AZ ÜZEMFENNTARTÁS ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEI 1.01 3.03 5.27 A megelőző karbantartás fontossága fogaskerék-hajtóművek meghibásodásának példáján Tárgyszavak: megelőző karbantartás; fogaskerék-hajtómű; kenés; kenőolaj-vizsgálat. A megelőző karbantartás célja a berendezés jövőben előforduló hibáinak elkerülése rendszeres karbantartási műveletekkel. Bármilyen megelőző karbantartási program első fontos lépése annak elsajátítása, hogyan lehet kimutatni a berendezés meghibásodásának okát. Ennek ismeretében már meg lehet tenni azokat az intézkedéseket, amelyek révén a jövőben elkerülhetők lesznek a problémák. A fogaskerék-hajtóművek az erőátviteli rendszerek kulcsfontosságú szerelvényei, meghibásodásuk okainak ismeretében lehetőség nyílik hatékony megelőző karbantartási program kidolgozására. A kenés, ill. a kenőolaj vizsgálata A kenés mindig fontos, amikor fémes érintkezés jön létre. Fogaskerékhajtóművek működése szempontjából kritikus tényező a kenés hatékonysága. Megfelelő kenéssel meg lehet előzni mind a fogaskerék, mind a csapágy meghibásodását, viszont a kenés kimaradása vagy elégtelen volta gyakran okozza az igénybe vett gépelemek tönkremenetelét. A megfelelő kenés fenntartása megfelelő kenési gyakorlatot igényel. Ez jelenti a megfelelő kenőanyag felhasználását, az olaj tisztán tartását, mentesítését idegen anyagoktól és az elegendő mennyiségű kenőanyag biztosítását. A kenőanyag megválasztása számos tényező függvénye. Így többek között tekintetbe kell venni az olyan, egymástól független tényezőket, mint pl. a fogaskerék típusa, a terhelés jellege, a sebesség, az üzemeltetési hőmérséklet, a bemenő teljesítmény, az áttételmódosítás. Ezért helyesebb, ha a kenőanyag megválasztását kenési szakemberre bízzák. Ez különösen igaz manapság, tekintettel a fogaskerék-hajtóművek jelenlegi bonyolult műszaki megoldásaira, a nagy fordulatszámokra és terhelésekre, a speciális kenőanyagokra, valamint adalékokra.
A kenés hiányosságai számos fogaskerék-problémát okozhatnak. A bemaródást és berágódást általában az olajfilm felszakadása váltja ki. Emiatt fémes érintkezés jön létre, megnövekszik a hőmérséklet. Mindez a fogfelület tönkremenetelét idézi elő. Amennyiben a fogaskerék továbbra is kielégítő kenés nélkül működik, a károsodás tovább folytatódik mindaddig, amíg a fogprofil annyira el nem torzul, hogy már csak a fogaskerékcsere segíthet. Eltekintve ettől, az abrazív kopást gyakran a kenőanyagban lévő idegen anyagok idézik elő. Esettanulmány: egy különleges probléma megoldása Egy nyílt tengeri gázkitermelő platformon (fúrósziget) üzemeltetett fogaskerék-hajtómű katasztrofális meghibásodását idézte elő a kenés kimaradása. A fogaskerék-hajtóművet nagy fordulatszámú kompresszor üzemeltetésére tervezték. A belső fröccsentéses kenőanyag-felhordás helyett külső kényszer kenőanyag-adagolásra volt szükség. Az adagolórendszer meghibásodása a fogaskerék-hajtómű súlyos károsodását váltotta ki. A kenés kimaradása után néhány perccel a csapágyfém megolvadt, a fogaskerékpár csakhamar túlhevült. Emiatt a fogak megrepedtek, letöredeztek. Minden valószínűség szerint ez annak volt a következménye, hogy a csapágy meghibásodása miatt a tengelyvonal eltolódott. A nyílt tengeri földgázkitermelő platformon csupán egyetlen ilyen fogaskerék-hajtómű volt felszerelve. A kompresszorhajtómű feladata volt a földgáz átszivattyúzása a tenger alatti csővezetéken keresztül közvetlenül a parti feldolgozó üzembe. Tehát, amikor a fogaskerék-hajtómű meghibásodott, lényegében a gázkitermelés leállt. Amennyiben a fogak nem töredeztek volna ki, meg lehetett volna kísérelni a javítást. Egyszerűen csak ki kellett volna cserélni a csapágyhüvelyt vagy pótolni a külső kenőanyag-adagoló rendszert. Bár ebben az esetben sikerült egy póthajtóművel ideiglenesen megoldani a problémát, az egész üzemzavar elkerülhető lett volna megfelelő karbantartási terv érvényesítésével. A végső megoldást betétedzett fogaskerekek beépítése jelentette. Olajelemzés következtetései A karbantartó szakemberek számára ismertek hatékony eszközök a fogaskerék-hajtóművek kenési rendellenességeinek diagnosztizálására. Egyik lehetőség az olajelemzés módszere. Az eljárás alkalmas a berendezések állapotának általános értékelésére. A szakember a működésben lévő hajtóművön elvégezve az olajban lévő részecskék koncentrációjának vizsgálatát folyamatosan tud következtetni a hajtómű állapotára. Az olaj tulajdonságainak további elemzése révén a kenőanyag állapotára vonatkozó fontos információkat lehet megismerni.
Az olajelemzés eredményei felhívják a figyelmet a kenési rendszer esetleges hibáira. Azokon a berendezéseken, amelyeken gyakoriak a mechanikai hibák, vagy amelyek meghibásodása esetében a teljes rendszer kiesésétől kell tartani mint például a kompresszorhajtómű esetében a kenési rendszer folyamatos ellenőrzést igényel. A kenési problémákra a fogaskerekek kopási sajátosságai is felhívják a figyelmet. A fogaskerekek fogfelületein az egészen kis méretű pontkorróziós jellegű hibahelyek egyenletes eloszlásban jelentkeznek. Ez a jelenség általában a fogaskerék túlterhelésére utal, azonban ugyanakkor vagy a kenőanyagban lévő, korróziós hatást kifejtő közeg jelenlétére, vagy a nem megfelelő kenőanyag-adalékra hívja fel a figyelmet. Rezgéselemzés A gépmeghibásodások diagnosztizálásakor alapvető fontosságú a rezgésvizsgálat eredménye. A gép bármilyen meghibásodása sajátos rezgési spektrumot eredményez. Egyetlen rezgésmérés alapján több tényezőre is lehet következtetni. A rezgés frekvenciája függ a gépelemek geometriai sajátosságaitól és a működési fordulatszámtól. A tengelyrezgés elemzése révén a szakember meg tudja határozni, vajon a gép meghibásodását kiegyensúlyozatlanság, excentricitás, valamilyen meglazulás vagy kopás, csapágyhiba, fogaskerékhiba vagy esetleg más, váratlan probléma felmerülése okozta-e. A kiegyensúlyozatlansági erőhatást az olyan forgó test idézi elő, amelyiknek a súlypontja eltér a forgástengely vonalától. Kiegyensúlyozatlanságra utal a rezgési diagramon jelentkező felharmonikustartalom. A mechanikai rendszer rezgéseit bármelyik gépelem vagy esetleg csőcsatlakozás meglazulása is okozhatja. Az excentricitás lehet párhuzamos eltolódás, irányszög-megváltozás vagy mindkettő együtt. Az excentricitás okozta fogaskerékhiba a fogtőben, diagonális irányban, először repedés formájában jelentkezik. Gyakran a ferde fogazású fogaskerekek és a kúpkerekek fogtörését is ez idézi elő. Az excentricitás gyakran a csapágy meglazulásának következménye. Ez a tengely irányvonalának megváltozásával, majd esetleg fogtöréssel jár együtt. Minden megelőző karbantartási program része a csapágyvizsgálat. Ellenőrizni kell a csapágyhézagot és a csapágy állapotát. A rossz beállítás kimutatását követő intézkedések révén előzhető meg a fogtörés. A rezgéselemzés eredménye alapján a kopásra is lehet következtetni. A kopás miatt a legkülönbözőbb fogaskerék-meghibásodási típusok alakulhatnak ki, kezdve a karcok keletkezésén és a berágódáson keresztül a képlékeny alakváltozásig. A felületi képlékeny folyási jelenségek olyan fogaskerekeken léphetnek fel, amelyek folytonosan nagy terhelésen működnek, azonban ezt a szakaszos túlterhelés is előidézheti.
Esettanulmány: átépítés szükségállapotban Bármelyik fenti hiba, ha elhárításáról nem gondoskodnak, olyan károsodást eredményezhet, ami az egész rendszer leállítását teheti szükségessé. Például az egyik vállalatnál az üzemben lévő négy, kis fordulatszámú hajtómű közül az egyiken működés közben, lökésszerű ütközések voltak érzékelhetők. A zaj egyre erőteljesebb lett, úgy, hogy végül kénytelenek voltak a berendezést leállítani. A meghibásodott nagyméretű fogaskerék cseréje a termelés tartós leállítását idézte volna elő, ami az adott helyzetben nem volt megengedhető. Ezért úgy döntöttek, hogy csak a fogkoszorút fogják kicserélni, ami meg is történt. Mindenesetre még így is hosszú leállásra kényszerültek, és a javítási költségek is tetemesek voltak. Bár nem egészen egyértelmű, hogy a rezgéselemzés a lökésszerű zaj megjelenése előtt figyelmeztetett volna a konkrét hibaokra, azonban a megelőző karbantartási programok keretén belül végzett rendszeres vizsgálatok alapján idejében fel lehet figyelni a rendellenességekre. A rezgéselemzés eredményeit felhasználva van mód következtetni a berendezés egészségi állapotára, és előírható a karbantartási határidő, ami megelőzheti a váratlan berendezésmeghibásodást, valamint a termelés leállítását. A gépek optimálása A megelőző karbantartási intézkedések nemcsak a berendezések folyamatos üzemeltetését biztosítják, hanem lehetővé tehetik, hogy a rendszerek a megengedhető maximális teljesítményen legyenek működtethetők. Ehhez gyakran mindössze arra van szükség, hogy a fogaskerék-hajtóművet optimális igénybevételre tegyék alkalmassá. A fogaskerék-hajtómű üzemeltetési viszonyainak részletes elemzése alapján lehet következtetni az igénybevétel további növelésének megengedhető mértékére. Adott esetben ez csak egyes forgó gépelemek cseréjét igényli, anélkül, hogy a fogaskerékszekrényhez csatlakozó elemeket meg kellene változtatni. Ezzel szemben a megelőző karbantartás hiánya gyakran ellenkező hatást vált ki. A különböző gyártó vállalatoktól származó és csak rendszertelenül karbantartott berendezések sokszor nem a megengedhető maximális teljesítményen működnek, vagy ami még rosszabb, az előírásosnál nagyobb igénybevételnek vannak kitéve. Ilyen esetekben a megelőző karbantartási gyakorlat feladata a gépek állapotának behatárolása és optimális szinten való üzemeltetésük feltételeinek meghatározása. Ezzel megelőzhető az esetleges problémák fellépte. Esettanulmány Előfordulhat, hogy a karbantartás nem csak az üzemben lévő gépi berendezések maximális kihasználását teszi lehetővé, hanem a használaton kí-
vülre helyezett berendezések eredményes igénybevételét eredményezheti. Egyik esetben egy nagy olajfinomító üzem a hűtőtornyokban felhasznált hajtóműveket lecserélte és a régieket beraktározta, bár nem volt semmi elképzelésük arról, hogy valaha ismét használatba vennék azokat. Az olajfinomító hűtőtornyaiban egyidőben általában 10 hajtóműegység volt üzemben a termelésben keletkező kondenzált gőz lehűtésére. Időközben racionalizálási törekvéseket érvényesítettek. Nem ellenőrizték tovább a hajtóműveket és nem végeztek rajtuk javítást. Ha egy egység meghibásodott, egy újabb szerelvény beszerzésére került sor, a régit pedig egyszerűen a temetőbe küldték. Az üzemben három különböző gyártóvállalattól származó hajtóműveket használtak. Közülük néhány működése nagyon zajossá vált vagy rezgésük meghaladta az elfogadható szintet. Ekkor azonban nem rendeltek újakat, hanem a leépítési periódus alatt kiselejtezett négy egységet vizuálisan felülvizsgáltak. Arra a megállapításra jutottak, hogy ezeket még fel lehet újítani. Végül a vizsgálati eredmények alapján a négy sebességváltó alkatrészeit felhasználva és felújítva két használható hajtóműegységet építettek össze. Így a finomító az új egységek beszerzési költségeinek 40%-át megtakaríthatta. Környezeti tényezők A berendezések meghibásodását egyes környezeti tényezők, például a környezet nedvessége által kiváltott korrózió is előidézheti. A karbantartás is elmaradhat, amikor a nehezen vagy egyáltalán nem hozzáférhető berendezések olyan igénybevételnek vannak kitéve, amire a tervezés nem számíthatott. A hűtőtornyok hajtóműveinek karbantartása részben vagy egészben elmaradhat, amennyiben nehezen hozzáférhetők (a hűtőtorony magassága esetenként meghaladhatja a 24 m-t). Ezen túlmenőleg, a nedves, párás környezetben lévő berendezések fokozott mértékben vannak kitéve a korróziónak, mivel esetleg nedvesség gyűlhet össze a fogaskerékszekrényben, ami tönkreteheti a csapágyakat. Esetenként a biztonsági rendszabályok sem teszik lehetővé a működésben lévő egységek ellenőrzését. Nyilvánvalóan ez volt a helyzet az előbb említett olajfinomító esetében is. Ez kedvezőtlenül befolyásolta az ellenőrzési és javítási műveleteket és titokzatossá, érthetetlenné tette a hűtőtornyok hajtóműveinek meghibásodását. Megelőző karbantartási program külső megbízással Előfordul, hogy egy berendezés meghibásodásának okát egyszerűen a hiba szemrevételezésével meg lehet állapítani, azonban gyakori, hogy a hibaok azonosítása sokkal nehezebb feladat. Ez sok esetben azzal magyarázható, hogy az üzemben nincsenek meg azok a bonyolult berendezések, amelyekkel kimutathatók a tengelyrezgések anomáliái, vagy elvégezhető lenne a kenőolajminták idegenanyag-tartalmának elemzése. Egyáltalán, van arra
lehetőség, hogy ezek nélkül az eszközök nélkül megelőző karbantartási programot kezdeményezzenek? Nyilván egyik lehetőség a megelőző karbantartási feladat teljesítésének megrendelése egy külső szolgáltató vállalattól. Ebben az esetben a megbízó vállalat saját alapvető feladataira koncentrálhat, miután a megfelelő szakértelemmel és eszközökkel rendelkező szolgáltató cég fogja elvégezni a karbantartást és a javítási műveleteket. A megelőző karbantartási tevékenységet végző cég megválasztásakor több központi jelentőségű szolgáltatásnak is szerepelnie kell a megkötendő szerződésben. Magától értetődő szolgáltatás a javítás és karbantartás, miután erre természetesen minden berendezésnek szüksége van. A legfontosabb a karbantartáshoz szükséges állásidő tervezése oly módon, hogy az ne befolyásolja kedvezőtlenül a termelést. A szolgáltatás kiterjedhet határidőzött karbantartásra, alkatrészek felújítására, műszaki megoldások felülvizsgálatára, beállításra és kiegyensúlyozásra, helyszíni és másutt elvégzendő diagnosztizálásra. Az átfogó jellegű megelőző karbantartási program szükséges része a hibakeresés, beleértve az üzemeltetési problémák azonosításában és gyors megoldásában nyújtott műszaki támogatást. További fontos (már fentebb említett) szolgáltatás a rezgésvizsgálat és a kenőolaj-elemzés. Ez a két folyamatos ellenőrzési eljárás döntő fontosságú a berendezés rendellenes viselkedésének azonosításában még azelőtt, hogy ez nehézségeket okozna. Minden jó megelőző karbantartási szerződés valamennyi kiszolgált berendezésre tartalmazzon szavatosságot. De ugyanolyan fontos a sebességváltó fogaskerék-hajtóművek megfelelő beszerelése is, mert ezzel biztosítható az üzemzavarmentes üzemeltetés. A megelőző karbantartás feladatai Berendezés javítása esetében: a tönkremenetel elhárítása, a karbantartási határidők kitűzése, alkatrészek felújítása, teljesítőképesség feljavítása, műszaki megoldás felülvizsgálata, beállítás és kiegyensúlyozás, a helyszínen vagy másutt sorra kerülő szolgáltatás. Kenőolaj-elemzéskor: a kenőanyag és a működésben lévő berendezés állapotának folyamatos ellenőrzése, a kopási részecskék elemzése, kopásra igénybe vett alkatrészek mechanikai állapotának folyamatos figyelése, a kenőanyag viszkozitásának folyamatos figyelése, a szennyezőanyag-koncentráció mérése.
Rezgéselemzéskor: a helyszíni diagnosztizálás támogatása, tanácsadás telefonon, a megelőző karbantartási program kidolgozásának elősegítése, kulcsra kész megelőző karbantartási szolgáltatások, a rendszer megtervezése és kalkuláció. Hibakereséskor: műszaki támogatás működési problémák kimutatásában és gyors megoldásában. működtetési problémák elemzése, beleértve a rendszert, az alkatrészeket, a hangot, a rezgést, a meghibásodást. Meghibásodás elemzése: fogaskerék- és csapágy-meghibásodás alapvető okainak meghatározása, a teljes rendszer értékelése, alapvető okok kimutatása és állandó helyesbítés. (Dr. Barna Györgyné) Luchetta, S.: Understand root causes of gearbox failure. = Hydrocarbon Processing, 82. k. 3. sz. 2003. p. 48 50. Verschleissverhalten von Zahnrädern Schmierstoffeinfluss und Testverfahren. = Mineralöl Technik, 2002. 9. sz. p. 1 18.