PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIA TWORZYWA EPY W MONTAŻU MASZYN I URZĄDZEŃ

Transkrypt

1 1/2012 Technologia i Automatyzacja Montażu PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIA TWORZYWA EPY W MONTAŻU MASZYN I URZĄDZEŃ Karol GRUDZIŃSKI, Paweł GRUDZIŃSKI, Wiesław JAROSZEWICZ, Jędrzej RATAJCZAK Artykuł ten stanowi kontynuację i rozwinięcie tematyki podjętej w artykule [1] pt. Techniczne, ekonomiczne i eksploatacyjne korzyści stosowania tworzyw polimerowych w montażu maszyn i urządzeń. W tamtym artykule przedstawiono zasadnicze wady tradycyjnego sposobu montażu ciężkich maszyn i urządzeń na fundamentach i omówiono postęp techniczny, jaki dokonał się w tej dziedzinie dzięki opracowaniu i zastosowaniu na podkładki fundamentowe specjalnych tworzyw polimerowych. Wykazano, na podstawie badań i praktycznych dokonań, że zastąpienie tradycyjnych metalowych podkładek fundamentowych podkładkami z tworzywa, odlewanymi na gotowo bezpośrednio pod odpowiednio ustawionym obiektem, uprościło i usprawniło znacznie technologię montażu maszyn na fundamentach i dało w efekcie wymierne korzyści techniczne, ekonomiczne i eksploatacyjne. Celem tego artykułu jest pokazanie istotnych praktycznych zalet nowoczesnej technologii montażu maszyn i urządzeń, z użyciem do tego celu opracowanego tworzywa EPY, oraz szerokich możliwości jego zastosowania w praktyce inżynierskiej. Możliwości te ilustrują konkretne przykłady wzięte z praktyki oraz podsumowanie dotychczasowych praktycznych dokonań autorów w tej dziedzinie. Dotychczasowe praktyczne zastosowania tworzywa EPY Specjalne tworzywa polimerowe oraz nowoczesna technologia montażu maszyn i urządzeń z ich użyciem, przedstawione w artykule [1], opracowane zostały z inicjatywy i dla potrzeb przemysłu okrętowego [2]. Zdały one w pełni praktyczny egzamin w ekstremalnie trudnych warunkach morskich i stały się dzisiaj już standardem w posadawianiu silników głównych i urządzeń pomocniczych na fundamentach oraz montażu wielu różnych elementów konstrukcyjnych (np. pochew i łożysk wału śrubowego, tulei linii sterów itp.) w budowie i remoncie statków morskich. Dzięki licznym zaletom są one obecnie także coraz częściej i szerzej stosowane w posadowieniach oraz montażu różnych obiektów lądowych. Polskie tworzywo na podkładki fundamentowe, będące efektem prac badawczych wykonanych w Politechnice Szczecińskiej we współpracy z przemysłem okrętowym, zastosowane zostało po raz pierwszy w 1974 r., na statku szkolnym m/s Kapitan Ledóchowski, zbudowanym w Stoczni Szczecińskiej [2]. Udoskonalane w miarę upływu czasu i noszące od 1990 r. nazwę EPY (wytwarzane przez firmę Marine Service Jaroszewicz S.C. w Szczecinie), okazało się materiałem wręcz idealnym w zastosowaniu na podkładki fundamentowe maszyn i urządzeń okrętowych, a później także w montażu wielu różnych elementów i zespołów konstrukcyjnych na statkach morskich i na lądzie. Nie ustępuje ono w niczym znanym tworzywom zagranicznym (wyszczególnionym w artykule [1]), przeznaczonym do tego celu. O praktycznym zastosowaniu tego materiału zadecydowały przede wszystkim takie czynniki, jak: możliwość wymieszania kompozycji z utwardzaczem i łatwego odlewania (na gotowo) podkładek fundamentowych lub przekładek o dowolnych wymiarach i kształtach w miejscu ich zastosowania; bez potrzeby jakiejkolwiek ich obróbki; mały skurcz odlewniczy, dobre właściwości wytrzymałościowe oraz małe i szybko zanikające pełzanie utwardzonego tworzywa; bardzo dobre samoczynne dopasowanie zalewanego tworzywa na dużej powierzchni styku, połączone z dużą wartością efektywnego współczynnika tarcia; znaczne skrócenie czasu i obniżenie kosztu montażu maszyn i urządzeń na fundamencie; odporność tworzywa na działanie wody morskiej, olejów, smarów itp.; niezawodność i trwałość mocowania, dobre tłumienie drgań i izolacja przepływu tzw. dźwięków materiałowych, brak korozji, frettingu i innych form zużycia. Tworzywo EPY wygodne jest w zastosowaniu do montażu nowych urządzeń oraz w pracach remontowych, wykonywanych z dala od warsztatu naprawczego. Oprócz zgrubnego oczyszczenia i odtłuszczenia łączonych powierzchni nie jest wymagane żadne specjalne ich przygotowanie. Występowanie nierówności, odchyłek kształtu, wżerów korozyjnych i nierównoległości powierzchni, utrudniające lub wręcz uniemożliwiające stosowanie tradycyjnych podkładek metalowych, w przypadku odlewania podkładek fundamentowych lub przekładek z tworzywa (w połączeniach elementów konstrukcyjnych) nie stanowi żadnej przeszkody. W okresie 37 lat (od 1974 do końca 2010 roku) autorzy wykonali łącznie posadowień na fundamentach lub montażu różnych obiektów przy użyciu tworzyw polimerowych, w tym 9140 maszyn i urządzeń okrętowych (a wśród nich 2094 silników napędu głównego) i 1293 różnych obiektów lądowych. W grupie obiektów lądowych znalazły się: turbiny, młyny kulowe, przekład- 18

2 Technologia i Automatyzacja Montażu 1/2012 nie dużej mocy, sprężarki, prasy, ciężkie obrabiarki do metali, łożyska wielkogabarytowe (o średnicy do 18 m), górnicze maszyny wyciągowe i wentylatory, tory dźwigów portowych i pojazdów szynowych, łożyska mostów i inne. Specyfikację oraz dane ilościowe dotyczące obiektów posadowionych w latach na opracowanych tworzywach przedstawiono w tabeli 1. Oprócz klasycznych już zastosowań tworzywa EPY na podkładki fundamentowe dużych silników i sprężarek tłokowych (omówionych szczegółowo w artykule [1] oraz wielu innych maszyn i urządzeń technicznych posadawianych na fundamentach (stalowych lub betonowych), znajduje ono obecnie także coraz szersze zastosowania w montażu różnych dużych elementów i zespołów konstrukcyjnych. Przykłady takich zastosowań, wzięte z praktyki, pokazano na rys. 1 i 2. Ilustrują one różne praktyczne zastosowania tworzywa EPY w montażu dużych elementów i zespołów konstrukcyjnych koparek węgla brunatnego. Urządzenia te pracują w bardzo trudnych warunkach terenowych. Zastosowanie tworzywa EPY nie tylko usprawniło i ułatwiło znacznie sam proces montażowy, ale zapewniło także lepszą jego jakość. Uzyskano lepsze dopasowanie łączonych ze sobą elementów oraz usztywnienie węzłów konstrukcyjnych, co w efekcie przyczyniło się do znacznego zwiększenia ich niezawodności i trwałości. Zastosowany na koparkach i zwałowarkach [3], a także na wielu innych urządzeniach, montaż elementów konstrukcyjnych z użyciem tworzywa EPY zdał w pełni praktyczny egzamin w okresie wieloletniej ich eksploatacji. Tabela 1. Rodzaje i liczby obiektów posadowionych na fundamentach lub zmontowanych przy użyciu polskich tworzyw w latach Maszyny i urządzenia okrętowe Liczba Silniki główne 2094 Przekładnie główne 693 Łożyska linii wałów 830 Maszynki sterowe 289 Pochwy wałów śrubowych 576 Tuleje linii steru 727 Windy (kotw., hol., cum., tralowe) 984 Agregaty prądotwórcze 184 Pompy 679 Zbiorniki 88 Inne maszyny i urządzenia 1996 Razem 9140 Maszyny i urządzenia lądowe Liczba Silniki 24 Przekładnie 54 Obrabiarki 47 Łożyska 351 Sprężarki i motosprężarki 50 Tory 83 Prasy 84 Turbiny 36 Wentylatory 50 Maszyny wyciągowe 3 Inne maszyny i urządzenia 511 Razem 1293 Rys. 1. Nakładka podszynowa toru obrotu koparki KWK-1500s posadowiona na tworzywie EPY: a) schemat koparki, b) schemat posadowienia nakładki podszynowej, c) sposób wtłaczania tworzywa pod nakładkę 19

3 1/2012 Technologia i Automatyzacja Montażu Rys. 2. Zastosowanie tworzywa EPY w montażu łoża kulowego (Ø 9000) (a), łożyska wieńcowego (Ø 3808) (b) i wieńca zębatego (c, d) na koparce KWK-910 Oprócz znanych już zastosowań, dobrze sprawdzonych i ugruntowanych w praktyce, tworzywo to znajduje także nowe zastosowania praktyczne w rozwiązywaniu trudnych problemów montażowych. Przykłady takich nowych zastosowań przedstawiono w następnym punkcie. Nowe zastosowania tworzywa EPY Na rysunkach 3 i 4 pokazano oryginalne w skali światowej zastosowanie tworzywa polimerowego (EPY) w montażu dużej tulei łożyskowej (o wymiarach Ø 1055/ Ø 980 x 4840 mm, wykonanej z brązu), na wale napędowym statku morskiego. Postawione zadanie polegało na wykonaniu projektu konstrukcyjnego, opracowaniu technologii montażu oraz praktycznej realizacji tego projektu w chińskiej stoczni remontowej (Yiu Lian Dock Yard Ltd, w Shenzhan). Zleceniodawcą tego zadania była fińska firma OÜ Wärtsilä BLRT (z siedzibą w Tallinie), remontująca statek w chińskiej stoczni. Marine Service Jaroszewicz ze Szczecina była jedyną firmą, która podjęła się wykonania tego oryginalnego i trudnego zadania. Opracowany projekt konstrukcyjny osadzenia tulei na wale (w dużym uproszczeniu) pokazano na rys. 3. W projekcie tym przewidziano koncentryczne osadzenie tulei na wale ze szczeliną o wysokości 6 mm, która następnie zalewana jest ciekłym tworzywem EPY. Tuleja łożyskowa, ze względów wykonawczych i montażowych, wykonana 20 została w trzech częściach, odpowiednio dopasowanych do siebie. Realizacja tego projektu, pokazana na rys. 4, poprzedzona została specjalnymi badaniami modelowymi, w skali naturalnej. Szczegóły dotyczące tego projektu i jego realizacji przedstawione zostaną w odrębnym artykule. Zaznaczyć należy, iż w warunkach danej stoczni był to jedyny praktycznie możliwy sposób osadzenia tej tulei na wale, zakończony pełnym sukcesem, sprawdzonym w eksploatacji statku po jego remoncie. Rys. 3. Projekt konstrukcyjny osadzenia tulei łożyskowej na wale napędowym statku z użyciem tworzywa EPY: a) fragment wału z tuleją łożyskową, b) przekrój wału z tuleją i zalanym tworzywem EPY

4 Technologia i Automatyzacja Montażu 1/2012 Rys. 4. Realizacja projektu osadzenia tulei łożyskowej na wale napędowym statku w chińskiej stoczni remontowej: a) nasuwanie trzeciego odcinka tulei łożyskowej na wał zamocowany na dużej tokarce, b) tuleja osadzona na wale przygotowana do zalewania tworzywem, c) sposób zalewania szczeliny między wałem a tuleją Rys. 5. Zastosowanie tworzywa EPY w montażu żelbetowych segmentów dźwigarów łukowych mostu: a) widok ogólny budowy mostu, b) czołowa powierzchnia montażowa segmentu, c) połączenie dwóch segmentów dźwigara łukowego z widoczną szczeliną do wypełniania tworzywem, d) fragment złącza wielośrubowego ze szczeliną wypełnioną tworzywem EPY 21

5 1/2012 Technologia i Automatyzacja Montażu Tworzywo EPY znalazło m.in. także praktyczne zastosowanie w posadawianiu łożysk przęseł mostów (m.in. mostu Siekierkowskiego w Warszawie) oraz wiaduktów drogowych i kolejowych, a także w posadowieniach torów kolejowych na wiaduktach, mostach i tunelach [4]. Na rys. 5 pokazano nowe zastosowanie tworzywa EPY w budownictwie mostowym. W tym wypadku tworzywo to zastosowane zostało w połączeniach wielośrubowych żelbetowych segmentów dźwigarów łukowych mostu. Segmenty żelbetowe zakończone są czołowymi płytami stalowymi, przyspawanymi do ich zbrojenia (rys. 5b). Podczas montażu segmenty te są odpowiednio ustawiane w przestrzeni i łączone ze sobą doczołowo za pomocą śrub (rys. 5c, d). Wymagana jest tutaj bardzo duża dokładność montażu. Odchylenie płaszczyzny montażowej dźwigara od założonej nie może przekraczać ± 5 mm. Także różnice współrzędnych osi dźwigara łukowego od założonego łuku teoretycznego nie mogą przekroczyć wartości 5 mm. W celu umożliwienia odpowiedniego ustawienia w przestrzeni łączonych ze sobą segmentów, z założoną dużą dokładnością geodezyjną, już na etapie projektowania przewidziano występowanie pomiędzy łączonymi ze sobą płytami czołowymi pewnej szczeliny. Podczas montażu, po odpowiednim ustawieniu łączonych ze sobą elementów, szczelina ta zalewana jest ciekłym tworzywem EPY. Po utwardzeniu się tworzywa uzyskuje się przekładki bardzo dobrze dopasowane do wszystkich nierówności łączonych powierzchni. Dokręcając odpowiednio śruby, otrzymuje się stabilne połączenia segmentów, gwarantujące odpowiednie ich położenie w przestrzeni i dobre przenoszenie obciążeń ściskających i ścinających na całych powierzchniach ich styku. Dzięki takiemu połączeniu nie występują w łączonych segmentach konstrukcyjnych nieprzewidziane naprężenia i odkształcenia montażowe. Tego rodzaju naprężenia i odkształcenia występują zwykle przy siłowym dopasowywaniu łączonych elementów konstrukcyjnych podczas ich montażu. Mogą one osiągać niekiedy znaczne wartości i być przyczyną wielu różnych kłopotów w trakcie eksploatacji. Tworzywo w takich wypadkach ułatwia znacznie montaż i gwarantuje wysoką jego jakość. Utwardzone tworzywo ma dużo większą wytrzymałość na ściskanie od betonu oraz dużą odporność na pełzanie. Połączenie takie dobrze przenosi też siły poprzeczne (ścinające), bez występowania mikro- i makropoślizgów, zjawiska frettingu ani też innego rodzaju zużycia. Jest odporne na korozję i działania zmiennych warunków atmosferycznych. W efekcie daje to lepszą jakość połączeń, gwarantującą większą ich niezawodność i trwałość. Podsumowanie W tym artykule, stanowiącym kontynuację i rozwinięcie tematyki omówionej w artykule [1], przedstawiono istotne praktyczne zalety nowoczesnej technologii posadawiania ciężkich maszyn i urządzeń na fundamentach (stalowych lub betonowych) oraz łączenia ze sobą dużych elementów konstrukcyjnych w miejscu ich przeznaczenia, przy użyciu do tego celu specjalnego tworzywa polimerowego EPY. Zamieszczone w nim konkretne przykłady, wzięte z praktyki, dobrze ilustrują różne możliwości jego zastosowania w szeroko rozumianych pracach montażowych ciężkich maszyn i urządzeń technicznych. Opracowane tworzywo i nowoczesna technologia montażu z jego użyciem zdały w pełni praktyczny egzamin w montażu ponad 10 tys. różnych obiektów technicznych, wyszczególnionych w tabeli 1. Dały one w efekcie znaczne korzyści techniczne i gospodarcze. Oprócz wyszczególnionych obiektów, w których montażu tworzywo to stosowane jest już od dłuższego czasu i dobrze sprawdziło się w praktyce, w artykule tym pokazano też zupełnie nowe możliwości jego zastosowania. Dotyczą one szczególnie trudnych problemów montażowych, gdzie w grę wchodzą bardzo wysokie wymagania techniczne, których spełnienie w inny sposób byłoby bardzo trudne i kosztowne, albo wręcz niemożliwe w danych warunkach. Warto tutaj zaznaczyć, że polskie tworzywo EPY, będące efektem wieloletnich systematycznie prowadzonych prac badawczych, ściśle związanych z działalnością praktyczną, należy do czołówki światowej w tej dziedzinie. Jest ono obecnie jednym z trzech tego rodzaju tworzyw, szeroko uznanych na świecie, które mają wszystkie certyfikaty i świadectwa uznania wielu różnych instytucji zagranicznych i krajowych, niezbędne do szerokiego ich stosowania w budownictwie okrętowym i lądowym. Opracowane tworzywo EPY i nowoczesna technologia montażu z jego użyciem stanowią znaczące osiągnięcie naukowo-techniczne o wymiarze światowym i mają też pewne znaczenie prestiżowe. Uwalniają one nasz kraj od koniecznego importu materiału i usług w tym zakresie (z Niemiec lub USA) i stanowią przedmiot eksportu do wielu innych krajów. Przeprowadzone badania i zdobyte bogate doświadczenia praktyczne stworzyły dobrą bazę do dalszych zastosowań tworzywa w różnych pracach montażowych odpowiedzialnych maszyn i urządzeń. Pokazały one też potrzeby i kierunki prowadzenia dalszych badań w celu utrzymania się na rynku światowym, doskonalenia termomechanicznych właściwości tego tworzywa i lepszego wykorzystania jego specyficznych właściwości do obniżenia poziomu drgań i hałasu. Prace badawcze w tej tematyce prowadzone są przy znacznym wsparciu finansowym Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, w ramach projektu badawczego; Nr N N

6 Technologia i Automatyzacja Montażu 1/2012 LITERATURA 1. Grudziński K., Grudziński P., Jaroszewicz W., Ratajczak J.: Techniczne, ekonomiczne i eksploatacyjne korzyści stosowania tworzyw polimerowych w montażu maszyn i urządzeń. Technologia i Automatyzacja Montażu nr 4/2011, s Grudziński K., Jaroszewicz W.: Posadawianie maszyn i urządzeń na podkładkach fundamentowych odlewanych z tworzywa EPY. Wydawca ZAPOL Dmochowski, Sobczyk, Spółka Jawna, Wydanie II, Szczecin Grudziński K., Ratajczak J., Jaroszewicz W.: Zastosowanie specjalnego tworzywa polimerowego w montażu maszyn i urządzeń instalowanych w górnictwie odkrywkowym. Górnictwo Odkrywkowe nr 1/2008, s Grudziński K., Ratajczak J., Jaroszewicz W.: Zastosowanie specjalnego tworzywa polimerowego EPY w posadawianiu łożysk mostowych. Międzynarodowa Konferencja EKO MOST 2006, Kielce, Organizator: Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Warszawa Referaty, s Prof. dr hab. inż. Karol Grudziński i dr inż. Paweł Grudziński są pracownikami Katedry Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego (ZUT) w Szczecinie. Dr inż. Wiesław Jaroszewicz i dr inż. Jędrzej Ratajczak są pracownikami Marine Service Jaroszewicz S.C. w Szczecinie. 23