Was beschreibt der API-Standard 670 über Überdrehzahl-Detektionssystem?

Der API-Standard 670 ist ein Industriestandard und beschreibt unter anderem die Mindestanforderungen an ein Maschinenschutzsystem (MPS) zur Messung von Radialwellenschwingungen, Gehäuseschwingungen, Axialwellenpositionen, Wellendrehzahlen, Kolbenstangenabfällen und Phasenreferenzen. Überdrehzahl und kritische Maschinentemperaturen.

Der Standard enthält Anforderungen in Bezug auf Hardware (Sensoren und Systeme), Installation, Dokumentation und Prüfung. In diesem Artikel konzentrieren wir uns ausschließlich auf den Teil der API 670, der die Überdrehzahl beschreibt, und beschränken uns auf diesen Standard. Wir beschreiben die Hauptelemente.

Die Definition von Überdrehzahl

Grundsätzlich liegt eine Überdrehzahl vor, wenn die Drehzahl einer rotierenden Maschine wie einer Dampf- oder Gasturbine ihre Auslegungsgrenzen überschreitet. Die Folgen eines Überdrehzahlereignisses variieren je nach Maschinentyp und Modell. Die Dauer des Überdrehzahlereignisses und der Grad der Überdrehzahl im Vergleich zur Auslegungsgrenze bestimmen ebenfalls die Konsequenzen.

Obwohl die Hersteller den Maschinen normalerweise einen gewissen Sicherheitsspielraum bei der Konstruktion hinsichtlich der Überschreitung der maximalen Drehzahl einräumen, kann ein Überdrehzahlereignis zu einer schnellen und wirkungsvollen Schadensentwicklung führen. Um dies zu verhindern, ist es wichtig, die Maschine mit einem Überdrehzahlüberwachungssystem auszustatten.

Elektronische Überdrehzahl-Detektion

Früher wurden Maschinen durch mechanischen Überdrehzahlschutz überwacht, heute ist der elektronische Überdrehzahlschutz Standard. Daher beschreibt die API 670 nur die Anforderungen elektronischer Erkennungssysteme und definiert sie wie folgt:

Ein elektronisches Überdrehzahl-Detektionssystem besteht aus Geschwindigkeitssensoren, Netzteilen, Ausgangsrelais, Signalverarbeitung und Alarm- / Abschalt- / Integritätslogik. Seine Funktion besteht darin, die Wellendrehzahl kontinuierlich zu messen und die Ausgangsrelais zu aktivieren, wenn ein Überdrehzahlzustand erkannt wird.

Hardware und Logik trennen

Die API 670 beschreibt, dass ein elektronisches Überdrehzahl-Detektionssystem ausschließlich der Übergeschwindigkeitserkennung gewidmet sein muss. Das System muss von anderen Überwachungs- und Schutzsystemen isoliert sein und darf keine Komponenten gemeinsam nutzen. Dies stellt sicher, dass die Funktionsweise des Systems überprüfbar ist und nicht von anderen Systemen abhängt.

Reaktionszeit

Ein elektronisches Überdrehzahlerkennungssystem für die Maschinen, für die der API-Standard 670 gilt, muss aus drei unabhängigen Messkreisen bestehen. Um die Sicherheit und Verfügbarkeit der Maschine zu maximieren, wird die Auslösefunktion durch eine Zwei-aus-Drei-Abstimmung (2oo3) aktiviert. Mit anderen Worten, wenn mindestens zwei der drei Sensoren eine Überdrehzahl erkennen, wird die Auslösefunktion aktiviert.

Die Abstimmung bezieht sich auf die Architektur eines Auslösesystems (1oo2, 2oo2, 2oo3 usw.). Es kann als die minimale Anzahl von “Pfaden” definiert werden, die aus der Gesamtzahl der in der Architektur verfügbaren Pfade funktionieren sollen. Beispielsweise sollte bei einer 1oo2-Architektur mindestens ein Pfad funktionieren, während bei einer 2oo4-Architektur mindestens zwei Pfade funktionieren sollten.

 

Es versteht sich von selbst, dass die Reaktionszeit während eines Überdrehzahlereignisses sehr wichtig ist. Die API 670 beschreibt, dass das System bis zu 40 Millisekunden benötigen kann, um Überdrehzahl zu erkennen und die Relaisausgänge zu schalten. Es ist zu beachten, dass 40 Millisekunden nicht immer schnell genug sind, um zu verhindern, dass der Rotor aufgrund des Hochlaufs eine Drehzahl erreicht, die über seinen Konstruktionsspezifikationen liegt.

Die folgenden Aktionen müssen innerhalb dieser 40 Millisekunden ausgeführt werden:

  1. Alle drei Messkreise (Kanäle) messen die Drehzahl.
  2. Die Messwerte werden unabhängig mit dem eingestellten Auslösewert verglichen.
  3. Die Abstimmungsstruktur bestimmt, wie viele Messkreise ein Überdrehzahlereignis bestimmt haben.
  4. Wenn mindestens zwei der Sensoren eine Überdrehzahl festgestellt haben, sollte das Ausgangsrelais schalten.

In der folgenden Abbildung sind diese Schritte schematisch dargestellt:

Schematische Darstellung eines elektronischen Überdrehzahlerfassungssystems; Drei Sensoren zeigen auf die Messfläche und sind mit dem Erkennungssystem verbunden, wo die Abstimmung mit einem Relais als Ausgang erfolgt.

Quelle: API Standard 670


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