5 speed-gerelateerde storingen bij roterende machines

Roterende machines zoals turbines, pompen en compressoren zijn continu onderhevig aan grote mechanische krachten waardoor er storingen kunnen optreden. Omdat deze machines vaak erg kritisch zijn voor het proces worden er systemen geïmplementeerd met bewakings- en/of monitoringsfuncties om deze storingen te voorkomen of te controleren. In dit artikel beschrijven we 5 veelvoorkomende speed-gerelateerde storingen.

Speed-bewaking

1. Overspeed

De constructie van een roterende machine is ontworpen om een bepaalde rotatiesnelheid aan te kunnen; de constructiesnelheid. Bij overspeed roteert de as van de machine sneller dan waarop de constructie berekend is, de krachten nemen kwadratisch toe met het toerental waardoor onderdelen kunnen losraken. Dit kan catastrofale gevolgen hebben op zowel het proces als de omgeving. Uit risicoanalyses blijkt hierom dat het in veel gevallen verplicht is om een overspeed-bewakingssysteem te hebben. Door middel van speedmetingen kan de rotatiesnelheid (RPM) worden gemeten. Een overspeed-bewakingssysteem zorgt er vervolgens voor dat de roterende machine niet een toerental kan bereiken welke schadelijk is voor de machine. Bij de overschrijding van vooraf bepaalde grenswaarden wordt de machine direct uitgeschakeld (Figuur 1). Dit dient zeer snel te gebeuren, waardoor bewakingssystemen een reactiesnelheid van minder dan 40ms moeten hebben volgens de huidige machinerichtlijnen (API 670).

Figuur 1. De figuur laat zien hoe een overspeed tripfunctie werkt. Bij 110% van de maximale toelaatbare rotatiesnelheid grijpt de tripfunctie in en wordt de machine afgeschakeld.

 

Overspeed is een grote angst van operators van roterende machines. Het niet op tijd reageren of het niet functioneren van het overspeed-bewakingssysteem kan ervoor zorgen dat de turbineschoepen of zelfs een deel van de rotor loslaat van de rotor. In het ergste geval gaan deze onderdelen dwars door de behuizing van de turbine heen waardoor er grote schade ontstaat aan de door de turbine aangedreven apparatuur en het personeel in de directe omgeving. Daarnaast kan het een fabriek betreffen waar met schadelijke stoffen worden verwerkt, waardoor een directe impact op het milieu het gevolg kan zijn.

2. Acceleratie

Een te snelle acceleratie van een roterende machine kan ervoor zorgen dat een roterende machine in overspeed treedt en ondanks de aanwezige overspeed tripfuncties zo snel doorschiet dat er toch een gevaarlijke situatie kan optreden. Afhankelijk van de mate van acceleratie zal het afslaan van de aandrijving niet direct leiden tot een daling van de rotatiesnelheid. Door de enorme krachten zal de snelheid nog tijdelijk toenemen. Wanneer een overspeed-bewakingssysteem tript bij het bereiken van 110% van de maximaal toelaatbare rotatiesnelheid, kan een bepaalde mate van acceleratie ervoor zorgen dat de opgebouwde snelheid verder dan de toegestane 110% uitloopt (Figuur 2). Zo bereikt de machine toch nog een kritisch toerental, met schade als gevolg.

Figuur 2. De groene lijn laat zien hoe een acceleratie tripfunctie werkt. Wanneer er wordt gedetecteerd dat de acceleratie te snel oploopt grijpt het bewakingssysteem in en schakelt de machine af. De rode lijn laat zien wat er kan gebeuren bij een te snelle acceleratie zonder dat deze parameter bewaakt wordt. Hoewel er een overspeed-bewakingssysteem aanwezig is die de machine tript (bij 110% van de rotatiesnelheid), kan de machine toch nog tijdelijk versnellen en in overspeed treden. Om deze reden moet er ook op acceleratie bewaakt worden.

 

Een roterende machine dient, afhankelijk van de beschikbare energie, bewaakt te worden op acceleratie / versnelling bij het opstarten van de machine. Anders dan bij overspeed-bewaking, wordt er bij acceleratie niet alleen gekeken naar de RPM, maar naar de opbouw van de RPM binnen een vooraf bepaald tijdsinterval. Wanneer de speedsensoren detecteren dat de machine te snel accelereert, tript het bewakingssysteem de machine direct.

Wanneer er niet bewaakt wordt op acceleratie zal de machine alsnog in overspeed treden. Bij een te snelle acceleratie is de turbine immers niet langer tijdig te stoppen door het overspeed-bewakingssysteem.

Speed monitoring

3. Reverse rotation

Door druk vanuit het proces kan het voorkomen dat een compressor de verkeerde kant op gaat draaien terwijl de turbine die deze compressor aandrijft stilstaat. Deze druk kan ontstaan doordat de aanzuigklep niet goed sluit en een lek ontstaat. Wanneer de turbine vervolgens wordt opgestart zal er schade ontstaan. De druk die opgebouwd wordt door reverse rotation en de druk vanuit de turbine gaan elkaar tegenwerken, waardoor er schade kan ontstaan aan bijvoorbeeld de koppeling. Dit betreft vaak financiële schade, maar vormt geen direct gevaar voor mens en milieu.

4. Standstill / Creep

Wanneer een turbine uitgeschakeld wordt, is het belangrijk dat de turbine daadwerkelijk stil staat voordat er turnaround/maintenance werkzaamheden gestart worden. De enorme massa van een turbine kan immers voor gevaarlijke situaties zorgen wanneer men begint met onderhoudswerkzaamheden terwijl de turbine nog langzaam roteert. Om dit te monitoren dient men speedmetingen te doen over een langere periode dan een normale speedmetingen omdat de turbine tijdens het in stilstand brengen met een zeer lage RPM draait.

5. Underspeed

Underspeed is het tegenovergestelde van overspeed, maar is een minder kritische storing. Om een proces draaiende te kunnen houden dient een installatie een minimaal RPM aan te houden. Een lager RPM zorgt ervoor dat het proces niet langer aangedreven kan worden. Hoewel underspeed zeer ongewenst is vanwege een verstoring van het productieproces, heeft het niet dezelfde potentiële catastrofale gevolgen als overspeed. Er kunnen grenswaarden ingesteld worden, zodat er een alarm wordt gegeven wanneer het minimale RPM bereikt wordt tijdens het proces zodat de operator kan voorkomen dat er underspeed optreedt. Tevens kan underspeed gebruikt worden om bijvoorbeeld aan te geven dat een tornmotor ingeschakeld kan worden.

Istec: speedsystemen en -sensoren

Voor het bewaken op overspeed en acceleratie heeft Istec de SpeedSys 200 ontwikkeld; het modulaire overspeed-bewakingssysteem. Bij de ontwikkeling van dit systeem hebben we complexiteit plaats laten maken voor eenvoud door de bewakingsfuncties en monitoringsfuncties van elkaar te scheiden.

Lees meer over de SpeedSys 200 »

Voor het testen en verifiëren van overspeed-bewakingssystemen heeft Istec de IST-101 Frequency Generator ontwikkeld. Deze tool simuleert speed signalen, waarmee de tripfunctie van het bewakingssysteem volledig getest kan worden zonder een daadwerkelijk overspeed situatie te creëren.

Lees meer over de IST-101 Frequency Generator »

Verder levert Istec speedsensoren, bijbehorende bekabeling, junction boxen en isolatoren die het best passend zijn voor uw specifieke applicatie(s). Wij bieden lifetime support en een hoge mate van beschikbaarheid, zodat u de hoogst mogelijke waarde uit uw kritische roterende machines kunt halen.

Bekijk hier ons aanbod aan speedsensoren en accessoires »

Lees meer over onze services op het gebied van speed »