Rozwój metod badawczych zwizanych z Dyrektyw ATEX. w Laboratorium Bada Stosowanych.

Transkrypt

1 mgr in. Tomasz KAMISKI mgr in. Krzysztof LESIAK mgr in. Łukasz ORZECH mgr in. Marcin TALAREK Instytut Techniki Górniczej KOMAG Rozwój metod badawczych zwizanych z Dyrektyw ATEX w Laboratorium Bada Stosowanych S t r e s z c z e n i e W artykule przedstawiono nowe metody badawcze zwizane z Dyrektyw ATEX wdroone do stosowania w Laboratorium Bada Stosowanych. Przedstawiono moliwoci badawcze nowo zakupionego wyposaenia i stanowisk badawczych. Zaprezentowano wyniki bada rozkładu potencjału powierzchniowego po wystpieniu wyładowania z powierzchni materiałów nieprzewodzcych. Zaprezentowano przebieg wybuchu mieszaniny metanowo-powietrznej podczas bada małych elementów. Opisano stanowisko do bada osłon ognioszczelnych d i zaprezentowano zarejestrowany przebieg zmian cinienia podczas wybuchu podstawowych mieszanin gazowych stosowanych w badaniach. S u m m a r y New testing methods associated with ATEX Directive implemented in the Laboratory of Applied Tests are presented. Testing potential of newly purchased equipment and tests stands is given. The results of testing the distribution of surface potential after discharge from non-conducting materials are presented. Process of explosion of methane-air mixture during testing of small components is given. Stand for testing the d fireproof shields is described and the recorded curve of pressure changes during explosion of tested main flammable gases is shown. Słowa kluczowe: zaplecze naukowo-badawcze, ATEX, wyładowanie elektrostatyczne, potencjał powierzchniowy, osłony ognioszczelne. Keywords: testing infrastructure, ATEX, electrostatic discharge, surface potential, fire-proof shields 1. Wprowadzenie Laboratorium Bada Stosowanych powstało w 2001 roku poprzez wydzielenie grupy specjalistów Zakładu Techniki Pomiarowej. Pocztkowo celem Laboratorium było rozwinicie zaplecza badawczego na potrzeby realizacji prac naukowo-badawczych w obszarze procesów mechanicznych i bada na potrzeby certyfikacji wyrobów oraz zwizanych z nimi bada bezpieczestwa pracy, a take ochrony rodowiska naturalnego. Główny nurt badawczy stanowiły pomiary parametrów mechanicznych zwizanych z prac maszyn i urzdze stosowanych w górnictwie. Z czasem zakres prac badawczych był systematycznie rozszerzany o badania parametrów energoelektronicznych systemów napdowych, badania wibroakustyczne, elektryczne jak równie badania dowiadczalne innowacyjnych technik stosowanych w przemyle wydobywczym. Obecnie Laboratorium Bada Stosowanych posiada elastyczny zakres akredytacji nr AB 665, Wydany przez Polskie Centrum Akredytacji, krajow jednostk upowanion na podstawie ustawy z dnia 30 sierpnia 2002 r. o systemie oceny zgodnoci. Zakres akredytacji obejmuje badania urzdze elektrycznych przeznaczonych do pracy w przestrzeniach zagroonych wybuchem (Dyrektywa ATEX), w tym badania osłon ognioszczelnych, badania iskrobezpieczestwa obwodów elektrycznych, wielkoci elektrostatycznych, stopnia ochrony obudowy (Kod IP), badania temperaturowe (w tym termowizyjne) oraz badania rodowiskowe i testy klimatyczne, badania wibroakustyczne, pomiar wielkoci elektrycznych i mechanicznych urzdze przeznaczonych do stosowania w górnictwie, a take badania układów napdowych na dwóch stanowiskach hamowni. 2. Rozwój potencjału badawczego Majc na uwadze stały rozwój swojej oferty Laboratorium Bada Stosowanych systematycznie rozwija posiadany potencjał badawczy, korzystajc z dotacji aparaturowych, a take inwestujc rodki własne Instytutu. Rozwój infrastruktury badawczej pozwala utrzymywa wysokie kompetencje w zakresie realizowanych bada, a take nada za cigle rosncymi potrzebami klientów. Rozwój Laboratorium w tym zakresie został szczegółowo opisany w artykułach [1, 2]. Na rysunku 1 zaprezentowano MASZYNY GÓRNICZE 1/

2 komor klimatyczn do bada odpornoci na naraenia klimatyczne oraz komor do bada pyłoszczelnoci (Kod IP). Komora do bada pyłoszczelnoci jest najwiksz cywiln komor do tego typu bada w Polsce. Rys.1. Komora do bada klimatycznych (pierwszy plan) oraz komora pyłowa do badania stopnia ochrony obudowy (Kod IP) [11] Znaczcy krok na drodze rozwoju infrastruktury badawczej został poczyniony w latach Było to moliwe dziki pozyskaniu wsparcia finansowego w nastpujce postaci: projektu Rozbudowa Laboratoriów Instytutu Techniki Górniczej KOMAG w Gliwicach celem prowadzenia bada na rzecz bezpieczestwa uytkowania wyrobów. Projekt zrealizowano w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego Działanie 1.3 Transfer technologii i innowacji Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa lskiego na lata , dotacji Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyszego na finansowanie kosztów realizacji inwestycji w zakresie aparatury naukowej pn. Aparatura do bada zjawisk wyładowa elektrostatycznych w przestrzeniach zagroonych wybuchem. 3. Badania zjawiska wyładowa elektrycznoci statycznej Laboratorium Bada Stosowanych realizuje badania rezystancji powierzchniowej oraz przeniesionego ładunku materiałów nieprzewodzcych, słucych ocenie bezpieczestwa stosowania materiałów w przestrzeniach zagroonych wybuchem. Badania prowadzone s zgodnie z wymaganiami norm PN-EN :2009 [3] oraz PN-EN :2010 [4]. Niezalenie od bada na potrzeby certyfikacji wyrobów prowadzone s badania o charakterze naukowym, które pozwalaj lepiej zrozumie oraz oceni efekt oddziaływania zjawiska wyładowania elektrostatycznego z powierzchni materiałów nieprzewodzcych. Wyładowania elektrostatyczne z powierzchni materiałów nieprzewodzcych maj charakter wyładowa elektrostatycznych snopiastych. Istotn cech tego typu wyładowa jest fakt, i nie cały ładunek z powierzchni materiału nieprzewodzcego zostaje przeniesiony w trakcie wyładowania. Ładunek podczas wystpienia wyładowania zostaje zebrany z pewnej, ograniczonej powierzchni. Jednym z celów prowadzonych bada naukowych jest ocena wpływu kształtu zmian potencjału powierzchniowego na zapalno wyładowania. Prowadzone s równie prace zmierzajce do opracowania modelu matematycznego słucego do obliczenia energii uwolnionej w trakcie wyładowania. Wyniki bada pilotaowych w tym zakresie, prowadzonych na stanowisku badawczym w Politechnice Wrocławskiej, zostały opublikowane w [5]. Na rysunku 2 zaprezentowano stanowisko do bada rozkładu potencjału powierzchniowego, na które składa si skaner potencjału oraz miernik pola elektrostatycznego o zakresie pomiarowym ± 20 kv. Stanowisko pozwala na pomiar mapy gstoci powierzchniowej ładunku na próbce. Przykładowe wyniki pomiarów zaprezentowano na rysunkach 3 i 4 [6]. Rys.2. Stanowisko badawcze do bada rozkładu potencjału powierzchniowego [11] W ramach dotacji aparaturowej Laboratorium doposaono równie w inne wyposaenie pomiarowobadawcze, pozwalajce na prowadzenie prac o charakterze badawczo-rozwojowym w szerszym zakresie, takie jak: komora klimatyczna, rejestrator danych pomiarowych o wysokich czstotliwociach próbkowania, symulator wyładowa elektrostatycznych, woltomierz elektrostatyczny oraz komora do prowadzenia bada wybuchowoci mieszanin gazowych wraz z systemem przygotowania i dystrybucji mieszanin gazowych. Widok komory do bada wybuchowoci mieszanin gazowych zaprezentowano na rysunku MASZYNY GÓRNICZE 1/2014

3 Rys.3. Zmierzony potencjał powierzchniowy po wyst pieniu wyładowania Q = 170 nc na próbce materiału nieprzewodz cego [6] Rys.4. Zmierzony potencjał powierzchniowy po wyst pieniu wyładowania Q = 230 nc na próbce materiału nieprzewodz cego [6] Rys.5. Komora do prowadzenia bada wybuchowo ci mieszanin gazowych [11] Rys.6. Komora klimatyczna [11] MASZYNY GÓRNICZE 1/

4 Rys.7. Zapłon mieszaniny metanowo-powietrznej podczas badania moliwoci zapalenia przez małe elementy [7] Na rysunku 6 zaprezentowano zapłon mieszaniny metanowo-powietrznej podczas badania moliwoci zapalenia przez małe elementy zgodnie z norm PN-EN :2009 [7]. Badania zostały przeprowadzone przy uyciu komory do prowadzenia bada wybuchowoci mieszanin gazowych. 4. Badania osłon ognioszczelnych d zgodnie z PN-EN :2010 Osłony ognioszczelne typu d to osłony, w których wntrzu umieszczone s elementy mogce wywoła zapłon atmosfery wybuchowej i które zapobiegaj przeniesieniu si wybuchu do atmosfery wybuchowej je otaczajcej. Wspomniana osłona ognioszczelna zapobiega przed wydostaniem si wybuchu z jej wntrza. Wymagania jakie stawiane s tego typu osłonom znajduj si w normie PN-EN :2010 [8]. Norma podaje równie zakres bada, jaki naley przeprowadzi celem weryfikacji ognioszczelnoci osłony. Najwaniejsze z tych bada, które wymagaj posiadania komory wybuchowej, obejmuj: badanie wytrzymałoci osłony na cinienie, pkt normy [8], prób nieprzenoszenia si wewntrznego wybuchu, pkt normy [8]. Celem badania wytrzymałoci osłony na cinienie jest sprawdzenie wytrzymałoci osłony na cinienie wywołane wewntrznym wybuchem. Wyniki bada uwaa si za zadowalajce, jeeli osłona nie uległa trwałym odkształceniom lub uszkodzeniom naruszajcym rodzaj budowy przeciwwybuchowej. Ponadto, przewity złczy ognioszczelnych nie powinny w adnym miejscu ulec trwałemu powikszeniu. W pierwszym etapie badania naley okreli cinienie wybuchu, tzw. cinienie odniesienia. Cinienie odniesienia wyznacza si prowadzc badania z wykorzystaniem komory wybuchowej wraz z systemem pomiaru cinienia. Próba nieprzenoszenia si wewntrznego wybuchu stanowi rzeczywist weryfikacj, czy wybuch wywołany w osłonie badanej nie przeniesie si do otaczajcej atmosfery [6]. W 2013 r., zbudowano w Laboratorium Bada Stosowanych KOMAG-u stanowisko umoliwiajce badanie osłon jedno, dwu i trójkomorowych. Składa si ono z komory badawczej, z zamontowanymi przetwornikami cinienia, temperatury, generatora zapłonu, systemu dozowania i odprowadzania gazów oraz urzdzeniem do rejestracji mierzonych parametrów. Na rysunku 7 przedstawiono schemat stanowiska badawczego. Na rysunku 8 zaprezentowano tablic mieszalnika gazów [9]. Komora badawcza Laboratorium pozwala na prowadzenie prób nieprzenoszenia si wybuchu obiektów badanych o najwikszych wymiarach wynoszcych 0,9 m x 0,55 m x 1,9 m. Norma PN-EN :2010 [8] precyzuje skład mieszanek gazowych, przy jakich naley przeprowadza badanie nieprzenoszenia si wybuchu z osłony badanej do otaczajcej atmosfery wybuchowej. Na rysunkach 9 i 10 zaprezentowano zarejestrowane przebiegi cinienia podczas wybuchu mieszanin gazowych dla przypadku mieszaniny metanu z powietrzem oraz wodoru z powietrzem [10]. Warto w tym miejscu podkreli, e Laboratorium Bada Stosowanych posiada akredytacj na badania osłon ognioszczelnych zgodnie z norm PN-EN :2010 [8] (zakres akredytacji nr AB 665), co w pełni gwarantuje uznawalno wyników przez Jednostki certyfikujce wyroby. 32 MASZYNY GÓRNICZE 1/2014

5 Rys.8. Schemat stanowiska do bada osłon ognioszczelnych [6] Rys.9. Tablica mieszalnika gazów [11] MASZYNY GÓRNICZE 1/

6 Rys.10. Tablica mieszalnika gazów [11] Rys.11. Przebieg czasowy cinienia wybuchu dla mieszaniny 9,8% metanu z powietrzem [10] Rys.12. Przebieg czasowy cinienia wybuchu dla mieszaniny 31% wodoru z powietrzem [10] 34 MASZYNY GÓRNICZE 1/2014

7 5. Podsumowanie Systematyczne inwestowanie w rozwój infrastruktury badawczej pozwala Laboratorium Bada Stosowanych realizowa prowadzone badania w sposób kompetentny i rzetelny, co ma kardynalne znaczenie przy badaniach zwizanych z bezpieczestwem pracy ludzi w strefach zagroonych wybuchem. Cigły rozwój pozwala równie nada za stale zmieniajcymi si wymaganiami rynku. Laboratorium posiada szeroki zakres akredytacji w postaci zakresu elastycznego, obejmujcy badania na zgodno z Dyrektywami: ATEX i Maszynow, badania rodowiskowe i testy klimatyczne, pomiary wielkoci mechanicznych i elektrycznych maszyn i urzdze stosowanych w szeroko rozumianym przemyle oraz badania systemów napdowych z wykorzystaniem hamowni. W zakresie bezpieczestwa zwizanego ze zjawiskiem elektrycznoci statycznej prowadzone s prace naukowe, których rezultaty s prezentowane podczas konferencji krajowych i midzynarodowych, a take upowszechniane przez publikacje w czasopismach naukowych. Działania zespołu Laboratorium Bada Stosowanych, zgodnie z misj KOMAG-u, s ukierunkowane na innowacyjne rozwizania w celu prowadzenia nowatorskich prac badawczo-rozwojowych oraz odbiorczych, co gwarantuje Instytutowi satysfakcj i uznanie Klienta. Dotychczasowe dowiadczenie, osignicia i pozycja na rynku, jak cieszy si obecnie Laboratorium Bada Stosowanych, pozwala na stwierdzenie, e badania prowadzone nieustannie ciesz si dobr renom. Literatura 1. Orzech Ł., Talarek M., Niedworok A.: Moliwoci badawcze Laboratorium Bada Stosowanych. Maszyny Górnicze 2010, nr 3-4, s Kozieł A., Grynkiewicz-Bylina B., Madejczyk W., Orzech Ł.: Rozwój zaplecza badawczego Instytutu Techniki Górniczej KOMAG. Maszyny Górnicze 2013, nr 2, s PN-EN :2009 Atmosfery wybuchowe. Cz 0: Sprzt. Podstawowe wymagania. 4. PN-EN :2010 Urzdzenia nieelektryczne w przestrzeniach zagroonych wybuchem. Cz 1: Podstawowe załoenia i wymagania. 5. Talarek M.: Badania rozkładu potencjału elektrostatycznego na powierzchni dielektryków stałych. Maszyny Górnicze 2012, nr 2, s Talarek M.: Badania energii wyładowa elektrostatycznych z powierzchni materiałów nieprzewodzcych pod ktem oceny ich zapalnoci. ITG KOMAG Gliwice 2013 (materiały nie publikowane). 7. Kamiski T.: Badanie moliwoci zapalenia przez małe elementy, monta powierzchniowy. ITG KOMAG Gliwice 2013 (materiały nie publikowane). 8. PN-EN :2010 Atmosfery wybuchowe. Cz 1: Zabezpieczenie urzdze za pomoc osłon ognioszczelnych d. 9. Lesiak K. i in.: Przygotowanie redniej komory wybuchowej do celów badawczych. ITG KOMAG Gliwice 2013 (materiały nie publikowane). 10. Lesiak K.: Przeprowadzenie prób wybuchu przy rónym spreniu podstawowych mieszanin gazowych i w rónych temperaturach. ITG KOMAG Gliwice 2013 (materiały nie publikowane). 11. Dokumentacja fotograficzna ITG KOMAG. Artykuł wpłynł do redakcji w marcu 2014 r. MASZYNY GÓRNICZE 1/