reduktor.name

Charakterystyka mechaniczna. Przeciążalność momentem

Jeżeli podczas pracy silnika w stanie roboczym ustalonym przy pewnym obciążeniu zmieni się moment obciążeniowy maszyny napędzanej, to moment obrotowy silnika i moment oporowy przestają być sobie równe i równowaga pracy silnika zostaje za­burzona. Wystąpi pewien przejściowy stan nieustalony, po czym w ogólnym przypadku nastąpi nowy stan równowagi, gdyż mo­ment rozwijany przez silnik dostosuje się do zmienionego mo­mentu oporowego. Ten nowy stan równowagi powstanie przy ustaleniu się nowej, nieco innej niż poprzednio, prędkości obro­towej, a więc przy innej wartości poślizgu. W praktyce taką pracę silnika podczas której jest on zatrzy­mywany i uruchamiany rzadko, a na ogół pracuje przez czas dłuż­szy w stanie ustalonym przy obciążeniu stałym, zaliczamy do pracy ciągłej. Przyjmujemy przy tym, że praca silnika jest ciągła nawet wówczas, gdy przerywa się ją częściej niż raz na miesiąc czy raz na dobę, bo np. raz na kilka godzin, a obciążenie nie jest zupełnie stałe, lecz nieco się zmienia, z tym zastrzeżeniem jednak, że zmiany obciążenia mieszczą się w niewielkich granicach i na­stępują w sposób nieraptowny. Jeżeli przebieg pracy silnika jest taki, że silnik pracuje przy pewnym stałym obciążeniu w ciągu pewnego z góry określonego czasu, wynoszącego np. pół godziny czy godzinę, po czym nastę­puje jego dłuższy postój, to mówimy, że praca silnika jest do­rywcza. Jeżeli silnik pracuje w taki sposób, że następują po sobie ko­lejno krótkie czasy obciążenia oraz krótkie przerwy, to praca sil­nika jest przerywana. Przyjmuje się, że w pracy przery­wanej łączny czas pracy i następującej po niej przerwy, czyli tzw. cykl roboczy, nie trwa dłużej niż 10 min. Rozróżnienie rozmaitych rodzajów pracy przerywanej, umożli­wiające dokładniejsze zaliczanie spotykanych w rzeczywistości

SPALANIE W NACZYNIACH ZAMKNIĘTYCH

szaniną wybuchową. W miejscu zapalenia, w końcu rury spaliny mają najwyższą temperaturę i sprężają prawie adiabatycznie warstwę gazu znajdującą się przed frontem palenia, przesuwa­jąc ją przed sobą. Z chwilą, gdy front palenia dosięgnie tej warstwy zacznie ona poruszać się w przeciwnym kierunku, bo ma większe ciśnienie od rozrzedzonych wysoką temperaturą spalin. Takie przebiegi strumieni zakłócające front palenia powtarzają się oscylacyjnie (fale uderzeniowe), przy czym w każdej war­stwie zmieniają się ciśnienia i temperatury, a także zmienia się szybkość przenoszenia się płomienia.

Wykorzystując możliwość rejestracji zmian ciśnienia w za­leżności od czasu, ustala się średnią szybkość przenoszenia się płomienia. Tak ustaloną średnią szybkość podano w tabl. 10 dla niektórych mieszanin gazów i par z powietrzem.

Znając ciepło spalania q przy stężeniu n mieszaniny gazu lub pary z powietrzem oraz średnie ciepło właściwe spalin przy stałej objętości C_v w granicach temperatur — początkowej T₀ = = 293 K i końcowej T_k, a także zakładając ciśnienie początkowe P₀ = 1,033 at (760 Tr), można obliczyć [13] ciśnienie wybuchu

OKREŚLANIE ZAGROŻENIA WYBUCHEM PRZY PROCESACH TECHNOLOGICZNYCH

Porównując wielkość ładunków i energię zawartą w łuku lub iskrze z energią zawartą w polu elektrostatycznym oraz z energią zapalającą mieszanin parowo i gazowo powietrznych, a także pyłowych (tabl. 14 i 15) widać jak groźne są wyładowania piorunowe.

Należy odróżnić bardzo wysokie napięcie przed przeskokiem iskry (czy zapaleniem łuku) od napięcia na palącym się już łuku, który stanowi prawie zwarcie. Napięcie przed przeskokiem jest wynikiem spadku napięcia na reaktancji indukcyjnej równym

L_w ——i- oraz spadku napięcia na rezystancji uziomu równym dt

R_zI_m. Obie te składowe przesunięte są względem siebie o 90°. Lw — jest indukcyjnością jednostkową, R_z ■— rezystancją uzie­mienia, I_m ■— maksymalną wartością prądu.

Przy przepływie prądu pioruna przede wszystkim mogą się nagrzewać do wysokich temperatur przewody i urządzenia me­talowe zarówno samej instalacji piorunochronnej, jak i instalacji elektrycznych oraz tele i radiotechnicznych. Obliczanie przekroju przewodów celem niedopuszczenia do ich nadmiernego nagrzania jest zagadnieniem trudnym ze względu na brak szeregu danych, takich jak przenoszony ładunek, czas trwania fali głównej i na­stępczej oraz kształt fali, a także zjawisko naskórkowości [19]. Zasadnicze wymagania odnośnie obowiązujących przekrojów urzą­dzeń piorunochronnych, przewodów ochronnych, zerowych i wy­równawczych podadzą znowelizowane przepisy, które zastąpią aktualną normę PN-55/E-05003 Ochrona budowli od wyładowań atmosferycznych. Przepisy ogólne.

Rozpatrując zjawiska termiczne z praktycznego punktu wi­dzenia należy stwierdzić, że przewody z miedzi o przekroju 10 mm² rzadko ulegają stopieniu; zdarzały się jednak przypadki (Kohlrausch) — że nawet przewody o przekroju 50 m² były na­grzane prądem pioruna do temperatur 500 i 1000°C. Zdarzało się także rozrywanie przewodów, przy czym stwierdzono w czasie badań laboratoryjnych (R. Foitzik), że im szybciej drut się na­grzewał, tym krótsze były odcinki; można to wytłumaczyć tym, że przy bardzo szybkim nagrzaniu występują w drucie mechanicz- i ne naprężenia doprowadzające do rozerwania.

W półprzewodnikach takich jak drewno, beton, cegła, dzia­łanie cieplne prądu pioruna jest odmienne. Mogą tu zachodzić dwa przypadki: wyładowanie ślizgowe po powierzchni, ewentual­nie tuż pod powierzchnią, oraz przepływ prądu wewnątrz pół­przewodnika na skutek przebicia skrośnego.

Drugi przypadek jest groźniejszy w skutkach. Przepływ skrośny prądu piorunu wywołuje gwałtowne parowanie wody,

URZĄDZENIA O BUDOWIE SPECJALNEJ

W tych typach budowy obowiązuje zasada zredukowania do minimum technicznie możliwego prawdopodobieństwa spowodo­wania wybuchu mieszanin wybuchowych przez zastosowanie in­nych rozwiązań niż podano dotychczas. Przykładem rozwiązania budowy specjalnej, zbliżonej w za­sadzie do budowy z osłoną gazową pod ciśnieniem, jest pokazana na rys. 37 przenośna latarka akumulatorowa. Przez zawór 1 pom= i(U). Decyduje ostatecznie próba  wykonana na u ządzeniu zwanym iskiernikiem, którego konstrukcja jest jeszcze dyskuto­wana. Rozróżnia się dwie klasy budowy urządzeń i obwodów iskro-bezpiecznych: —    klasę I o niższym stopniu bezpieczeństwa, w której do­puszcza się wystąpienie jednocześnie dwóch uszkodzeń prawdo­podobnych;

—    klasę II o wyższym stopniu bezpieczeństwa, w której dopuszcza się dowolną liczbę jednocześnie występujących uszko­dzeń prawdopodobnych z zachowaniem pewności iskrobezpieczeń-stwa.

Za uszkodzenia mało prawdopodobne projekt normy PN/E–08107 uznaje np.:

—    zwarcie lub przerwę połączeń między elementami układu, jeżeli połączenia są wykonane w postaci obwodu drukowanego lub w postaci, przewodów zalanych utwardzalną masą izolacyjną;

—    przerzut napięcia ze strony wyższej na niższą w transfor­matorze, jeżeli między zwojami znajduje się uziemiony metalowy ekran lub jeżeli uzwojenia wyższego i niższego napięcia znajdu­ją się na oddzielnych kolumnach transformatora, a rdzeń tran­sformatora jest uziemiony.

Podobnego typu uszkodzeń mało prawdopodobnych projekt normy wymienia jeszcze sześć. Pozostałe uszkodzenia uznaje się jako prawdopodobne, a nieprawdopodobnych nie bierze się pod uwagę.

Gazy i pary dla obwodów i urządzeń iskrobezpiecznych dzieli się na cztery grupy: I — metanowa, II — pentanowa, III — ety­lenowa i IV — wodorowa (tabl. 20).

Tego podziału nie należy identyfikować z podziałem na cztery klasy wybuchowości uzależnionym od prześwitu szczelin, chociaż projekty takiej identyfikacji są dyskutowane.Projekt normy PN/E-08107 ustala prawdopodobieństwo zapa­lenia mieszaniny wybuchowej p, które wyraża się stosunkiem liczby zapaleń m do ogólnej liczby iskier elektrycznych n wy­wołanych w mieszaninie wybuchowej

Przyjęto uznawać jako prąd bezpieczny I_b najwyższą wartość prądu, gdy p = 10~⁸, jako prąd awaryjny I_a największą wartość prądu, gdy p = 10~⁶, a jako prąd zapalający I_z najniższą wartość prądu, gdy p = 10~³. W podobny sposób ustala się napięcia U_b, U_a oraz U_z.

Możliwość pracy obwodów i urządzeń iskrobezpiecznych roz­patruje się w stanach normalnych i awaryjnych.

Przewodniki i dielektryki

Przewodniki i dielektryki jest zupełnie niemożliwe omówienie poszczególnych przypadków. Należy więc przede wszystkim pamiętać o terii dwuwarstwowej gromadzenia się ła­dunków różnoimiennych na dwóch ciałach stałych, względnie na cząsteczkach,. czy też kroplach jednego medium, np. uziemienie koła pasowego, metalowego, z którego przez łożyska i uziemie­nie odprowadzane są ładunki jednego znaku, nie rozwiązuje za­gadnienia pozbawienia ładunków drugiej warstwy z pasa skórza­nego stanowiącego dielektryk, z którego ładunki spływają nie dość szybko — pomiędzy pasem i uziemionym kołem pasowym powstaje różnica potencjałów wywołująca iskry

Przy pasach wykonanych z gumy przewodzącej o rezystyw-ności rzędu 10⁶ Q • cm napięcia pomiędzy pasem i uziemionym ko­łem pasowym są znacznie mniejsze; zależą od szybkości liniowej pasa, jego szerokości i nacisku. Paski klinowe z gumy przewo­dzącej są w przeciętnych warunkach pracy bezpieczne, nie wy­wołują iskrzenia.

Normalny olej służący do smarowania łożysk, jego cienka warstwa, nie stanowi przeszkody dla spływu ładunków z koła pasowego przy uziemionym łożysku [48]. Przy stosowaniu spe­cjalnych smarów należy zlecić placówce posiadającej odpowied­nie urządzenia ustalenie czy rezystywność cienkiej warstwy sma­ru nie przekracza 10⁶ Q • cm.

Odprowadzanie ładunków elektryczności statycznej z die­lektryków przez uziemienia wymaga dodatkowych zabiegów — zwiększenia przewodności skrośnej całej substancji, np. gumy przez dodanie sadzy acetylenowej. Powiększanie przewodności powierzchniowej można osiągnąć otaczając materiały nieprzewo-dzące taśmami metalowymi, przeplatając tkaniny nieprzewodzące cienkimi drucikami uziemionymi, itd. Można też stosować wcie­ranie lub pokrywanie powierzchni dielektryków substancjami przewodzącymi, np. rozpuszczonymi solami, poliglikolami, myd­łami itd.; tak spreparowane powierzchnie nie są trwałe i zabiegi tego rodzaju należy powtarzać co pewien czas, zależny od ilości godzin pracy, np. przy pasie skórzanym pracującym w ciągu dwóch zmian należy pokrywać jego powierzchnię co 16 godzin.

ELEKTRYCZNOŚĆ STATYCZNA JAKO ŹRÓDŁO PRZESKOKÓW ISKROWYCH

Powstawanie ładunków elektrostatycznych na ciałach stałych najlepiej wyjaśnia teoria tworzenia warstwy podwójnej. Ogólnie można powiedzieć, że na granicy styku dwóch ciał powstaje zmiana rozkładu ładunków w każ­dym z nich w warstwie przylegającej do granicy rozdziału, skut­kiem czego pomiędzy ciałami powstaje różnica potencjałów elektrostatycznych kontaktowych. Zjawisko to może polegać na wędrówce ładunków (elektronów) poprzez granicę styku, na gromadzeniu się określonych jonów lub na kierunkowym usta­wieniu się dipoli w warstwie granicznej obu albo jednego z ciał. Zjawisko to występuje szczególnie wyraźnie na styku dwóch dielektryków; na styku dwóch przewodników różnica potencja­łów jest wynikiem różnej pracy wyjścia elektronów. W podobny sposób można wyjaśnić powstawanie potencjału kontaktowego warstwy podwójnej przy styku metalu z półprzewodnikiem lub dielektrykiem [20, 29, 30].

Warstwa podwójna utrzymuje się na styku powierzchni ciał w wyniku ustalenia się, po pewnym czasie, stanu równowagi dy­namicznej; powstaje przeciwnie skierowane pole elektrostatycz­ne, które hamuje dalszy przepływ ładunków.

Oprócz wytwarzania się potencjałów kantaktowych przy sty­ku dwóch ciał może wystąpić przenoszenie ładunków z innych przyczyn:

—    wywołane powstaniem podwójnej warstwy tylko z jednej strony powierzchni rozdziału ciał. Można to wyjaśnić istnie­niem zjonizowanych grup cząsteczek na jednej powierzch­ni — czasem występują na tej samej powierzchni grupy ła­dunków dodatnich i ujemnych;

—    wywołane możliwością istnienia warstewki elektrolitu, np. pochłoniętej wody lub innycK zanieczyszczeń między styka­jącymi się ciałami stałymi; •

—    wywołane kierunkowym ustawieniem się spolaryzowanych cząsteczek (dipoli), szczególnie w dielektrykach;

—    wywołane tarciem lub zderzaniem cząsteczek różnych wiel­kości tego samego ciała — gdy cząsteczka większa trze się lub zderza z mniejszą, to na obu cząsteczkach mogą powstać ładunki o znakach przeciwinych;

—    wywołane indukcją elektryczną.

PRZYSPIESZAJĄCY WPŁYW AUTOKATALIZY

Należy wspomnieć o przyspieszającym wpływie na reakcje autokatalizy dodatniej, tzn. działania katalizującego substratow biorących udział w reakcji lub produktu reakcji. W przypadkach, w których zarówno substraty, jak i produkt reakcji wywierają działanie katalityczne wpływ autokatalizy na przyspieszenie reakcji jest bardzo duży. Rola katalizatora polega na tworzeniu związku pośredniego, któremu odpowiada znacznie mniejsza energia aktywacji. Nawet niewielkie obniżenie energii aktywacji powoduje wykładniczy wzrost szybkości reakcji określony współczynnikiem e~^E/Rr. Autokataliza może być wywołana również zanieczyszczeniem substratow.

W reakcjach pośrednich biorą udział aktywne atomy H i rodniki OH, przy czym tylko dla pierwszej reakcji (rozbicie drobiny wo­doru na dwa atomy) potrzebna jest znaczna energia aktywacji. Zderzenie cząsteczek o takiej energii następuje bardzo rzadko; nawet w temperaturze samozapalenia wodoru (około 600°C) naj­wyżej jedno na 10¹⁴ zderzeń powoduje rozbicie drobiny wodoru. Przy takiej temperaturze, w reakcji oznaczonej symbolem II sku­teczne będzie co 10⁴ zderzenie, a pozostałe reakcje przebiegać będą przy każdym niemal zderzeniu cząsteczek. Z każdego wyjściowego atomu wodoru, po przejściu takiego cyklu, otrzymujemy dwa nowe aktywne atomy. Po 100 cyklach będzie 10³⁰ aktywnych atomów H (nie uwzględniając zrywania się łańcucha). Ponieważ przy drugiej reakcji każde dziesięcioty-sięczne zderzenie będzie skuteczne, biorąc pod uwagę około 10¹⁰ zderzeń na sekundę, pozostałe reakcje jednego cyklu przebiegną w czasie 10^-6 s, a sto cykli w czasie 10^-4 s. Po upływie takiego czasu, od chwili zapoczątkowania reakcji będzie 10³° nowych ak­tywnych atomów H zapoczątkowujących nowe rozgałęzienia łań­cuchowe. W ten sposób reakcja przebiega lawinowo przechodząc w wybuch.

W rzeczywistości prędkość przebiegu reakcji nie jest tak wiel­ka, ponieważ część reakcji łańcuchowych ulega przerwaniu na różnych etapach. Przerwanie łańcucha reakcji zachodzi wtedy, gdy pobudzone atomy lub rodniki zderzają się z dowolną obojęt­ną cząsteczką lub ścianką naczynia i tracą swoją energię; jest to tzw. trójzderzenie z cząstką M Dla uproszczenia w rozważaniach pominięto wpływ ścianek naczynia oraz ciśnień i temperatury na rozwój reakcji. Należy tylko wspomnieć, że ścianki i obojętne cząsteczki mogą stać się czynnikiem ułatwiającym reakcję łączenia. Zachodzi to wtedy, gdy energia cząsteczek w chwili zderzenia jest tak wielka, że wskutek dysocjacji termicznej cząsteczki rozpadłyby się z pow­rotem, gdyby nie oddały w trójzderzeniu części swojej energii. Czas, w ciągu którego rozwija się reakcja łańcuchowa rozga­łęziona doprowadzająca do wybuchu, tj. czas potrzebny do utwo­rzenia się odpowiedniej ilości aktywnych atomów lub rodników, przyjęto nazywać okresem indukcji. Okres indukcji dla różnych mieszanin oraz dla różnych ciśnień i temperatur jest różny.

TWORZENIE SIĘ AEROZOLI

Aerozole powstają przeważnie przy nagłym uniesieniu się do góry pyłu osiadłego. Może on być uniesiony w górę jakimś nieprzewidzianym przepływem powietrza w pomieszczeniu, np. przeciągiem wywołanym otwarciem drzwi czy okien lub przy złym rozwiązaniu wentylacji, w szczególności aeracyjnej. Często impulsem wywołującym uniesienie się pyłu osiadłego jest, wspom­niane poprzednio, wyfuknięcie tego pyłu.

Chmura pyłowa unosi się w powietrzu przez krótki okres czasu, po czym albo opada tworząc ponownie pył osiadły, albo wybucha, o ile zajdą warunki inicjujące wybuch. Ewentualny wybuch unosząc nowe chmury pyłowe może doprowadzić do og­romnych zniszczeń

PYŁY OSIADŁE I TEMPERATURA TLENIA

Pyły osiadłe mają specyficzną zdolność samonagrzewania i w pewnej temperaturze żarzenia się (tlenia).- Zjawisko to polega przede wszystkim na zdolności absorbowania gazów, szczególnie tlenu, przez nagrzaną warstwę drobnych ziarn pyłu; przy tym procesie wydzielają się znaczne ilości ciepła. Ponieważ odległości pomiędzy ziarnami pyłu osiadłego są znacznie mniejsze niż po­między ziarnami pyłu w aerozolu, aktywizują się sąsiednie ziarna i wydziela się coraz więcej ciepła. Odprowadzanie ciepła z we­wnętrznych warstw pyłu jest utrudnione; temperatura pyłu wzra­sta aż do temperatury tlenia (żarzenia się) w konsekwencji wy­wołując pożar. W przypadku gdy pył osiadły leży na powierzchni nagrzanej, cała opisana reakcja przebiega tym szybciej, im wyż­sza jest temperatura tej powierzchni. Może to doprowadzić do wyfuknięcia (rozdz. 3), które unosząc chmurę palącego się pyłu wraz z pyłem jeszcze nie spalonym może spowodować wybuch aerozolu.

W publikacjach temperatury tlenia podawane są zwykle dla warstwy pyłu osiadłego grubości 5 mm z zastrzeżeniem, że pył nie zawiera zanieczyszczeń. Temperaturę tlenia mogą znacznie obniżyć wszelkie zanieczyszczenia siarczkami oraz wilgoć lub grubsza warstwa pyłu.

Poza omówioną absorpcją tlenu często w procesie nagrzewa­nia się niektórych pyłów partycypują mikroorganizmy (fermen­tacja i gnicie), np. pył torfu osiadłego drobnoustroje mogą do­prowadzić do samozapalenia się już w temperaturze 60°C, chociaż dla 5 mm warstwy torfu temperatura tlenia wynosi około 260°C.

Należy podkreślić, że temperatura tlenia pyłu osiadłego (i to­warzyszące temu zjawisko samozapalenia) jest niższa od tempe­ratury samozapalenia aerozolu.

TEORIE PRZEBIEGU REAKCJI PRZECHODZĄCYCH W WYBUCH

Nadanie odpowiednio dużej szybkości przebiegowi reakcji doprowadzającej do powstania wybuchu wymaga warunków, któ­rych omówienie wykraczałoby poza ramy niniejszego opracowa^ nia. Z tego względu zostanie przedstawiony jedynie bardzo uproszczony schemat teorii wybuchu, a całe zagadnienie zostanie ograniczone tylko do spalania gazów i par cieczy palnych.