In der Vergangenheit wurden Überdrehzahlschutzsysteme für Turbinen häufig von den Turbinen-OEMs selbst als Teil des mechanischen Systems entwickelt. Diese mechanischen Schutzsysteme sind nach wie vor im Einsatz, insbesondere bei mittelgroßen Maschinen. Elektronische Systeme bieten jedoch erhebliche Vorteile und werden sowohl in wirtschaftlicher als auch in technischer Hinsicht zunehmend zugänglicher. Dieser Artikel erläutert die Vorteile elektronischer Schutzsysteme gegenüber mechanischen Schutzsystemen.
Das Prinzip des mechanischen Überdrehzahlschutzes
Um den Unterschied zwischen den beiden Schutzarten zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, wie ein mechanischer Überdrehzahlschutz funktioniert. Mechanische Überdrehzahlschutzsysteme verwenden ein Gewicht an einer Feder, deren Federkraft bekannt ist. Durch die Zentrifugalkraft, die sich aus der Drehzahl der Welle ergibt, wird die Feder immer weiter gedehnt und das Gewicht bewegt sich nach außen. Solange die Drehzahl noch innerhalb der Auslegungsspezifikationen liegt, dehnt sich die Feder nicht zu weit aus und das Gewicht ragt nicht heraus. Überschreitet die Drehzahl jedoch die Auslegungsspezifikationen, läuft das Gewicht aus und trifft auf den Auslösebolzen. Dadurch wird der Stift freigegeben und die Auslösung aktiviert.
Die Funktionsweise eines mechanischen Überdrehzahl-Überwachungssystems.
Das Prinzip des elektronischen Überdrehzahlschutzes
Ein elektronischer Überdrehzahlschutz besteht aus einem Zahnrad oder einer anderen Messfläche, Drehzahlsensoren und einem Messsystem mit Auslöselogik und Relaisausgängen. Die Drehzahlsensoren erfassen die Messfläche und geben ein Sinus- oder Rechtecksignal ab, das vom Messsystem als Impulse erkannt wird. Das Messsystem zählt dann die Zeit zwischen den Impulsen, um die Drehzahl zu bestimmen. Die Relaisausgänge werden durch die Auslöselogik gesteuert. Um die Sicherheit und Verfügbarkeit zu erhöhen, werden diese Schutzsysteme häufig mit redundanten Abstimmungsstrukturen aufgebaut.
Warum auf einen elektronischen Überdrehzahlschutz umsteigen?
Der Wechsel von mechanischem Überdrehzahlschutz zu elektronischem Überdrehzahlschutz bietet erhebliche Vorteile. Überprüfbare Sicherheit ist das Hauptargument. Zur Veranschaulichung: Während mechanische Überdrehzahlschutzsysteme durch tatsächliche Überdrehzahl der Maschine (mit allen damit verbundenen Risiken!) getestet werden müssen, lässt sich ein elektronisches Überdrehzahlschutzsystem durch Simulation der Überdrehzahl prüfen. Zudem ist ein simulierter Test schneller und einfacher durchzuführen.
In dieser Übersicht vergleichen wir beide Formen des Überdrehzahlschutzes für Maschinen:
| Mechanische Überdrehzahlabschaltung | Elektronische Überdrehzahlabschaltung |
|---|---|
| Ungenaue Bestimmung des Auslösewerts aufgrund einer ungenauen Federkraft (+ / a-50 U/min) | Sehr genaue Bestimmung des Wegwerts |
| Der Federweg verändert sich langsam aufgrund der Materialermüdung der Feder | Der Trip-Wert ändert sich nicht |
| Keine Möglichkeit einer Benutzeroberfläche | Bietet Möglichkeiten für eine DCS-Schnittstelle |
| Muss an einer Welle oder einem mechanischen Hebel befestigt werden | Kein physischer Kontakt mit der Welle oder einem mechanischen Hebel erforderlich |
| Schmierstoffablagerungen können den Betrieb der mechanischen Auslösevorrichtung blockieren | Schmierstoffablagerungen haben keinen Einfluss auf die Auslösefunktion |
| Kann nicht getestet werden, außer wenn die Verbindung zu den angetriebenen Anlagen getrennt ist, was eine Abschaltung erfordert | Sichere Möglichkeit, die Auslösefunktion mittels einer Überdrehzahlsimulation unter Verwendung eines Frequenzgenerators zu testen |
| Zur Auslösung der Abschaltung erforderliche Geschwindigkeitsüberschreitung | Kann bei jeder Drehzahl getestet werden, und jeder Kanal kann während des Betriebs (online) getestet werden |
| Erfordert mehrere Turbinenanläufe, um den Auslösewert so genau wie möglich einzustellen | Erfordert keine zusätzlichen Turbinenanläufe |
Die Umstellung auf einen elektronischen Überdrehzahlschutz ist nicht komplex. Zunächst werden der mechanische Auslösehebel und alle zugehörigen Systemkomponenten entfernt. Anschließend wird eine Messfläche (Zahnrad) auf der Welle montiert, sofern diese nicht bereits vorhanden ist; danach werden ein oder mehrere Sensoren um diese Messfläche herum angebracht. Das Überwachungssystem kann dann in der Nähe der Maschine oder in einem Schaltschrank untergebracht werden.
Erfahren Sie mehr über Überdrehzahl:
Was besagt die Norm API 670 über Systeme zur Überdrehzahlerkennung? »
SpeedSys 300 – Überdrehzahlschutzsystem
Das SpeedSys 300 ist ein elektronisches Überdrehzahlschutzsystem für rotierende Maschinen mit SIL-3-Zertifizierung. Es bietet die zentrale Schutzebene mit einer kompakten Architektur. Sein geringer technischer Platzbedarf ermöglicht eine nachträgliche Installation mit minimalen Auswirkungen und erweitert den Umfang der Maschinen, die geschützt werden können.
Erfahren Sie mehr über SpeedSys 300 »
für den Überdrehzahlschutz Die Produktbroschüre zum Thema Drehzahl bietet einen vollständigen Überblick über unsere Drehzahlmesser, Überdrehzahlwarnsysteme und Drehzahlsensoren.
