183572. lajstromszámú szabadalom • Eljárás tribológiai rendszer kopásállapotának vizsgálatára
I 183 572 Találmányunk eljárás tribológiai rendszer vizsgálatára és minősítésére meghibásodás előrejelzéséhez, melynél üzemeltetés alatt álló gépi berendezés kenőanyagából időszakosan vett minta gyors összehasonlító ellenőrző elemzése eredményétől függően végezzük a kezdeti meghibásodás megállapítására alkalmas részletes vizsgálatokat, melynek alapján a tribológiai rendszert minősítjük. Tribológiai rendszerek meghibásodásának előrejelzését műszaki biztonsági vagy gazdasági okok indokolják. Repülőgép-hajtóművek és hidraulika-rendszerek esetében a műszaki biztonsági okok a meghatározóak, más területen pl. hengermű erőműturbinák stb. esetében a hibaelőrejelzés a gazdasági veszteségeket képes csökkenteni. Atomerőműveknél a részegységek meghibásodásának előrejelzése révén az erőmű hatásfoka javítható a szükségessé váló javítások miatti leállások jobb összehangolásával. Erőművek, hengerművek nagyméretű forgógépeinél alkalmaznak regzésállapot jelző és hőmérséklet érzékelő műszereket a csapágyak ellenőrzésére. Ezek a műszerek meghibásodás következtében fellépő jelenségeket érzékelik és jelzik ki, mivel a forgó tengely rezgésének növekedése, vagy a csapágy hőmérsékletének emelkedése már meghibásodás következtében előálló jelenség, a jelzés súlyosabb károk, a csapágy teljes tönkremenetelének elkerülését segíti elő. Ezek a módszerek tehát nem tekinthetők meghibásodás előrejelzésére alkalmasnak, nem jelzik a meghibásodás kezdeti szakaszát. Tribológiai rendszerek meghibásodásának előrejelzését a rendszer kopásállapotának ismerete teszi csakis lehetővé, mivel a kopásállapot rendszeres időszakos, vagy folyamatos ellenőrzésével a meghibásodáshoz vezető kopásjelenségek feltárhatók és megállapítható a meghibásodás bekövetkeztének valószínűsége. Ehhez a tribológiai rendszer rendeltetésszerű használatánál fellépő kopásfolyamat minőségi és mennyiségi jellemzőit kell megállapítani és ezekre támaszkodva a rendszer kopásállapotának időszakos vagy folyamatos vizsgálata, illetve ellenőrzése esetén előre jelezhető a meghibásodás. Tribológiai rendszerek jellegzetes kopásfolyamatokat mutatnak az üzemidő függvényében. A kopásfolyamat egyik jellemzője a kopásnak kitett felületekről levált anyag mennyisége, másik jellemzője a levált anyagrészecskék alakja, ami a kopásfolyamat különböző szakaszaiban változik. A kopási folyamatot az 1. ábra mutatja be, ahol az üzemidő függvényében a levált G anyagmennyiség van feltüntetve. Az ábrán látható a bejáratási I. kopásszakasz, ahol abrazív és adhéziós kopás együtt jelentkezik, az adhéziós II. kopásszakasz, vagy az élettartamszakasz gyakorlatilag változatlan kopássebességgel, a gyors kopásnövekedési III. kopásszakasz, ahol a rendszer az élettartam határán van, közeli meghibásodás várható és jellemzője az abrazív kopás és/vagy a felületi fáradásos kopás megjelenése. A kopásfolyamatban jelentkező kopásrészecskék a mennyiségi jellemzőkön kívül megjelenési formájukban a méreteikben is jellegzetes képet mutatnak. Az adhéziós kopás során keletkező részecskék méretei cca. 30 pm-ig terjednek és lapkás formájúak, míg az abrazív kopásrészecskék jellegzetes spirálforgács formájúak, nagy hosszmérettel: a felületi fáradásos kopásnál pedig gömbformával és nagyméí retű szemcsékkel találkozunk. Az ábrázolt kopásfolyamatot a környezetből származó, az üzemeltetés során a rendszerbe jutó abrazív szennyezők módosíthatják. Hatásuk a rendszerbe bejutó abrazív kopásanyagok mennyiségétől és minőségétől függ, s ezek is megindíthatnak a III. kopásszakaszra jellemző gyors kopásfolyamatot, azonban ez esetben lehetséges még a visszatérés a II. kopásszakaszra jellemző kopásértékekhez. A kopásfolyamat során leváló anyagrészecskék, illetve a kopásterméket tartalmazó kenőanyagból a kopás minőségi és mennyiségi jellemzőinek megállapítására több vizsgáló módszer ismert. A kenőanyagban található kopástermék (fémek, ötvözetek, szennyezők) elemi összetételét a kenőanyag mintáiból közvetlen elemzéssel is meg lehet határozni. Ezek a módszerek rendszerint automatizáltak. Ilyenek a spektrometriás, spektrofotometriás módszerek. A módszereknek azonban közös hiányosságuk, hogy 5 pm feletti méretű részecskéket nem képesek mérni s így ezen módszerekkel mért értékek nem kvantitatívak, a kopásfolyamat mennyiségi változásának követésére csak korlátozottan alkalmasak. Az atomabszorpciós spektrofotometriával meghatározott kopásértékek például néha nagyságrenddel kisebbek a neutronaktivációs technikával mérhető értékeknél és hasonló a helyzet más direkt spektrometriás eljárásnál is. Az előzőek szerint a direkt spektrometriai módszerek alkalmatlanok a veszélyes kopásszakaszra jellemző nagyméretű szemcsék analízisére. A kopásfolyamat megbízható mennyiségi követésére a kopástermékek neutronaktivációját követő gamma spektrometriás vizsgálati módszer kiválóan alkalmas, de végrehajtása időigényes, és ezért a gyors meghibásodás jelzésére alkalmatlan. A kopásfolyamatban keletkező részecskék méretváltozásai alapján észlelhető a III. kopásszakasz jelentkezése, s ennek gyors vizsgálatára az automatikus részecskeosztályozó és részecskeszámláló berendezések szolgálnak. Ezen berendezések a kenőanyagmintából gyorsan felvilágosítást adnak a kopásrészecskék koncentrációjáról és méreteloszlásáról, illetve ezek változásáról. A részecskék koncentrációváltozása és méretváltozása azonban származhat külső forrásból, pl. a „friss” kenőanyag eredeti szennyezettségéből, vagy olajutántöltésből is. így önmagában ez a módszer sem ad egyértelmű információt a III. kopásszakasz jelentkezéséről. Teljesebb információhoz juthatunk, ha a rendszerbe vitt kenőanyagot előzetesen minősítjük, illetve alkalmas szűréssel megfelelő és állandó tisztaságú kenőanyagot biztosítunk a rendszer számára. Az ismert kopásvizsgálati módszerek teljesítőképességét, alkalmasságát a különböző méreteloszlású kopásrészecskék és szennyezőanyag részecskék analízisére a 2. ábra szemlélteti. Az M részecskeméret pm-ben van feltüntetve, az a sáv a ferrográfiának; a b sáv a részecskeosztályozó számlálásnak, a c sáv a neutronaktivációs módszernek, a d sáv a kémiai előkészítéses spektroszkópiának, az e sáv a közvetlen spektroszkópiának felel meg. Célkitűzésünk találmányunk létrehozásánál a meghibásodás előrejelzése céljából a III. kopásszakasz kezdetének gyors és megbízható felismerésére alkalmas vizsgálati, illetve ellenőrzési módszer kidolgozása 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
