CJC Feinfiltertechnologie

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1 CJC Feinfiltertechnologie Ölpflege auf Windenergieanlagen Das Synonym für Ölpflege

2 Anwendungen in WEAs Auftretende Probleme Verschleiß an Lagern und Getrieben häufige Ölwechsel Stillstandzeiten entgangene Windernte Die häufigste Ursache für diese Störungen sind Verunreinigungen im Öl, die sich mit einer Feinfiltration im Nebenstrom vermeiden lassen. Getriebeöl Getriebe Eine extreme Verunreinigung der Ölsysteme mit Partikeln und Wasser führt zu kritischen Ausfallzeiten und Ersatzteilkosten dieser kostenintensiven Komponenten. Pitch-Hydraulik Hydrauliköl Kleinste Partikel und Wasser können an den sensiblen Pumpen, Zylindern und Ventilen großen Schaden verursachen. Prozessabhängig können auch hohe Temperaturen das Öl altern lassen. Schmieröl Hauptlager Schmutz und Wasser in den Ölsystemen führen zu Verschleiß, Korrosion, Erosion und Versprödung der Lager. Weitere Anwendungen Offshore (Schmier- und Hydrauliköl) Ölsysteme auf Offshore-Windenergieanlagen sind noch raueren Umweltbedingungen ausgesetzt. Ein Komponentenausfall bedeutet höhere Wartungskosten und längere Ausfallzeiten als bei Windenergieanlagen an Land. Lastschalter (Schalteröl) Bei den zur Netzeinspeisung an Windparks angegliederten Transformatoren sind die Kontakte der Lastumschalter häufig durch Ablagerungen von Ölalterungsprodukten verunreinigt. Eine Ölpflege vermeidet hier Ausfälle. Transformatoren (Isolieröl) Mit einer speziell ausgelegten Feinfilteranlage lässt sich Isolieröl am laufenden Transformator trocknen, um die Durchschlagfestigkeit zu stabilisieren und die Betriebssicherheit zu erhöhen. Häufige Lastwechsel = viel Abrieb Wettereinfluss = Wasser im Öl 2 Anforderungen an ein Filtersystem auf Windenergieanlagen: Hohe Schmutzaufnahmekapazität Absorption von Wasser Adsorption von Varnish

3 Schmutz, Wasser und Varnish entfernen Partikel Riefen durch Abrieb (Lagerschale) Die häufigsten Arten des Verschleißes Kleinste Partikel im Schmierstoffkreislauf verursachen Ausfälle, Schäden und Kosten an Lagern und Getrieben. Die Verunreinigungen gelangen von außen ins System (z. B. über die Belüftung, bei Nachfüllvorgängen, bei der Wartung), sie entstehen aber auch innerhalb des Ölsystems (Abrieb) und erzeugen dort weiteren Verschleiß (Sandstrahleffekt). Erosion Feine Partikel in schnell fließenden Ölen treffen auf Oberflächen bzw. Steuerkanten und brechen weitere Teile heraus (Sandstrahleffekt). Abrasion Harte Partikel zwischen beweglichen Teilen beschädigen die Flächen (Abrieb). Wasser Korrosion (Welle) Über Belüftungsstutzen gelangt Luftfeuchtigkeit ins System, die vom Öl aufgenommen wird. Temperaturwechsel verstärken diesen Effekt noch zusätzlich. Gerade Ölsysteme auf Windenergieanlagen sind aufgrund der starken Temperaturwechsel einem ständigen Wassereintrag ausgesetzt. Korrosion Wasser oder chemische Verunreinigungen im Öl verursachen Rost oder chemische Reaktionen, welche die Oberflächen beschädigen. Kavitation Wasseranteile im Öl verdampfen unter hohem Druck, implodieren und reißen Partikel aus den metallischen Oberflächen. Varnish Varnish (Steuergetriebe) Ölabbauprodukte durch Ölalterung entstehen sowohl in Schmieröl- als auch in Hydraulikölsystemen. Haupteinflussfaktoren sind Oxidation (Sauerstoff), Hydrolyse (Wasser) und thermischer Zerfall bei hohen Temperaturen, meistens treten alle drei Faktoren in Kombination auf. Die harzähnlichen Abbauprodukte lagern sich an den Metallflächen im System an, und Partikel bleiben an dieser klebrigen Schicht haften. Ölabbau Hohe Temperaturen, Oxidation und Hydrolyse lassen das Öl altern. Die harzähnlichen Rückstände dieses Zerfallsprozesses lagern sich an metallischen Oberflächen an. Abrieb Wasser im Öl Korrosion Varnish 3

4 Getriebeölpflege Feinfiltration im Nebenstrom Eine gleichbleibend hohe Ölreinheit lässt sich nur durch eine kontinuierliche Feinfiltration im Nebenstrom in Ergänzung zu den Hauptstromfiltern erreichen. Denn nur im Nebenstrom kann die Durchflussgeschwindigkeit an das Getriebeöl angepasst werden. Das Öl durchströmt dabei den Filterkörper extrem langsam, so dass sich selbst mikrofeine Schmutzpartikel in der Tiefe des Filtermaterials anlagern. Die Zahnradpumpe der CJC Feinfilteranlage saugt das verunreinigte Öl vom tiefsten Punkt des Getriebes an und pumpt es langsam und mit konstanter Fördermenge durch die Tiefenfilterpatrone. Das Öl durchfließt die CJC Feinfilterpatrone radial von außen nach innen und wird gereinigt und getrocknet zur Getriebeoberseite zurück gefördert. Der Patronenwechsel erfolgt im üblichen Wartungsturnus der WEA, wahlweise kann der Sättigungsgrad von einem Manometer abgelesen oder über einen Drucktransmitter übermittelt werden. WEA Getriebe Für hochviskose Schmieröle Nebenstromfilter ISO Code 17/15/11 Hauptstromfilter ISO Code 20/18/15 Sehr niedrige Temperaturen und hohe Viskositäten der Getriebeöle in Windenergieanlagen stellen die Feinfiltration vor besondere Herausforderungen. Die robuste Zahnradpumpe fördert auch hochviskose Schmieröle (bis ISO VG 460). Ein spezielles Bypass-Ventil sorgt selbst bei sehr niedrigen Öltemperaturen dafür, dass die CJC Feinfilteranlage keinen Schaden nimmt. Bei starkem Abrieb kleinster Partikel Eine Feinfiltration des Getriebeöls mit CJC Feinfilterpatronen garantiert, dass Feststoffpartikel bis zu einer Größe von 3 µm herausgefiltert werden. Patronenkörper im Querschnitt Fließrichtung sauberes Öl Wasser und Varnish entfernen Kondenswasser wird gleichzeitig mit dem Schmutz in der CJC Feinfilterpatrone gebunden. Das Wasseraufnahmevermögen beträgt bis zu 50 % der gesamten Schmutzaufnahmekapazität. Verharzungen und schlammige Rückstände lagern sich dauerhaft an den Fasern der CJC Feinfilterpatrone ab. Geringe Wartungsintensität Windenergieanlagen werden nur ein- bis zweimal im Jahr gewartet. Die CJC Feinfilteranlagen laufen ohne anfällige Elektronik praktisch wartungsfrei im Dauerbetrieb. Die kompakte Bauweise kommt den begrenzten Einbaumöglichkeiten entgegen. CJC Feinfilterpatronen 4 75 % des Volumens der Zellulosepatrone bilden ein Hohlraumgefüge, woraus sich das besonders hohe Schmutzaufnahmevermögen erklärt. Das extrem saugfähige Filtermaterial bindet Wasser dauerhaft. An den polaren Stellen der Tiefenfilterpatrone lagern sich Ölabbauprodukte an. Entsorgt werden die Patronen nach dem Abfallschlüssel Da sie nur aus Naturmaterial bestehen, muss keine Trennung nach Werkstoffen vorgenommen werden. Jede CJC Feinfilterpatrone besitzt eine Filterfeinheit von mindestens 3 µm absolut und eine Rückhalterate von 1 µm nominal.

5 Anwendungsbeispiele Getriebe - Getriebeölpflege Die AGMA (American Gear Manufacturers Association) stellt folgende Anforderungen an die Ölreinheit in Getrieben von Windenergieanlagen: 16/14/11 für Frischöl vor dem Einfüllen in das Getriebe, 17/15/12 für Getriebe bei der Auslieferung, 18/16/13 für Getriebe im Betrieb. Anwendungsfall: Windenergieanlage, Getriebe, USA 360 Liter Getriebeöl ISO VG 320 Problem: Verschleiß an Lagern, zu hoher Wassergehalt im Getriebeöl Lösung: CJC Feinfilteranlage 15/25, Patronentyp BG Resultat: ISO Code von 23/19 auf 15/12, ca. 100 ppm H 2 O VOR Filtration ISO 23/19 NACH Filtration ISO 15/12 Pitch-Hydraulik - Hydraulikölpflege Das Hydrauliksystem wird durch äußere Einflüsse wie Temperaturschwankungen von - 40 bis + 60 C, Luftfeuchtigkeit zwischen 10 bis zu 100 % und hohe Windgeschwindigkeiten belastet. Als Hauptproblem ergibt sich in diesen Ölsystemen eine Kontamination mit Ölabbauund Oxidationsprodukten. Die Folge sind Ablagerungen an den Proportionalventilen und damit Ungenauigkeiten in der Pitchverstellung. Anwendungsfall: Windenergieanlage, Pitch-Hydraulik Problem: Hohe Verschmutzung mit Partikeln insbesondere mit Metallpartikeln Lösung: CJC Feinfilteranlage 15/25, Patronentyp BG Resultat: ISO Code von 20/19/14 auf 15/14/10 VOR Filtration NACH Filtration Hauptlager - Schmierölpflege Zur Hauptlagerschmierung wird wegen der besseren Schmierfähigkeit und der höheren Wärmeableitung immer häufiger Schmieröl statt Fett eingesetzt. Im Gegensatz zu Fett können aus Schmieröl Partikel- und Wasseranteile sowie Ölabbauprodukte entfernt werden. Anwendungsfall: Windenergieanlage, Lagerschmierung, Deutschland Schmieröl ISO VG 320 Problem: Schmieröl stark mit Abrieb aus Hauptlager verunreinigt Lösung: CJC Feinfilteranlage 27/108, Patronentyp B Resultat: Bereits eine um zwei Klassen gesteigerte Ölreinheit bedeutet eine um den Faktor 1,5 längere Lebensdauer des Lagers 24/22/ /21/ /20/ /19/16 20/18/15 19/17/14 18/16/13 17/15/12 16/14/ /19/ Quelle: 20/18/15 Noria Corporation Hydrauliken Kugellager Getriebe Wellenlager und andere /17/ /16/ Wälzlager erreichen eine deutlich längere 16/14/11 15/13/10 Gebrauchsdauer, wenn alle Partikel, die größer als der Schmierspalt sind, entfernt werden. Ref.: SKF 17/15/

6 Weitere Anwendungsbeispiele Offshore Raue Umgebungsbedingungen belasten die Ölsysteme auf Offshore-Windenergieanlagen noch stärker. Die schwer zugänglichen Anlagen erfordern robuste Komponenten mit minimalem Wartungsbedarf. Anwendungsfall: Im Offshore-Bereich werden CJC Feinfilteranlagen zur Pflege von Getriebe-, Hydraulik- und Schmieröl eingesetzt. Eine Vorerwärmung (optional) stellt bei hochviskosen Betriebsflüssigkeiten auch bei niedrigen Temperaturen die Filtrierbarkeit sicher, der Sättigungsgrad der CJC Feinfilterpatrone kann überwacht werden. Gerade im Offshore-Bereich unterstützen die wartungsarmen CJC Feinfilteranlagen eine störungsfreie Windernte. Referenz: BARD Offshore 1, Nordsee Viel Luft im Getriebeöl - CJC Upgrade Kit Bei größeren Luftmengen im Öl z. B. bei Getrieben mit offener Bauweise oder bei der Schmierung über Spritzdüsen stellt das CJC Upgrade Kit eine sinnvolle Lösung dar. Da sich die im Öl enthaltene Luft beim Durchwandern des Filterelements aufgrund des Druckgefälles zwischen Filterein- und -austritt weiter ausdehnt, beeinträchtigen die anwachsenden Luftblasen die Filtereffizienz. Durch das CJC Upgrade Kit wird der Betriebsdruck in der CJC Feinfilteranlage erhöht, wodurch die Luftblasen beim Durchwandern des Filterelements schrumpfen bzw. gehindert werden auf die Größe anzuwachsen, in der sie die Filtereffizienz beeinflussen. Durch die Druckerhöhung wird die Rückhalterate gesteigert und somit die Schmutzaufnahmefähigkeit gesteigert. Abbildung rechts: Untersuchung über die Wirkung unterschiedlicher Betriebsdrücke im Filter auf die Filtereffizienz. Die Tests wurden im Worst-Case-Szenario bezüglich Luftund Schmutzeintrag durchgeführt. Bei 0,5, 0,8, 1,3, 1,5 und 2 bar Betriebsdruck wurde die Anzahl der Partikel > 4 µm (Mikron) vor und nach der CJC Feinfilteranlage mittels Partikelzählern gemessen. Der Graph zeigt deutlich: je höher der Betriebsdruck im Filter, desto größer die Differenz der beiden gemessenen ISO Codes und desto höher die Filtereffizienz. Bei einem Betriebsdruck von 2 bar konnte der ISO Code um 8 Klassen (von 19 auf 11) verbessert werden. ISO Code Betriebsdruck 3 2,0 bar Betriebsdruck Betriebsdruck 1,3 bar 1,0 bar Betriebsdruck Betriebsdruck 2 0,8 bar 0,5 bar ISO Codes Partikel > 4 µm vor Filter Partikel > 4 µm nach Filter Das CJC Upgrade Kit besteht aus: CJC Zahnradpumpe Typ PV oder 6 bar Bypass-Ventil Rückschlagventil CJC Feinfilterpatrone 6 Das CJC Upgrade Kit wurde speziell für folgende Anlagentypen entwickelt: CJC Feinfilteranlage 27/27, 27/54 und 27/108 Die Nachrüstung kann einfach und schnell während der normalen Servicearbeiten durchgeführt werden. Auf Anfrage ist eine Kurzanleitung erhältlich.

7 Öl analysieren und beurteilen Klassifizierung nach ISO 4406 (International Organization of Standardization) 1. Methode: Automatische Partikelzählung Aus einer 100-ml-Probe der zu untersuchenden Flüssigkeit werden die Anzahl der Partikel 4 µm, 6 µm und 14 µm bestimmt. Den drei ermittelten Partikelanzahlen werden dann Codezahlen zugeordnet, welche die Ölreinheitsklasse ergeben. Beispiel - Ölreinheitsklasse 19/17/14 (typisch für Frischölqualität): bis Partikel 4 µm, bis Partikel 6 µm und bis Partikel 14 µm befinden sich in 100 ml des getesteten Öls. 2. Methode: Mikroskopische Partikelzählung Es wird nur die Anzahl der Partikel 5 µm und 15 µm gezählt. Beispiel - Ölreinheitsklasse 17/14 (typisch für Frischölqualität): bis Partikel 5 µm, bis Partikel 15 µm befinden sich in 100 ml des getesteten Öls. Lebensdauer der Systemkomponenten verlängern In Abhängigkeit von der Reinheitsklasse verändert sich die Lebensdauer der Komponenten von Hydraulik- und Schmierölsystemen deutlich. Je nach Anwendung werden bestimmte Reinheitsklassen für Ölsysteme (ISO 4406) als Richtwerte empfohlen. Die folgende Tabelle zeigt diese Mindestanforderungen im Überblick. (Quelle: Noria Corporation) Anzahl der Partikel > angegebene Größe mehr als bis zu ISO Code (Auszug aus der aktuell gültigen Norm ISO 4406.) ISO Code 22/20/17 19/17/14 17/15/12 16/14/11 14/12/10 Ölzustand stark verschmutzt durchschnittlich verschmutzt z. B. Frischöl *) leicht verschmutzt sauber sehr sauber Einsetzbar für keine Ölsysteme Nieder- und Mitteldrucksystemen Hydraulik- und Schmierölsystemen Servo- / Hochdruckhydrauliken alle Ölsysteme Lebensdauer 50 % 75 % 100 % 150 % 200 % *) Bis zu 0,05 % an ungelösten Stoffen sind in Frischöl zulässig. (DIN , Teil 2) ISO Code 24/22/20 ISO Code 23/19/17 ISO Code 22/15/11 ISO Code 21/19/17 ISO Code 21/18/15 ISO Code 16/15/12 ISO Code 15/13/11 ISO Code 16/15/12 ISO Code 16/14/8 ISO Code 15/13/9 Innerhalb von 5 Monaten wurde bei fünf Getrieben von Windenergieanlagen die Ölreinheitsklasse um 5 bis 8 ISO Codes verbessert! Das entspricht einer Lebenszeitverlängerung um den Faktor 2 bis 3! OHNE CJC Feinfilteranlage MIT CJC Feinfilteranlage nach 5 Monaten Feinfiltration Anzahl der Partikel 4 µm in 400 Liter Getriebeöl: Ölreinheitsklasse ISO 20/17/ Partikel 4 µm in 100 ml Partikel 4 µm in 400 l bei 25 Umwälzungen pro Stunde: stündliche Belastung des Getriebes: 750 Milliarden Partikel Ölreinheitsklasse ISO 17/14/ Partikel 4 µm in 100 ml Partikel 4 µm in 400 l bei 25 Umwälzungen pro Stunde: stündliche Belastung des Getriebes: 9,7 Milliarden Partikel 7

8 - weltweit Karberg & Hennemann GmbH & Co. KG Marlowring 5 D Hamburg Deutschland Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) [email protected] gegründet und mit Sitz in Hamburg, entwickeln und produzieren wir seit 1951 CJC Feinfiltertechnologie. Mit fundiertem Know-how und hauseigenen Analyse- und Testeinrichtungen sind wir heute Experten, wenn es um die Aufbereitung von Ölen und Brennstoffen geht. Qualität Kompetent beraten und auch schwierige Filtrationsprobleme unserer Kunden individuell lösen - das ist unser täglicher Anspruch. Die Zertifizierung unseres Unternehmens nach DIN EN ISO 9001:2008 ist für uns Bestätigung und Ansporn zugleich. CJC weltweit Überall auf der Welt sind CJC Feinfiltersysteme über die Niederlassungen und Vertriebspartner erhältlich. Unter finden Sie Ihren Ansprechpartner vor Ort. - oder rufen Sie uns an! MPWd Karberg & Hennemann GmbH & Co. KG