Ingen angst for varme og røg!
Af en pressemeddelelse fra R. Frimodt Pedersen a/s berettes der om vekselstrømsmotorer til anvendelse i områder med høje temperaturer.
Motorer i stål- og valseværker er en klassisk anvendelse af specialmotorer i områder med høje omgivelsestemperaturer. Her forenes høje temperaturer som strålevarme, høje rumtemperaturer og aggressive kølemedier med øgede krav til den elektriske udførelse.
Et nyt anvendelsesområde og produkt, de såkaldte brandgasmotorer, stiller lignende og øgede krav til konstruktionen af motorerne, især til isolationssystem og lejebelastning.
Krav til motorerne
Med indførelsen af DIN normen DIN-EN 12101-3 omfattende maskinelle røg- og varmeudsugningsanlæg opstod kravet til motorproducenter om udvikling af godkendte motorer til anvendelse i bygninger og områder med røgkontrol og overvågning.
Disse områder omfatter såvel bygninger, hvor der opholder sig mange mennesker, såsom supermarkeder, højhuse, diskoteker, fritidscentre, biografer, lufthavne, lukkede parkeringshuse, men omfatter ligeledes industrihuse, tunneller til veje og baner etc.
Brandgasventilatorer i vejtunnel.De anvendte ventilationsanlæg skal være velegnede for den normale drift ligesom anlæget i tilfælde af brand skal klare de høje temperaturer og opståede røggasser. Selv ved omgivelsestemperaturer på 400 til 600 gr.C er det et ufravigeligt krav, at ventilationen fungerer pålideligt, således at der i tilfælde af et uheld ikke opstår større skader på bygninger og at flugtveje og adgang for redningsmandskab holdes røgfrit.
Disse brandgasmotorer fungerer altså under normale forhold som konventionelle ventilationsmotorer, men er konstrueret således, at de i tilfælde af brand i et nærmere defineret tidsrum også fungerer ved kraftige temperaturstigninger.
Ved temperaturer på 1000 gr. C samt ved sjældne tekniske uheld er motorens levetid forudsigelig. Alt efter motorens afstand fra arnestedet sænkes temperaturen til et for motoren funktionsdygtigt niveau på 600 gr.C til 200 gr.C. Her gælder det om at sikre driften af anlæget i et så langt tidsrum, at bygningen ikke skades og at personer har en chance for flugt, ligesom redningsmanskab sikres adgang for hjælp og brandbekæmpelse.
I henhold til EN 12101-3 inddeles motorerne i klasser fra F200 til F600 med funktionstider på en eller to timer.
Man må påregne at et uheld opstår på det mest ugunstige tidspunkt, f.eks. i en vejtunnel med stærk trafik og hvor motoren således er i fuld driftsvarm tilstand. Ved en brand og opvarmning af luften sænkes lufttætheden, hvilket i et kort tidsrum fører til kravet om mindre ydelse fra motoren. Temperaturstigningen på motoren sænkes derfor kortvarigt indtil røggasudviklingen bringer temperaturen op. Denne opvarmning er naturligvis afhængig af motorstørrelsen. En mindre motor med ringe masse opnår hurtigere sin sluttemperatur end en større motor.
Teoretisk temperaturforløb i viklingen på en asynkronmotor byggestørrelse 200 til røggasventilatorer.Ved en temperatur på 370 gr.C nedbrydes alle organiske stoffer. Ved ca. 380 gr.C sker nedbrydningen I et hastigt tempo. Ved 400 gr.C røggastemperatur vil man hurtigt overskride grænsetemperaturen på 380 gr.C og nå sluttemperaturen på ca. 480 gr.C. Ved 600 gr.C røggastemperatur ligger de maksimale omgivende temperaturer på ca. 650 gr.C.
Problemzoner for motorer
I det væsentlige har en motor fire problematiske områder, statorviklingen, klemkassens tilslutning, rotorviklingen og lejerne. Den i det mindste for et bestemt tidsrum sikrede funktionsdygtighed i de forskellige zoner er, for den i tilfælde af brand hårdt belastede motor, livsvigtig. Som følge heraf må der for alle fire problemzoner findes løsninger.
Problemzoner i brandgasmotorer.Er de maksimalt forventede temperaturer under 300 gr.C er påvirkningen af viklingen relativ let at beherske.
Man går ud fra en temperaturstigning F (B) på 80K og en reduktionsfaktor for effekten på grund af ændret lufttæthed på 0,80 ved en røggastemperatur på 300 gr.C. Dermed vil summen af temperaturstigningen på 350 gr.C ligge under den kritiske temperatur på 380 gr.C.
Med hensyn til den totale temperaturstigning af rotoren på ca. 400 gr.C ligger den inderste del af viklingen over de 380 gr.C. Rene organiske isolationsmaterialer klarer ikke denne situation. Ved 400 gr.C ser man en tydelig forskellig udvikling afhængig af motorstørrelse. Temperaturstigningen i viklingen går her fra 450 gr.C til 480 gr.C. Den mindste byggestørrelse 132 opnår allerede efter 40 min. den kritiske temperatur, byggestørrelse 280 overskrider efter 100 min. den kritiske grænse. Igen ved 400 gr.C røggastemperatur ligger realtemperaturen på op til 480 gr.C. Her kan ikke anvendes klassiske isolationsmaterialer, og man anvender derfor isolationsmaterialer på uorganisk basis.
Også tilslutningssystemet giver problemer. Kabler med silikoneisolering er sikre til 300 gr.C, ved 400 gr.C må ligeledes anvendes yderligere isolation på uorganisk basis. Særlig kritisk er her kabelgennemføringer.
Rotorens konstruktion er ikke kritisk med den traditionelle støbte aluminiumvikling op til 400 gr.C. Ved 600 gr.C kan kun anvendes rotorer med kobhberstave.
Lejerne i en brandgasmotor er det mest truede område og det vanskeligste at løse. Det gælder om at udvikle et optimalt system, som både virker under normale forhold, men også er pålideligt i tilfælde af brand. De tilladelige aksiale og radiale belastninger skal nøje overvåges og kombineres med det optimale smøremiddel.
Belastningstest af brandgasmotor.Producenter af motorer skal selv råde over egne prøvestande for afprøvning af disse specielle motorer. Da der kun til en vis grad findes normer for brandgasmotorer er producenterne henvist til afprøvning på egne prøvestande eller til at udføre test i praksis, for derved med de meget forskellige aggregater at komme de reale betingelser nærmere.
De hidtidige erfaringer og resultater ved konstruktion, afprøvning og anvendelse af brandgasmotorer har vist, at pålidelige løsninger til at beherske høje temperaturer er opnået. Men netop ved fastlæggelse af ønskede normer især ved afprøvning af komplette serier af motorer, er der endnu et stykke vej. Målet er i den nærmeste fremtid at opnå lignende afprøvninger og certificering som ved EEX motorer under europanorm.
Nærmere oplysninger om VEM’s standard og specialmotorer fås ved henvendelse til
R. Frimodt Pedersen a/s, Ndr. Stationsvej 3, 8721 Daugård. Tlf. 75895444.
