An Introduction to Spark Arrestors SPARK ARRESTERS AND THE PREVENTION OF WILDLAND FIRES

Historiaa
Kipinänsammuttimia on käytetty Yhdysvalloissa 1800-luvun alusta lähtien, jolloin seuloja sijoitettiin Jupiter-vetureiden piippuihin, jotka olivat pahamaineisia tulipalojen sytyttäjiä. Ensimmäinen laki, joka edellytti kipinänsammuttimia, annettiin vuonna 1905, ja se koski vetureita ja kattiloita, joita käytettiin metsän, harjan tai ruohon peittämillä mailla, niiden läpi tai niiden läheisyydessä.

Yhdysvaltojen maatalousministeriön (USDA) metsäpalvelun pyrkimykset torjua laitteisiin liittyviä tulipaloja alkoivat 1920-luvulla puunkorjuussa käytetyistä ulkoisista polttomoottoreista (höyryaaseista).

50-luvun alussa USDA:n metsäpalvelu kiinnostui polttomoottorikäyttöisten hakkuukoneiden aiheuttamien tulipalojen vähentämisestä. Tämä pyrkimys perustui J.P. Fairbanksin ja Roy Bainerin vuonna 1934 julkaisemaan J.P. Fairbanksin ja Roy Bainerin raporttiin ”Spark Arresters for Motorized Equipment”, jonka Kalifornian yliopisto Berkeleyssä julkaisi. Tutkimus osoitti, että halkaisijaltaan 0,023 tuuman tai sitä suuremmat pakokaasuhiukkaset aiheuttivat suurimman osan tulipalojen syttymisistä.
Kipinänsammutin on mekaaninen laite, joka pidättää tai tuhoaa polttomoottorista lähtevät kuumat pakokaasuhiukkaset. Koska kipinänsammuttimet estivät monia tulipaloja, sittemmin säädettiin lakeja, jotka edellyttävät kipinänsammuttimia tietyntyyppisiin moottoreihin. USDA Forest Servicen vuoden 1950 ponnistelujen tuloksena perustettiin kipinänsammuttimien testaus- ja pätevöintiohjelma San Dimasin teknologia- ja kehityskeskukseen (SDTDC), joka sijaitsee San Dimasissa, Kaliforniassa.

Huhtikuussa 1968 Society of Automotive Engineers (SAE) julkaisi yhdessä USDA Forest Servicen ja pienmoottorivalmistajien kanssa SAE-standardin J335. Siinä asetettiin pienmoottoreille (moottorisahat, jousitrimmerit jne.) standardi, joka paitsi kieltää yli 0,023 tuuman hiilihiukkasten poistumisen, myös säätelee pakokaasujen sallittuja lämpötiloja ja pakojärjestelmän pintalämpötilaa. USDA:n metsäpalvelun spesifikaatiossa 5100-1 määritellään yleiskäyttöisissä moottoreissa (generaattorit, moottoripyörät, maatalouskoneet jne.) käytettävien kipinänsammuttimien pakokaasujärjestelmien suorituskykyä koskevat eritelmät.

Tänään huomattava määrä osavaltioita, kuntia, liittovaltion hallinnoimia maa-alueita ja kaikkia USDA:n metsäpalvelun alueita vaativat, että kaikki sisäiset tai ulkoiset polttomoottorit on varustettava kipinänsammuttimella, joka täyttää SAE:n standardissa J335 tai USDA:n metsäpalvelun spesifikaatiossa 5100-1 asetetut vaatimukset. Vaatimukset on selitetty liittovaltion säännöstössä (Code of Federal Regulations, 36 CFR 261.52) ja USDA:n metsäpalvelun esimiesten kirjoittamissa määräyksissä.

Hiili ja polttomoottori
Kaikki polttomoottorit tuottavat pakokaasuhiukkasia, jotka ovat pääasiassa hiiltä ja epäpuhtauksia. Nämä hiukkaset ovat peräisin moottorin tai pakojärjestelmän sisäpinnoille muodostuneista kerrostumista. Pakokaasut ja hiilihiukkaset voivat poistua moottorilohkosta yli 3 000 °F:n lämpötiloissa. Pakojärjestelmän pinnat voivat saavuttaa 1 000 °F:n lämpötilan. Luonnonvaraiset polttoaineet voivat kuitenkin syttyä vain 400-500 °F:n lämpötiloissa. Nämä luvut mielessä pitäen on ilmeistä, että tulipalot voivat syttyä, kun luonnonvaraiset polttoaineet joutuvat kosketuksiin kuumien pakokaasujen kanssa tai kosketuksiin pakojärjestelmän kuumien pintojen kanssa.

Moottorin kunto tai se, miten hyvin se on viritetty, voi vaikuttaa sen kykyyn sytyttää tulipalo pakokaasun lämpötilan ja sen tuottamien hiilihiukkasten koon ja määrän vuoksi. Kaasun ja öljyn tyyppi ja laatu sekä seossuhde voivat vaikuttaa pakokaasuhiukkasten kokoon ja koostumukseen. Itse pakojärjestelmän rakenne ja sijainti voivat vaikuttaa suuresti siihen, sytyttääkö laite maastopalon. Lämpötila, kosteus ja tiheys vaikuttavat kaikki siihen, miten hyvin maastopolttoaineet palavat.

Laukaisunestimien luokat
Laukaisunestimet voidaan jakaa kahteen laajaan luokkaan: monikäyttöiset pienmoottoripolttoaineet (Multiposition small engine, MSE) ja yleiskäyttöiset polttoaineet (General purpose, GP). Moniasentoiset pienkoneiden kipinänsammuttimet on suunniteltu moottoreille, joita käytetään käsikäyttöisissä laitteissa, kuten moottorisahoissa, jousitrimmereissä, puhaltimissa ja pensasleikkureissa. Useimmissa MSE-kipinäsammuttimissa käytetään seulaa pakokaasuhiukkasten pidättämiseen.

GP-kipinänsammuttimet on suunniteltu käytettäväksi yhdessä asennossa olevissa moottoreissa, kuten traktoreissa, moottoripyörissä tai vetureissa. Yleismoottoreita varten on olemassa erilaisia kipinänsammuttimien malleja. Yleisimmät tyypit ovat loukku, seula ja kiekko.

Kipinänsammuttimien toiminta
Kipinänsammuttimet toimivat periaatteella, jonka mukaan ne vangitsevat tai jauhavat hiilihiukkaset, joiden halkaisija on suurempi kuin 0,023 tuumaa. Vaikka ne eivät aina olekaan 100-prosenttisen tehokkaita, oikein asennettu ja huollettu kipinäsuoja vähentää merkittävästi tulipalon riskiä. Yleisin kipinänsammuttimen tyyppi vangitsee hiilihiukkaset pakojärjestelmään. Se toimii seulomalla suuremmat hiilihiukkaset pois pakokaasujärjestelmästä. Keskipakovoiman avulla raskaammat hiilihiukkaset sinkoutuvat kipinänsammuttimen sisäseinämiä vasten ja ohjautuvat loukkuun. Yleisimmissä seulontatyypeissä käytetään seulaa tai kiekkoa. Levytyyppiseen malliin voidaan lisätä lisäkiekkoja vastapaineen vähentämiseksi ja pakokaasuvirtauksen lisäämiseksi.

Turboahtimet, ahtimet ja äänenvaimentimet
Turboahtimet käyttävät pakokaasuja turbiinin pyörittämiseen, joka toimii kompressorin pyörittämiseksi. Turboahtimet suorittavat kipinänsammutustoiminnon, kun 100 prosenttia pakokaasuista kulkee turbiinin läpi. Hukkaportilla varustetuissa turboahtimissa osa pakokaasuvirrasta pääsee ohittamaan turbiinipyörän, joten niitä ei voida pitää kipinänsammuttimina. Asianmukaisesti huollettu turboahdettu moottori ei tarvitse kipinänsammutinta.

Laturit eivät käytä pakokaasua, vaan ne on kytketty suoraan moottoriin. Kompressoreilla varustetut moottorit vaativat kipinänsammuttimen.

Avaimet on suunniteltu vähentämään moottorin aiheuttamaa melua, eikä niitä pidetä tehokkaina kipinänsammuttimina. Katalysaattoreita ei myöskään pidetä tehokkaina kipinänsammuttimina. Ne voivat saavuttaa riittävän korkeita lämpötiloja sytyttääkseen tulipalon joutuessaan kosketuksiin kuivan kasvillisuuden kanssa. On olemassa useita MSE-kipinänsammuttimia, joissa on katalyyttielementti haitallisten päästöjen vähentämiseksi. Nämä kipinänsammuttimet on testattu SAE J335 -standardin mukaisesti, ja ne ovat päteviä.

Asennus ja kunnossapito, kuka on vastuussa?
Hyvä kipinänsammuttimien kunnossapito on olennaista, koska huono kunnossapito johtaa yleensä laitteiden ala-arvoiseen suorituskykyyn ja lisääntyneeseen palovaaraan. Lait ja asetukset eivät edellytä, että kipinäsuojat myydään valmiiksi asennettuina. Kunhan kipinänsammutin toimitetaan osana myyntiä, vaatimus on täytetty. Omistajalla tai käyttäjällä on vastuu kipinänsammuttimia vaativien laitteiden laillisesta käytöstä. Laiminlyönti voi johtaa rikos- ja/tai siviilioikeudelliseen vastuuseen.

Kipinänsammutin vai äänenvaimennin, miten erottaa toisistaan?
Kipinänsammuttimissa on oltava keino, jolla loukkuun jäänyt hiili voidaan poistaa. Useimmissa GP-sammuttimissa on puhdistustulppa, ja MSE-kipinäsammuttimissa on keino siivilän puhdistamiseen. Kipinänsammuttimissa on myös oltava tuotemerkki ja mallinimi. Kun laite on tunnistettu kipinänsammuttimeksi, määritetään, onko se hyväksytty. Merkinnät, kuten ”USDA Forest Service Approved!”, eivät tee kipinänsammuttimesta pätevää. USDA Forest Service edellyttää vain, että valmistaja merkitsee kipinänsammuttimet merkin ja mallin mukaan. MSE:n kipinänsammuttimet on hyväksytty voimayksikön kanssa. Kipinänsammuttimen pienen koon vuoksi on vaikeaa merkitä yksiköihin täydellinen pakojärjestelmän numero ja tuotemerkki. Valmistajilta edellytetään, että merkinnät ovat vain itse tehoyksikössä.

Kipinänsammutinopas
Kipinänsammutinopas on alan ainoa arvovaltainen tietolähde, josta saa tietoa polttomoottoreissa käytettävistä pätevistä kipinänsammuttimista. Käytä opasta, kun tunnistat päteviä kipinänsammuttimia. Jos kipinänsammuttimen numero esiintyy oppaassa, SDTDC on arvioinut kipinänsammuttimen.

Oppaassa on kaksi nidettä: General Purpose and Locomotive, Volume 1, ja Multiposition Small Engine, Volume 2. Oppaan tarkistus julkaistaan vuosittain. Näin ollen kumpikin nide julkaistaan kahden vuoden välein. Neljännesvuosittain päivitettävä online-opas on saatavilla USDA Forest Servicen intranetissä osoitteessa http://www.fsweb.sdtdc.wo.fs.fed.us. Se on hakukelpoinen tietokanta, jonka avulla käyttäjä voi tehdä tehokkaita hakuja.

Lisätietoa
Tämä tekninen vinkki tarjoaa laajan johdannon kipinäsuojiin. Tässä sarjassa on neljä muuta Teknisiä vinkkejä. Jos haluat lisätietoja kipinänsammuttimista tai saada kopioita muista aiheeseen liittyvistä teknisistä vinkeistä, ota yhteyttä:

USDA Forest Service
San Dimas Technology and Development Center
444 East Bonita Ave.
San Dimas, CA 91773

Attn: Spark Arrester Program Leader tai http://www.fsweb.sdtdc.wo.fs.fed.us