 |
|
|---|
Welkom bij technisch adviesbureau MRCONSULT B.V.
Door jarenlange ervaring met het praktijkgedrag van werktuigkundige en civiele constructies in en bij (zee)water is er een vergaande expertise opgebouwd voor de optimalisatie van ontwerp en onderhoud van deze constructies.
Deze expertise is samengevat in de eBooks (Faalpreventie en kostenverlaging van beweegbare waterkeringen en bruggen met levensduurborging van glijvlakken) / (Failure prevention and cost reduction for movable water barriers and bridges with life span guarantee for sliding surfaces), zie de Inkijktekst / Preview en de onderstaande samenvattingen per hoofdstuk in het Nederlands / Engels.
Praktijkervaringen met betrekking tot het falen van sluizen, beweegbare waterkeringen en bruggen zijn goud waard omdat door toepassing van deze ervaringskennis het plotseling falen van sluiscomplexen wordt voorkomen. De integrale kosten over de levensduur - de Total Cost of Ownership (TCO) worden daarmee aantoonbaar verlaagd.
In hierboven gepresenteerde document 'Faalpreventie en kostenverlaging van beweegbare waterkeringen en bruggen met levensduurborging van glijvlakken' is deze kennis gedurende ruim 40 jaar opgebouwd en samengevat. De inhoud is geworteld in het bijbehorende digitale archief 'Faalpreventie' dat afzonderlijk beschikbaar is.
Constructies zijn veelal samengesteld uit meerdere onderdelen. Het onverwachts falen van één onderdeel - de zwakste schakel - domineert de levensduur van de gehele constructie, en daarmee het onderhoudsinterval. Daarom is het van belang om de zwakke schakel in constructies vooraf te kennen en de levensduur ervan zo te borgen dat het geëiste onderhoudsinterval van de constructie wordt gehaald. Het gaat in dit document vooral over constructies met en zonder glijvlakken in en bij water, met condens of in andere media. De kennis in dit document is deze breed toepasbaar gebleken voor bewegende constructies met glijvlakken in en bij vloeistoffen in het algemeen.
Het objectief kiezen van de ontwerpvariant met de laagste TCO wordt beschreven. Ingegaan wordt op het kapitaliseren van actuele en toekomstige onderhoudskosten. Welke contractvormen stimuleren het verlengen van onderhoudsinterval?
Tribokennis voor lagere TCO van Glijdende constructies hebben minder onderdelen dan rijdende constructies. Slijtage en wrijving van veel materiaalcombinaties kunnen worden gekwantificeerd met praktijkgetoetste waarden voor wrijvingscoëfficiënten en slijtfactoren. De temperatuurstijging door wrijvingswarmte en de compressie van kunststof glijmaterialen kunnen worden gecheckt. Op basis van tientallen meetwaarden van wrijvingscoëfficiënten zijn met statistiek bovenwaarden bepaald met een betrouwbaarheid van 90 tot 99,9%. Deze kennis is beschikbaar voor translerende en roterende constructies zoals schuifgeleidingen, glijlagers, halsbeugellagers en taatslagers voor puntdeuren, glijopleggingen en afdichtingen van schuiven en van hydraulische cilinders. Voorbeelden worden gegeven van het berekenen van de slijtage en de levensduur van translerende en roterende glijvlakken zoals van puntdeurlageringen.
Vermeld wordt de invloed materiaalcombinaties en praktijkparameters op wrijvingscoëfficiënten en slijtfactoren zoals glijsnelheid, vlaktedruk, oppervlakteruwheid, glijafstand, aangroeiing, smerende of abrasieve slijtdeeltjes, geometrie, bij (reciproke) translatie en rotatie, overlapping van glijvlakken, temperatuurstijging door wrijvingswarmte, en het optreden of voorkomen van stickslipverschijnselen. Ook wordt ingegaan op de invloed van horizontale en verticale afdichtvlakken op vervuiling en tribologische eigenschappen.
Door middel van een smerende waterfilm tussen de sluisdeur met hydrovoeten en de sluisbodem verminderen wrijvingscoëfficiënt en slijtfactor structureel en zijn in water geen bewegende onderdelen nodig.
Praktijkgetoetste slijtfactoren zijn beschikbaar van hydraulische afdichtingen in combinatie met corrosiebeschermende stangdeklagen inclusief de garantie op de beschermduur.
Ook is aanzienlijke levensduurverlenging van staalkabels in maritieme condities onderzocht ten aanzien van slijtage en corrosie.
Ontwerpen door weglaten met tribokennis. In dit hoofdstuk worden constructieve mogelijkheden uitgewerkt voor het vereenvoudigen van glijdende constructies in en boven water, zonder en met het toepassen van hydrostatische watersmeerfilm op glijbanen in plaats van onderrolwagens op railbanen en vereenvoudiging van hydrogeleiding en roldeurondersteuning. Tevens wordt ingegaan op vereenvoudigde glijdende afdichtingen, vervalbelaste afdichtingen en lekarme glijafdichtingen.
De meest voorkomende corrosietypen die zich voordoen bij constructies in en bij water en condens zijn gelijkmatige corrosie, galvanische corrosie, spleetcorrosie en microbieel geInduceerde corrosie (MIC). De specifieke condities waarbij deze optreden zijn beschreven en toegelicht met afbeeldingen. Traditionele en innovatieve corrosie-preventiesystemen met lange beschermduren en bij overgangen van staal-betonconstructies worden vermeld. Ook zijn kathodische beschermvarianten met en zonder traditionele beschermsystemen meegenomen. Op basis van de beschermduur van deze systemen kan de COT (de integrale kosten in de levensduur van de constructievarianten) worden vergeleken. Ook worden valkuilen beschreven hoe corrosiepreventiemaatregelen andere corrosietypen kunnen veroorzaken. De beschreven corrosietypen en preventiemaatregelen zijn gevisualiseerd in een 'Corrosielandkaart'.
In dit hoofdstuk zijn het ontwerp en de corrosiepreventie van translerende glijvlakken in detail beschreven op basis van praktijkgetoetste informatie.
In dit hoofdstuk zijn het ontwerp en de corrosiepreventie van roterende glijvlakken in detail beschreven zoals van glijlagers, halsbeugellagers en taatslagers van puntdeuren op basis van praktijkgetoetste informatie.
Op basis van praktijktoetsing wordt voorkomen dat scharnierende asverbindingen vastlopen.
Op basis van praktijkinformatie wordt breuk van voorspanbouten door vermoeiing voorkomen.
Naar aanleiding van sluisstremming door plastische vervorming van wielen en railbanen zijn rekenregels opgesteld voor het voorkomen daarvan. Bovendien worden aanbevelingen gegeven om te voorkomen dat de klemkracht op railbanen afneemt.
Ook worden aanbevelingen gegeven om de hoge contactspanning tussen wielen en railbanen te omzeilen door toepassing van hydrogeleiding over een smerende waterfilm en met wielvelgen van kunststof rijdend over de betonnen sluisbodem of met hydro-geleiding.
Slijtage van tandflanken van open tandwieloverbrengingen wordt voorkomen door de keuze van smeervetten op basis van testparameters die overeenkomen met twee praktijkparameters: 1: de draagsterkte van de smeerfilm is gelijk aan de hertze contactspanning [N/mm2] tussen de tandflanken, en 2: de glijafstand [mm] die wordt afgelegd tijdens de in- en uitglijdingen van de tandflanken totdat doorbreking van de smeerfilm bij deze draagsterkte is opgetreden. Deze glijafstand is het selectiecriterium voor de smeervetkeuze bij de optredende contactspanning, ofwel de draagsterkte van het smeervet. Deze praktijkgerichte tribotest kan worden gerealiseerd met een tribotest-opstelling waarbij een cilindrische stalen teststaaf wordt gedrukt op een 90° heen- en weer roterende stalen testring die is voorzien van het te testen smeervet met een dikte van 0,1 mm en bij lijncontactspanning [N/mm2] zoals in de praktijksituatie totdat de smeerfilm wordt doorbroken. Bij deze tribotestopstelling wordt het smeervet tijdens de tandflank-in-en-uit-glijdingen uit het lijncontact geperst zoals in de praktijksituatie. Daardoor verkort deze configuratie de nasmeercapaciteit van het smeervet en benadert de praktijksituatie. Uitgegaan kan worden van een lengte/diameterverhouding van de staaf van 10 en de diameterverhouding van testring tot teststaaf van 10.
Aanbevelingen voor het functioneel voorspellend trendgericht monitoren van een of meer relevante parameters van bewegende constructiedelen zoals de beweegkracht van sluisdeuren om onverwacht falen te voorkomen.
Het volume van op trek belaste constructies is aanzienlijk kleiner dan op buiging belaste constructies en zijn daardoor kosteneffectief zoals bijvoorbeeld bij balgkeringen.
Verlaag de TCO door toepassing van niet-roestende alternatieve materialen zoals vezelversterkte kunststoffen en zeer hogesterktebeton voor sluisdeuren en bruggen.
Verlaag de TCO met de checklist faalpreventie die gedurende vele jaren werd samengesteld vanuit praktijkgegevens.
Bronvermelding met verwijzing naar documenten en afbeeldingen die zijn vastgelegd in het doorzoekbare digitale archief 'Faalpreventie'.
Rekenvoorbeelden van de tijdsafhankelijke temperatuurstijging door wrijvingswarmte bij tweezijdige warmteopname, warmtegeleiding en warmteafvoer in schuifgeleidingen en glijlagers.
Toetsing van de tijdsafhankelijke temperatuurformule door wrijvingswarmte in een prototype-meetopstelling.
Afleiding van deze temperatuurformule voor niet-stationaire tweezijdige warmtegeleiding, warmteopname en warmteafvoer.
Wrijvingscoëfficiënt f en slijtfactor k van UHMWPE bij 20…150 °C d.m.v. thermografische analyse.
Standaard parameters bij tribometingen van wrijvingscoëfficiënten en slijtfactoren.
Analyse van de taatsschuifkracht in taatslagers.
Practical experiences regarding the failure of locks, movable flood barriers and bridges are worth their weight in gold because the application of this experiential knowledge prevents the sudden failure of lock complexes. The integral costs over the lifetime - the Total Cost of Ownership (TCO) are thereby demonstrably reduced.
In the document presented above, “Failure prevention and cost reduction of movable flood barriers and bridges with lifetime assurance of sliding surfaces,” this knowledge has been accumulated and summarized over more than 40 years. The content is rooted in the accompanying digital archive 'Failure Prevention' available separately.
Structures are often composed of multiple components. The unexpected failure of one component - the weakest link - dominates the service life of the entire structure, and thus the maintenance interval. Therefore, it is important to know the weak link in structures in advance and to secure its service life in such a way that the demanded maintenance interval of the structure is met. This paper is mainly concerned with structures with and without sliding surfaces in and near water, with condensation or in other media. The knowledge in this paper has been shown to be this widely applicable to moving structures with sliding surfaces in and near liquids in general.
Objectively choosing the design variant with the lowest TCO is described. The capitalization of current and future maintenance costs is discussed. What forms of contract encourage extending maintenance intervals?
Tribo knowledge for lower TCO of sliding structures have fewer parts than moving structures. Wear and friction of many material combinations can be quantified with field-tested values for friction coefficients and wear factors. Temperature rise due to frictional heat and compression of plastic sliding materials can be checked. Based on dozens of measured values of friction coefficients, upper values have been determined with statistics with a reliability of 90 to 99.9%. This knowledge is available for translating and rotating structures such as slide guides, slide bearings, plain bearings, pivot bearings, upper bracket bearings, and seals of slides and of hydraulic cylinders. Examples are given of calculating wear and life time of translating and rotating sliding surfaces such as miter gates bearings.
Discussed is the influence of material combinations and practical parameters on friction coefficients and wear factors such as sliding speed, surface pressure, surface roughness, sliding clearance, fouling, lubricating or abrasive wear particles, geometry, in the case of (reciprocal) translation and rotation, overlapping of sliding surfaces, temperature rise due to frictional heat, and the occurrence or prevention of stick slip phenomena. The influence of horizontal and vertical sealing surfaces on fouling and tribological properties is also discussed.
By means of a lubricating water film between movable gate with hydro feet and slide om the lock bottom, friction coefficient and wear factor are structurally reduced and no moving parts are required in water.
Practice-tested wear factors are available from hydraulic seals in combination with corrosion-protective rod coatings including the guarantee of protection life.
Significant life extension of steel cables in marine conditions has also been investigated with respect to wear and corrosion.
Design by omission with tribo knowledge. This chapter elaborates structural options for simplifying sliding structures in and above water, without and with the application of hydrostatic water lubrication film on slides instead of under rollers on rail tracks and simplification of hydro guidance and roller gate support. Simplified sliding seals, decay-loaded seals and low-leakage sliding seals are also discussed.
The most common corrosion types that occur with structures in and near water and condensation are uniform corrosion, galvanic corrosion, crevice corrosion and microbially induced corrosion (MIC). The specific conditions under which these occur are described and explained with illustrations. Traditional and innovative corrosion prevention systems with very long protection spans and at transitions of steel-concrete structures are listed. Cathodic protection variants with and without combinations with traditional systems are also compared. Based on the protection duration of these systems, the COT (the integral cost in the lifetime of the construction variants) can be compared. Pitfalls how corrosion prevention measures can cause other corrosion types are also described. The described corrosion types and prevention measures are visualized in a "Corrosion Map".
This chapter describes in detail the design and corrosion prevention of translating sliding surfaces based on field-tested information.
In this chapter, the design and corrosion prevention of rotating sliding surfaces are described in detail such as slide bearings, bracket bearings and pivot bearings of mitre gates based on field-tested wear factors and friction coefficients.
Designing dismountable shaft joints: this information prevents jamming of hinged shaft joints based on practice-tested information.
Based on practical information breakage of prestressing bolts due to fatigue can be prevent.
In response to lock jamming due to plastic deformation of wheels and rail tracks, computational rules for its prevention are established. In addition, recommendations are given to prevent a decrease in clamping force on rail tracks.
Recommendations are also given to circumvent the high contact stress between wheels and rail tracks by applying hydro-guidance over a lubricating water film and with wheel rims made of plastic driving over the concrete lock floor or with hydro-guidance.
Wear of tooth flanks of open gear transmissions is prevented by the selection of lubricating greases based on test parameters corresponding to two practical parameters: 1: the bearing strength of the lubricating film is equal to the hertze contact stress [N/mm2] between the tooth flanks, and 2: the sliding distance [mm] traveled during the sliding in and out of the tooth flanks until breakthrough of the lubricating film at this bearing strength has occurred. This sliding distance is the selection criterion for the lubricant selection at the occurring contact stress, i.e. the bearing strength of the lubricant. This practical tribotest can be realized with a tribo test stand in which a cylindrical steel test rod is pressed on a 90° reciprocating steel test ring provided with the lubricating grease to be tested with a thickness of 0.1 mm and at line contact stress [N/mm2] as in the practical situation until the lubricating film is broken. With this tribo test stand, the lubricating grease is squeezed out of the line contact during tooth flank in-and-out glides as in the practical situation. Therefore, this configuration shortens the relubrication capacity of the grease and approximates the practical situation. A length-to-diameter ratio of the rod of 10 and the diameter ratio of test ring to test rod of 10 can be assumed.
Recommendations for functionally predictive trend-based monitoring of one or more relevant parameters of moving structural members such as lock gate motions to prevent unexpected failure.
The volume of tension-loaded structures is significantly smaller than bending-loaded structures and are therefore competitive.
Reduce TCO by applying non-rusting alternative materials for water barriers and bridges such as fiber-reinforced plastics and very high-strength concrete for lock gates and bridges.
Lower TCO with the failure prevention checklist compiled over many years from real-world data.
Source references to documents and images captured in the searchable digital archive 'Failure Prevention'.
Calculation examples of the time-dependent temperature rise due to frictional heat in two-sided heat absorption and heat conduction in sliding guides and slide bearings.
Testing the time-dependent temperature formula by frictional heat in a prototype measurement setup.
Derivation temperature formula for non-stationary bilateral heat conduction, heat absorption and heat dissipation.
Coefficient of friction f and wear factor k of UHMWPE at 20...150 °C; thermographic measurement.
Standard parameters in tribometry of coefficient of friction and wear factors.
Analysis of pivot shear force in pivot bearings.