamaan, eikä materiaalivaihtoehtoja ole kovin paljon ja jos halutaan luotettavuutta, voitelua tehostamalla saavutetaan parhaiten hyviä tuloksia. Voitelulla pyritään pienentämään kahden kappaleen välistä kitkaa ja sitä myötä niiden käyttämiseen tarvittavaa tehontarvetta. Tästä syystä voitelua on käytetty erilaissa muodoissa jo tuhansia vuosia. Voitelutapahtumassa kahden kosketuspinnan väliin muodostuu voiteluainekalvo, jonka tehtävänä on pienentää kappaleiden välistä suoraa kosketusta, jolloin kuluminen pienenee ja koneenosien kestoiät paranevat. Voitelua ei voida suorittaa ilman voiteluainetta. Ne voidaan jakaa kolmeen ryhmään: öljyihin, rasvoihin ja kiinteisiin. Näistä kahta ensin mainittua voidaan käyttää teollisuuden laitteistojen voiteluun, ja erityisesti niiden soveltuvuus voitelujärjestelmiin on tehnyt niistä osan teollisuuden arkea. Kun puhutaan voitelusta, ensimmäiseksi tulee mieleen työntekijä öljykannun kanssa. Kyllähän tämä menetelmä nykyään toimii, joskin sen tarkkuus ja luotettavuus eivät ole aivan kärkipäässä. Siitä syystä on kehitetty muita voitelumenetelmiä, kuten kylpy- ja roiskevoitelu, rengasvoitelu, lubrikaattoreita ja itsevoitelevia koneenosia. Näiden menetelmien tarkoitus ei ole korvata työntekijää, vaan parantaa voitelua ja sitä myötä prosessin toimivuutta, sillä näiden menetelmien ylläpito kuuluu sille öljykannun kanssa voitelevalle työntekijälle. Kun voiteluvaatimukset nousevat, voitelukohteiden sijainti on hankala ja laitteet ovat toiminnassa ympärivuorokauden, tarvitaan voitelujärjestelmiä. Voitelujärjestelmät tarjoavat ominaisuuksia, joita muilla menetelmillä on lähes mahdoton saavuttaa, kuten esim. kiertovoitelun viilentävä ja puhdistava vaikutus. Voitelujärjestelmille on ominaista erillinen ohjauskeskus, jonka avulla voidaan annostella tarvittava määrä voiteluainetta oikeaan aikaan, mikä parantaa koneiden käyttöastetta ja pienentää seisokkien määrää. Tämä on huomattava etu verrattuna vaikkapa roiskevoiteluun, jossa voitelu on riippuvainen voideltavan kohteen geometriasta ja nopeudesta. Tämän lisäksi oikeanlaisella voitelujärjestelmällä voidaan saavuttaa huomattavia säästöjä voiteluaineen määrissä, mikä vaikuttaa myös työpaikkaviihtyvyyteen, kun enää ei ole isoja öljylammikoita siellä täällä. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on tehdä selvitys voitelulaitteista, -menetelmistä ja -järjestelmistä, sillä hyvällä voitelulla voidaan parantaa prosessien ja laitteistojen luotettavuutta ja kestoikää sekä vähentää voiteluaineiden käyttöä, jotka yleisesti ovat vaaraksi ympäristölle. Oikeanlaisella voitelulla voidaan myös parantaa laitteistojen hyötysuhdetta ja sitä myötä pienentää tehon-tarvetta.

5 2 Voitelun perusteet 2.1 Voitelun tehtävät Voitelulla erotetaan kaksi toistensa suhteen liikkuvaa pintaa, mikä pienentää kitkakerrointa ja kulumista. Voiteluaineena voidaan käyttää mitä tahansa helposti leikkautuvaa materiaalia kiinteässä, kaasumaisessa tai nestemäisessä muodossa. (Torvinen 2003, s. 12) Teollisuuden sovelluksissa käytetään ylivoimaisesti eniten nestemäisiä voiteluaineita, kuten öljyjä ja rasvoja. Voiteluaineen tehtäviä ovat (Torvinen 2003, s. 12): pintojen erottaminen toisistaan kitkan pienentäminen kulumisen vähentäminen jäähdyttää kosketuskohtaa estää epäpuhtauksien pääsyn voitelukohteeseen kuljettaa kulumispartikkelit pois voitelukohteesta värähtelyn vaimennus suojata kosketuskohtia korroosiolta Oikeanlaisen voitelun avulla pystytään pienentämään laitteistojen tehontarvetta, lisätään konejärjestelmien käyttövarmuutta ja parannetaan koneenosien kulumisenkestävyyttä ja elinikää. 2.2 Kulumismekanismit Kulumismekanismit jaotellaan yleisesti abrasiiviseen, adhesiiviseen, tribokemialliseen kulumiseen ja väsymiskulumiseen. Abrasiivisessa kulumisessa kovemman kosketuspinnan pinnankarheushuiput normaalivoiman vaikutuksesta kyntävät pehmeämpää pintaa joko suoraan tai kolmansien partikkelien eli epäpuhtaus- tai kulumishiukkasten avustuksella. Adhesiivisessa kulumisessa kosketuspintojen pinnankarheushuiput hitsaantuvat toisiinsa kiinni kitkavoimien avustuksella ja irtoavat. Tribokemiallinen kuluminen tapahtuu kosketuspintojen pintakalvoissa, joissa metallipinta muodostaa oksidikerroksia ja kemiallisia seoksia. Väsymiskuluminen aiheutuu kosketuspintojen väsymisrasituksesta, joka vaatii pitkäaikaista kuormitusta ja alkusärön. (Torvinen 2003, s. 17) 2.3 Kitkamekanismit Kitkaa syntyy kun kaksi pintaa liikkuu toisiinsa nähden. Pintojen välinen kosketus tapahtuu pinnankarheushuippujen kohdalla, joten todellinen kosketuspinta-ala on pienempi kuin näennäinen pinta-ala. Todellinen kosketuspinta-ala riippuu pinnankarheuden Ra-arvon lisäksi pinnankarheuden muodosta, pintaan vaikuttavasta normaalivoimasta ja materiaalin myötölujuudesta. Kuivakitka ja kuluminen tapahtuvat täten pinnankarheuksien huippujen kohdalla eli todellisissa pintojen kosketuskohdissa. (Torvinen 2003, s. 16)

6 2.4 Voitelumekanismit Voitelumekanismit voidaan jakaa kolmeen osaan: raja-, seka- ja nestevoiteluun. Rajavoitelussa pinnankarheushuiput koskettavat toisiaan ja varsinaista voitelua ei vielä tapahdu. Kuitenkin voiteluaineen lisäaineiden ansiosta muodostuu pintoja suojaava ja liukastava kalvo. Hallitussa rajavoitelussa kitkakerroin pysyy pienenä, mutta pintakalvojen pettäminen aiheuttaa kitkakertoimen nousun materiaalien kuivakitkakerrointa vastaavaksi. (Torvinen 2003, s. 20) Sekavoitelu on nimensä mukaisesti raja- ja nestevoitelun yhdistelmä. Siinä osan kuormituksesta kantaa pienikitkainen voiteluainekalvo, ja loput kuormituksesta välittyy pinnankarheushuippujen kautta. Voitelukalvon paksuuden kasvaessa pinnankarheushuippujen kantama kuorma pienenee ja kitkakerroin laskee. Tällä alueella kitkakerroin voi vaihdella huomattavasti olosuhteiden muuttuessa, jolloin lämpötilavaihtelut voivat nousta suuriksi. Liiallisen lämmönkehityksen myötä sekavoitelu voi vaihtua rajavoiteluun. (Torvinen 2003, s. 20) Raja- ja sekavoitelua tapahtuu pienillä nopeuksilla pyörivissä liuku- ja vierintälaakereissa, hammaspyörissä ja -kytkimissä sekä nivelissä. Johtuen pinnankarheushuippujen kosketuksista voiteluaineet ovat useimmiten lisäaineistettuja. (Kunnossapitoyhdistys 2005) Nestevoitelussa voiteluainekalvo erottaa pinnat toisistaan, jolloin kitka on alhainen ja materiaalin kulumista tai ennenaikaista väsymistä ei juuri esiinny. Nestevoitelu voi olla hydrodynaamista, elastohydrodynaamista tai hydrostaattista. (Torvinen 2003, s. 20-21) Kitkakertoimen μ ja voitelukalvon suhteellisen paksuuden λ riippuvuudelle voidaan piirtää Stribeckin käyrä (Kuva 1), jossa a on rajavoitelua, b sekavoitelua ja c nestevoitelua. Tämä käyrä on suuntaa antava, ja voiteluaineen ominaisuudet, kuten viskositeetti, lämpötilariippuvuus ja lisäaineistus, vaikuttavat käyrän muotoon. Kuva 1: Suhteellisen kalvonpaksuuden ja kitkakertoimen riippuvuus (Kunnossapitoyhdistys 2005)

7 3 Voiteluaineet 3.1 Öljyt Voiteluaineista valtaosa on nestemäisessä olomuodossa (Torvinen 2003, s. 47). Voiteluöljyt voidaan jakaa kolmeen pääluokkaan: mineraaliöljyihin, kasviöljyihin ja synteettisiin nesteisiin. Jokaisella raaka-aineilla on omat etunsa ja haittansa valmistusmenetelmistä ja käyttöolosuhteista riippuen. Yleisin käytetty teollisuusöljyjen luokitusjärjestelmä on ISO 3448, jossa voiteluöljyt on luokiteltu viskositeetin perusteella. Lisäksi moottoriöljyille on omat standardinsa, joista käytetyimmät API, joka perustuu suorituskykyyn, ja SAE, joka perustuu viskositeettiluokitukseen. 3.1.1 Mineraaliöljyt Mineraaliöljyt koostuvat kahdesta osasta: perusöljystä ja lisäaineista (Horttanainen et al. 1990, osa II s. 16). Mineraaliöljyt valmistetaan raakaöljyistä tyhjötislaamalla ja puhdistamalla. Voiteluun sopivien öljyjen kemiallisia ominaisuuksia ovat: pieni aromaattipitoisuus pieni rikkipitoisuus stabiilisuus Voiteluöljyjen hiilivetykoostumus vaikuttaa öljyn ominaisuuksiin, ja koska erilaisilla hiilivedyillä saavutetaan erilaisia fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, näiden sekoituksilla pyritään saamaan aikaiseksi mahdollisimman hyvät voiteluominaisuudet, joihin kuuluvat viskositeetin lämpötilariippuvuus, tiheys, leimahduspiste jne. (Torvinen 2003, s. 47). Mineraaliöljyt ovat useimmiten lisäaineistettuja, mikä parantaa näiden ominaisuuksia. Tavallisimmin lisäaineilla pyritään vaikuttamaan kulumiskestävyyteen, paineensietoon, viskositeettiin, liansietoon, hapettumiskestävyyteen, korroosiosuojaan, kitkaominaisuuksiin ja vaahtoamiseen. 3.1.2 Kasviöljyt Kasviöljyjen ominaisuuksia ovat pienet kitkakertoimet, korkeat leimahduspisteet ja biohajoavaisuus (Torvinen 2003, s. 53). Näiden ansiosta kasviöljyjä käytetään kohteissa, joissa vaaditaan myrkyttömyyttä, esim. elintarviketeollisuudessa ja maatalouskoneissa. Kasviöljyjen käyttöä kuitenkin rajoittaa niiden huono kylmänsieto ja hapettuminen. Näitä ominaisuuksia voidaan parantaa lisäaineistuksella, mutta silloin niiden soveltuvuus elintarviketeollisuudelle kärsii, sillä lisäaineet kasviöljyissä ovat useimmiten myrkyllisiä. 3.1.3 Synteettiset nesteet Synteettiset nesteet voidaan määritellä siten, että ne perustuvat synteettisiin raaka-aineisiin, jotka on valmistettu kemiallisella reaktiolla aineista, jotka itse eivät sovellu voiteluaineiksi. Valmistusmenetelmistä johtuen synteettisten nesteiden kemiallisia ominaisuuksia voidaan parantaa ilman haitallisia epäpuhtauksia, jotka ovat tyypillisiä mineraaliöljyille. Huonoina

8 puolina synteettisille nesteille ovat tarkan molekyylirakenteen puuttuminen ja valmistuksen haasteellisuus. (Horttanainen 1990, osa II s. 17) Synteettisten ja semisynteettisten voitelunesteiden käyttö on nykyään nousussa, erityisesti kompressorien ja vaihdelaatikoiden voitelussa. Näiden nesteiden etuina verrattuna mineraaliöljyihin on pitempi käyttöaika ja parempi toimivuus korkeissa lämpötiloissa. Synteettisillä nesteillä on samanlaiset fysikaaliset käyttäytymistavat kuin mineraaliöljyillä, jolloin voidaan käyttää öljyille johdettuja laskentakaavoja. (Tipping 2005) Synteettisten nesteiden käyttöä rajoittaa eniten mineraaliöljyjä kalliimpi hinta (Mang & Dresel 2001, s. 62). 3.2 Rasvat Voitelurasva koostuu perusöljystä ja siihen huonosti liukenevasta saentimesta, jonka tehtävänä on sitoa öljyä. Rasvoihin lisätään myös lisäaineita, jotka parantavat niiden ominaisuuksia. Täten voitelurasvat koostuvat kolmesta erillisestä osasta. (Torvinen 2003, s. 60) Rasvavoitelu ei tarjoa kovinkaan paljon enemmän ominaisuuksia verrattuna öljyvoiteluun, eikä niiden tribologisia ominaisuuksia ole tutkittu yhtä paljon kuin öljyjen. Etuina öljyihin voidaan pitää parempaa pysyvyyttä voitelukohteessa, paineenalaisena tiivistävää vaikutusta ja ohuemman voitelukalvon tarvetta (Torvinen 2003, s. 60-61). Etuina ovat myös parempi vedensieto, pienempi lämpötilariippuvuus ja parempi tartuntakyky pintoihin. Huonoina puolina verrattuna öljyvoiteluun ovat pienempi lämmönjohtokyky, jolloin rasvoja ei voi käyttää viilentämään voitelukohteita, pienempi virtaamisnopeus ja rasvan saennin voidaan rinnastaa epäpuhtauskomponentiksi, vaikka sen toiminta on voiteluprosessissa huomattava. (Mang & Dresel 2001, s. 604) Rasvavoitelua sovelletaan erityisesti laakereissa, ja suurin osa toiminnassa olevista vierintälaakereista on rasvavoideltuja (Parikka et al. 2006). Useimmiten tällaiset kohteet ovat kestovoideltuja tai uusintavoideltuja, mutta vaativimmissa kohteissa rasvakeskusvoitelu on suosittu menetelmä (Torvinen 2003, s 60-61). Rasvojen osuus voiteluainemarkkinoilla on enää alle 3 %. Tähän on vaikuttanut mm. rasvojen laadun paraneminen, sillä parempilaatuinen rasva pysyy kauemmin voitelukohteessa, ja rasvavoitelun korvaaminen öljysumuvoitelulla. Myös laakerimateriaalien kehitys ja itsevoitelevat laakerit vähentävät rasvavoitelun tarvetta. (Hynönen 2006)

9 4 Laitteet 4.1 Käsivoitelulaitteet Käsivoitelulaitteita voidaan käyttää sekä välittömässä että välillisessä voitelussa. Vipuvarsipuristin (Kuva 2) on yleisin käsivoitelulaite jokapäiväisessä voiteluhuollossa. Puristimia löytyy sekä rasvavoiteluun että öljyvoiteluun, ja niitä käytetään keskimääräisiin voiteluainemääriin. Ne ovat käsitoimisia, paineilmatoimisia tai akkukäyttöisiä. (Torvinen 2003, s. 217-218) Kuva 2: Vipuvarsipuristin (Torvinen 2003) Voiteluainemäärien kasvaessa tarvitaan voitelulaitteita, joissa on pumppu ja säiliö. Tällöin pumppu, joka on useimmiten sähkö- tai paineilmakäyttöinen, kiinnitetään suoraan säiliöön, jotta voiteluaineen likaantuminen siirrettäessä astiasta toiseen vältettäisiin. Jos voitelukohteen läheisyydessä ei ole tarvittavia sähkö- tai paineilmakytkentöjä, voidaan käyttää myös siirrettävää paineistettua öljysäiliötä, jolloin erillistä pumppua ei tarvita. (Torvinen 2003, s. 218-219) 4.2 Säiliöt Säiliöitä käytetään varastoimaan voiteluainetta. Säiliöitä on kahdenlaisia: liikutettavia ja kiinteitä. Liikutettavia (Kuva 3) käytetään käsivoitelussa, jolloin sieltä otetaan suoraan voiteluainetta voitelukohteeseen, tai sitä käytetään voiteluaineen vaihtamiseen. Liikutettavan säiliön pumppu on yleensä joko manuaalinen, sähkökäyttöinen tai esipaineistettu. Kiinteää säiliötä käytetään voitelulaitteen voiteluainelähteenä, keskusvoitelussa ja kiertovoitelussa.

10 Kuva 3: Siirrettävä ylipaineella toimiva öljysäiliö (Torvinen 2003) Kiertovoitelujärjestelmässä säiliö toimii samalla tavalla kuin hydraulijärjestelmissä, eli se on voiteluainelähteen lisäksi puhdistus- ja jäähdytysyksikkö. Tällöin sen suunnittelussa pätevät samat säännöt kuin hydraulijärjestelmien suunnittelussa. Useimmiten säiliö, pumppu ja sähkömoottori myydään yhtenä pumppausyksikkönä, joka helpottaa laitteiston käyttöä käsivoitelussa ja asentamista voitelujärjestelmiin. 4.3 Pumput Voitelulaitteiden yhteydessä käytetään sähkö- tai paineilmatoimisia pumppausyksiköitä, jotka koostuvat kahdesta osasta: moottorista ja pumpusta. Koska useimmiten teollisuuslaitoksissa on paineilmaverkot, suositaan pneumaattisia pumppausyksiköitä. Pumppausyksikön moottori voi olla joko kestovoideltu tai voitelua tarvitseva. Useimmiten suositaan jälkimmäistä vaihtoehtoa. (Torvinen 2003, s 219) Öljyn ja rasvan erilaisten ominaisuuksien takia pumppujen painesuhteet eroavat toisistaan, öljyvoitelussa 1:1...1:10 ja rasvavoitelussa 1:50...1:75. Öljypumput kiinnitetään joko suoraan astian pinnalle tai seinälle, jolloin tarvitaan erillinen imukanava. Rasvapumput asennetaan aina suoraan astiaan, ja ne voivat olla joko siirrettäviä tai, astian koon ollessa suuri, kiinteitä. (Torvinen 2003, s 219-220) 4.4 Putket Putkia käytetään siirtämään voiteluainetta säiliöstä tai astiasta voitelukohteeseen. Putken halkaisija määräytyy voiteluaineen viskositeetin, virtauman ja paineen perusteella (Jones & Scott 1983, s. 402). Putkien suunnittelussa on vältettävä liian jyrkkiä mutkia, sillä niissä tapahtuvan painehäviön takia vaaditaan tehokkaampia pumppausyksiköitä. Yleisimpiä

11 putkimateriaaleja ovat ruostumaton teräs, kuparin ja messingin seokset ja muovi (Neale 2001, osa A24 s. 1). Putkistojen suunnittelussa keskusvoitelujärjestelmissä voidaan käyttää samoja menetelmiä kuin hydraulijärjestelmien suunnittelussa. Putkistoja ei aina vedetä suorinta reittiä voitelukohteeseen voitelujärjestelmien rakenteen vuoksi, vaan reitit kulkevat siten, että voitelutoiminta olisi mahdollisimman tehokasta ja tilankäyttö hallittua. 4.5 Venttiilit Venttiilien rakenteesta riippuen ne ovat jatkuvatoimisia, annostelevia tai mittaavia (Torvinen 2003, s. 221). Jatkuvatoimisia venttiilejä käytetään käsivoitelussa, lubrikaattivoitelussa, usvavoitelussa, ilmavoitelussa ja kiertovoitelujärjestelmissä, ja niissä nimensä mukaisesti voiteluainetta siirtyy voitelukohteeseen jatkuvasti, ellei voitelua pysäytetä. Annosteluventtiilit annostelevat tietyn määrän voiteluainetta toimintajakson aikana. Nämä venttiilit eivät ole jatkuvatoimisia, vaan tietyin aikavälein käynnistettäviä laitteita, jotka siirtävät voiteluaineen kohteeseen ja jäävät odottamaan seuraava käskyä. Siirrettävän voiteluainemäärän säätö tapahtuu syöttömännän kokoa muuttamalla. Tämäntapaisia venttiilejä käytetään useimmiten keskusvoitelujärjestelmissä. Mittaavia venttiilejä käytetään käsivoitelussa tai keskitetysti ohjatussa keskusvoitelujärjestelmässä. Annostelu perustuu mittariin, useimmiten digitaaliseen, ja sovelletaan yleisesti öljyille, sillä niiden virtauman mittaaminen on helpompaa kuin rasvoilla. Mittaavat venttiilit voivat olla myös ennakkoon asetettavia, eli voiteluaineen syöttö loppuu kun tietty arvo on saavutettu. Tällöin niitä voidaan käyttää samoissa kohteissa kuin annosteluventtiilejä. Kuva 4: Modulaarinen annosteluventtiiliryhmä pohjalaattoineen (SKF 2005) Nykyään pyritään käyttämään moduulirakenteisia annostelijoita (Kuva 4), joissa annosteluventtiilit kiinnitetään ruuveilla erillisen pohjalaatan päälle, jolloin annostelijoita on helpompi vaihtaa, eikä mutkiin tarvitse koskea. Tällöin myös erilaisten varaosien määrä pysyy kurissa, kun pärjätään muutamalla annostelijalla. (Horttanainen 1990, osa IX s. 6)

12 4.6 Mittalaitteet ja rajoittimet Mittalaitteita ja rajoittimia (Kuva 5) käytetään mittaamaan voiteluaineen tilaa, kuten esim. lämpötilaa, virtaumaa ja painetta, tai ne voivat ohjata toimintaa, esim. paineenrajoitusventtiili. Useimmiten mittalaitteet toimivat myös rajoittimien tavoin, eli niillä on tietty toiminta-alue, ja jos tältä alueelta poistutaan, voidaan prosessi katkaista. Mittalaitteita on kahdenlaisia: paikallisia ja keskitettyjä. Kuva 5: Virtauman rajoitin kiertovoiteluun (SKF 2004b) Paikalliset mittalaitteet ovat osa voitelulaitetta, jolloin niiden lukemista varten täytyy mennä laitteen luokse. Tällaiset laitteet useimmiten ilmaisevat voiteluainesäiliön tilaa, eli varoittavat, jos voiteluainetta on liian vähän. Paikalliset mittalaitteet voivat myös toimia rajoitusventtiilien tavoin, eli ne ohjaavat prosessia, esim. jos voiteluainesäiliössä on liian vähän voiteluainetta, ne pysäyttävät prosessin. Keskitetyt mittalaitteet seuraavat prosessin tilaa ja lähettävät tietoa valvomoon, jolloin voitelulaitteiden tilaa ja toimintaa voidaan ohjata keskitetysti. Tämäntapaiset mittalaitteet voidaan kytkeä osaksi automaatiojärjestelmää, jolloin koko laitteiston toimintaa voidaan ohjata yhdestä paikasta. Erityisesti voitelujärjestelmissä käytetään erilaisia mittalaitteita voiteluaineen tilan seuraamiseen.

13 5 Menetelmät 5.1 Yleistä Voitelumenetelmät voidaan jakaa kahteen ryhmään: kertavoitelu ja kestovoitelu. Kertavoitelussa voiteluaine syötetään lyhyehköin väliajoin voitelukohteeseen, josta se poistuu suorittaen voitelua vain kerran. Kertavoitelumenetelmiä ovat välitön ja välillinen käsivoitelu, usva- ja keskusvoitelu. Kestovoitelussa sama voiteluaine suorittaa monia kertoja voitelua huomattavasti kauemmin kuin kertavoitelussa. Kestovoitelumenetelmiä ovat kylpy-, roiske-, rengas-, lubrikaattori-, ja kiertovoitelu, sekä rasvatäyttö ja itsevoitelevat koneenosat. (Laakso et al. 1967, osa IX s. 8-10) 5.2 Käsivoitelu 5.2.1 Välitön Välittömällä käsivoitelulla tarkoitetaan sitä, että työntekijä huolehtii kertavoitelukohteeseen sijoitettavan voiteluaineen määrästä tai voitelujaksosta (Laakso et al. 1967, osa IX s. 23). Tässä tapauksessa voitelukohteessa ei ole erillistä voiteluainesäiliötä, vaan työntekijä tulee voitelemaan kohteen yksinkertaisella voitelulaitteella, kuten öljypuristimella, rasvapuristimella tai siveltimellä. Tätä menetelmää voidaan soveltaa hyvin yksinkertaiseen, huokeaan ja harvoin käytettävään koneenosaan, jolta ei vaadita suurta toistotarkkuutta, esim. kevyesti kuormitetut laakerit, liukupinnat, avohammaspyörät, ketjut ja köydet (Laakso et al. 1967, osa IX s. 23-24). Menetelmän hankintakustannukset ovat erittäin alhaiset. Menetelmää käytetään sekä öljy- että rasvavoiteluun, ja mieluiten kohteisiin, joissa on mahdollista koneiden pysäyttäminen huollon ajaksi tai mahdollisuus voidella kohde ennen työvuoron alkua. Tämä on myös ainoa voitelutapa kertavoideltavaan kohteeseen, jossa voiteluaine, useimmiten rasva, suunnitellaan kestämään yhtä kauan kuin laite itse. 5.2.2 Välillinen Välillinen voitelukohde on varustettu pienehköllä voiteluainesäiliöllä, -pesällä tai -annostelijalla (Kuva 6), joka täytetään muutaman vuorokauden välein. Menetelmässä voiteluaine siirtyy annostelijasta voitelukohteeseen painovoiman tai muun ulkoisen voiman ansiosta. Tämän menetelmän heikkous on epätasainen voiteluainevirta, joka riippuu lämpötilasta, voiteluainetasosta ja värähtelyistä. (Laakso et al. 1967, osa IX s. 24)

14 Kuva 6: Voiteluainesäiliöllä varustettu laakeripesä (SKF 2007b) Tämä menetelmä soveltuu paremmin öljyille kuin rasvoille, mikä johtuu öljyn virtaavuudesta. Menetelmän sovelluskohteita ovat matalakuormitteiset laakerit ja liukupinnat sekä jatkuvassa käytössä ja matalan kuormituksen eli kulumisen alaisena olevat koneenosat. Tämän menetelmän hankintakustannukset ovat matalat, mikä tekee siitä loistavan vähäkäyttöisten laitteiden voiteluun. 5.3 Kylpy- ja roiskevoitelu Kylpy- ja roiskevoitelussa voideltavan laitteiston osat koskettavat astian pohjalla olevaa voiteluainetta, ja liikkeen avulla kuljettavat sitä joka puolelle voitelukohdetta. Apulaitteina voidaan käyttää kauhoja tai siivekkeitä, jotka parantavat voiteluaineen roiskumista. Tämä menetelmä on erittäin kustannustehokas, ja jos tiivistykset ovat kunnollisia, huollontarve on lähes olematon, tarvitsee vain vaihtaa voiteluainetta. Huonona puolena on voiteluaineen syötön nopeusriippuvuus: mitä suurempi nopeus, sitä parempi voitelu. (Laakso et al. 1967, osa IX s. 10-11) Vaihteiden yleisin voitelutapa on roiskevoitelu, jossa voiteluaineen taso on jonkin verran alimman pyörän hampaiden alareunan yläpuolella. Roiskevoitelu soveltuu keskinopeille vaihteille, jossa kehänopeus on 2 12 m/s. Pienemmillä kehänopeuksilla käytetään kylpyvoitelua, jossa voiteluaineen pinta on laakerin vierintäelimen tasolla. (Torvinen 2003, s. 209) Kylpy- ja roiskevoitelua käytetään koteloiduissa, nopeasti pyörivissä kohteissa, kuten esim. hammasvaihteet, ketjut, mäntäkompressorit, polttomoottorit ja vierintälaakerit (Laakso et al. 1967, osa IX s. 10-11). 5.4 Rengasvoitelu Rengasvoitelussa rengas (Kuva 7), joko kiinteä tai irtonainen, tai ketju nostaa voiteluaineen säiliöstä voitelukohteeseen. Voiteluaineena käytetään öljyä, ja pinnankorkeus ja öljyn viskositeetti vaikuttavat suuresti voiteluun. Voiteluaineen syöttöä voidaan säätää muuttamalla

15 renkaan koko, mutta lämpötilan ja nopeuden muutokset vaikuttavat myös. Tätä menetelmää sovelletaan öljyllä voidelluissa vaakasuorissa liukulaakereissa, joissa pyritään vähäiseen huollontarpeeseen. Tyypilliset käyttökohteet ovat sähkömoottorit, kompressorit, pumput ja tuulettimet. (Laakso et al. 1967, osa IX s. 11) Kuva 7: Pumpun rengasvoitelu (Noria 2008) 5.5 Lubrikaattorivoitelu Lubrikaattorit ovat pumppuja, jotka saavat käyttövoimansa koneen akselista tai erityisestä käyttömoottorista. Lubrikaattorin säiliöstä voiteluainetta, öljyä tai rasvaa, voidaan hallitusti annostella voitelukohteeseen, ja lubrikaattori pystyy huolehtimaan monista voitelukohteista samanaikaisesti, useimmiten progressiivisten venttiilien avulla. Lubrikaattoreita käytetään kohteissa, joissa voiteluainemäärät eivät ole kovin suuria, kuten esim. laakerit, sylinterit ja liukupinnat. Laitteiston hankintakustannukset ovat suuremmat kuin yksinkertaisimmilla laitteilla, mutta huoltaminen on helpompaa ja laitteisto on hyvin suojattu ulkopuoliselta lialta. (Laakso et al. 1967, osa IX s. 11)

16 Lubrikaattoreita voidaan pitää eräänlaisina konekohtaisina voitelujärjestelminä, joiden ohjaukseen ei voida vaikuttaa samaan tapaan kuin voitelujärjestelmien toimintaan. 5.6 Usvavoitelu Usvavoitelussa voiteluaine sekoitetaan paineilmaan usvaksi ja johdetaan voitelukohteeseen. Tällöin voideltavan kohteen pinnalle syntyy ohut voiteluainekalvo. Tätä voitelutapaa sovelletaan erityisesti pneumaattisten laitteiden voitelussa sekä nopeakäyntisten koneenosien voitelussa, erityisesti laakerien. Menetelmän hyvinä puolina ovat lämmön poistuminen paineilman mukana ja ulkoisten epäpuhtauksien pääsyn estäminen, huonoina syntyvä usva, joka päästyään hengityselimiin on vaarallista. (Laakso et al. 1967, osa IX s. 12) Nykyään usvavoitelun sijaan suositaan ilmavoitelua. Kompressorit, erityisesti ruuvi- ja lamellikompressorit, ovat yleensä usvavoideltuja (Airiala et al. 1983). 5.7 Ilmavoitelu Ilmavoitelussa paineilmaa sekoitetaan voiteluaineeseen, jolloin toisin kuin usvavoitelussa, voiteluainepisara ei sekoitu ilmaan, vaan kulkee pisaroina putkistoa pitkin voitelukohteeseen (Kuva 8). Tällöin voitelukohde saa jatkuvasti hienojakoisia voiteluainepisaroita. Kuva 8: Öljy-ilma voitelun periaate (SKF 2007a) Verrattuna usvavoiteluun ilmavoitelu on työntekijäystävällisempi, sillä voitelukohteesta poistuu vain paineilmaa voiteluaineen jäädessä voideltavaan kohteeseen kiinni. Verrattuna usvavoiteluun voiteluainetta voidaan säästää jopa 90 %. Ilmavoitelu myös jäähdyttää voitelukohdetta, jolloin tämä menetelmä sopii erinomaisesti suurella nopeudella pyöriviin laakereihin. Muita käyttökohteita ovat tasakäyntiset hammaspyörät, johteet ja akselit. (SKF 2007a) Ilmavoitelu voi olla osa suurempaa keskusvoitelujärjestelmää.

17 5.8 Rasvatäyttö Rasvatäytöllä saavutetaan pitkät huoltovälit, joskus jopa koneenosan kestoajan pituiset (Laakso et al. 1967, osa IX s. 12). Rasvatäyttöä sovelletaan erityisesti laakerien voitelussa. Tarvittavan rasvan määrä riippuu laakerin pyörimisnopeudesta, koosta, täyttötavasta, rasvatyypistä ja jälkivoiteluvälistä. Rasvaa ei saa laittaa liikaa, sillä silloin tapahtuu lämpenemistä rasvan sisäisten kitkaominaisuuksien takia. (Torvinen 2003, s. 205) Rasvatäytössä voidaan käyttää säännöllistä jälkivoitelua, jolloin voitelukohteeseen tuodaan lisää rasvaa. Rasvan lisäys tapahtuu joko käsin, mitä käytetään harvoin voideltavissa kohteissa, tai keskusvoitelujärjestelmän avulla, jolloin kohteen voitelusta voidaan huolehtia hyvin. 5.9 Itsevoitelevat koneenosat Itsevoitelevat koneenosat nimensä mukaisesti eivät tarvitse voitelua. Ne valmistetaan metallijauheesta sintraamalla, jolloin voidaan jättää huokoisuutta aineeseen, yleensä 30 40 % tilavuudesta. Nämä huokoset valmistaja täyttää öljyllä, jolloin koneenosan käytön aikana huokosista tihkuu voitelevaa öljyä. (Laakso et al. 1967, osa IX s. 13) Päällystämällä metalli kiinteällä voiteluaineella, kuten grafiitilla, teflonilla tai polyuretaanilla (Kuva 9), voidaan myös valmistaa itsevoitelevia koneenosia. Kuva 9: Polyuretaanilla päällystetty itsevoiteleva laakeri (RBC Bearings 2008) Itsevoitelevia koneenosia käytetään kevytkuormitteisissa ja vaikeasti huollettavissa kohteissa, kuten esim. sähkölaitteet, ajoneuvot ja kotitalouskoneet. Nykyään laakerinvalmistajat panostavat kestovoideltuihin laakereihin (Torvinen 2003, s. 206-207).

18 6 Voitelujärjestelmät 6.1 Yleistä Voitelujärjestelmän käytöllä saavutetaan huomattavia kustannussäästöjä, sillä oikeanlainen voitelu vähentää koneenosien kulumista, pienentää kitkaa, ja sitä myötä vähentää suunnittelemattomia seisokkeja. Voitelujärjestelmän avulla voidaan voidella kohteita laitteistoja pysäyttämättä tai purkamatta, mistä on suurta hyötyä prosessiteollisuudessa ja kohteissa, joiden käsivoitelu on erittäin haastavaa. Kitkan ja kulumisen paremmalla hallinnalla voidaan Suomessa saavuttaa lähes miljardin euron kustannussäästöt vuosittain, mikä on noin 1 % Suomen bruttokansantuotteesta (Ahlroos et al. 2006). Voitelujärjestelmät voidaan jakaa kahteen osaan voiteluaineen uusiokäytön perusteella: keskusvoiteluun, jossa voiteluaine on kertakäyttöistä, ja kiertovoiteluun. 6.2 Keskusvoitelujärjestelmä 6.2.1 Yleistä Keskusvoitelujärjestelmä parantaa prosessien käytettävyyttä, sillä oikeanlainen voitelu oikeaan aikaan vähentää koneenosien kulumista ja voiteluainetarvetta, jolloin pienemmällä voiteluainemäärällä saavutetaan suuri hyöty. Keskusvoitelujärjestelmä huolehtii laitteiden voitelusta myös käynnin aikana kohteissa, joissa normaali jälkivoitelu olisi hankalaa, tai vaadittaisin laitteen tai prosessin pysäyttäminen. (Torvinen 2003, s. 222) Keskusvoitelujärjestelmät perustuvat voiteluaineen kertakäyttöisyyteen, jossa voiteluaine oltuaan voitelukohteessa vain poistuu järjestelmästä epäpuhtauskomponenttina. Tätä menetelmää voidaan soveltaa sekä rasva-, öljy- että sumuvoiteluun. Voitelu ei ole jatkuvaa, vain jaksoittaista. Jatkuvassa voitelussa käytetään kiertovoitelujärjestelmiä. Rasvakeskusvoitelun haasteina ovat voitelurasvan koostumuksen muuttuminen ja öljyn erkaantuminen rasvasta. Myös putkistojen pituudesta johtuva rasvan huono vaihdettavuus on ongelmallista. Putkistoissa rasvan vaihtuminen on pidettävä riittävänä, jolloin putkistojen koon on pysyttävä pienenä, jottei tapahdu öljyn erkaantumista ja saippuoitumista. (Hynönen 2006) Keskusvoitelujärjestelmän suunnittelu ja asennus ovat aikaa vieviä ja kalliita toimintoja, mutta jos voitelujärjestelmä nähdään osana tuotantolaitteistoa tavallisen huoltolaitteiston sijaan, niin keskusvoitelun takaisinmaksuaika laskee huomattavasti. Voitelujärjestelmä nähdään nykyään osana tuotantoprosessia eikä pakollisena huoltokustannuksena. (Smith 2005) Yleensä keskusvoitelujärjestelmän takaisinmaksuaika on noin vuosi (Salovaara & Taipale 1998).

19 6.2.2 Rakenne Keskusvoitelujärjestelmä koostuu ohjausyksiköstä, pumppauskeskuksesta, putkistosta, venttiileistä, annostinryhmistä ja mittalaitteista. Lisäksi monikanavaisissa järjestelmissä on sulkuventtiilejä kanavien erottamiseksi toisistaan. Ohjausyksikön avulla voidaan säätää voiteluväliä, joka normaalisti on muutamasta tunnista vuorokauteen. Ohjausyksikkö myös valvoo laitteiston toimintaa. (Horttanainen et al. 1990, osa IX s. 4-5) Ohjausyksikön avulla voidaan myös tallentaa mittareiden tietoa myöhempää käyttöä varten. Ohjaus voidaan myös toteuttaa prosessin automaatiojärjestelmän avulla. Pumppausyksikköön kuuluu voiteluainesäiliö, pumppu, käyttömoottori, joka on useimmiten pneumaattinen tai sähköinen, suodattimet ja suuntaventtiiliyksikkö. (Torvinen 2003, s. 223) Putkisto jaetaan kolmeen osaan (Kuva 10): runko-, haara- ja voiteluputkisto (Torvinen 2003, s. 223). Runkoputkiston avulla siirretään voiteluainetta pumppausyksiköstä venttiileille, josta voiteluaine siirtyy joko haaraputkiston ja toisten venttiilien kautta tai suoraan voiteluputkistoon ja siitä voitelukohteeseen. Pienemmissä järjestelmissä ei ole tarvetta haaraputkistolle, mutta koon kasvaessa haaraputkistoa käytetään helpottamaan voiteluaineen siirtoa voitelukohteeseen. Kuva 10: Kaksilinjainen voiteluputkisto (SKF 2008b), missä 1 runkoputkisto, 2 haaraputkisto ja 3 voiteluputkisto 6.2.3 Toimintaperiaate Voiteluaineen siirto voitelukohteisiin tapahtuu käynnistämällä pumppu ja nostamalla painetta ennalta määrättyyn asetuspaineeseen. Kun asetuspaine on saavutettu, pumppu pysäytetään, jolloin paine purkautuu voiteluainesäiliöön. (Torvinen 2003, s. 222-223) Tällöin runkoputkissa oleva voiteluaine paineen vaikutuksesta siirtyy eteenpäin runkoputkistossa, jolloin aine siirtyy annostinryhmien ja voiteluputkiston kautta voitelukohteeseen. Keskusvoitelujärjestelmän periaatteena on, että voiteluaine on koko ajan putkistossa odottamassa pumpun käynnistymistä, jolloin voiteluaine siirtyy eteenpäin kohti voitelukohdetta.

20 6.2.4 Annostinryhmä Annostinryhmä koostuu pohjalaatasta ja yhdestä tai useammasta annosteluventtiilistä. Sen tehtävänä on annostella tarvittava määrä voiteluainetta voitelukohteeseen. Siirrettävän voiteluaineen määrä riippuu annosteluventtiilin sylinterin tilavuudesta. Jos halutaan saada pienempiä voiteluainemääriä, pohjalaatoissa on sisäänrakennettu takaisiniskuventtiili, jolloin sylinterin liike voidaan pysäyttää missä vaiheessa tahansa (SKF 2007c). Kuva 11: Kaksilinjainen annostinryhmä (SKF 2008a) Kaksilinjaisen keskusvoitelujärjestelmän annostinryhmään (Kuva 11) tuodaan linjasta 1 painetta, jonka ansiosta pienempi luistin liikkuu oikealle. Tällöin paine pääsee vaikuttamaan mäntään. Kun mäntä liikkuu, se työntää edellään olevaa voiteluainetta oikealle, jolloin neste pääsee pienemmän luistimen aukon kautta ulostulolinjaan 4. Sitten linjasta 1 poistuu paine ja linja 2 paineistetaan. Tällöin pienempi luistin liikkuu vasemmalle, jolloin mäntä siirtää voiteluainetta vasemmalle. Tällöin voiteluaine pääsee pienemmän luistimen aukon kautta linjaan 3. Ulostuloja ei aina tarvitse olla kaksi, vaan jos jompikumpi ulostuloista suljetaan, niin poistamalla pienemmän luistimen keskikohta saadaan voiteluaine virtaamaan aina yhdestä ulostulolinjasta. 6.2.5 Progressiivinen jakaja Progressiivisia jakajia käytetään sekä yksi- että kaksilinjaisissa keskusvoitelujärjestelmissä syöttämään voiteluainetta kohteelle. Tämä jakaja toimii yksilinjaisena, joko koko paineistusjakson ajan tai jakajaa syöttävän annostimen ohjaamana. (Torvinen 2003, s. 226)

21 Kuva 12: Progressiivinen jakaja (SKF 2004a) Progressiivinen jakaja (Kuva 12) syöttää öljyä tai enintään NGLI 2 luokan rasvaa käyttökohteeseen jaksoittain ja voi olla varustettu valvontalaitteilla. Edestakaisin liikkuvat männät osittavat voiteluaineen, ja sylinterin halkaisija ja liikkeen pituus määräävät kohteen voiteluainemäärän. Mäntä voi luovuttaa voiteluaineen vasta kun edellinen mäntä on suorittanut omaan liikkeensä, eli annostelu tapahtuu vuorotellen, toisin kuin annosteluventtiilissä. (SKF 2004a) 6.2.6 Yksilinjainen Yksilinjaisia keskusvoitelujärjestelmiä käytetään kohteissa, joissa voitelukohteiden tarvitsemat voiteluainemäärät ovat pieniä ja joissa voidaan käyttää pehmeämpiä rasvoja (Horttanainen et al. 1990, osa IX s. 7). Kuva 13: Yksilinjainen keskusvoitelujärjestelmä (SKF 2004a)

22 Yksilinjaisessa keskusvoitelujärjestelmässä (Kuva 13) on yksi runkoputkisto, jolloin annosteluventtiilien palautus alkuasentoon voitelujakson jälkeen tapahtuu jousivoiman avulla. Tämä toimintatapa asettaa rajoituksia rasvavoiteluun, jolloin suurin sallittu luokka on NLGI 1. (Horttanainen et al. 1990, osa IX s. 7) Yksilinjaisessa keskusvoitelujärjestelmässä voidaan käyttää rasvan lisäksi myös öljyä, joko sellaisenaan tai paineilman kanssa. Yleisimpiä voideltavia kohteita ovat hammaspyörät, ketjut, johteet, liukupinnat ja nopeakäyntiset laakerit. Menetelmää sovelletaan myös järjestelmissä, jotka kattavat yksittäisiä koneita tai laitteita, esim. puunkäsittelylaitteet, elintarviketeollisuuden kuljettimet ja liikkuva kalusto (Torvinen 2003, s. 226). 6.2.7 Kaksilinjainen Kaksilinjaisia keskusvoitelujärjestelmiä käytetään voitelemaan tehtaiden osastoja tai jopa koko tuotantolaitosta. Kaksilinjaisuudesta johtuen voidaan käyttää voiteluaineena rasvaa, jonka NLGI arvo on pienempi kuin 3 (SKF 2004a). Kaksilinjaista keskusvoitelua ei useimmiten käytetä öljyvoitelussa. Kuva 14: Kaksilinjainen keskusvoitelujärjestelmä (SKF 2004a) Kaksilinjaisessa keskusvoitelujärjestelmässä (Kuva 14) annosteluventtiilien toiminta edellyttää molempien runkoputkistojen vuoroittaista paineistusta. Vuoroittainen paineistus tapahtuu käyttämällä suunnanvaihtoventtiiliä, joka useimmiten on integroitu pumppausyksikköön. Kaksilinjaisen keskusvoitelun yleisempiä sovelluskohteita ovat tehtaiden laajat järjestelmät, jotka koostuvat useista koneista ja laitteista, kuten sellutehtaan kuitulinja sekä terästehtaan valssauslinja (Torvinen 2003, s. 224). 6.2.8 Tarkkuusvoitelu Tarkkuusvoitelujärjestelmän avulla voidaan minimoida voiteluaineen käyttö sekä välttää ylivoitelua. Se perustuu antureiden käyttämiseen, jolloin voiteluaineen siirtoa eivät määrää

23 paineistusajat, vaan anturien lähettämä data. Tällöin voidaan esim. hammasketjujen (Kuva 15) voitelussa voidella vain nivelet. Tyypillisimmät käyttökohteet ovat erilaiset kuljettimet, avohammaskäytöt ja kannatuskehät. (Torvinen 2004, s. 226) Kuva 15: Ketjun tarkkuusvoitelu (SKF 2006) 6.3 Kiertovoitelujärjestelmä 6.3.1 Yleistä Kiertovoitelua käytetään kohteissa, joissa öljy voitelun lisäksi viilentää ja puhdistaa kohteita (Torvinen 2003, s. 227). Toisin kuin keskusvoitelu, kiertovoitelu on jatkuvatoimista. Perinteisimpiä käyttökohteita ovat turbiinit, paperikoneiden kuivaimet ja telat, työstökoneet ja vaihteet (Horttanainen et al. 1990, osa IX s. 12). Kiertovoitelussa käytettävälle öljylle on asetettu korkeat vaatimukset, sillä järjestelmän laajuuden mukaan samalla öljyllä halutaan mielellään voidella koko laitteisto eikä vain osia siitä. Öljyn suodatukselle on myös kiinnitettävä huomiota, koska likainen voiteluöljy aiheuttaa enemmän tuhoa kuin hyötyä. 6.3.2 Rakenne Kiertovoitelujärjestelmä (Kuva 16) koostuu öljysäiliöstä, pumppausyksiköstä, ohjausyksiköstä, yhdestä tai useammasta putkistosta, venttiileistä sekä paluuputkistosta. Lisäksi järjestelmään kuuluvat jäähdyttimet, lämmittimet ja suodattimet. Kiertovoitelujärjestelmä muistuttaa paljon hydraulijärjestelmää ja sen mitoitukseen pätevät samat säännöt.

24 Kuva 16: Kiertovoitelujärjestelmä (SKF 2004a) Järjestelmässä voi olla lisäksi paineilmalinjastot, joita käytetään sumuvoitelussa. Siinä paineilma tuodaan sekoitinventtiiliin (Kuva 17), jossa se sekoittuu öljyn kanssa, ja syntynyt seos puhalletaan voitelukohteeseen. Tämän menetelmän etu on hyvä lämmönsiirtokyky ja vähäisempi voiteluaineen käyttö. Kuva 17: Sekoitinventtiili (Lincoln Orsco 2008) Mitoitus perustuu voitelukohteiden vaatimaan kokonaisvirtaukseen. Virtaus riippuu kohteiden lukumäärästä, koosta ja lämmönpoistotarpeesta sekä öljyn laskeutumis- ja lepoajasta säiliössä. (Horttanainen et al. 1990, osa IX s. 12) Voiteluaineen siirto voitelukohteeseen voidaan suorittaa joko yhtä pääputkea käyttäen, jolloin käytetään jakajia, tai vetämällä jokaiseen voitelukohteeseen oma putki ja käyttämällä monimäntäistä pumppua. Voitelukohteen mukainen annostelu tapahtuu tällöin säätämällä männän kokoa ja iskunpituutta. (Neale 2001, osa A19 s. 1-2) Tyypillinen esimerkki tästä on polttomoottorin voitelu.

25 6.3.3 Toimintaperiaate Pääsäiliössä öljy lämmitetään tiettyyn lämpötilaan sopivan viskositeetin saavuttamiseksi, jolloin pumpun tehontarve voidaan optimoida. Tämän jälkeen öljy pumpataan suodattimen kautta lämmönvaihtimeen, jossa öljy jäähdytetään haluttuun lämpötilaan. Öljy siirtyy tämän jälkeen paineputkiston ja ohjausventtiilien kautta voitelukohteisiin, joista se palaa paluuputkistoja ja mahdollisia välisäiliöitä pitkin pääsäiliöön. (Torvinen 2003, s. 227) Voitelukohteen mukaan voidaan myös käyttää painovoimapohjaista voitelujärjestelmää. Tällöin tarvitaan kaksi säiliötä, joista alempaan asennetaan pumppu, joka siirtää öljyn ylemmälle säiliölle, josta se siirtyy painovoiman ansiosta voitelukohteisiin, ja niistä takaisin alempaan säiliöön. Tällaista menetelmää voidaan käyttää myös varajärjestelmänä, jolla voidaan turvata tärkeiden voitelukohteiden öljynsaanti ongelmatilanteissa, esim. sähkökatkoksen aikana. (Neale 2001, osa A19 s. 3) 6.3.4 Hydrostaattinen laakerointi Hydrostaattisessa voitelussa voiteluaine pumpataan liukupintojen välissä olevaan voiteluainetaskuun, jolloin pinnat erottuvat toisistaan, vaikka suhteellista liikettä ei olisikaan. Suosituin sovellus hydrostaattiseen voiteluun ovat laakerit (Kuva 18). Tämän järjestelyn etuna on pieni kitkateho, vaikka pumpun tehontarve otettaisiin huomioon, ja laakeroinnin jäykkyys sekä tarkkuus. (Torvinen 2003, s. 28-29) Laakeroinnin jäykkyyttä voidaan parantaa käyttämällä kahta tai useampaa voitelutaskua vierekkäin, jolloin ajoittain epätasapainossa oleva kuorma ei aiheuta ongelmia. Kuva 18: Hydrostaattinen laakerointi (SKF 2004a), Hydrostaattisessa laakeroinnissa voidaan käyttää öljyn lisäksi kaasuja ja erityisesti ilmaa, jolloin lämmönsiirtokyky voidaan saada suureksi. Tätä menetelmää käytetään lääketeollisuuden instrumenteissa, työstökoneen karoissa ja luisteissa sekä eräissä prosessilaitteissa (Torvinen 2003, s. 29).

26 7 Yhteenveto Oikeanlaisella voitelulla voidaan koneenosien kulumista pienentää huomattavasti ja siitä saadaan suoraa kustannussäästöä. Jos voiteluhuolto pelaa hyvin, laitteistojen käyttövarmuutta ja -astetta voidaan parantaa huomattavasti. Tällöin laitteistojen kuluminen ja tehontarve pienenevät, jolloin kallis voitelujärjestelmä maksaa itsensä nopeasti takaisin. Oikeanlaisen voitelumenetelmän valintaan ei ole mitään tiettyä menetelmää, vaan samaa voitelukohdetta voidaan voidella monellakin tapaa. Menetelmän valinnassa kannattaa kiinnittää huomiota kokonaisuuteen; jos voidaan yhdellä menetelmällä voidella suurin osa voitelukohteista hyvin, niin valitaan se menetelmä, vaikka käyttämällä useita erilaisia menetelmiä voidaan yksittäisiä kohteita voidella paremmin. Nykyään pyritään vähentämään voiteluaineen tarvetta, mistä ovat osoituksena laakerinvalmistajien kiinnostus itsevoiteleviin laakereihin sekä minimivoitelun periaatteilla toimivat voitelumenetelmät, kuten pisaravoitelu ja tarkkuusvoitelu. Voitelujärjestelmien etuna on ohjauksen liittäminen osaksi prosessin automaatiojärjestelmää, jolloin valvontaa voidaan keskittää ja ongelmat paljastuvat aikaisemmin. Kun tähän liitetään vielä ennakoiva kunnonvalvonta, saadaan luotettava ja tehokas järjestelmä, joka vastaa hyvin nykyajan haasteita. Itse voiteluaineita kehittämällä voidaan parantaa voitelutapahtumaa, ja rasvojen puolella on vielä paljon kehittämisen varaa, jotta niiden käyttö keskusvoitelujärjestelmissä tulisi vielä paremmaksi. Myös rasvojen tribologisia ominaisuuksia tutkimalla voidaan saavuttaa paljonkin, sillä nykyiset laskentamenetelmät perustuvat rasvojen perusöljyihin, jolloin rasvan saentimen vaikutus ei tule kunnolla esiin. Kohteen voitelu on suunniteltava hyvin, sillä vääränlainen voitelu voi pahimmassa tapauksessa tehdä enemmän tuhoa kuin on siitä saatava hyöty. Oikeanlaisen voiteluaineen saaminen oikeaan kohteeseen oikeaan aikaan on vain optimoimiskysymys. Tästä syystä aina kannattaa voidella kun se on vain järkevää, sillä kuka vastustaa tehonsäästöä ja laitteistojen pitempää kestoikää?

27 8 Lähteet Ahlroos, Tiina & Helle, Aino & Parikka, Risto & Ronkainen, Helena. 2006. EUREKAyhteistyötä kitkan ja kulumisen hallintaan. Kunnossapito 5/2006. S. 52-54. ISSN 0784-1787. Airiala, Mauri & Hallikainen, Keijo & Kääpä, Juha & Laurila, Timo. 1983. Kompressorikirja. Helsinki. 203 s. ISBN 951-99433-8-2. Horttanainen, Jouko & Ahlbom, Kari & Aho, Esa & Kytö, Matti & Järvensivu, Jukka. 1990. Voitelutekniikka tänään ja tulevaisuudessa. 44. painos. Copy-Set Oy. Hynönen, Paula. 2006. Vierintälaakerien rasvakeskusvoitelu. Kunnossapito 8/2006. S. 55-57. ISSN 0784-1787. Jones, Mervin & Scott, Douglas (toim.). 1983. Industrial Tribology. Amsterdam. 516 s. ISBN 0-444-42161-0. Kunnossapitoyhdistys. 2005. Rajavoitelu. Kunnossapitokoulu 80. Kunnossapito-lehden erikoisliite 2/2005. ISSN 0784-1787. Laakso, Eino & Hirvonen, Aarno & Rajaniemi, Rauno & Selänne, Ilmari & Tapani, Nils. 1967. Voitelujärjestelmät ja -laitteet. Helsinki. Lincoln Orsco. Saatavissa: http://www.lincoln-orsco.com/ Viitattu 10.04.2008. Mang, Theo & Dresel, Wilfried (toim.). 2001. Lubricants and lubrication. Weinheim. 759 s. ISBN 3-527-29536-4. Neale, Michel (toim.). 2001. Lubrication and reliability Handbook. Bristol. ISBN 0-7506-5154-7. Noria Corporation. Saatavissa: http://www.noria.com/ Viitattu 16.04.2008. Parikka, Risto & Helle, Aino & Vaajoensuu, Eero & Sainio, Hannu. 2006. Rasvavoitelun kehittäminen kohti aktiivista voitelua. Kunnossapito 7/2006. ISSN 0784-1787. RBC Bearings. Saatavissa: http://www.rbcbearings.com/ Viitattu 18.04.2008. Salovaara, Esa & Taipale, Ville. 1998. Voitelujärjestelmän elinjaksotuoton tarkastelu. Teoksessa: Holmberg, Kenneth (toim.). Käyttövarmuuden ja elinjaksotuoton hallinta. Espoo 19.11.1998. VTT Symposium 188. SKF 2008. a. Safegrease 2. Saatavissa: http://www.skf.com/portal/skf_fi/home/products?contentid=514605&lang=fi Viitattu 13.04.2008.

28 b. Multilube. Saatavissa: http://www.skf.com/portal/skf_fi/home/products?contentid=514607&lang=fi Viitattu 21.04.2008. SKF 2007. a. 1-5012-3-US. Saatavissa: http://www.skf.com/files/338558.pdf Viitattu 14.03.2008. b. Maintenance execution. Saatavissa: http://www.skf.com/files/510552.pdf Viitattu 20.04.2008 c. Safegrease 2. Saatavissa: http://www.skf.com/files/600377.pdf Viitattu: 21.04.2008. SKF 2006.1-4401-US. Saatavissa: http://www.skf.com/files/345243.pdf Viitattu 19.04.2008. SKF 2005.1-3013-US. Saatavissa: http://www.skf.com/files/338543.pdf Viitattu 21.03.2008. SKF 2004. a. 1-0109-FI. Saatavissa: http://www.skf.com/files/600998.pdf Viitattu 15.04.2008 b. 1-3001-US. Saatavissa: http://www.skf.com/files/338394.pdf Viitattu 20.04.2008. Smith, Ian. 2005. Automatic Lubrication Systems - Smooth the Way for Pulp and Paper. Machinery Lubrication 7/2005. Tipping, Richard. 2005. Forced lubrication systems keep things moving. World Pumps 3/2005. S. 36-37. ISSN 0262-1762. Torvinen, Jarmo (toim.). 2003. Teollisuusvoitelu. Hamina. 246 s. ISBN 951-97101-5-9.