Tribodiagnostika v prevádzke plynových turbín
Turbínové oleje sa zaraďujú do skupiny olejov, ktorých úlohou je mazanie, čím sa znižuje trenie a následné opotrebenie trecích plôch vzájomne pôsobiacich funkčných povrchov pri ich relatívnom pohybe, ďalej chladenie, tesnenie, ochrana pred koróziou kovových častí zariadení, pre zabezpečenie dlhodobej bezporuchovej prevádzky všetkých druhov turbín (ako sú parné , vodné či plynové).
Mechanizmus opotrebenia môže prebiehať vo forme:
- vzájomnej reakcie (pôsobenia) jednotlivých častí (kov-kov, mazivo - kov)
- zadierania,
- únavou povrchových častíc materiálu,
- vytvorením ryhy a následnou tvorbou triesok,
- únavové opotrebenie.
Na priebeh a rýchlosť opotrebenia vplývajú meniace sa podmienky prevádzky, zaťaženie, teplota a samotná úroveň starostlivosti o tribotechnické systémy.
V prevádzke kompresorových staníc pri turbosústrojenstvách sa používajú väčšinou dva základné druhy olejov.
- turbínový (minerálny) olej,
- syntetický olej (umelo vyrobený chemickou syntézou zušľachtením ropy pridaním ďalších zložiek).
Najrozšírenejšie je mazanie kvapalnými mazivami, olejmi. Výhodou mazacích olejov je ich chemická stálosť. Určujúcou charakteristickou vlastnosťou je viskozita ako miera vnútorného trenia. Je to veličina pomerne ľahko merateľná. Závisí od teploty, tlaku, type prúdenia a gradientu rýchlosti. Viskozitu možno definovať ako mieru vnútorného trenia. Určuje veľkosť trecieho odporu pri kvapalinovom trení a zabezpečuje únosnosť meracej vrstvy.
Firma General Electric vo svojich štúdiách poukazuje, že jednou z príčin zníženej spoľahlivosti plynových turbín sú nesprávne používané mazivá. Nový turbínový olej je spravidla čistý, priezračný a jeho kvalita zodpovedá podmienkam, pre ktoré je určený. Musí byť schopný odolávať náročným teplotným, či tlakovým prevádzkovým zmenám, ktoré pri dlhodobom pôsobení jeho vlastnosti výrazne ovplyvňujú, čo má vplyv na spoľahlivosť zariadenia a jeho prevádzkovú schopnosť. Tými sú vyššie požiadavky na výkonnosť aj prevádzkové podmienky sú náročnejšie. Prebiehajúce chemické procesy v mazacom oleji sú zložité a bežného technika možno ani nezaujímajú, ale efekt je rovnaký. Vzniknuté oxidačné produkty ako výsledok chemických reakcií olej znehodnocujú, vytvárajú kaly a laky, ktorých prítomnosť je nežiadúca. Tvorba oxidačných produktov môže viesť k mnohým problémom, ktorých pôvod nie vždy je pripisovaný mazivu a preto sa mu nevenuje náležitá pozornosť. Sú to problémy ako napríklad nefunkčná regulácia, zalepenie pohyblivých častí servo-regulačných ventilov, obmedzený prietok maziva, nepohyblivé šupátka, prehriate časti strojov, kombinácia viacerých porúch, strata ovládania, a pod.
Keďže životnosť turbínových olejov je závislá od jeho kvality, treba ju pravidelne a včas sledovať a budovať.
Turbínové oleje musia vyhovovať nasledovným podmienkam:
- odolnosť proti starnutiu,
- oxidačná stabilita,
- odlučovať vlhkosť,
- odolnosť voči zaťaženiu,
- ochrana proti opotrebeniu a korózii,
- dobrá emulgačná schopnosť,
- odvádzanie tepla.
Mazacie turbínové oleje sa využívajú v praxi na mazanie ložísk, prevodoviek, v regulačných a upchávkových systémoch. Aj pri výbere hodnotiacich kritérií platí, že niekedy menej je viac. Nie je potrebné v každom prípade vykonávať všetky dostupné analýzy. Pre bežné kontroly je treba vybrať tie parametre, ktoré najviac vypovedajú o stave, sú ľahko merateľné, rýchle a spoľahlivé.
Na hodnotenie priebežnej kvality turbínových olejov sa používa niekoľko metód:
- hodnotenie na obsah prítomnosti nečistôt,
- mazacia schopnosť (viskozita)
- chemické zloženie (obsah antioxidantov, kyslosť a pod.).
Olej už pri prvom spustení stroja musí zodpovedať všetkým požiadavkám kvality a čistoty. Preto je nutné už na začiatku vykonať kontrolu kvality nového oleja. Najčastejšou príčinou zlyhávania nových strojov je kontaminácia olejov cudzími látkami, nečistotami vniknutými pri montáži, montážnymi chybami, netesnosťami, a pod.
Pod kontamináciou sa rozumie proces, pri ktorom vstúpi akákoľvek látka alebo energia do kontaktu s olejom. Kontaminanty pôsobia na olej ako mazivo, jeho prísady či dokonca aj na časti zariadenia veľmi deštruktívne. Môžu byť v rôznych formách: vlhkosť, teplo, vzduch, palivo, čistiace prostriedky, procesné kvapaliny, zložky oterov z povrchu zariadenia. Pred samotným posudzovaním kvality olejov je potrebné pochopiť procesy degradácie, ktoré môžu spôsobovať zhoršenie stavu oleja v daných prevádzkach. Jedným z nich je oxidácia.
Oxidácia v oleji prebieha postupne. Ako náhle klesne obsah antioxidantov v oleji resp. sa zmení oxidačná stabilita, „zasvieti" varovanie. Oxidačný proces urýchľuje zvýšená teplota prostredia. Ďalšími faktormi oxidácie je prítomnosť vlhkosti, vzduchu či vody v oleji. Rovnako aj kovové prímesí svojím procesom prispievajú k tvorbe oxidačných produktov, ktoré sú obyčajne nerozpustné a prispievajú k urýchlenej tvorbe lakov a kalov. Najčastejším spôsobom vniknutia vlhkosti do systému sú rôzne netesnosti.
Keď sa olej dostane do kontaktu s horúcim povrchom nastáva tepelná degradácia. Takéto teplo môže vznikať z horúcich spalín, plynu či vysokého zaťaženia trecích plôch. Rozpustnosť zemného plynu a teda jeho hlavných uhľovodíkových zložiek v ropných olejoch je vysoká nakoľko majú rovnaké molekulové zloženie C - H. Preto ak v systémoch vzniknú netesnosti, plyny zrieďujú olej, zmenšujú jeho viskozitu a ak kondenzujú na plochách, majú tendenciu zmývať olejový film. Ak by takýto prípad nastal, zvyšuje sa riziko kontaktu trecích plôch navzájom, čo môže mať za následok zvýšené trenie, zvýšenie teploty až zadretie. Možno potvrdiť pravidlo, že ak pri pracovnej teplote okolo 70 °C je životnosť oleja 8 000 prevádzkových hodín, zvýšením teploty na 110 °C sa životnosť oleja zníži o 60 až 70 %. Treba si uvedomiť vplyv aj krátkodobého zvýšenia teploty na termickú degradáciu oleja.
Iný problém v tribotechnickej praxi sa vyskytuje pri nesprávnom dopĺňaní mazacieho systému. Napriek tomu, že niektoré odporúčania povoľujú miešateľnosť olejov, treba byť veľmi opatrný a podľa možnosti miešaniu olejov sa radšej vyhýbať. V žiadnom prípade nie je povolené miešať minerálny olej so syntetickým. Ďalšie pravidlo pri doplňovaní oleja stanovuje zásadu, nedodávať do systému viac ako 10 % z objemu olejovej náplni, ktorá už je v systéme. Takto pridaný olej postupne spôsobí uvoľnenie usadenín, ktoré degradujú olej.
Odhalenie poruchy skôr než spôsobí nejaké problémy, či vážne následky sa dá monitorovaním. Pri kritických (významných) zariadeniach sa dnes už vykonáva nepretržité hodnotenie pevne zabudovanými snímačmi. Iný prístup monitorovania je pomocou prenosných systémov, ktoré sa vykonáva pochôdzkovým meraním v presne stanovených časových intervaloch.
Na predĺženie životnosti, znižovanie poškodenia a opotrebenia jednotlivých súčastí zariadenia ako i celého zariadenia je zameraná proaktívna údržba. Práve proaktívna údržba vo svojej stratégii v prvom rade implementuje do svojho programu kontrolu znečistenia mazacích, hydraulických kvapalín, prevodových olejov a iné. Náklady pri zavedení programu proaktívnej údržby sú nahradené úsporami nákladov na údržbu.
Výskytu poruchy alebo inak spôsobených následkov z poruchy sa zabráni prevenciou. Ako príklad môže poslúžiť starostlivosť o mazací proces. Pri starostlivosti o rotačné zariadenia, ktoré majú ložiská mazané olejom len pravidelné dopĺňanie nádrže nepostačuje, ale práve naopak, k úspechu vedú pravidelné kontroly, priebežné analýzy a zistenia kvality náplne, ako i ošetrovanie mazacieho procesu ako celku. To znamená olejovej náplne i mazacieho zariadenia. Pri proaktívnom prístupe v tribodiagnostike sa kladie dôraz na príčinu, nie na realizáciu následkov vzniknutých porúch, na riešenie prejavov opotrebovania.
Proaktívna údržba v tribotechnických systémoch je kontinuálna činnosť pozostávajúca z nasledovných krokov:
1, stanovenie úrovne, aká čistota oleja má byť udržiavaná podľa charakteru výroby,
2, odstránenie alebo zníženie potenciálnych zdrojov znečistenia,
3, implementácia programu monitorovania stavu oleja, zavádzanie ošetrovania olejov akými sú separácia, sušenie, filtrácia a iné.
Pri proaktívnom riadení starostlivosti o oleje nestačí iba výkon analýz maziva, ale správne riadenie tribotechnickej praxe, manipulácia s mazivami a ich ošetrovanie. Tam, kde sa nedodržujú pravidlá postupov, čistota aj pri manipulácii s nimi, nemôže sa dostaviť úspech. Proaktívna údržba poskytuje informácie o príčinách vzniknutých porúch, príčinách opotrebenia strojov a degradácie mazív. Pokiaľ nie je pravá príčina zistená, nemôže sa dostaviť úspech.
Správny manažér sa má riadiť pravidlom: Správne mazivo, na správne miesto, v správnom množstve, v správnom čase ošetrovať!
Ing. Viera Peťková, PhD.
