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救命的电路设计,成功阻止涡轮发动机“飞刀”杀人

时间:2021-08-22 作者:Walter Lindenbach 阅读:
当转速表指针旋转时,我的心脏几乎都快停止跳动了。紧接着,响起了惨绝人寰的尖叫以及像是一头痛苦的巨兽发出咆哮声。不过,很幸运的是,我设计的极限传感器起作用了,涡轮引擎终于停下来了,转速表指针也开始转向零...
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一家天然气厂有一台1800 马力的Solar Saturn(太阳土星)气体压缩机,由喷气式涡轮发动机驱动——与美国空军喷气式战斗机在越战中使用的发动机相同,它出现了速度控制问题。不知道什么原因,超速传感器出现了故障——这是一种非常糟糕的状况,因为只有用压缩机的负载来限制涡轮速度,如果压缩机“空转”,则没有负载,它就可能继续加速到 36,000 rpm,这时涡轮叶片就会飞出来,俨然一把“飞刀”。也就是说,涡轮转子上的小小钢片会以较高的速度脱落,其速度之快甚至可以穿透半英寸的钢外壳,如果正好有人路过,小钢片就会射穿他们的身躯。那可真是大事不妙!

由于振动,发动机的机电限速开关时不时地会失灵。转速表发电机产生交流输出电压,其频率与轴的旋转速率成正比,如果涡轮转速达到正常速度的 108%,我们就使用该信号产生熄火输出信号。

我们设计的电路由一个参考振荡器和一个计数器组成,用于与输入频率进行比较。计数器是使用工作于15V的古老HTTL(高阈值晶体管逻辑)。转速表输入信号是时钟输入,计数器的复位信号由参考振荡器提供,参考振荡器的工作频率是喷气涡轮以108% 最大速度运行时所产生的转速表输入信号频率的几分之一。如果喷气涡轮的速度超过设定的上限值,计数器将溢出,产生熄火输出信号。

我们安排在 12 月的一天进行安装,当天的温度为–29°C。我把装有电路的宝贝盒子和工具一起放进车里,开车去了加拿大 AB 省 Carstairs 的天然气厂。技术员带我到压缩机所在的大楼。虽然戴着耳罩,但巨大的噪音和振动仍让我感到不安。压缩机所在大楼的温度约为-18°C,在安装过程中我不能戴手套。

技术人员关闭了其中一台压缩机,但噪音并没有明显减弱,他示意我继续。我一眼就看到接线板上的电压是24V。这个发现让我更加不安,但是,他回来后只是说:“哦,不好意思,我忘了备用电池。”

安装完成后,我一遍又一遍地检查接线,因为我必须确保接线万无一失,否则,涡轮钢叶飞出会将我切成肉泥。技术人员打开控制面板,程序开始启动,转速表指针开始转动。他推进油门,将涡轮转速提升到全速的40%,然后将油门旋钮猛地旋转到全速!

当转速表指针旋转时,我的心脏几乎停止了跳动。紧接着,响起了惨绝人寰的尖叫以及像一头痛苦的巨兽发出的咆哮声,不过——幸运的是——我的极限传感器起作用了,涡轮发动机停了,转速表指针转到零。

我恢复了呼吸了,问技术员:“你为什么要那样做?”

“哦,”他说,“我知道你们设计的电路会起作用的。”

网友Amclaussen分享自己的经历:

“据我所知,高速涡轮机已造成数人死亡。即使外形非常小的设备,例如用于启动大型燃气轮机的压缩空气或天然气启动电机,也是致命的!上世纪 90 年代的一天,我们收到了令人悲伤的通知,由于“本迪克斯”小齿轮未能正常脱离,且启动涡轮不断加速压缩空气启动电机,最后涡轮机钢片飞出来了,导致一名技术人员和一名工程师受重伤而不治身亡——涡轮机钢片射穿了外壳和隔音罩,这些金属没有任何抵挡之力,然后继续轻而易举地射穿一些粗钢管和结构梁。这一悲惨事件极大地刺激了我,我要求 Solar Gas Turbines 设计一些厚实的“Kevlar”帘,能够比实心的钢壁更有效地阻止飞出的叶片(松松挂着的 Kevlar 织物可以转化飞出的钢叶碎片的动能,就像足球门网能够有效地减缓球速一样)。但当时该公司的人坚持认为涡轮和压缩机的设计和仪器可以排除这种“飞刀”事件的发生。两年后,又有一人在墨西哥坎佩切湾的一起事件中丧生,当时涡轮机也以一种“不受控制的”模式发生了故障!

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编译:Jenny Liao,EDN China

(原文刊登于Aspencore旗下EDN英文网站,参考链接:Full speed ahead!

责编:Luffy Liu

 

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