Der API-Standard 670 ist ein Industriestandard und beschreibt die Mindestanforderungen an ein Maschinenschutzsystem (MPS). Dazu gehören die Messung von radialen Wellenschwingungen, Gehäuseschwingungen, der axialen Wellenposition, der Wellendrehzahl, des Kolbenstangenabfalls, der Phasenreferenz, der Überdrehzahl sowie kritischer Maschinentemperaturen.
Die Norm enthält Anforderungen in Bezug auf Hardware (Sensoren und Systeme), Installation, Dokumentation und Prüfung. In diesem Artikel konzentrieren wir uns ausschließlich auf den Teil, der die Übergeschwindigkeit beschreibt, und beschränken uns auf diese Norm. Die wichtigsten Elemente werden beschrieben.
Die Definition von Überdrehzahl
Eine Überdrehzahl liegt vor, wenn die Drehzahl einer rotierenden Maschine, wie beispielsweise einer Dampf- oder Gasturbine, ihre Auslegungsgrenzen überschreitet. Die Folgen eines Überdrehzahlereignisses variieren je nach Maschinentyp und Modell. Auch die Dauer des Überdrehzahlereignisses und der Grad der Überdrehzahl im Verhältnis zur Auslegungsgrenze sind entscheidend für die Folgen.
Auch wenn Hersteller den Maschinen bei der Konstruktion in der Regel eine gewisse Sicherheitsmarge hinsichtlich der Überschreitung der maximalen Drehzahl einräumen, kann ein Drehzahlüberschreitungsereignis zu einer raschen und schwerwiegenden Schadensentwicklung führen. Um dies zu verhindern, ist es wichtig, die Maschine mit einem Drehzahlüberwachungssystem auszustatten.
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Elektronische Überdrehzahlerkennung
Früher wurden Maschinen durch mechanische Überdrehzahlschutzvorrichtungen überwacht, doch heutzutage ist der elektronische Überdrehzahlschutz der Standard. Daher beschreibt die API 670 ausschließlich die Anforderungen an elektronische Erkennungssysteme und definiert diese wie folgt:
Ein elektronisches Überdrehzahl-Erkennungssystem besteht aus Drehzahlsensoren, Stromversorgungen, Ausgangsrelais, Signalverarbeitung sowie Alarm-, Abschalt- und Integritätslogik. Seine Funktion besteht darin, die Drehzahl der Welle kontinuierlich zu messen und die Ausgangsrelais zu aktivieren, sobald eine Überdrehzahl erkannt wird.
Trennung von Hardware und Logik
Die API 670 beschreibt, dass ein elektronisches Überdrehzahl-Erkennungssystem ausschließlich der Überdrehzahl-Erkennung gewidmet sein muss. Das System muss von anderen Überwachungs- und Schutzsystemen isoliert sein und darf keine Komponenten mit diesen gemeinsam nutzen. Dies stellt sicher, dass die Funktionsweise des Systems überprüfbar ist und nicht von anderen Systemen abhängt.
Reaktionszeit
Ein elektronisches Überdrehzahl-Erkennungssystem für Maschinen, für die die Norm API 670 gilt, muss aus drei unabhängigen Messkreisen bestehen. Um die Sicherheit und Verfügbarkeit der Maschine zu maximieren, wird zur Aktivierung der Abschaltfunktion ein „Zwei-aus-drei“-Abstimmungsprinzip (2oo3) verwendet. Mit anderen Worten: Wenn mindestens zwei der drei Sensoren eine Überdrehzahl erkennen, wird die Abschaltfunktion aktiviert.
Die Abstimmung bezieht sich auf die Architektur eines Auslösesystems (1oo2, 2oo2, 2oo3 usw.). Sie kann als die Mindestanzahl von „Pfaden“ definiert werden, die von der Gesamtzahl der innerhalb der Architektur verfügbaren Pfade funktionieren sollten. Bei einer 1oo2-Architektur sollte beispielsweise mindestens ein Pfad funktionieren, während bei einer 2oo4-Architektur mindestens zwei Pfade funktionieren sollten.
Es versteht sich von selbst, dass die Reaktionszeit bei einem Überdrehzahlereignis von großer Bedeutung ist. Die Norm API 670 beschreibt, dass das System bis zu 40 Millisekunden benötigen kann, um eine Überdrehzahl zu erkennen und die Relaisausgänge zu schalten. Es ist zu beachten, dass 40 Millisekunden aufgrund der Hochlaufphase nicht immer schnell genug sind, um zu verhindern, dass der Rotor eine Drehzahl erreicht, die über seinen Auslegungsspezifikationen liegt.
Innerhalb dieser 40 Millisekunden müssen folgende Maßnahmen erfolgen:
- Alle drei Messkreise (Kanäle) messen die Drehzahl.
- Die Messwerte werden unabhängig voneinander mit dem eingestellten Auslösewert verglichen.
- Die Abstimmungsstruktur legt fest, wie viele Messkreise ein Überdrehzahlereignis festgestellt haben.
- 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 Überdrehzahl-Erkennungssystems; drei auf die Messfläche gerichtete Sensoren, die mit dem Erkennungssystem verbunden sind, in dem eine Auswertungsentscheidung stattfindet, mit einem Relais als Ausgang.
Quelle: API-Standard 670
SpeedSys
Unsere Philosophie wird durch SpeedSys verkörpert, ein SIL-zertifiziertes Überdrehzahl-Erkennungssystem für rotierende Maschinen. Es bietet die zentrale Schutzebene mit einer kompakten Architektur. Sein geringer technischer Platzbedarf und die unauffällige Installation ermöglichen einen fortschrittlichen Schutz für ein breites Anwendungsspektrum. SpeedSys ist in zwei Versionen erhältlich: SpeedSys 200 für weniger anspruchsvolle SIL-2-Anwendungen und SpeedSys 300 für anspruchsvolle und kritische SIL-3-Anwendungen.
Die Produktbroschüre zum Thema Drehzahl bietet einen vollständigen Überblick über unsere Drehzahlmesser, Überdrehzahlwarnsysteme und Drehzahlsensoren.
