Excesso de velocidade - Overspeed
Velocidade excessiva é uma condição na qual um motor é permitido ou forçado a girar além de seu limite de projeto. As consequências de operar um motor muito rápido variam de acordo com o tipo e modelo do motor e dependem de vários fatores, os mais importantes dos quais são a duração da sobrevelocidade e a velocidade atingida. Com alguns motores, uma velocidade excessiva momentânea pode resultar em uma vida útil do motor muito reduzida ou em uma falha catastrófica. A velocidade de um motor é normalmente medida em rotações por minuto (rpm).
Exemplos de velocidade excessiva
- Em aeronaves de hélice, ocorrerá uma velocidade excessiva se a hélice , geralmente conectada diretamente ao motor, for forçada a girar muito rápido pelo fluxo de ar de alta velocidade enquanto a aeronave está em mergulho, se mover para um passo de lâmina plana em vôo de cruzeiro devido a falha do regulador ou falha de embandeiramento, ou fica desacoplado do motor.
- Em aeronaves a jato, ocorre uma sobrevelocidade quando o compressor axial excede sua velocidade de rotação operacional máxima. Isso geralmente leva à falha mecânica das lâminas da turbina, apagamento e destruição total do motor.
- Em veículos terrestres, um motor pode ser forçado a girar muito rapidamente ao mudar para uma marcha inadequadamente baixa .
- A maioria dos motores não regulados terá velocidade excessiva se a potência for aplicada com pouca ou nenhuma carga .
- No caso de descontrole do motor a diesel (causado por ingestão excessiva de combustíveis), um motor a diesel terá excesso de velocidade se a condição não for corrigida rapidamente. Um exemplo é um equipamento de alimentação de motor diesel em uma cabeça de poço de petróleo . Se os operadores atingirem um bolsão de gás natural, ele virá à superfície e o motor absorverá o gás inflamável e aumentará rapidamente a velocidade até que o motor seja destruído, a menos que a entrada de ar seja desligada, deixando o motor sem combustível e oxigênio .
Proteção contra velocidade excessiva
Às vezes, um regulador ou regulador é instalado para tornar a velocidade excessiva do motor impossível ou menos provável. Por exemplo:
- Muitos motores a vapor usam um regulador centrífugo , que fecha o acelerador em altas rpm para restringir o fluxo de vapor conforme a velocidade do motor aumenta.
- Em veículos motorizados, as transmissões automáticas mudam de marcha para evitar que o motor gire muito rapidamente. Além disso, quase todos os veículos modernos são equipados com um limitador eletrônico de rotação que corta o suprimento de combustível ou faíscas para o motor para evitar excesso de velocidade.
- Algumas aeronaves têm unidades de velocidade constante que mudam automaticamente o passo da hélice para manter o motor funcionando na velocidade ideal.
Grandes motores a diesel às vezes são equipados com um dispositivo de proteção secundária que atua se o regulador falhar. Consiste em uma válvula de retenção na entrada de ar. Se o motor acelerar demais, o fluxo de ar através da admissão aumentará para um nível anormal. Isso faz com que a válvula de retenção se feche, deixando o motor sem ar e desligando-o.
Diferentes ocorrências de excesso de velocidade e prevenção
Motores de combustão interna
Um trecho apresentado pela Associação do Parque Nacional Marítimo de São Francisco ilustra os tipos de sistemas de sobrevelocidade com regulador e controle do motor. Os reguladores de velocidade excessiva são centrífugos ou hidráulicos. Os reguladores centrífugos dependem da força giratória criada por seu próprio peso. Os reguladores hidráulicos usam a força centrífuga, mas conduzem um meio para realizar a mesma tarefa. O regulador de velocidade excessiva é implementado na maioria dos motores diesel marítimos . O regulador é uma medida de segurança que atua quando o motor está se aproximando de uma velocidade excessiva e irá desligá-lo se o regulador falhar. Ele desliga o motor cortando a injeção de combustível ao fazer com que a força centrífuga atue nas alavancas ligadas ao colar do regulador.
Turbinas
Velocidade excessiva para turbinas de usinas de energia pode ser catastrófica, resultando em falha devido aos eixos e lâminas das turbinas estarem desequilibrados e potencialmente lançando suas lâminas e outras peças de metal em velocidades muito altas. Existem diferentes salvaguardas, que incluem um sistema de proteção mecânica e elétrica.
A proteção mecânica contra sobrevelocidade está na forma de sensores. O sistema depende da força centrípeta do eixo, uma mola e um peso. No ponto projetado de sobrevelocidade, o ponto de equilíbrio do peso é deslocado, fazendo com que a alavanca libere uma válvula que faz com que o coletor de óleo de manobra perca pressão devido à drenagem. Essa perda de óleo afeta a pressão e move um mecanismo de desarme para desarmar o sistema.
Um sistema de detecção de excesso de velocidade elétrica envolve uma engrenagem com dentes e sondas. Essas sondas detectam a rapidez com que os dentes estão se movendo e, se estiverem se movendo além das rpm designadas , retransmitem isso para o solucionador lógico (detecção de velocidade excessiva). O solucionador de lógica viagens o sistema, enviando o excesso de velocidade para o relé de disparo, que está ligada a um solenóide válvula ela geridos.
Reguladores mecânicos vs. elétricos em turbinas
Em turbinas e muitos outros dispositivos mecânicos usados para geração de energia, é fundamental que os tempos de resposta para sistemas de prevenção de excesso de velocidade sejam os mais precisos possíveis. Se a resposta falhar mesmo por uma fração de segundo, pode fazer com que as turbinas e sua carga acionada (ou seja, compressor, gerador, bomba, etc.) sofram danos catastróficos e coloque pessoas em risco.
Mecânico
Os sistemas mecânicos de sobrevelocidade em turbinas dependem de um equilíbrio entre a força centrípeta do eixo rotativo transmitida a um peso preso à extremidade de uma pá de turbina. No ponto de desarme especificado, esse peso faz contato físico com uma alavanca que libera o coletor de óleo de desarme, que move diretamente um parafuso de desarme e / ou um circuito hidráulico para ativar as válvulas de bloqueio para fechar. Como o contato com a alavanca ocorre em um ângulo relativamente limitado, há um tempo máximo de resposta de trip de 15 ms (ou seja, 0,015 seg). O problema com esses dispositivos tem menos a ver com o tempo de resposta do que com a latência de resposta e a variabilidade no ponto de desarme devido ao travamento dos sistemas. Alguns sistemas adicionam dois parafusos de desarme para redundância, o que permite que a latência de resposta seja reduzida pela metade.
Elétrico
Os sistemas elétricos de sobrevelocidade em turbinas contam com uma infinidade de sondas que detectam a velocidade por meio da medição das passagens dos dentes de uma engrenagem reta. Usando um solucionador lógico digital, o sistema de sobrevelocidade determina a rotação do eixo da hélice, dada a relação da engrenagem com o eixo. Se a rotação do eixo for muito alta, ele emite um comando de trip que desenergiza um relé de trip. A resposta de sobrevelocidade varia de sistema para sistema, por isso é importante verificar as especificações do fabricante do equipamento original para definir o tempo de disparo de sobrevelocidade de acordo. Normalmente, a menos que especificado de outra forma, o tempo de resposta para alterar o relé de saída será de 40 ms. Este tempo inclui o tempo necessário para as sondas detectarem a velocidade, compará-la a um ponto de ajuste de sobrevelocidade, calcular os resultados e, finalmente, emitir o comando de trip.
Visão geral do sistema de detecção de velocidade excessiva
Ao configurar, testar e operar qualquer sistema de sobrevelocidade em turbinas ou motores a diesel, um fator considerado é o tempo. Isso ocorre porque a resposta ao excesso de velocidade geralmente é muito rápida para que as pessoas percebam.
Há um forte argumento para instrumentar os sistemas de viagem de forma que a resposta total do sistema possa ser medida. Dessa forma, durante um teste, uma mudança na resposta pode indicar uma degradação que pode comprometer a proteção do sistema ou apontar um componente com falha.
- Scott, 2009, p.161
A responsabilidade de calibrar a resposta correta de sobrevelocidade para um sistema específico é do fabricante. No entanto, a variabilidade está sempre presente e é importante para o proprietário / operador compreender o sistema no caso de manutenção, substituição ou adaptação de peças desatualizadas ou gastas. Depois que a velocidade excessiva ocorrer, é essencial verificar todas as peças do maquinário quanto a tensões. O primeiro lugar para começar para turbinas de impulso é o rotor. No rotor, existem orifícios de equilíbrio que equalizam a diferença de pressão entre as turbinas e, se empenados, exigiriam a substituição de todo o rotor.