高度ろ過と合成潤滑油で石炭粉砕機ギアボックス寿命を延長

米国西部の石炭火力発電所で、粉砕機ユニットのギアボックス寿命が予期せぬほど短いという問題に直面していました。定期的な年次点検後、油分析により、OEM指定のAGMA 6EP（ISO 320）ギアオイルがわずか1年運転で適切な潤滑を提供できていないことが判明。レポートには過剰な摩耗金属と粘度の急激な低下が示されていました。

使用済みギアオイルの詳細調査で、汚れ、石炭粉塵、ベアリングと歯車の摩耗によって生成された金属微粒子の大量蓄積が判明。これらの汚染物質とEP添加剤パッケージの枯渇が、加速摩耗の悪循環を生んでいました。

粉砕機ギアボックスの設計とメンテナンス負担

このプラントの粉砕機ギアボックスは1960年代初頭の設計です。800 rpmの電動機で駆動される鋼製ウォームギアが、研削テーブルに直接取り付けられた青銅製ブルギアを駆動します。オイルサムは255ガロンのギアオイルを保持し、内蔵の水冷熱交換器で温度管理しています。メーカー推奨は、青銅-鋼ギアとベアリングの潤滑に非ろ過ISO 320 EPギアオイルを使用することです。

堅牢な設計にもかかわらず、ギアボックスのメンテナンス要件がプラント収益性を圧迫していました：

• 年次オイル交換に材料費と労務費で5,000ドル、さらに生産損失で20,000〜50,000ドル。
• 10年後、青銅ブルギアを反転させて未摩耗歯面を使用—4週間のオーバーホールでユニットあたり30万ドル。
• 20年後、フルリビルドで部品と労務費45万ドル超、さらに発電損失25万ドル。

13台の粉砕機が稼働しており、累積ダウンタイムとメンテナンス費用は看過できないレベルに達していました。

摩耗サイクルの打破

初期検査で、青銅ギア面の深刻な摺動接触とスポーリングが判明。プラントスタッフは、高粒子負荷（石炭粉塵と汚れ）と、ギアオイル添加剤とこれら粒子の化学反応を摩耗原因と特定。EP添加剤パッケージも青銅を攻撃しているらしく、オイル中の銅濃度が上昇していました。

これらの問題解決には2つの鍵戦略が必要でした：石炭粉塵の侵入を防ぐためのシール完全性の向上、高粒子負荷を除去できる堅牢なろ過システムの導入。

問題解決

広範なテストの末、ギアボックスベントにブリーザー乾燥フィルターを設置し、研削テーブルシールを改良することで粒子侵入を抑制することに成功。腎臓循環ろ過システム設置後1週間で、ISO 4406清浄度コードが23/21/18から18/15/11に低下。

腎臓循環システムの主要要件：

• 高汚れ保持容量
• 低メンテナンス—通常条件下でフィルター交換は月1回以下
• メンテナンス後1週間でオイル品質の目に見える改善
• 目標清浄度コード 18/15/11 (ISO 4406-1999)
• ろ過前後のサンプリングポイント
• スキッドマウントと安全な吸込み/吐出し設計
• 30分ごとにサム全量を循環
• ルーチンメンテナンスを妨げないコンパクトな設置面積

ろ過技術のアップグレード

採用されたのは、高効率合成フィルターメディアを用いたオフライン腎臓循環システム。共通エレメントを共有する2つのフィルターハウジングを直列配置、各段ともBeta 25=200（第1段）とBeta 10=200（第2段）定格。10 GPMベーンポンプで460 cSt（2,500 SUS）ギアオイルを循環、温度範囲65°F（18°C）〜130°F（54°C）。吸込みラインはサム底部から直接、吐出しラインはサム上部に戻ります。

フィルター性能は差圧計（25〜28 psig設定）で監視。バイパスバルブ作動前にエレメント交換。上流・下流サンプリングバルブで無停止オイルサンプリングが可能。

潤滑油のアップグレード

オーバーホール時に、鋼製ウォームと青銅ブルギア以外の主要回転部品をすべて交換。ギアボックスを洗浄し、合成AGMA 7 R&O（ISO 460）ギアオイルを充填、精密芯出しを実施。

なぜAGMA 6EPからAGMA 7 R&Oへ変更したのか？ 後者はより高粘度と優れた潤滑性を持ち、青銅ギア面により強力な油膜を形成します。R&O添加剤化学は酸化を抑制し、高温運転をサポート、ろ過・清浄環境下で長寿命を実現—高汚染環境では極めて重要です。

合成ISO 460 R&Oギアオイルの主なメリット：

• 低温でのポンプ性能向上
• 酸化抵抗性と熱安定性の強化
• 温度範囲全域での高油膜強度
• ろ過・清浄環境下での長寿命

運用結果

オーバーホール後、新ろ過システムでギアボックスを運転開始。3時間で粒子カウントが23/21/18から21/19/11に低下。48時間後、Beta 5=200フィルターエレメントにより、目標の18/15/11を2週間で達成。

フィルターメディアは予想を上回る性能：高汚れ保持容量で予測を超える寿命、継続監視で摩耗金属が劇的に減少し、オイル清浄度が安定。

結論

合成ISO 460 R&Oギアオイルと高度ろ過の導入により、以下を実現：

• ギアとベアリングの優れた潤滑
• オイル分析で摩耗金属がほぼゼロ
• モーターエネルギーへの影響最小—アンペア数1%低下を記録
• 粒子カウントとフェログラフィーによる予知保全を実現
• オイル寿命延長で廃油コストと環境負荷を低減
• ギアボックス寿命延長と汚染関連ダウンタイム削減
• メンテナンス間隔の延長

この成果を受け、プラントは2005年秋に2台目を導入しました。

謝辞

• ジョン・キニオン氏 & メンテナンス担当者、パシフィコープ・ノートンプラント、ケマー、WY
• クリス・タリー氏、プロジェクトエンジニア、パシフィコープ・ノートンプラント、ケマー、WY
• ケン・ノッケル氏、テクニカルサービス、シュローダー・インダストリーズLLC、リーツデール、PA

参考文献

• ISO 4406:1999 – 固体粒子による汚染のコード化方法
• ISO 16889:1999 – ろ過性能評価のマルチパス法
• シェフィールド、シュローダー・インダストリーズ – "Changes in Filtration and Contamination – Switching Directions for the Filtration Industry" (Machinery Lubrication Magazine, 2005年1月)

著者について

ケン・ニコラス – シュローダー・インダストリーズ、潤滑市場サービスディレクター
リチャード・ウィンスロー – パシフィコープ・ノートン発電所、シニアリードエンジニア、ケマー、WY
テッド・ナマン – コノコフィリップス、産業用潤滑油・グリース、テクニカルコーディネーター