Prevenzione dell'eccesso di velocità nelle macchine rotanti: la protezione a tre canali di Woodward ProTech 203

L'eccesso di velocità non inizia sempre con un guasto grave. A volte ha origine da eventi comuni, come l'apertura improvvisa dell'interruttore del generatore, la perdita del carico del compressore o una valvola di regolazione che risponde troppo lentamente. Woodward ProTech 203 è progettato per quel momento critico, fornendo uno strato indipendente di protezione a tre canali quando il normale controllo della velocità non è più sufficiente.

01Quando il normale controllo della velocità perde il controllo

Immaginate un gruppo turbogeneratore che funziona stabilmente alla velocità nominale. L'interruttore del generatore si apre improvvisamente e il carico elettrico scompare, ma il vapore continua a entrare nella turbina per alcuni istanti. Con minore resistenza sull'albero, il rotore inizia ad accelerare.

Il regolatore dovrebbe ridurre l’erogazione di vapore e riportare la macchina sotto controllo. Nella maggior parte dei casi, ciò avviene. Tuttavia, se il regolatore, l’attuatore, il segnale di velocità o la valvola di regolazione fanno parte del problema originario, deve intervenire un ulteriore livello di protezione.

La velocità del rotore è fondamentale perché lo sforzo centrifugo aumenta rapidamente all’aumentare della velocità della macchina. Le palette della turbina, gli alberi, i giunti e le altre parti rotanti sono progettati per resistere a specifici limiti meccanici. Una volta superati tali limiti, le conseguenze possono variare da danni ai cuscinetti e deformazione permanente dell’albero fino al distacco delle palette o al completo guasto dell’impianto.

ProTech 203 monitora la velocità in modo indipendente rispetto al regolatore principale. Quando il rotore raggiunge il livello di intervento programmato, invia un comando di arresto. A seconda dell’installazione, tale comando può chiudere una valvola di intercettazione del vapore, interrompere il flusso di carburante, disalimentare un elettromagnete o attivare il circuito di arresto di emergenza dell’impianto.

La distinzione tra controllo e protezione è importante. Il regolatore gestisce il funzionamento ordinario. ProTech 203 interviene in presenza di una condizione anomala che il normale controllo non è riuscito a contenere. Mantenere queste funzioni indipendenti riduce la probabilità che un singolo guasto comprometta sia la regolazione della velocità sia la protezione di emergenza.

02Perché ProTech 203 si basa su tre canali

Un singolo sensore di velocità può fornire una lettura accurata per anni. Può tuttavia sviluppare un terminale allentato, un cavo danneggiato, un gap di rilevamento errato o un segnale instabile. Se l’intera decisione di protezione dipende da quella singola misurazione, un guasto isolato potrebbe arrestare inutilmente la macchina oppure mascherare un effettivo evento di sovraelocità.

ProTech 203 utilizza tre sezioni di monitoraggio separate: i canali A, B e C . Ogni canale riceve il proprio segnale da sensore magnetico , calcola la velocità del rotore e confronta il risultato con la soglia di intervento configurata.

Per gli operatori, questa configurazione offre un compromesso ragionevole. Se un canale segnala un valore anomalo mentre gli altri due rimangono stabili, la macchina non deve arrestarsi immediatamente a causa di un singolo segnale dubbio. Il team di manutenzione può indagare sul canale interessato.

Se due canali rilevano il raggiungimento della velocità di interruzione, il sistema di protezione considera l’evento autentico e avvia l’arresto. La protezione rimane quindi disponibile anche quando un canale è guasto o sottoposto a manutenzione.

Il confronto tra canali risulta utile anche durante la manutenzione ordinaria. Se il canale B inizia a mostrare una velocità diversa rispetto ai canali A e C, i tecnici ottengono un indizio pratico. Possono ispezionare il gioco del sensore e l’ingranaggio di rilevamento , lo schermo del cavo, il collegamento a terra e i collegamenti ai morsetti prima che il problema peggiori.

Tre canali non garantiscono automaticamente una vera ridondanza. Se tutti e tre i cavi di prelievo passano attraverso lo stesso condotto danneggiato, un singolo incidente potrebbe compromettere ogni segnale. La qualità dell’installazione è importante quanto la logica di voto all’interno del modulo.

03Il sistema di arresto deve funzionare come una catena completa

ProTech 203 può essere utilizzato con turbine a vapore, turbine a gas, turbine idrauliche, motori alternativi ed espansori turbo e altre macchine ad alta velocità. Queste macchine sono comunemente presenti in centrali elettriche, raffinerie, impianti chimici, acciaierie, cartiere e installazioni marittime.

Un’applicazione affidabile inizia con la impostazione di arresto . Il valore non può essere semplicemente copiato da un’altra macchina. Gli ingegneri devono considerare la velocità operativa normale, il limite meccanico indicato dal produttore, il comportamento previsto in caso di rifiuto di carico, la risposta del regolatore, l’accelerazione del rotore e il tempo necessario affinché il dispositivo finale di arresto entri in funzione.

Anche la misurazione della velocità richiede particolare attenzione. Il gioco del sensore magnetico devono essere corretti, l’ingranaggio di rilevamento deve essere in buone condizioni e il segnale deve rimanere stabile sull’intero campo di funzionamento. Schermatura, messa a terra, percorso dei cavi e stato dei terminali possono tutti influenzare la misurazione.

La messa in servizio deve prevedere il collaudo di un canale alla volta prima di verificare la funzione completa di voto . Gli operatori devono confermare che ogni canale rilevi correttamente la velocità, riconosca il punto di intervento previsto e partecipi alla decisione richiesta 2 su 3.

Il collaudo non deve terminare non appena si accende una spia di intervento sul pannello frontale. Tale indicazione dimostra che il modulo ha preso una decisione, ma non dimostra che la macchina si fermerà effettivamente. Ove consentito dalle procedure dell’impianto, il collaudo deve includere il relè di uscita e il dispositivo finale di arresto .

Per gli impianti già installati, informazioni corrette sul modello, schemi di cablaggio, registri dei valori di riferimento, risultati dei test e ricambi compatibili possono far risparmiare tempo prezioso durante un'interrompente. Ogni modifica al regolatore, alla disposizione dei sensori, al circuito di relè o al meccanismo di arresto deve essere seguita da una verifica dell' intero circuito di protezione .

04Modelli di prodotto correlati disponibili da Evolo Automation

Ordine delle colonne: Woodward, Bently Nevada ed Emerson. Solo i numeri di modello.

Woodward ProTech 203 fornisce un chiaro principio di protezione: tre misurazioni indipendenti della velocità e una decisione di interruzione basata sul criterio due-su-tre , e un’uscita che sottrae energia alla macchina. La sua vera forza emerge quando il controllore è supportato da un’ingegneria accurata, da un’installazione meticolosa e da prove che arrivano fino al dispositivo finale di arresto.

Riferimenti fonte

1. Sistema di protezione contro la sovraelongazione Woodward ProTech 203, Manuale 85201
https://www.woodward.com/products/wp-content/uploads/sites/3/2024/08/85201_NEW.pdf

2. Sistema di protezione contro la sovraelongazione Woodward ProTech 203, Manuale 85195
https://www.woodward.com/products/wp-content/uploads/sites/3/2024/08/85195_NEW.pdf