In der Vergangenheit wurden Überdrehzahlschutzsysteme für Turbinen häufig von den Turbinenherstellern selbst als Teil des mechanischen Systems entwickelt. Diese mechanischen Schutzsysteme werden immer noch verwendet, insbesondere bei mittelgroßen Maschinen. Elektronische Systeme bieten jedoch erhebliche Vorteile und werden zunehmend zugänglich, sowohl in wirtschaftlicher als auch in technischer Hinsicht. In diesem Artikel werden die Vorteile des elektronischen Schutzes gegenüber dem mechanischen Schutz erläutert.
Das Prinzip des mechanischen Überdrehzahlschutzes
Um den Unterschied zwischen den beiden Schutzarten zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, wie der mechanische Überdrehzahlschutz funktioniert. Mechanische Überdrehzahlschutzsysteme verwenden ein Gewicht an einer Feder, deren Federkraft bekannt ist. Durch die Zentrifugalkraft infolge der Wellendrehzahl wird die Feder immer weiter gedehnt und das Gewicht bewegt sich heraus. Solange die Drehzahl noch innerhalb der Konstruktionsvorgaben liegt, dehnt sich die Feder nicht zu weit und das Gewicht ragt nicht heraus. Überschreitet sie jedoch ihre Konstruktionsspezifikationen, läuft das Gewicht heraus und schlägt auf den Auslösebolzen. Dadurch wird der Bolzen freigegeben und der Auslöser aktiviert.
Die Funktionsweise eines mechanischen Überdrehzahlüberwachungssystems.
Das Prinzip des elektronischen Überdrehzahlschutzes
Der elektronische Überdrehzahlschutz besteht aus einem Getriebe oder einer anderen Messfläche, Drehzahlsensoren und einem Messsystem mit Auslöselogik und Relaisausgängen. Die Drehzahlsensoren schauen auf die Messfläche und geben ein Sinus- oder Rechtecksignal ab, das das Messsystem als Impulse wahrnimmt. Das Messsystem zählt dann die Zeit zwischen den Impulsen, um die Drehgeschwindigkeit zu bestimmen. Die Relaisausgänge werden durch eine Auslöselogik gesteuert. Um die Sicherheit und Verfügbarkeit zu erhöhen, werden diese Schutzsysteme häufig mit redundanten Abstimmungsstrukturen gebaut.
Warum auf elektronischen Überdrehzahlschutz umstellen?
Der Wechsel von einem mechanischen Überdrehzahlschutz zu einem elektronischen Überdrehzahlschutz hat erhebliche Vorteile. Nachprüfbare Sicherheit ist das Hauptargument. Zur Veranschaulichung: Während mechanische Überdrehzahlschutzsysteme durch tatsächliche Überdrehzahl der Maschine getestet werden müssen (mit allen damit verbundenen Risiken!), kann ein elektronisches Überdrehzahlschutzsystem durch Simulation der Überdrehzahl getestet werden. Darüber hinaus ist eine simulierte Prüfung schneller und einfacher durchzuführen.
In dieser Übersicht vergleichen wir beide Formen des Maschinenüberdrehzahlschutzes:
| Mechanische Überdrehzahlabschaltung | Elektronische Überdrehzahlabschaltung |
|---|---|
| Ungenaue Auslösewertbestimmung durch ungenaue Federkraft (+ / a-50 U/min) | Sehr genaue Auslösewertbestimmung |
| Auslösewert verschiebt sich langsam aufgrund von Materialermüdung der Feder | Der Auslösewert ändert sich nicht |
| Keine Möglichkeit einer Benutzeroberfläche | Bietet Möglichkeiten für DCS-Schnittstelle |
| Muss an einer Welle oder einem mechanischen Hebel befestigt werden | Kein physischer Kontakt mit der Welle oder dem mechanischen Hebel erforderlich |
| Schmiermittelablagerungen können die Funktion des mechanischen Auslösers blockieren. | Schmiermittelablagerungen haben keinen Einfluss auf die Auslösefunktion |
| Kann nicht getestet werden, es sei denn, er ist vom angetriebenen Gerät getrennt, was eine Abschaltung erfordert. | Sichere Möglichkeit zur Prüfung der Auslösefunktion durch Überdrehzahlsimulation mit einem Frequenzgenerator |
| Überdrehzahl zur Auslösung erforderlich | Kann bei jeder Drehzahl und jedem Kanal während des Betriebs getestet werden (online) |
| Erfordert mehrere Turbinenstarts, um den Auslösewert so genau wie möglich einzustellen | Erfordert keine zusätzliche Inbetriebnahme der Turbine |
Die Umstellung auf einen elektronischen Überdrehzahlschutz ist nicht kompliziert. Erstens werden der mechanische Auslösehebel und alle dazugehörigen Systemkomponenten entfernt. Zweitens wird eine Messfläche (Zahnrad) auf der Welle montiert, falls diese nicht bereits vorhanden ist, woraufhin ein oder mehrere Sensoren um diese Messfläche herum angebracht werden. Das Überwachungssystem kann dann in der Nähe der Maschine oder in einem Schrank untergebracht werden.
Erfahren Sie mehr über Überdrehzahl:
Was besagt die API-Norm 670 über Überdrehzahlerkennungssysteme? »
SpeedSys 300 - Überdrehzahl-Schutzsystem
Das SpeedSys 300 ist ein elektronischer Überdrehzahlschutz für rotierende Maschinen mit SIL 3. Es bietet die wichtigste Schutzschicht mit einer kompakten Architektur. Sein geringer technischer Platzbedarf ermöglicht eine unkomplizierte Nachrüstung und erweitert den Bereich der zu schützenden Maschinen.
