石炭粉砕機のギアボックスの摩耗を減らし、ギアの寿命を延ばす

米国西部で稼働している石炭火力発電所は、石炭の粉砕作業でギアボックスの寿命が短くなっています。毎年のギアボックス検査の後、オイル分析の結果、相手先ブランド供給メーカーが推奨するAGMA 6EP（ISO 320）ギアオイルは、オイル分析結果とギアボックス検査に基づいて、1年間の運転後に適切な潤滑と保護を提供できなかったことが示されました。これは、使用済みオイルのレポートの過度の摩耗金属と低い粘度レベルによって確認されました。使用済みのEPギアオイルをさらに分析した後、潤滑剤に粒子状汚染物質が過剰に蓄積し、EP添加剤パッケージが枯渇したことがギアボックスの故障の原因でした。粒子状物質の汚染は、主に、ベアリングとギアの歯の摩耗によって発生する汚れ、炭塵、金属粒子で構成され、過度の摩耗の連鎖反応を引き起こしました。

粉砕機のギアボックスの説明と運用コスト

工場の粉砕機のギアボックスの設計は、1960年代初頭にさかのぼります。ギアボックスの設計は、研削テーブルに直接接続されたブロンズブルギアを駆動する大型の800rpm電気モーターによって駆動されるスチールウォームギアで構成されています。サンプは255ガロンのギアオイルを保持し、温度は一体型の水冷式熱交換器によって制御されます。ブロンズオンスチールのギアとベアリングに潤滑油を供給するために、ろ過されていないISO 320EPギアオイルをお勧めします。

このギアボックスの設計は頑丈でシンプルですが、メンテナンスコストが高額になり、メンテナンスの停止/オーバーホールの間隔がプラントの発電スケジュールをサポートしていませんでした。実際、各粉砕機ギアボックスの一般的なメンテナンスコストと間隔は次のとおりです。

•12か月ごとに石油の交換が必要であり、材料費と労務費が5,000ドル、電気生産の損失が20,000ドルから50,000ドルでした。これは、この期間のほとんどの石炭火力発電所に典型的なものです。

•10年間の操作後、ブロンズブルギアを回転させて、未使用のギアの歯を露出させました。これには4週間の所要時間が必要であり、1ユニットあたり合計300,000ドルのメンテナンス作業が含まれていました。

•20年間の運用後、ギアボックスの完全な再構築が必要でした。この取り組みの部品と労力はギアボックスあたり450,000ドルを超え、生産の損失は粉砕機あたりさらに250,000ドルの費用がかかりました。

工場では13基の石炭粉砕機が稼働しているため、メンテナンスとダウンタイムのコストがすぐに加算されました。

ウェアチェーン反応を破る

摩耗した部品を注意深く予備分析したところ、青銅製の歯車の面に大きな滑り接触と剥離が発生していることがわかりました。時間の経過とともに、ブロンズギアの面の摩耗はますます重要になりました。工場の担当者は、摩耗連鎖反応を断ち切るためのより良い潤滑システムを探し始めました。

工場の担当者は、ブロンズブルギアフェースの摩耗パターンは、ギアオイル中の石炭粉塵と汚れの高い粒子負荷、ギアオイル添加剤と生成された粒子の一部との間の触媒反応など、いくつかの要因に起因すると考えました。さらに、動作中のEP添加剤パッケージの化学的攻撃により、ギアオイルに高レベルの銅が生成されました。これは、ブロンズブルギアで硫黄-リンEP添加剤がアクティブであり、ギアオイルに高レベルの銅が含まれているためと考えられます。

これらの問題に対処する必要があることがすぐに明らかになりました。工場の担当者は、主に炭塵の形で粒子状物質の摂取からギアボックスをよりよく密閉する方法を模索していました。さらに、粒子状物質と生成された摩耗粒子状物質を迅速に捕捉するためのギアオイルのろ過方法とオプションを実装するために多大な時間がかかり、強化された潤滑技術（基油と添加剤パッケージの両方）が適用され、エネルギー使用のペナルティなしでメンテナンス間隔が延長されました。

問題解決

さまざまなソリューションの有効性をテストする試行錯誤の期間を経て、粒子の侵入、ろ過方法、および顧客の要件によって、摩耗連鎖反応を断ち切ることに成功しました。

粒子の侵入は、ギアボックスのベントにブリーザー乾燥剤フィルターを使用し、粉砕テーブルのシールに細心の注意を払うことで正常に制御されました。 23/21/18（ISO 4406-1999に準拠）の初期ISO清浄度コードは、積極的なブリーザーろ過によって達成されました。粒子状物質の侵入を実施する前は、粒子状物質のレベルが非常に高いため、従業員は目標のISO清浄度レベルを確立できませんでした。歴史的に、石炭粉砕環境でISO320および460ギアオイルをろ過する機能は非常に困難であることが証明されていました。

しかし、プラントの担当者は、腎臓ループろ過システムが、粉砕機のギアボックスから粒子状汚染物質を除去し、ギアの摩耗の問題に対処するためのより良いオプションの1つであると判断しました。効果的な腎臓ループろ過システムには、次の特性が必要です。

•高い汚れ保持能力

•メンテナンス要件が低い。 （フィルターの交換は、通常の操作条件下では1か月以上必要ありません）

•事前に形成されたメンテナンスの1週間以内に明らかなギアオイルの改善

•継続的なギアオイルのクリーンアップと、ISO4406-1999に準拠した目標清浄度コード18/15/11の効果的なメンテナンス

•フィルターの有効性を評価するためのろ過前およびろ過後のサンプリングポイント

•スキッドマウントの取り付け

•火災の危険を排除するように設計された吸引および排出場所、および30分ごとのギアボックスオイルサンプ全体の回転

•通常のメンテナンス作業に支障をきたさないろ過スキッドサイズ

ろ過技術の進歩

このアプリケーションの上記の要件を満たす高度なろ過技術は、ヘビーギアオイルですぐに利用できると判断されました。高効率、高汚れ保持能力の合成濾材を使用したオフライン腎臓ループ濾過パッケージは、両方のハウジングに共通のサイズの要素と直列に取り付けられた2つのフィルターハウジングを使用して取り付けられました。

試用設置に最初に推奨されたフィルターエレメントは、第1段階でベータ25 =200、第2段階でベータ10 =200と評価されました。オイルフローは、460 cSt（2,500 SUS）のギアオイルに対して定格10GPMのベーンポンプによって供給されました。システム流体の温度範囲は、アイドル時の華氏65度（摂氏18度）から通常の動作時の華氏130度（54度）まで変化しました。ろ過パッケージは、リザーバーの底から直接フィルターバンクに入る吸引ラインで取り付けられ、出口、またはろ過された排出ラインは、リザーバーの上部に直接パイプで送られました。

現在、フィルターエレメントの状態は、各フィルターハウジングに取り付けられた差圧計によって監視されており、エレメントの負荷の指標として25〜28psigを目標としています。内部バイパスバルブを許可する前に、要素を交換しました。ろ過パッケージのその他の機能には、システムをシャットダウンせずにギアオイルのサンプルを採取できるようにする上流および下流のサンプリングバルブが含まれます。

潤滑技術の進歩

システムアップデートの過程で、粉砕機ギアボックス用のAGMA 6EP（ISO 320）ギアオイルをシステム設計に含めることが推奨されました。ギアの歯の摩耗パターンを評価したところ、このギアオイルのEP添加剤パッケージはブロンズブルギアで活性が高すぎ、ギアボックス内の汚染物質と相まって、早期の摩耗を引き起こし、ギアを適切に保護できなかったことがわかりました。 。使用済みギアオイルサンプルの分析により、EP添加剤パッケージが青銅製ギア面の鋼と滑り摩耗との長時間の接触によって消耗していることが確認されました。 IRサーモグラフィ画像は、時間間のこの延長された接触がより高い歯車面温度をもたらしたことを示しました。さらに、非常に高い汚れと粒子の負荷は、ISO清浄度コードによって確認されました。

潤滑油の供給業者と協議した結果、AGMA 7 R＆O（ISO 460）合成ギアオイルがこの用途のギアボックスを最もよく保護することがすべての関係者によって決定されました。この合成ギアオイルのより高い粘度グレードと改善された潤滑性は、R＆O添加剤の化学的性質と相まって、OEMが推奨するよりも高い油膜強度を提供することができ、温度要件を考慮してギアボックスの寿命を延ばします。とギアボックスの寿命。合成歯車油の物性を表に示します。

これまで、プラントの担当者は、粉砕機のギアボックスに合成ギアオイルを使用することの実現可能性を検討していましたが、ギアボックスに高い汚れが付着しているため、オイルを頻繁に交換することで不経済になると判断しました。しかし、最近のろ過の改善により、少なくとも3年の潜在的なオイル寿命が可能になり、合成ギアオイルを使用する経済性は正当化される可能性があります。合成ISO460 R＆Oギアオイルには、次のようないくつかの利点があります。

•低温でのポンプ能力の向上とろ過性の向上

•より高い耐酸化性と熱安定性

•高温および低温でのより高いフィルム強度

•クリーンでフィルタリングされた環境での耐用年数の延長

運用結果

最終的に、粉砕機のギアボックスがオーバーホールされ、スチール/ウォームギアを除くすべての主要な回転部品が交換されました。オーバーホールプロセスの一環として、ギアボックスをきれいに拭き、糸くずの出ない布で乾燥させました。スチールワームとブロンズブルギアは正確に位置合わせされ、ブルーチェックされました。リザーバーはISO460鉱油で洗い流され、次に合成ISO460ギアオイルで満たされました。ベースラインのギアオイルサンプルがリザーバーから抽出され、ISO 4406-1999に従って粒子数が分析され、ISOクリーンネスコードの結果は23/21/18になりました。最後に、粉砕機のギアボックスがろ過システムとともに使用されました。 3時間の実行時間の後、粒子数は2011年21月19日に減少しました。

48時間の実行時間の後、プラントは各ハウジングに一連のBeta 5 =200フィルターエレメントを設置して、システムの汚染をさらに減らし、目標のISO清浄度コード18/15/11をより迅速に達成しました。粉砕機のギアボックスとろ過システムは、差圧計を使用して要素の状態を監視しながら、さらに2週間稼働し続けました。この2週間に5ミクロンのメディアを使用した結果、目標のISO清浄度コード18/15/11に到達しました。

フィルターエレメントの耐用年数も、試用インストール中に監視されました。結果は、システムの最初のクリーンアップを考えると、大容量メディアが予想を上回っていることを示しました。さらに、継続的な使用中の耐用年数は予想を超えています。実際、試験的な設置中に、油のサンプルが採取され、物理的および化学的特性、粒子数、分析フェログラフィーについて分析されました。その結果、摩耗金属が大幅に減少し、オイルの清浄度が維持されたことがわかりました。

結論

この初期設置の成功を受けて、発電所はISO 460 R＆O合成ギアオイルと新しいろ過システムを使用することにより、次の利点を引き続き達成します。

•ギアとベアリングの潤滑が大幅に改善されました

•オイル分析レポートに基づくギアボックス内の摩耗金属が最小限または存在しない

•高粘度の合成ギアオイルのおかげで、駆動モーターのエネルギー消費量は増加しません（一部のプラント計装測定では、4160 VACモーターでモーターのアンペア数が1％減少することが示されました）

•粒子数と分析フェログラフィーを使用した正確な予測/予防的メンテナンス

•ギアオイルの寿命を延ばし、廃棄コストを削減し、環境への影響/廃油の発生を削減するという追加のメリットを提供します

•ギアボックスの寿命を大幅に延長

•ダウンタイムに関連する汚染を排除

•メンテナンス間隔の延長

潤滑油のアップグレードとろ過のパッケージを適用し、結果を注意深く監視して以来、発電所は2005年の秋に2台目のユニットを購入して設置しました。

謝辞

•JohnKinion and Maintenance担当者、Pacificorp Naughton Plant、South U.S. Highway 189、Kemmerer、WY 83101

•ChrisTully、プロジェクトエンジニア、Pacificorp Naughton Plant、South U.S. Highway 189、Kemmerer、WY 83101

•KenKnochel、テクニカルサービス、Schroeder Industries LLC、580 West Park Road、Leetsdale、PA 15056

石炭粉砕機のギアボックスの摩耗粒子を減らし、ギアの寿命を延ばすメカニズム6/7ページWinslow、Naman、Nicholas

参考資料

1. ISO 4406：1999。油圧作動油の力。流体。固体粒子による汚染レベルをコーディングする方法

2. ISO 16889：1999油圧作動油パワーフィルター。フィルターエレメントのろ過性能を評価するためのマルチパス法

3. Sheffield、Schroeder Industries、「ろ過と汚染の変化–ろ過業界の方向転換」。 Machinery Lubrication Magazine、2005年1月

付録I

8120-3Feb05.pdf

石炭粉砕機のギアボックス内の粒子状物質の摩耗を減らし、ギアの寿命を延ばすメカニズム7/7ページWinslow、Naman、Nicholas

作者について

Ken Nicholasは、SchroederIndustriesの潤滑市場サービスのディレクターです。 Richard Winslowは、ワイオミング州ケミアアーにあるPacifiCorpのNaughton発電所のシニアリードエンジニアです。 Ted Namanは、コノコフィリップスの工業用潤滑油およびグリースの技術コーディネーターです。