West-US-Kohlekraftwerk reduziert Getriebeverschleiß, verlängert Lebensdauer und spart Kosten mit ISO 460 Synthetischem Getriebeöl und fortschrittlicher Filtration

West-US-Kohlekraftwerk reduziert Getriebeverschleiß, verlängert Lebensdauer und spart Kosten mit ISO 460 Synthetischem Getriebeöl und fortschrittlicher Filtration

Autoren: Ken Nicholas (Schroeder Industries), Richard Winslow (PacifiCorp Naughton Plant), Ted Naman (ConocoPhillips)

Executive Summary

Ein west-US-amerikanisches Kohlekraftwerk stand vor vorzeitigem Getriebeausfall in seinen Kohlemühlen-Einheiten. Das OEM-spezifizierte AGMA 6EP (ISO 320) Getriebeöl war aufgrund übermäßiger Partikelbelastung und Additivverbrauch unzureichend. Eine umfassende Lösung, die ein hocheffizientes Nierenkreislauf-Filtersystem mit einem ISO 460 synthetischen Getriebeöl (AGMA 7) kombinierte, beseitigte die Verschleiß-Kettenreaktion, verlängerte die Getriebelebensdauer und senkte Wartungskosten.

Hintergrund: Mühlen-Getriebe-Design und Kosten

Das Mühlengetriebe, Anfang der 1960er gebaut, nutzt ein Stahl-Schneckengetriebe, angetrieben von einem 800 U/min Elektromotor, um ein Bronzerad auf einem Mahltisch zu drehen. Der 255-Galonen-Ölsumpf ist wassergekühlt, und der OEM empfiehlt ungefiltertes ISO 320 EP-Getriebeöl für Bronze-auf-Stahl-Kontakt.

Wartungskosten waren nicht nachhaltig:

• Jährliche Ölwechsel kosteten 5.000 $ an Material und Arbeit, plus 20.000–50.000 $ Produktionsausfall. Das Werk betrieb 13 Einheiten.
• Alle 10 Jahre wurde das Bronzerad gedreht, was eine vierwöchige Stilllegung und 300.000 $ pro Einheit erforderte.
• Alle 20 Jahre kostete ein kompletter Getrieberebuild 450.000 $ an Teilen und Arbeit, plus 250.000 $ Stillstandskosten.

Identifikation der Verschleiß-Kettenreaktion

Ölanalyse zeigte hohe Konzentrationen von Kohlestaub, Schmutz und metallischen Verschleißpartikeln sowie ein erschöpftes EP-Additivpaket. Infrarot-Thermografie bestätigte übermäßiges Gleiten von Bronze auf Stahl, was den Verschleiß verschärfte. Werksingenieure führten das Problem auf drei Hauptfaktoren zurück:

• Partikeleintrag durch Kohlestaub und Schmutz.
• Chemischer Abbau des EP-Additivs auf Bronze.
• Katalytische Reaktionen zwischen Additiven und erzeugten Partikeln.

Strategische Interventionen

Das Team verfolgte einen dreigliedrigen Ansatz:

• Verbesserte Abdichtung zur Blockierung des Partikeleintrags.
• Hochkapazitive Filtration zur Erfassung von Verschleiß- und Luftpartikeln.
• Fortgeschrittene Schmierstoffauswahl für verlängerte Intervalle ohne Energieeinbußen.

Partikeleintrag kontrollieren

Trockner-Filter wurden an Getriebeentlüftungen installiert, und Mahltischdichtungen wurden verstärkt. Aggressive Filtration erreichte einen ISO-Reinheitscode von 23/21/18 (ISO 4406-1999) nach ersten Versuchen.

Nierenkreislauf-Filtersystem

Das Werk wählte ein Nierenkreislauf-Filtersystem, das folgende Kriterien erfüllte:

• Ausreichender Durchfluss für hochviskoses Getriebeöl.
• Hohe Schmutzaufnahmekapazität.
• Filterwechsel nicht häufiger als einmal pro Monat im Normalbetrieb.
• Schnelle Reinigung innerhalb einer Woche nach Wartung.
• Zielreinheit von 18/15/11 ISO 4406-1999.
• Probenahmepunkte vor und nach der Filtration.
• Skid-mounted, nicht-intrusive Installation.
• Sicheres Saug-/Druckdesign zur Beseitigung von Brandgefahr.

Filtrationsspezifikationen

• Zwei Filtergehäuse in Reihe mit Beta 25=200 (erste Stufe) und Beta 10=200 (zweite Stufe) Elemente.
• 10 gpm Flügelzellenpumpe treibt 460 cSt (2.500 SUS) Getriebeöl an.
• Betriebstemperaturen: 65 °F Leerlauf bis 130 °F im Betrieb.
• Differenzdruckmanometer zielen auf 25-28 psig für Elementbeladung.

Schmierstoff-Upgrade

Ölanalyse zeigte, dass das OEM EP-Öl aufgrund von Additivverbrauch und unzureichender Tragfähigkeit für Bronzekontakt ungeeignet war. Nach Beratung wurde AGMA 7 (ISO 460) synthetisches Getriebeöl ausgewählt. Wichtige Eigenschaften (Tabelle 1) umfassen:

Eigenschaft	Wert
Dichte	7,34 lb/gal
Flammpunkt	240 °C (465 °F)
Pour Point	–29 °C (–20 °F)
Viskosität @ 40 °C	460 cSt
Viskosität @ 100 °C	37,2 cSt
SUS @ 100 °F	2431
SUS @ 210 °F	181
Viskositätsindex	123
Säurezahl	0,20 mg KOH/g
Schaumtest	Bestanden
Vierkugel-EP	315 kgf
Vierkugel-Verschleiß	0,40 mm
Fällungszahl	0,001 ml
Rosttest	Bestanden

Vorteile sind verbesserte Pumpbarkeit bei niedrigen Temperaturen, überlegene Oxidationsbeständigkeit, höhere Tragfähigkeit über Temperaturen hinweg und verlängerte Lebensdauer bei Kombination mit effektiver Filtration.

Implementierung und Ergebnisse

Das Getriebe wurde überholt, alle rotierenden Teile bis auf das Stahl-Schneckengetriebe ersetzt und präzise ausgerichtet. Der Behälter wurde mit ISO 460 Mineralöl gespült und mit dem synthetischen Getriebeöl befüllt. Basisreinheit war 23/21/18.

Nach drei Stunden Betrieb sanken Partikelzahlen auf 21/19/11. Ein zweiter Satz Beta 5=200 Filter reduzierte das System innerhalb von zwei Wochen auf das Ziel 18/15/11. Filterlebensdauer lag im Durchschnitt bei einem Jahr, weit über den Erwartungen.

Ölanalyse über den Testzeitraum zeigte deutlich reduzierte Verschleißmetalle und aufrechterhaltene Reinheit. Wichtige Performance-Metriken:

• Getriebe- und Lagerschmierung signifikant verbessert.
• Verschleißmetalle praktisch eliminiert.
• Keine Erhöhung der Motorenergie; 1% Amperagerückgang beobachtet.
• Prädiktive Wartung nun basierend auf Partikelzahl und Ferrografie.
• Getriebeöl-Lebensdauer verlängert, Entsorgung und Umweltbelastung reduziert.
• Getriebelebensdauer und Wartungsintervalle verlängert.
• Stillstandszeiten durch Kontamination eliminiert.
• Positiver ROI rechtfertigte den Wechsel zu synthetischem Öl und Filtration.
• Das Werk hat eine zweite Einheit gekauft und das gleiche System installiert.

Danksagungen

• John Kinion und Wartungspersonal, PacifiCorp Naughton Plant, Kemmerer, WY.
• Chris Tully, Projektingenieur, Schroeder Industries.
• Ken Knochel, Technische Dienste, Schroeder Industries.

Referenzen

1. ISO 4406:1999 – Kodierungsverfahren für Verunreinigung durch Festpartikel.
2. ISO 16889:1999 – Mehrfachdurchlauf-Verfahren zur Bewertung der Filterleistung.
3. I. Sheffield, "Changes in Filtration and Contamination – Switching Directions for the Filtration Industry", Machinery Lubrication, Jan 2005.

Anhang 1 – Partikelzahldaten