Drehzahlsschutz
1. Überdrehzahl
Die Konstruktion rotierender Maschinen ist so ausgelegt, dass sie einer bestimmten Drehzahl standhält, der sogenannten Konstruktionsdrehzahl. Bei Überdrehzahl dreht sich die Welle der Maschine schneller, als die Maschinenkonstruktion aushalten kann. Die Kräfte nehmen quadratisch mit der Drehzahl zu, wodurch sich Teile lösen können. Dies könnte katastrophale Auswirkungen auf den Prozess, das Personal und die Umwelt haben. Risikoanalysen zeigen daher, dass in den meisten Fällen ein Überdrehzahlschutz vorgeschrieben ist. Durch Drehzahlmessungen kann die Drehzahl (RPM) gemessen werden. Ein Überdrehzahlschutz sorgt dafür, dass die Drehzahl in bestimmten Grenzen bleibt, um Schäden an der Maschine zu vermeiden. Bei Überschreitung der vorgegebenen Grenzwerte wird die Maschine sofort ausgeschaltet (Abbildung 1). Diese Maschinenauslösungen müssen innerhalb kürzester Zeit erfolgen. Nach den aktuellen Maschinenrichtlinien (API 670) dürfen Überdrehzahlschutzsysteme eine Reaktionszeit von maximal 40 ms haben.
Überdrehzahl ist die größte Angst eines Bedieners rotierender Maschinen. Wenn Sie nicht rechtzeitig reagieren oder ein Überdrehzahlschutzsystem nicht ordnungsgemäß funktioniert, können sich Turbinenschaufeln oder sogar Teile des Rotors lösen. Im schlimmsten Fall werden diese Maschinenteile direkt durch das Turbinengehäuse geführt, was zu erheblichen Schäden an der von der Turbine angetriebenen Ausrüstung und dem Personal in unmittelbarer Nähe führt.
2. Beschleunigung
Eine zu schnelle Beschleunigung einer rotierenden Maschine kann dazu führen, dass eine rotierende Maschine trotz des vorhandenen Überdrehzahlschutzsystems in eine Überdrehzahl übergeht, was zu einer gefährlichen Situation führt. Je nach Beschleunigungsdrehzahl führt ein Anhalten des Fahrers einer Maschine nicht sofort zu einer Verringerung der Drehzahl. Aufgrund größerer Kräfte kann sich die Drehzahl bereits kurz nach dem Anhalten des Fahrers erhöhen. Wenn ein Überdrehzahlschutzsystem auslöst, wenn der Grenzwert von 110% der maximal zulässigen Drehzahl erreicht ist, kann ein bestimmter Beschleunigungsgrad immer noch dazu führen, dass die aufgelaufene Drehzahl die zulässigen 110% überschreitet (Abbildung 2). Auf diese Weise erreicht die Maschine immer noch eine kritische Drehzahl, was zu Schäden führen kann.
Während des Anfahrens einer rotierenden Maschine sollte diese, abhängig von der verfügbaren Energie, vor Beschleunigung geschützt werden. Anders als beim Überdrehzahlschutz wird beim Beschleunigungsschutz nicht nur die Drehzahl, sondern auch die Drehzahlerhöhung innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls betrachtet. Wenn die Drehzahlsensoren einen übermäßigen Beschleunigungsanstieg erkennen, löst das Schutzsystem die Turbine aus.
Wenn die Maschine nicht gegen Beschleunigung geschützt ist, läuft sie immer noch mit Überdrehzahl. Ein Überdrehzahlschutzsystem ist nicht in der Lage, die Maschine rechtzeitig während eines übermäßigen Beschleunigungsanstiegs anzuhalten.
Drehzahlüberwachung
3. Rückwärtsdrehung
Es kann vorkommen, dass der Prozessdruck dazu führt, dass sich ein Kompressor in die falsche Richtung dreht, während die Turbine, die diesen Kompressor antreibt, nicht in Betrieb ist. Dies wird als Rückwärtsdrehung bezeichnet. Dieser Druck kann auftreten, weil das Saugventil nicht richtig schließt und ein Leck verursacht. Wenn die Turbine in diesem Zustand des Kompressors gestartet wird, führt dies zu Schäden. Der durch die Rückwärtsdrehung aufgebaute Druck und der Druck der Turbine wirken sich gegenseitig aus, was beispielsweise zu einer Beschädigung der Kupplung führen kann. Dies betrifft häufig finanzielle Schäden, stellt jedoch keine unmittelbare Gefahr für Personal und Umwelt dar.
4. Stillstand / Kriechen
Es ist wichtig, dass eine Turbine tatsächlich stillsteht, bevor mit den Wartungsarbeiten begonnen wird. Schließlich kann die enorme Masse einer Turbine zu gefährlichen Situationen führen, wenn mit Wartungsarbeiten begonnen wird, während sich die Turbine noch langsam dreht. Um dies zu überwachen, müssen Drehzahlmessungen über einen längeren Zeitraum als bei normalen Drehzahlmessungen durchgeführt werden, da die Turbine während des Abschaltvorgangs mit einer sehr niedrigen Drehzahl läuft.
5. Unterdrehzahl
Unterdrehzahl ist das Gegenteil von Überdrehzahl, aber ein weniger kritischer Fehler. Um einen Prozess am Laufen zu halten, muss eine Installation eine Mindestdrehzahl aufweisen. Der Prozess kann nicht mehr mit einer niedrigeren Drehzahl gefahren werden. Eine zu geringe Drehzahl ist zwar aufgrund einer Unterbrechung des Produktionsprozesses höchst unerwünscht, hat jedoch nicht die gleichen katastrophalen Auswirkungen wie eine zu hohe Drehzahl. Grenzwerte können so eingestellt werden, dass ein Alarm ausgelöst wird, wenn die Mindestdrehzahl erreicht ist, um den Prozess am Laufen zu halten. Auf diese Weise kann der Bediener das Auftreten von Unterdrehzahlen verhindern. Mit Unterdrehzahlmessungen kann beispielsweise auch angezeigt werden, dass ein Jog-Motor eingeschaltet werden kann.
Istec Hardware
Das SpeedSys 200 ist ein SIL2-zertifiziertes Überdrehzahlschutzsystem. Das robuste Design mit fortschrittlicher Selbstüberwachung, galvanisch getrennten Ein- und Ausgängen und der Zertifizierung durch Design machen ein High-End-Produkt, das sich auf dem Markt auszeichnet. Durch die Konzentration auf die zentralen Sicherheitsfunktionen ist das System einfach zu bedienen und zu warten, und die Prüfintervalle sind sehr lang.
