ZKOUŠKY ŽÁRUVZDORNOSTI PANELŮ VYROBENÝCH Z KOMPOZITNÍCH MATERIÁLŮ 1. CÍL Cílem zkoušek bylo ověřit, zda vzorky panelů vyhoví/nevyhoví kriteriím žáruvzdornosti dle prováděcího předpisu [1] AC No.: 20-135 Powerplant Installation nad Propulsion System Component Fire Protection Test Methods, Standards and Criteria. V uvedeném dokumentu je žáruvzdornost definována jako schopnost zkoušeného vzorku odolat působení plamenů o teplotě 2 000 F po dobu pěti minut. Přičemž tepelný výkon musí být roven hodnotě 4 500 BTU/hodinu. O něco náročnější je zkouška žárupevnosti, kde zkoušený vzorek musí být vystaven působení plamenů po dobu patnácti minut. Vše ostatní, tj. teplota a tepelný výkon plamene, zůstávají stejné pro oba typy zkoušek. V průběhu obou typů zkoušek musí zkoušený objekt vykazovat bezchybnou činnost, případně nesmí propouštět pracovní kapalinu se kterou objekt pracuje. Těmto zkouškám musí být podrobeny veškeré přístroje, armatury, kabeláž, průchody v přepážkách a stěny, které ohraničují tzv. požární zóny motoru. 2. PLAMENOMETNÉ ZAŘÍZENÍ Základní částí plamenometného zařízení byl hořák Carlin 102 CRD na kapalné palivo. Jedná se o standardní hořák, který se montuje do kotlů pro teplovodní vytápění budov. Uvedený hořák je pro zkoušky žáruvzdornosti/žárupevnosti doporučen např. v [2]. V průběhu úvodních testů hořáku se ukázala nevhodnost kapalného paliva a proto byla do nosné skříně hořáku, mezi ventilátor a výstup, instalována jednoduchá rampa pro přívod plynného paliva, zde propanu. Za palivovou rampu, bráno po proudu ventilátorem dodávaného vzduchu, byl ještě instalován jednoduchý lopatkový vířič, jehož úkolem bylo rozmíchat palivo do vzduchu. Na výstup hořáku byl nasazen nátrubek standardních rozměrů pro zkoušky žáruvzdornosti/žárupevnosti, viz dokument [1, 2]. Výstupní průřez nátrubku měl tvar oválu o rozměrech (6 x 11) palců. Ve vzdálenosti ne menší jak 4 palce od tohoto oválného průřezu má být teplota plamene v rozmezí (2000 ± 150) F, a to v nejméně jedné čtvrtině plochy průřezu. Hořák s nátrubkem byl umístěn na kolejovém vozíku (obr. 1), který umožňoval jednoduché a přesné umístění plamenometného zařízení při měření teplotního pole, tepelného výkonu a při vlastní zkoušce. 3. MĚŘENÍ TEPLOTNÍHO POLE Po spuštění plamenometného zařízení a po jeho prohřátí je třeba před a po každé zkoušce proměřit teplotní pole na výstupu nátrubku v definované vzdálenosti, zde 100 mm. Pro tento účel byl vyroben jednoduchý traverzér, který nesl výložník se sedmi termočlánky, viz obr. 2 a 3. Termočlánky tvořily vertikální termočlánkovou síť s roztečí termočlánků 25 mm. Traverzér umožňuje horizontální posuv termočlánkové sítě s roztečí 25 mm.
4. STANDARDNÍ APARATURA PRO URČENÍ TEPELNÉHO VÝKONU K určení velikosti tepelného výkonu byla použita měděná trubice (obr. 3), kterou protékala voda a na základě jejího ohřátí plamenem z plamenometného zařízení byl vypočten tepelný výkon. Průtok vody byl měřen průtokoměrem a oteplení dvěma termorezistory. Zařízení bylo vyrobeno podle doporučení a výkresů v dokumentu [1]. Teplota vstupní vody byla v požadovaném rozmezí (50 až 70) F, viz dokument [2], str. 8. Měděná trubice byla umístěna ve stejné vzdálenosti od oválného průřezu nátrubku jako bylo provedeno měření teplotního pole, tj. 100 mm. 5. MONITOROVÁNÍ KONSTANTNÍ TEPLOTY PLAMENE V průběhu vlastní zkoušky zkušebního vzorku musí být sledována konstantní teplota plamene. Z tohoto důvodu musí být ve vzdálenosti ¼ palce před vzorkem instalován minimálně jeden termočlánek. 6. OCHLAZOVÁNÍ ZKUŠEBNÍHO KOMPOZITOVÉHO VZORKU Dle požadavku formulovaném v zadání zkoušky, bylo třeba vzorek ochlazovat paralelně proudícím vzduchem o rychlosti 130 km/hodinu a to z opačné strany, než která byla exponována plameny. Pro tento účel byla navržena aerodynamická trať, viz obr. 5. Na začátku tratě byl umístěn dvoustupňový axiální ventilátor, jehož otáčky bylo možné měnit frekvenčním měničem. Pak následoval mezikus, který měnil kruhový průřez proudového kanálu o průměru ø 630 mm na obdélníkový o rozměrech 100 mm x 500 mm. V této části kanálu byl zhotoven otvor o rozměrech 500 mm x 500 mm, kam byl instalován zkušební vzorek. Na protilehlé straně kanálu bylo situováno okénko o rozměrech 150 mm x 150 mm, viz obr.5b, kterým bylo možné pozorovat exponovanou část vzorku z opačné, tzn. ochlazované strany. Tímto okénkem byl snímán zkušební vzorek druhou, tzv. zadní digitální kamerou. Změnou otáček axiálního ventilátoru byla nastavena požadovaná rychlost proudění vzduchu podél vzorku. Měření rychlosti bylo prováděno ve výstupním průřezu trati pomocí vrtulkového anemometru, viz obr. 5a. Měření bylo prováděno těsně před každou zkouškou, neboť na rychlost proudu měly vliv měnící se parametry vzduchu v průběhu dne, tj. teplota, tlak a vlhkost. V průběhu celé vlastní zkoušky byla monitorována neměnná teplota plamene před zkušebním vzorkem nejméně jedním termočlánkem (obr. 5c).
2.0 POUŽITÉ DOKUMENTY [1] Advisory Circular AC No.: 20-135 Powerplant Installation nad Propulsion System Component Fire Protection Test Methods, Standards and Criteria. [2] Power Plant Engineering Report No. 3A: Standard Fire Test Apparatus and Procedure.
Obr. 1 - Plamenometné zařízení Obr. 2 - Vertikální síť sedmi termočlánků
Obr. 3 - Termočlánková síť s traverzovacím zařízením a měřicí trubice pro určení tepelného výkonu Obr. 5 Celkový pohled na aerodynamickou trať k chlazení vnější strany vzorku.
Obr. 5a - Výstupní průřez aerodynamické tratě. Pohled zachycuje proměřování rychlostního profilu pomocí vrtulkového anemometru. Obr. 5 b Pohled na okénko o rozměrech 150 mm x 150 mm, kterým bylo možné pozorovat exponovanou část vzorku z opačné, tzn. ochlazované strany
Obr. 5c - Pohled na uchycení vzorku ke stěně aerodynamické tratě. Na obrázku jsou patrné dva termočlánky k monitorování konstantní teploty plamene.