Product Training – Szkolenie produktowe Łożyska Thordon Wicket PL

Łożyska ThorPlas
do łopat kierownic i mechanizmów
wykonawczych
HPS Warszawa 01.12.2014
Program
• Rozwój ThorPlas
• Niezależne testy ThorPlas
 Powertech
 Vattenfall
• Studium przypadku: Siłownia Pangue, Chile
• Najważniejsze referencje
• Podsumowanie
2
Łożyska ThorPlas do zastosowań
w turbinach wodnych
Co to jest ThorPlas?
• Wysokiej klasy specjalnie zaprojektowany materiał
termoplastyczny, krystaliczny i samosmarujący
• ThorPlas to zupełnie nowy typ polimeru Thordon,
wynaleziony dla dopełnienia naszej powszechnie uznanej
linii elastomerów.
• ThorPlas to materiał zawierający lubrykator, co pozwala
na obniżenie tarcia oraz zużycia
4
Główne cechy i zalety ThorPlas
• Maksymalne ciśnienie pracy do 31 Mpa,
porównywalne ze stopami brązu
• Maksymalne ciśnienie statyczne 45 MPa
• Praca ciągła w temperaturze do 80oC w wodzie i
110oC na sucho
• Zwiększona odporność na działania chemikaliów
• Doskonała trwałość, ze znikomym ubytkiem lub bez
ubytków polimeru i współpracującego metalu,
zwłaszcza w środowisku nisko ściernym.
5
Wytrzymałość mechaniczna i elastyczność
Wytrzymałość na naprężenia na krzywej odkształceń
70
2
)
naprężenia (N/mm
60
ThorPlas®
50
Thordon Elastomery
40
30
Zwykły plastik
20
Zwykłe gumy
10
0
0
50
100
odkształcenia (%)
6
150
200
Stabilność termiczna –
sztywność mechaniczna
8
zmiana wartości dynamicznych z temperaturą
7
ThorPlas®
zmiana względna
6
5
Acetal
4
Nylon
3
UHMWPE
2
1
0
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Temperature (oC) / temperatura (oC)
7
100
Stabilność termiczna – zachowanie wymiarów
10
Porównanie współczynników liniowej rozszerzalności cieplnej
względna rozszerzalność cieplna
9
8
7
6
5
4
3
= 4.6E-5/°C
(2.5E-5/°F)
2
1
0
8
ThorPlas®
Acetal
Nylon
Thordon
Elastomers
UHMWPE
10
Stabilność
- Absorpcja wody
absorbcja wody (wt%)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
9
Absorpcja wody nasyconej
ThorPlas® - praktycznie bez zmiany wymiarów
Charakterystyki tarcia i zużycia łożysk
ThorPlas i ich zastosowanie w turbinach
wodnych
Współczynnik tarcia (na mokro)
SIMULATION TEST #3
RUCH OSCYLACYJNY
CZĘSTOTLIWOŚĆ 2.0 Hz
SMAROWANIE: KRAWĘDZIE
WAŁEK
MATERIAL:
PH17-4
WYK. POWIERZCHNI:
0.4 m
THOR_PLAS test powtarzalny
(na mokro)
TWARDOŚĆ: RC40
CIŚNIENIE STATYCZNE:
23 MPa
CIŚNIENIE DYNAMICZNE:
7.0 MPa
WYNIK:
WSPÓŁCZ. STAT.: 0.183
WSPÓŁCZ. DYN.: 0.167
PRZYROST WZGĘDEM CZASU
Upływ czasu (h)
Raport z testów Powertech Labs Inc B.C. Badanie przeprowadzono zgodnie z testem standardowym
Korpusu Inżynieryjnego Armii USA, Hydroinżynieryjnego Centrum Projektowego w dystrykcie Portland
USA, służącym do oceny działania tulei samosmarujących do zastosowań w łopatach kierownic
Współczynnik tarcia (na sucho)
SIMULATION TEST #1
RUCH OSCYLACYJNY
CZĘSTOTLIWOŚĆ 2.0 Hz
SMAROW.: NA SUCHO
WAŁEK
MATERIAŁ:
PH17-4
WYK. POWIERZCHNI:
0.4 m
TWARDOŚĆ:
RC40
CIŚNIENIE
STATYCZNE: 23 MPa
DYNAMICZNE:7.0 MPa
RESULT/WYNIK
WSPÓŁCZ. STAT.:
0.115
WSPÓŁCZ. DYN.: :
0.098
Raport z testów Powertech Labs Inc B.C. Badanie przeprowadzono zgodnie z testem standardowym
Korpusu Inżynieryjnego Armii USA, Hydroinżynieryjnego Centrum Projektowego w dystrykcie Portland
USA, służącym do oceny działania tulei samosmarujących do zastosowań w łopatach kierownic
Współczynnik tarcia (na mokro)
TEST SYMULACYJNY #4
RUCH OSCYLACYJNY
CZĘSTOTLIWOŚĆ 2.0 Hz
SMAROWANIE: KRAWĘDZIE
WAŁEK
Średni współczynnik statyczny
Średni współczynnik wytarowany
Temp. 1
Ręcznie
MATERIAL:
PH17-4
WYK. POWIERZCHNI:
0.4 m
TWARDOŚĆ: RC40
CIŚNIENIE
STATYCZNE: 23 MPa
DYNAMICZNE:
7.0 MPa
WYNIK:
WSPÓŁCZ.
 Po wodnych testach symulacyjnych
 Zużycie niemierzalne
 Brak uszkodzeń
0.07 – 0.14
WYROWNANIE
WRAZ Z UPŁYWEM CZASU
Raport z testów Powertech Labs Inc B.C. Badanie przeprowadzono zgodnie z testem standardowym
Korpusu Inżynieryjnego Armii USA, Hydroinżynieryjnego Centrum Projektowego w dystrykcie Portland
USA, służącym do oceny działania tulei samosmarujących do zastosowań w łopatach kierownic
Stabilność wymiarów – rozszerzalność Powertech
14
TEST NA ODKSZTAŁCENIA
Próbki łożysk
Cylinder hydrauliczny
Bloki wałków
Bloki obudów
Przemieszczenie całkowite
CIŚN. NA ŁOŻYSKU = 55
ZMIERZONE ODKSZTAŁCENIE CAŁK. = 0.0147 mm
ODKSZTAŁCENIE NA KAZDYM Z ŁOZYSK = 0.00184 mm
SZYBKOŚC POWSTAWANIA ODKSZTAŁCEN = 1.93 x 10^(-4)m/mm/rocznie
Test Report from Powertech Labs Inc., B.C. Test conducted in accordance with U.S. Army Corps of
Engineers, Hydroelectric Design Center, Portland District, U.S.A. Standard Test Procedure for Creep
Testing of Greaseless Bushings for use in Hydropower and Waterway Applications
TEST OBCIĄŻENIA KRAWĘDZI
SIMULATION TEST #7
RUCH OSCYLACYJNY
CZĘSTOTLIWOŚĆ 2.0 Hz
SMAROW.: NA SUCHO
WAŁEK
MATERIAł:
PH17-4
WYK. POWIERZCHNI:
0.4 m
TWARDOŚĆ:
RC40
Thor-Pias test na obciążenie krawędzi
CIŚNIENIE
STATYCZNE:
23 MPa
DYNAMICZNE:
7.0 MPa
Zużycie bezpośrednie (mm)
WYNIK:
BRAK USZKODZEŃ POWIERZCHNI
Współczynnik tarcia
Test Report from Powertech Labs Inc., B.C. Test conducted in accordance with U.S. Army Corps of
Engineers, Hydroelectric Design Center, Portland District, U.S.A. Standard Test Procedure to evaluate
the performance of self-lubricating bushings for wicket gate applications in hydroelectric turbines
Główny Europejski Operator w obszarze
energetyki wodnej
Politechnika w Lulea
Szwecja
17
Vattenfall Próby łożysk
• dane techniczne
 podwójna stal nierdzewna 2377)




• Ra ~0.4m
prędkość przesuwu: 4.6mm/s
czas trwania testu: 180 hours / h
całkowity zasięg przesuwu: 1466m
ciśnienie na łożyskach: 20MPa
Test Report from Tribolab (Luleå Technical University, Sweden). Journal bearing comparative testing conducted for Vattenfall
Power Consultant AB, Sweden / Raport z testów Tribolab (Politechnika Luleå, Szwecja). Urzędowe badania porównawcze
prowadzone przez Vattenfall Power Consultant AB, Szwecja
18
Vattenfall testy łożysk
• Przetestowane rodzaje łożysk
 Oiles 500 JM3 SL4
 Oiles 500 JM7 SL4
 Thordon ThorPlas
 Orkot TXMM
 DEVA BM9P
 DEVA TEX
 PAN SoBz 10 and 12
19
20
ANGL. AMPTITUDE
21
Współczynnik tarcia (na sucho) Vattenfall
RUCH OSCYLACYJNY
AMPLITUDA ZMIENNA
SUCHE
WAŁEK
MATERIAL:
SS2377
WYKOŃCZENIE POWIERZCHNI :0.4 m
TWARDOŚĆ: RC40
CIŚNIENIE:
45 -90 MPa
(6526 – 13053 psi)
WYNIK
ZUŻYCIE niskie
współcz. tarcia = 0.06 – 0.08
obciążenie
CZAS ZUŻYCIA
dane pochodzą z testu dodatkowego Lulea
Wear/zużycie (mm) =
K(chart)/(wykres)x Pressure/ciśnienie(MPa) x Distance/odległość(mm)
about 0.006” wear per sliding mile at ~12000psi
Vattenfall – test łożysk
Ranking
 Kryterium: równomierne tarcie i niskie
zużycie
1. Thordon ThorPlas
2. Orkot TXMM, DEVA.TEX and DEVA BM9P
5. PAN SoBz 10
6. Oiles 500 JM3, Oiles 500 JM7, PAN Bronze
12
24
Wniosek
“Those bearings that show the most stable function with
the most favourable results in the testing rig have
lubricant in the material structure – homogenously
distributed.”
“ Łożyska osiągnęły najlepszy wynik spośród
testowanych, wykazują najbardziej zrównoważone
funkcję, mają w strukturze materiału równomiernie
rozłożony smar”
Vattenfall
25
Pangue Power Station
Endesa jest największą siłownią wodną
w Chile
PANGUE POWER STATION
Dwie turbiny Francisa firmy Kvaerner
Spad 99 m Moc: 230 MW każda
24 łopatki kierownicze w turbinie
Rozpoczęła pracę w 1996 r.
Pangue Power Station
Ciśnienie w układzie wspomagania zostało zaprojektowane
na 30 do 40 bar
Po 1 roku pracy (1997) ciśnienie robocze osiągnęło prawie
wartość graniczną
Po 2 latach pracy system został zmodyfikowany (1997) ciśnienie
osiągnęło okolice 45 Barów
JEDNAKŻE
 inspekcja Kvaernera (wykonawcy) stwierdziła brak nieprawidłowości
• Inspekcja Devy – producenta łożysk zarekomendowała wyczyszczenie
wszystkich łożysk oraz przesmarowanie ich smarem grafitowym
Pangue Power Station
… a więc Deva dodała nowy punkt do przeglądów
okresowych;
smarowanie wszystkich łożysk co 18-24 miesiące
Aż do inspekcji w roku 2006, gdzie
znaleziono poważnie uszkodzone
łożyska
Pangue Power Station
By ustalić przyczynę, Endesa zatrudniła
firmę American Hydro
Ustalono ;
1. z powodu działających sił
hydrostatycznych, łopaty
kierownicy i wałki ulegają
odkształceniu.
2. Łożyska są maksymalnie
obciążone przy łopatach
Pangue Power Station
Możliwe rozwiązania:
a) Zwiększenie średnicy wałka
(gruntowna modyfikacja maszyny  długi czas i wysokie koszty)
b) Zastosowanie łożysk sferycznych lub innych łożysk
specjalnych
rozważane opcje
•
•
•
•
Deva,
Orkot,
Thordon
??
Pangue Power Station
Wybór jednej z opcji był utrudniony ze względu na
przewidzianą w pierwotnym projekcie bardzo wąską
przestrzeń dla łożysk (~5mm)
Thordon zaproponował zastosowanie łożysk cienkościennych ThorPlas
Po wielu dyskusjach i spotkaniach Endesa wybrała Thordon
(z powodu wysokiego zaufania oraz obsługi serwisowej)
Łożyska ThorPlas zostały zamontowane do testów na 2
łopatach (w marcu 2008)
Pangue Power Station / Siłownia Pangue
Po testach przeprowadzonych na 2 łopatach, wszystkie
łożyska U-1 zostały zamienione na ThorPlas (kwiecień
2009)
Wymagane jest, aby w okresie gwarancyjnym ciśnienie nie
przekraczało 35bar +10%
Przez okres 15 miesięcy pracy wyłącznie na łożyskach
ThorPlas, ciśnienie na serwo mechaniźmie U-1 nie
przekraczało 30 Bar.
W kwietniu 2010 r. U-2 również zostało wyposażone w
ThorPas.
Ostatnia kontrola ciśnienia na U-1 wykazała 31,7 Bar
(2011 r.)
Success !
Łożyska łopatek kierownic ThorPas
Odbiorca: ENDESA, Chile – Station “ABANICO”
W sumie 6 turbin generujących 136 MW.
Zastosowanie: łopaty kierownic w siłowniach
niskiego, średnio-wysokiego i wysokiego spadu wraz
z mechanizmami wykonawczymi
Wymieniono łożyska z brązu smarowane smarem.
Data montażu: Marzec 2007
Notes / uwagi:
Ciśnienie = 22 Mpa lub 3190 psi (niskiego s.); 25 Mpa
lub 3625 psi (średnio-wysokiego s.) oraz 2,7 Mpa lub
3920 psi (wysokiego s.).
• 22 łożyska dla każdej pozycji + 44 tuleje
mechanizmu wykonawczego
33
Łożyska łopatek kierownic ThorPas
ThorPlas i
ThorSeal
zamontowane
w łopatce
Odbiorca: New York State Electric & Gas Saranac River, NY, USA.
Zastosowanie:
łożyska wewnętrznych łopat kierownicy.
Data montażu: luty 2003
W czasie modernizacji wymieniono łożyska
LUBRON.
Łożyska łopatek kierownic ThorPas
Odbiorca: Baishan Hydro Generating
Station (China) /
Siłownia wodna Baishan (Chiny)
(generowana moc to aż 1,5 mln KW!)
Łopaty kierownicy siłowni wysokiego
spadu
data montażu: czerwiec 2005
uwagi:
• duże wymiary łożysk 290 mm (11.4”) x
259 mm (10.2”) x 176mm (7.0”).
• Dla tej jednostki dostarczono 30 łożysk
35
Łożyska łopatek kierownic ThorPas
Odbiorca: siłownia wodna Manwan Donfang
(China)
(składająca się z 5 turbin typu Francis o mocy
250 MW)
zastosowanie : łopaty kierownicy siłowni
wysokiego spadu i łożyska mechanizmów
wykonawczych
data montażu: Marzec 2006
Uwagi
• Dobre wyniki w projekcie siłownia Baishan w
2005 r., jak niżej
• Rywalizacja z DEVA
• Dostarczono 48 łożysk do łopat kierownic i 96
łożysk do mechanizmów wykonawczych
36
Łożyska łopatek kierownic ThorPas
Odbiorca: Genesis Energy Nowa Zelandia
Zastosowanie: wewnętrzne łożyska łopat
kierownicy
Data montażu: Luty 2003
.
Uwaga: W czasie modernizacji wymieniono
łożyska LUBRON
ThorPas i kontrola poziomu wód
Odbiorca
Zapora Rock Island, Chelan County PUD,
WA, USA.
Śluza kontroli tamy – łożyska kół śluzy
rolkowej z prowadzeniem korbowym
czerwiec 2004
Uwaga: inne łożyska jak LUBRON,
Kamatics i Orkot na tej instalacji
miały problemy (muł w wodzie)
NOT Rock Island,
used as example
only!
Location of bearings inside wheel
38
ThorPas i kontrola poziomu wód
Zapora Rock Island, Chelan
County PUD, WA, USA.
Krążek regulacyjny bloku
śluzy
maj 2007
Wymieniono łożyska z brązu
smarowane, by
przeciwdziałać
zanieczyszczeniom
Łożyska ThorPlas pracują
na sucho oraz zanurzone w
wodzie
39
Pozostałe zastosowania hydroinżynieryjne
•
•
•
•
•
40
Rolki w śluzach
Łożyska zaworów motylowych
Bloki ładunkowe w suwnicach
Klocki cierne pierścieni wykonawczych
Łożyska do śluz
Międzynarodowi odbiorcy ThorPlas
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
41
VOITH - Austria
Alstom – Chorwacja
ENDESA – Chile
Harbin Electric – Chiny
Vattenfall – Szwecja
Impsa – Argentyna
Fortrum Power – Finlandia
Meridian Power – Nowa Zelandia
Central China Electric – Chiny
BHEL – Indie
Current ThorPlas Users
Obecni odbiorcy ThorPlas
•
•
•
•
•
•
•
42
Ontario Power Generation – Kanada
Nova Scotia Power – Kanada
Brookfield Power - USA and Canada
Pacific Gas and Electric – U.S.A.
Sacramento Municipal Utility District – U.S.A.
Georgia Power – U.S.A.
New York State Electric and Gas – U.S.A.
•
•
•
•
•
•
•
43
Current ThorPlas Users
Obecni odbiorcy ThorPlas
The Southern Company – U.S.A.
Xcel Energy – U.S.A.
ENEL – U.S.A. i Włochy
Mississaugi Power - Canada
Alabama Power – U.S.A.
Great Lakes Power – Kanada
Publiczne służby komunalne hrabstwa
Chelan – U.S.A.
Podsumowanie
• Sprawdzona alternatywa dla łożysk smarowanych
•
•
•
•
•
44
olejem i smarami
Oferta światowej klasy produktów o najwyższej
jakości
Wszystkie produkty Thordon są zaprojektowane
tak, aby wyeliminować oleje i smary
Używane w turbinach wodnych od 1980
Globalna pomoc techniczna
Projektowanie, inżynieria i serwis posprzedażowy
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ
THORDON BEARINGS INC
Bogusław Kuba Puchowski
Hydro Power Specialist Estern Europe
+48 602 652 262
[email protected]