NSK Europe Ltd: Väärennettyjen rullalaakerien ongelmalliset seuraukset

Väärennettyjen rullalaakerien ongelma on usein epäselvä käytännön tasolla. Jäljitelmälaakerin asennuksen käytännön seuraukset ovat havaittavissa esimerkissä, jossa tislauslaitteistoa tutkittiin Dortmundin teknillisessä yliopistossa (TU). Tässä tapauksessa väärennetty laakeri johti käyttöönoton viivästymiseen ja vian syiden tutkimiseen.

Tislausprosessia käytetään nesteseoksessa olevien komponenttien erotteluun erilaisten kiehumispisteiden perusteella. Mitä useammin prosessi toistetaan, sitä puhtaampia aineita saavutetaan. Tislauskolonnien tilavuuden laajeneminen saattaa kuitenkin muodostua esteeksi teollisuustuotannossa. Lisäksi kapasiteetti on rajoitettu putoamiskiihtyvyydestä johtuen, mikä johtaa joustamattomuuteen. Tästä syystä TU Dortmundin nesteprosessitekniikan yksikössä päätettiin tutkia ja jatkokehittää joustavampaa ja tilaa säästävää tislausprosessia, joka on jo käytössä Itä-Aasian kemian teollisuudessa.

Tilaa säästävän sentrifugitislausprosessin rakenne

Peruskonseptina oli saada aikaan tislaus eräänlaisessa sentrifugissa. Jotta prosessissa pystyttiin käyttämään hyväksi myös keskipakoisvoimia, keskityttiin enemmän sentrifugin säteeseen kuin korkeuteen. Prosessin etuna on, että se tarvitsee vähemmän tilaa, ja tislausprosessi on myös intensiivisempi, koska rotaatio tukee erottelua.

Pitoaikaa erottimessa voidaan vähentää merkittävästi verrattuna kolonnien käyttöön. Lisäksi prosessiin ja sen erottelutuloksiin voidaan vaikuttaa kohdistetulla turbulenssilla ja nopeuksilla, joita voidaan muuttaa nopeasti. Yhdistetyn tislauksen ja rotaation etuna on myös nopea käynnistys. Siksi prosessi soveltuu erinomaisesti eräkäsittelyyn: neste kerätään säiliöön, ja tislaus käynnistetään heti, kun tietty määrä on saavutettu.

Tämän prosessin käyttöön on selvästikin monia syitä, mutta Euroopassa suositaan perinteistä prosessia. Siksi aika vaikutti sopivalta teoreettiselle ja käytännön tutkimukselle. Tästä johtuen nesteprosessitekniikan yksikkö halusi rakentaa pilottilaitoksen yhteistyössä tunnetun kiinalaisen yliopiston kanssa, jolla oli jo kokemusta prosessista. Kokeita oli tarkoitus suorittaa teollisuusasiakkaiden kanssa, ja samanaikaisesti prosessi oli tarkoitus kuvata matemaattisesti sen mahdollisuuksien ja rajoituksien määrittämistä varten.

Oli järkevää suunnitella pilottilaitos yhdessä ja rakennuttaa se kiinalaisilla kollegoilla. Tavoitteena oli kolmivaiheinen, modulaarinen järjestelmä n. 90 cm:n roottorin halkaisijalla.

Pilottilaitoksen suunnittelu tapahtui vuoden 2011 alkukuukausina, minkä jälkeen aloitettiin rakentaminen, ja laitos hyväksyttiin käyttöön Kiinassa helmikuussa 2012. Marraskuussa 2012 järjestelmä pystytettiin Dortmundissa - aluksi ilman oheislaitteita. Järjestelmän ensimmäisissä koeajoissa ilmeni heti ongelmia: noin 20 minuutin kuluttua käyttöjärjestelmässä oli kuultavissa selkeitä nakutusääniä, vaikka se kävi vain puolella nopeudella.

Käyttölaitteena on 5 kW:n moottori, josta on kiilahihnaliitäntä keskivertikaaliakseliin. Akselin maksiminopeus on 750 rpm. Yksi kuulalaakeri tukee sitä alapuolelta ja kaksi kartiorullalaakeria yläpuolelta. Laakerit myös ottavat vastaan aksiaalikuormituksia. Alkuperäinen olettamus oli, että liikkuvat osat koskettavat toisiaan. Roottorit purettiin, mutta nakutusääni kuului edelleen. Tämä tarkoitti, että äänen aiheutti itse käyttölaite, ja sekin purettiin. Prosessiteknikot tai TU Dortmundin konetekniikan osaston asiantuntijat eivät kuitenkaan pystyneet selvittämään nakutusäänen syytä.

Lopulta insinöörit poistivat rullalaakerit ja ottivat yhteyttä niiden valmistajaan, NSK:hon. Saatavissa oleviin tietoihin perustuen ensimmäisen mahdollisen syyn ajateltiin olevan suunnitteluvirhe ja kartiorullalaakerin jännite. Niinpä rakennetta muokattiin, ja kartiokuulalaakereiden välystä suurennettiin. Kun käyttölaite koottiin ja suoritettiin koeajo, huomattavaa parannusta ei kuitenkaan ollut havaittavissa.

Kun käyttölaitetta koekäytettiin ilman sentrifugia, akselin lämpötila nousi jopa 80 °C:een jo puolentoista tunnin kuluttua, ja akseli jumittui lämpölaajentumisen vuoksi. Tämän vuoksi ryhdyttiin tarkastelemaan ylempien kartiokuulalaakerien (tyyppi HR 30322J) laatua.

Kun NSK sai yksityiskohtaisia kuvia laakereista, asia oli selvä: kaikki laakerit olivat selvästi jäljitelmiä, jotka eivät olleet peräisin NSK:n tuotannosta. Väärentäjät olivat nähneet paljon vaivaa laakerien ulkonäön suhteen; jopa yrityksen logo näytti petollisen aidolta. Alkuperäinen ja jäljitelmä oli helpointa erottaa toisistaan yksittäisten laakerikomponenttien valmistuslaatua vertailemalla (kuva 1 & 2).

Ei enää lämpötilan nousua korkealaatuisilla alkuperäisillä laakereilla

Uudet laakerit tilattiin NSK:n valtuuttamalta jälleenmyyjältä, ja laakerit asennettiin paikoilleen. Koeajot osoittivat, että laakerien ja akselin lämpötila pysyi ympäristön lämpötilan alapuolella jopa yhdeksän tunnin jatkuvan käytön jälkeen, koska alkuperäisten laakereiden materiaalin ja valmistuksen laatu on huomattavasti parempi. Käyttölaitteen jäähdytys pystyi nyt toimimaan oikein, eikä nakutusääniä enää kuulunut. Lisäksi koko käyttöyksikkö kävi paljon aiempaa hiljaisemmin.

Yhteenvetona arvioitiin, että väärennettyjen laakerien käyttö aiheutti viivettä uuden tislausprosessin tutkinnassa. Kuvatussa tapauksessa projekti ’vain’ viivästyi - niin harmillista kuin se onkin. Kone- ja laiteinsinöörien on silti tiedostettava, että tällaisten jäljitelmälaakerien käyttö turvallisuuteen liittyvissä sovelluksissa voi johtaa paljon vakavampiin tilanteisiin. Jos käyttäjät voivat vaikuttaa toimitusketjuun, heidän tulisi tehdä tilaukset luotettavista lähteistä eli rullalaakerien valmistajan jälleenmyyjiltä.

Tämä esimerkki osoittaa myös, että laakerivalmistajien pyrkimyksistä vaikuttaa jäljitelmien käyttöön on hyötyä asiakkaille ja käyttäjille. NSK on liittynyt World Bearing Association -liittoon (WBA) ja tukee käyttäjiä väärennettyjen rullalaakerien tunnistamisessa.

Lisätietoja antaa info-de@nsk.com +49 2102 481 0
tai vieraile sivustolla: www.nskeurope.com / www.nskeurope.fi