極限開關神救援 秒阻渦輪機「飛刀」殺人事件

作者 : Walter Lindenbach、Amclaussen,EDN

很幸運的是,我設計的極限感測器起作用了,渦輪引擎終於停下來了,轉速表指針也開始轉向零...

高速渦輪機曾經意外導致許多人死亡。即使是外形非常小的裝置,例如壓縮機或是用於啟動大型天然氣渦輪機的天然氣啟動馬達,都可能讓人致命!

1990年代的某一天傳來一個令人悲傷的消息:由於‘Bendix’啟動齒輪未能正常脫離,且啟動渦輪不斷加速壓縮空氣啟動馬達,最後渦輪機鋼片飛出來,導致一名技術人員和一名工程師受重傷而不治身亡——渦輪機鋼片射穿了外殼和隔音罩,這些金屬沒有任何抵擋之力,接著輕而易舉地射穿一些粗鋼管和結構樑。

兩年後,又有一個人在墨西哥坎佩切灣的一起事件中喪生,當時渦輪機同樣以一種「不受控制的」模式發生了故障。由於接連的幾起悲慘事件,我們曾經要求Solar Gas Turbines設計一些厚實的「克維拉」(Kevlar)纖維簾,它能夠比實心鋼壁更有效地阻止飛出的葉片——鬆鬆掛著Kevlar纖維即可轉化飛出的鋼葉碎片動能,就像足球門網能有效地減緩球速一樣。但當時該公司堅持認為渦輪和壓縮機的設計和儀器可以排除這種「飛刀」事件的發生。

我的公司有一家位於加拿大的客戶——在這座天然氣廠中有一台1800匹馬力的Solar Saturn噴氣渦輪驅動壓縮機,這與美國空軍(US Air Force)噴氣式戰鬥機在越戰中使用的引擎相同的。不知道什麼原因,這台渦輪機出現了速度控制問題。超速感測器故障了——這種狀況非常糟糕,因為只有壓縮機的負載才能用於限制渦輪速度,如果壓縮機「空轉」,則沒有負載,它就可能繼續加速到36,000rpm,此時渦輪葉片就會飛出來,儼然是一把「飛刀」。也就是說,渦輪轉子上的小鋼片會以較高的速度脫落,其速度之快甚至可以穿透半英吋的鋼外殼,如果正好有人路過,這些鋼片勢必會射穿其身軀。那可就大事不妙了!

由於振動之故,引擎的機電限速開關時不時地會失靈。轉速表發電機產生交流輸出電壓,其頻率與軸的旋轉速率成正比,如果渦輪轉速達到正常速度的108%,我們就使用該訊號產生熄火輸出訊號。

我們設計的電路中包括一個參考振盪器和一個計數器,用於與輸入頻率進行比較。計數器是使用工作於15V的古老HTTL (高閾值電晶體邏輯)製作的。轉速表輸入訊號是時脈輸入,並由參考振盪器提供其重設訊號。當噴氣渦輪以108%最大速度運行時,該參考振盪器的工作頻率僅有轉速表輸入訊號頻率的幾分之一。因此,如果噴氣渦輪的速度超過設定的上限值,計數器將發生溢位,產生熄火輸出訊號。

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