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 80 o C w wodzie i 110 o C 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
2 naprężenia (N/mm ) Wytrzymałość mechaniczna i elastyczność 70 Wytrzymałość na naprężenia na krzywej odkształceń 60 50 ThorPlas Thordon Elastomery 40 30 20 Zwykły plastik Zwykłe gumy 10 6 0 0 50 100 150 200 odkształcenia (%)
zmiana względna Stabilność termiczna sztywność mechaniczna 8 7 6 zmiana wartości dynamicznych z temperaturą ThorPlas 5 Acetal 4 3 2 UHMWPE Nylon 1 0-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperature ( o C) / temperatura ( o C) 7
względna rozszerzalność cieplna Stabilność termiczna zachowanie wymiarów 10 9 Porównanie współczynników liniowej rozszerzalności cieplnej 8 7 6 5 4 3 = 4.6E-5/ C (2.5E-5/ F) 2 1 0 ThorPlas Acetal Nylon Thordon Elastomers UHMWPE 8
absorbcja wody (wt%) Stabilność - Absorpcja wody 10 9 8 Absorpcja wody nasyconej 7 6 5 ThorPlas - praktycznie bez zmiany wymiarów 4 3 2 1 0 9
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: WYK. POWIERZCHNI: TWARDOŚĆ: RC40 CIŚNIENIE STATYCZNE: CIŚNIENIE DYNAMICZNE: WYNIK: WSPÓŁCZ. STAT.: 0.183 WSPÓŁCZ. DYN.: 0.167 PH17-4 0.4 m 23 MPa 7.0 MPa THOR_PLAS test powtarzalny (na mokro) 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) RUCH OSCYLACYJNY CZĘSTOTLIWOŚĆ 2.0 Hz SMAROW.: NA SUCHO WAŁEK SIMULATION TEST #1 MATERIAŁ: WYK. POWIERZCHNI: TWARDOŚĆ: PH17-4 0.4 m 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 Średni współczynnik statyczny Średni współczynnik wytarowany Temp. 1 Ręcznie RUCH OSCYLACYJNY CZĘSTOTLIWOŚĆ 2.0 Hz SMAROWANIE: KRAWĘDZIE WAŁEK MATERIAL: WYK. POWIERZCHNI: TWARDOŚĆ: RC40 CIŚNIENIE STATYCZNE: 23 MPa DYNAMICZNE: WYNIK: WSPÓŁCZ. 0.07 0.14 PH17-4 0.4 m 7.0 MPa Po wodnych testach symulacyjnych Zużycie niemierzalne Brak uszkodzeń 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: WYK. POWIERZCHNI: TWARDOŚĆ: CIŚNIENIE STATYCZNE: PH17-4 0.4 m RC40 23 MPa Thor-Pias test na obciążenie krawędzi DYNAMICZNE: WYNIK: 7.0 MPa Zużycie bezpośrednie (mm) 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 Rolki w śluzach Łożyska zaworów motylowych Bloki ładunkowe w suwnicach Klocki cierne pierścieni wykonawczych Łożyska do śluz 40
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 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. 42
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. 43
Podsumowanie Sprawdzona alternatywa dla łożysk smarowanych 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 44
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ THORDON BEARINGS INC Bogusław Kuba Puchowski Hydro Power Specialist Estern Europe +48 602 652 262 kuba_puchowski@wp.pl