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過回転とは、エンジンが設計限界を超えて回転することを許可または強制される状態です。エンジンを高速で運転した場合の結果は、エンジンの種類やモデルによって異なり、いくつかの要因に依存しますが、最も重要なのは過回転の持続時間と到達速度です。一部のエンジンでは、瞬間的な過回転により、エンジン寿命が大幅に短縮されたり、壊滅的な故障が発生する可能性があります。[1]エンジンの速度は通常、毎分回転数(rpm)で測定されます。[2] [引用が必要]
速度超過の例
- プロペラ機では、通常エンジンに直接接続されているプロペラが、機体の急降下中に高速気流によって強制的に高速回転したり、巡航飛行中に調速機の故障やフェザリングの故障によりブレードピッチがフラットになったり、エンジンから切り離されたりすると、オーバースピードが発生します。[要出典]
- ジェット機では、軸流圧縮機が最大動作回転速度を超えると過回転状態になります。これにより、タービンブレードの機械的故障、フレームアウト、エンジンの破壊につながることがよくあります。[引用が必要]
- 地上車両では、不適切に低いギアに変更すると、エンジンが過度に速く回転する可能性がある。[要出典]
- ほとんどの非制御エンジンは、負荷がまったくないかほとんどない状態で動力が加えられると、速度超過になります。[要出典]
- ディーゼルエンジンが暴走した場合（可燃物の過剰吸入が原因）、その状態をすぐに修正しないとディーゼルエンジンはオーバースピードになります。 [要出典]一例として、油井の設備に動力を供給するディーゼルエンジンが挙げられます。作業員が天然ガスの溜まり場に遭遇したとします。その場合、天然ガスは地表に現れ、エンジンは可燃性ガスを吸い込んで急速に速度を上げ、エンジンが破損します。ただし、空気取り入れ口を遮断してエンジンに燃料と酸素が供給されないようにする必要があります。
過速度保護
エンジンの過回転を不可能にしたり、その可能性を低くしたりするために、レギュレーターまたはガバナーが取り付けられることがあります。例:
- 多くの蒸気エンジンは遠心調速機を使用しており、エンジン速度が上昇すると高回転時にスロットルを閉じて蒸気の流れを制限します。[引用が必要]
- 自動車では、オートマチックトランスミッションがギアを変えて、エンジンの回転が速すぎないようにします。さらに、最近の自動車のほとんどには、エンジンへの燃料供給や火花をカットして過回転を防ぐ電子回転数リミッター装置が装備されています。[引用が必要]
- 一部の航空機には、プロペラピッチを自動的に変更してエンジンを最適な速度で稼働させる定速ユニットが搭載されています。 [要出典]
- 大型ディーゼルエンジンには、調速機が故障した場合に作動する二次保護装置が取り付けられていることがあります。[3]これは、空気取り入れ口のフラップバルブで構成されています。エンジンが過回転すると、吸気口を通る空気の流れが異常なレベルまで上昇します。これにより、フラップバルブが急に閉じ、エンジンに空気が供給されなくなり、エンジンが停止します。[要出典]
さまざまな速度超過の発生と防止
内燃機関
サンフランシスコ海洋国立公園協会が発表した抜粋では、調速機とエンジン制御を備えた過速度システムの種類が示されています。 [4]過速度調速機は遠心式と油圧式のいずれかです。[4]遠心式調速機は、自身の重量によって生じる回転力に依存します。[4] 油圧式調速機は遠心力を使用しますが、同じタスクを達成するために媒体を駆動します。[4]過速度調速機は、ほとんどの船舶用ディーゼルエンジンに実装されています。[4]調速機は、エンジンが過速度に近づいたときに作動する安全対策であり、レギュレータ調速機が故障した場合はエンジンを停止します。 [4] 調速機は、調速機カラーにリンクされたレバーに遠心力を作用させて燃料噴射を遮断することで、エンジンを停止します。[4 ]
タービン
発電所のタービンの過回転は壊滅的な結果を招く可能性があり、タービンのシャフトとブレードのバランスが崩れ、ブレードやその他の金属部品が超高速で投げ出され、故障につながる可能性があります。[5]機械的および電気的保護システムを含むさまざまな安全装置が存在します。[6]
機械的な過速度保護はセンサーの形をとっています。[6]このシステムは、シャフト、スプリング、および重りの求心力に依存しています。 [6]設計された過速度ポイントで、重りのバランスポイントがシフトし、レバーがバルブを解放して、トリップオイルヘッダーが排出により圧力を失います。[6]このオイルの損失は圧力に影響を与え、トリップメカニズムを動かしてシステムをトリップさせます。[6]
電気式過速度検出システムには、歯とプローブを備えたギアが含まれます。[6]これらのプローブは歯の動きの速さを検出し、指定されたrpm を超えて動いている場合は、それをロジックソルバーに中継します（過速度検出）。ロジックソルバーは、ソレノイド作動バルブに接続されたトリップリレーに過速度を送信してシステムをトリップします。[6]
タービンの機械式調速機と電気式調速機
タービンや発電に使用される他の多くの機械装置では、過速度防止システムの応答時間が可能な限り正確であることが非常に重要です。[7]応答がほんの一瞬でもずれると、タービンとその駆動負荷（コンプレッサー、発電機、ポンプなど）に壊滅的な損傷が発生し、人々を危険にさらす可能性があります。[7]
機械
タービンの機械式過回転システムは、タービンブレードの端に取り付けられた重りに伝達される回転シャフトの求心力との間の均衡に依存しています。[7]指定されたトリップポイントで、この重りはレバーと物理的に接触し、トリップオイルヘッダーを解放します。これにより、トリップボルトや油圧回路が直接動かされ、ストップバルブが閉じます。[7]レバーとの接触は比較的限られた角度で発生するため、トリップ応答時間は最大15ミリ秒（つまり0.015秒）です。 [7]これらのデバイスの問題は、応答時間ではなく、応答遅延とシステムの固着によるトリップポイントの変動に関係しています。[7]一部のシステムでは、冗長性のために2つのトリップボルトが追加され、応答遅延を半分に短縮できます。[7]
電気
タービンの電気式過速度システムは、平歯車の歯の通過を測定することで速度を感知する多数のプローブに依存しています。[7]過速度システムは、デジタルロジックソルバーを使用して、ギアとシャフトの比率に基づいてプロペラシャフトの回転数を決定します。[7]シャフトの回転数が高すぎる場合は、トリップリレーの電源を切るトリップコマンドを出力します。[7]過速度応答はシステムごとに異なるため、それに応じて過速度トリップ時間を設定するには、元の機器メーカーの仕様を確認することが重要です。[7]通常、特に指定がない限り、出力リレーを変更する応答時間は 40 ミリ秒になります。[7]この時間には、プローブが速度を検出し、それを過速度設定値と比較し、結果を計算し、最終的にトリップコマンドを出力するのに必要な時間が含まれます。[7]
速度超過検知システムの概要
タービンやディーゼルエンジンの過速度システムを構成、テスト、実行する場合、考慮される要素の1つはタイミングです。[4]これは、過速度に対する反応が通常、人が気付かないほど速いためです。
トリップ システムを、システム全体の応答を測定できるような方法で計測するべきという強い主張があります。この方法では、テスト中に応答が変化することで、システム保護が損なわれる可能性のある劣化や、故障したコンポーネントが示される可能性があります。
— スコット、2009年、161ページ[6]
特定のシステムに対して適切な過速度応答を校正する責任は製造業者にあります。しかし、変動は常に存在するため、所有者/オペレーターは、保守、交換、または古くなった部品や摩耗した部品の改造の際にシステムを理解することが重要です。[6]過速度が発生した後は、すべての機械部品にストレスがかかっていないか確認することが重要です。[8]衝動タービンの場合、最初に着手すべき場所はローターです。[8]ローターには、タービン間の圧力差を均等にするバランス穴[9]があり、歪んでいる場合はローター全体を交換する必要があります。[8]
参照
参考文献
- ^ || Google 特許: エンジン過回転停止システムおよび方法
- ^ || OBP: ISO 7000 — 機器に使用する図記号
- ^ AMOT製品。
- ^ abcdefgh 「潜水艦主推進ディーゼル機関 - 第10章」。maritime.org 。2019年4月2日閲覧。
- ^ Perez, RX (2016).汎用蒸気タービンのオペレーターガイド: 動作原理、構造、ベストプラクティス、トラブルシューティングの概要。ホーボーケン、ニュージャージー: John Wiley & Sons。
- ^ abcdefghi Taylor, Scott (2009年6月). 「タービン過速度システムと必要な応答」(PDF) .セマンティックスクール. S2CID 15076138. 2019年3月4日時点の オリジナル(PDF)からアーカイブ。 2019年3月14日閲覧。
- ^ abcdefghijklm Smith, Sheldon S.; Taylor, Scott L. (2009). 「タービン過速度システムと必要な応答時間」.ターボ機械およびポンプシンポジウム. doi :10.21423/R19W7P.
- ^ abc National Marine Engineers' Beneficial Association (米国). District 1. Modern marine engineering . MEBA. OCLC 28049257.
{{cite book}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link) - ^ Mrózek, Lukáš; Tajč, Ladislav; Hoznedl, Michal; Miczán, Martin (2016 年 3 月 28 日). タービン段ディスクへのバランス穴の適用によるルート反力の増大(PDF) . EFM15 – 実験流体力学 2015. EPJ Web of Conferences. Vol. 114. doi :10.1051/epjconf/201611402080.