Превышение скорости

Превышение скорости — это состояние, при котором двигатель может или вынужден выходить за пределы расчетного предела. Последствия слишком высокой скорости работы двигателя различаются в зависимости от типа и модели двигателя и зависят от нескольких факторов, наиболее важными из которых являются продолжительность превышения скорости и достигнутая скорость. В некоторых двигателях кратковременное превышение скорости может привести к значительному сокращению срока службы двигателя или его катастрофическому выходу из строя. ^{[ 1 ]} Скорость двигателя обычно измеряется в оборотах в минуту (об/мин). ^{[ 2 ]} ^{[ нужна ссылка ]}

Примеры превышения скорости

В винтовом самолете превышение скорости произойдет, если пропеллер , обычно соединенный непосредственно с двигателем, будет вынужден вращаться слишком быстро из-за высокоскоростного потока воздуха, когда самолет находится в пикировании, и в крейсерском полете перейдет на плоский шаг лопастей из-за отказ регулятора или неисправность флюгирования, или он отсоединяется от двигателя. ^{[ нужна ссылка ]}
В реактивном самолете превышение скорости возникает, когда осевой компрессор превышает максимальную рабочую частоту вращения. Это часто приводит к механическому выходу из строя лопаток турбины, возгоранию и разрушению двигателя. ^{[ нужна ссылка ]}
В наземном транспортном средстве двигатель может вращаться слишком быстро из-за переключения на недопустимо низкую передачу . ^{[ нужна ссылка ]}
Большинство нерегулируемых двигателей будут превышать скорость, если мощность подается без нагрузки или с небольшой нагрузкой . ^{[ нужна ссылка ]}
В случае выхода дизельного двигателя из-под контроля (вызванного чрезмерным поступлением горючих веществ) дизельный двигатель превысит скорость, если неисправность не будет быстро устранена. ^{[ нужна ссылка ]} Примером может служить оборудование для привода дизельного двигателя на устье нефтяной скважины . Предположим, операторы попали в карман природного газа. В этом случае он выйдет на поверхность, и двигатель впитает горючий газ и начнет быстро увеличивать скорость, пока двигатель не выйдет из строя, если только воздухозаборник не будет перекрыт, что приведет к лишению двигателя топлива и кислорода.

Защита от превышения скорости

регулятор или регулятор Иногда устанавливается , чтобы сделать превышение скорости двигателя невозможным или менее вероятным. Например:

Во многих паровых двигателях используется центробежный регулятор , который закрывает дроссельную заслонку на высоких оборотах, чтобы ограничить поток пара при увеличении скорости двигателя. ^{[ нужна ссылка ]}
В автомобилях автоматические коробки передач переключают передачи, чтобы предотвратить слишком быстрое вращение двигателя. Кроме того, почти все современные автомобили оснащены электронным ограничителем оборотов , который прекращает подачу топлива или искру в двигатель, чтобы предотвратить превышение скорости. ^{[ нужна ссылка ]}
Некоторые самолеты оснащены устройствами постоянной скорости , которые автоматически изменяют шаг винта, чтобы поддерживать работу двигателя на оптимальной скорости. ^{[ нужна ссылка ]}
Большие дизельные двигатели иногда оснащаются устройством вторичной защиты, которое срабатывает в случае выхода из строя регулятора. ^{[ 3 ]} Он состоит из заслонки на воздухозаборнике. Если двигатель превысит обороты, поток воздуха через воздухозаборник поднимется до ненормального уровня. Это приводит к тому, что откидной клапан закрывается, лишая двигатель воздуха и останавливая его. ^{[ нужна ссылка ]}

Различные случаи превышения скорости и их предотвращение

Двигатели внутреннего сгорания

Отрывок, представленный Ассоциацией морских национальных парков Сан-Франциско, иллюстрирует типы систем превышения скорости с регулятором и управлением двигателем. ^{[ 4 ]} Регуляторы превышения скорости бывают центробежными или гидравлическими. ^{[ 4 ]} Центробежные регуляторы зависят от вращательной силы, создаваемой собственным весом. ^{[ 4 ]} Гидравлические регуляторы используют центробежную силу , но приводят в движение среду для выполнения той же задачи. ^{[ 4 ]} Регулятор превышения скорости установлен на большинстве судовых дизельных двигателей. ^{[ 4 ]} Регулятор — это мера безопасности, которая действует, когда двигатель приближается к превышению скорости, и отключит двигатель, если регулятор-регулятор выйдет из строя. ^{[ 4 ]} Он выключает двигатель, прекращая впрыск топлива под воздействием центробежной силы на рычаги, связанные с манжетой регулятора. ^{[ 4 ]}

Турбины

электростанций Превышение скорости вращения турбин турбин может иметь катастрофические последствия, приводя к выходу из строя из-за того, что валы и лопасти выходят из равновесия и потенциально могут выбросить их лопасти и другие металлические части на очень высоких скоростях. ^{[ 5 ]} Существуют различные меры защиты, в том числе механическая и электрическая системы защиты. ^{[ 6 ]}

Механическая защита от превышения скорости реализована в виде датчиков. ^{[ 6 ]} Система опирается на центростремительную силу вала, пружины и груза. ^{[ 6 ]} В расчетной точке превышения скорости точка равновесия груза смещается, в результате чего рычаг освобождает клапан, который приводит к потере давления в маслораспределителе отключения из-за слива. ^{[ 6 ]} Эта потеря масла влияет на давление и приводит в действие механизм отключения, который затем отключает систему. ^{[ 6 ]}

Электрическая система обнаружения превышения скорости включает в себя шестерню с зубьями и датчиками. ^{[ 6 ]} Эти датчики определяют, насколько быстро движутся зубья, и если они выходят за пределы заданных оборотов , он передает это на логический решатель (обнаружение превышения скорости). Логический решатель отключает систему, отправляя информацию о превышении скорости на реле отключения, которое подключено к электромагнитному клапану. ^{[ 6 ]}

Механические и электрические регуляторы турбин

В турбинах и многих других механических устройствах, используемых для выработки электроэнергии, крайне важно, чтобы время срабатывания систем предотвращения превышения скорости было как можно более точным. ^{[ 7 ]} Если реакция отклоняется хотя бы на долю секунды, это может привести к катастрофическому повреждению турбины и ее приводной нагрузки (т. е. компрессора, генератора, насоса и т. д.), а также подвергнуть опасности людей. ^{[ 7 ]}

Механический

Механические системы превышения скорости на турбинах основаны на равновесии между центростремительной силой вращающегося вала, передаваемой на вес, прикрепленный к концу лопатки турбины. ^{[ 7 ]} В указанной точке срабатывания этот груз вступает в физический контакт с рычагом, который освобождает маслораспределитель, который непосредственно перемещает расцепляющий болт и/или гидравлический контур, чтобы активировать запорные клапаны для закрытия. ^{[ 7 ]} Поскольку контакт с рычагом происходит под относительно ограниченным углом, максимальное время срабатывания составляет 15 мс (т.е. 0,015 с). ^{[ 7 ]} Проблема с этими устройствами связана не столько со временем отклика, сколько с задержкой ответа и изменчивостью точки срабатывания из-за зависания системы. ^{[ 7 ]} В некоторых системах для резервирования добавляются два расцепителя, что позволяет сократить задержку ответа вдвое. ^{[ 7 ]}

Электрический

Электрические системы контроля скорости на турбинах полагаются на множество датчиков, которые определяют скорость путем измерения проходов зубьев прямозубой шестерни. ^{[ 7 ]} Используя цифровой логический решатель, система контроля скорости определяет частоту вращения карданного вала, учитывая соотношение шестерни и вала. ^{[ 7 ]} Если частота вращения вала слишком высока, он выдает команду отключения, которая обесточивает реле отключения. ^{[ 7 ]} Реакция на превышение скорости варьируется от системы к системе, поэтому важно проверить спецификации производителя оригинального оборудования, чтобы соответствующим образом установить время отключения по превышению скорости. ^{[ 7 ]} Обычно, если не указано иное, время реакции на изменение выходного реле составляет 40 мс. ^{[ 7 ]} Это время включает в себя время, необходимое датчикам для определения скорости, сравнения ее с заданным значением превышения скорости, расчета результатов и, наконец, вывода команды отключения. ^{[ 7 ]}

Обзор системы обнаружения превышения скорости

При настройке, тестировании и эксплуатации любых систем защиты от превышения скорости на турбинах или дизельных двигателях одним из факторов, которые следует учитывать, является время. ^{[ 4 ]} Это связано с тем, что реакция на превышение скорости обычно слишком быстрая, чтобы люди могли ее заметить.

Существует веский аргумент в пользу того, что системы отключения должны быть оборудованы таким образом, чтобы можно было измерить общую реакцию системы. Таким образом, во время теста изменение ответа может указывать на ухудшение, которое может поставить под угрозу защиту системы или указать на неисправный компонент.
- Скотт, 2009, стр.161. ^{[ 6 ]}

Ответственность за калибровку правильной реакции на превышение скорости для конкретной системы лежит на производителе. Однако изменчивость всегда присутствует, и владельцу/оператору важно понимать систему в случае технического обслуживания, замены или модернизации устаревших или изношенных деталей. ^{[ 6 ]} После того, как произошло превышение скорости, необходимо проверить все детали машины на предмет напряжения. ^{[ 8 ]} Первое, с чего следует начать для импульсных турбин, — это ротор. ^{[ 8 ]} На роторе имеются балансировочные отверстия. ^{[ 9 ]} которые выравнивают разницу давлений между турбинами, и в случае их деформации потребуется замена всего ротора. ^{[ 8 ]}

См. также

Ссылки

^ || Google Patents: Системы и методы остановки двигателя при превышении оборотов.
^ || OBP: ISO 7000 — Графические символы для использования на оборудовании.
^ Продукты AMOT .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час «Дизели главных силовых установок подводных лодок. Глава 10» . сайт Maritime.org . Проверено 2 апреля 2019 г.
^ Перес, RX (2016). Руководство для операторов паровых турбин общего назначения: обзор принципов работы, конструкции, передового опыта и устранения неисправностей . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Тейлор, Скотт (июнь 2009 г.). «Системы защиты от превышения скорости турбины и необходимые меры реагирования» (PDF) . Семантический ученый . S2CID 15076138 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2019 г. Проверено 14 марта 2019 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м Смит, Шелдон С.; Тейлор, Скотт Л. (2009). «Системы защиты от превышения скорости турбины и необходимое время реагирования» . Симпозиумы по турбомашинам и насосам . дои : 10.21423/R19W7P .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Национальная благотворительная ассоциация морских инженеров (США). Район 1. Современная морская техника . МЕБА. ОСЛК 28049257 . {{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Мрозек, Лукаш; Тайч, Ладислав; Хознедль, Михал; Мичан, Мартин (28 марта 2016 г.). Применение балансировочных отверстий на дисках ступеней турбины с повышенной корневой реакцией (PDF) . EFM15 – Экспериментальная механика жидкости, 2015. Сеть конференций EPJ. Том. 114. дои : 10.1051/epjconf/201611402080 .

[1] || Google Patents: Системы и методы остановки двигателя при превышении оборотов.

[2] || OBP: ISO 7000 — Графические символы для использования на оборудовании.

[3] Продукты AMOT .

[:22-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час «Дизели главных силовых установок подводных лодок. Глава 10» . сайт Maritime.org . Проверено 2 апреля 2019 г.

[5] Перес, RX (2016). Руководство для операторов паровых турбин общего назначения: обзор принципов работы, конструкции, передового опыта и устранения неисправностей . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons.

[:32-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Тейлор, Скотт (июнь 2009 г.). «Системы защиты от превышения скорости турбины и необходимые меры реагирования» (PDF) . Семантический ученый . S2CID 15076138 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2019 г. Проверено 14 марта 2019 г.

[:42-7] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м Смит, Шелдон С.; Тейлор, Скотт Л. (2009). «Системы защиты от превышения скорости турбины и необходимое время реагирования» . Симпозиумы по турбомашинам и насосам . дои : 10.21423/R19W7P .

[:52-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с Национальная благотворительная ассоциация морских инженеров (США). Район 1. Современная морская техника . МЕБА. ОСЛК 28049257 . {{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[9] Мрозек, Лукаш; Тайч, Ладислав; Хознедль, Михал; Мичан, Мартин (28 марта 2016 г.). Применение балансировочных отверстий на дисках ступеней турбины с повышенной корневой реакцией (PDF) . EFM15 – Экспериментальная механика жидкости, 2015. Сеть конференций EPJ. Том. 114. дои : 10.1051/epjconf/201611402080 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]