En introduktion till gnistskydd Gnistskydd och förebyggande av skogsbränder

Historia
Gnistskydd har använts i USA sedan början av 1800-talet då man placerade skärmar på skorstenarna på Jupiters lokomotiv, som var ökända för att starta bränder. Den första lagstiftningen som krävde gnistskydd antogs 1905 och gällde motorer och ångpannor som drevs i, genom eller i närheten av skogs-, busk- eller gräsbevuxen mark.

Den insats som Förenta staternas jordbruksdepartement (USDA) Forest Service gjorde för att bekämpa utrustningsrelaterade bränder började på 1920-talet med externa förbränningsmotorer (ångdon) som användes vid skogsavverkning.

I början av 1950-talet började USDA Forest Service intressera sig för att minska antalet bränder som orsakades av förbränningsdrivna timmermaskiner. Detta arbete baserades på en rapport från 1934 av J.P. Fairbanks och Roy Bainer med titeln ”Spark Arresters for Motorized Equipment”, som publicerades av University of California i Berkeley. Forskningen visade att avgaspartiklar med en diameter på 0,023 tum eller större var ansvariga för majoriteten av antändningarna.
En gniststoppare är en mekanisk anordning som fångar upp eller förstör heta avgaspartiklar som utstöts från en förbränningsmotor. Eftersom gnistskydd förhindrade många bränder antogs senare lagar som krävde gnistskydd på vissa typer av motorer. Resultatet av USDA Forest Services insatser 1950 ledde till att ett program för testning och kvalificering av gniststoppare inrättades vid San Dimas Technology and Development Center (SDTDC) i San Dimas, Kalifornien.

I april 1968 publicerade Society of Automotive Engineers (SAE) i samarbete med USDA Forest Service och tillverkare av små motorer SAE Standard J335. Den fastställde en standard för små motorer (motorsågar, trimmer osv.) som inte bara förbjuder utsläpp av kolpartiklar som är större än 0,023 tum utan också reglerar avgasernas tillåtna temperaturer och avgassystemets yttemperatur. USDA Forest Service Specification 5100-1 definierar prestandaspecifikationer för avgassystem med gnistskydd som används på motorer för allmänna ändamål (generatorer, motorcyklar, jordbruksutrustning etc.).

För närvarande kräver ett stort antal delstater, kommuner, federalt förvaltade områden och alla USDA Forest Service-regioner att alla motorer med intern eller extern förbränning ska vara utrustade med ett gnistskydd som uppfyller de krav som fastställs i SAE-standarden J335 eller USDA Forest Service Specification 5100-1. Kraven förklaras i Code of Federal Regulations, 36 CFR 261.52, och i order som skrivits av USDA Forest Service linjeansvariga.

Kol och förbränningsmotorer
Alla förbränningsmotorer producerar avgaspartiklar som huvudsakligen består av kol med föroreningar. Dessa partiklar har sitt ursprung i avlagringar som bildats på motorens eller avgassystemets inre ytor. Avgaser och kolpartiklar kan utvisas från motorblocket vid temperaturer som överstiger 3 000 °F. Avgassystemets ytor kan nå temperaturer på 1 000 °F. Vilda bränslen kan dock antändas vid temperaturer på endast 400-500 °F. Med dessa siffror i åtanke är det uppenbart att bränder kan startas genom att vilda bränslen kommer i kontakt med heta avgaser eller genom kontakt med avgassystemets heta ytor.

Motorns kondition, eller hur väl den är inställd, kan påverka dess förmåga att starta en brand på grund av avgasernas temperatur och storleken och mängden kolpartiklar som den producerar. Typ och kvalitet av gas och olja samt blandningsförhållandet kan påverka avgaspartiklarnas storlek och sammansättning. Utformningen och placeringen av själva avgassystemet kan i hög grad påverka om en utrustning kommer att starta en skogsbrand. Temperatur, luftfuktighet och densitet bidrar alla till hur väl de vilda bränslena kommer att brinna.

Kategorier av gnistskydd
Gnistskydd kan delas in i två breda kategorier: MSE (multiposition small engine) och GP (general purpose). Flerpositions gniststoppare för små motorer är utformade för motorer som används i handhållen utrustning, t.ex. motorsågar, strängklippare, blåsmaskiner och röjsågar. De flesta MSE-gniststoppare använder en skärm för att fånga upp avgaspartiklarna.

GP-gnistskydd är konstruerade för användning på motorer i ett enda läge, t.ex. traktorer, motorcyklar eller lokomotiv. Det finns en mängd olika konstruktioner av gnistskydd för motorer för allmänna ändamål. De vanligaste typerna är fälla, skärm och skiva.

Hur gnistskydd fungerar
Gnistskydd fungerar enligt principen att de fångar eller pulveriserar kolpartiklar som har en diameter större än 0,023 tum. Även om de inte alltid är 100 procent effektiva, kommer en korrekt installerad och underhållen gnistskydd att avsevärt minska risken för brand. Den vanligaste typen av gnistskydd fångar upp kolpartiklar i avgassystemet. Den fungerar genom att sortera bort de större kolpartiklarna från avgaserna. Genom centrifugalkraften kastas de tyngre kolpartiklarna mot avskiljarens innerväggar och leds in i en fälla. De vanligaste sorteringstyperna använder en sil eller en skiva. I en konstruktion av skivtyp kan ytterligare skivor läggas till för att minska mottrycket och öka avgasflödet.

Turboladdare, kompressorer och ljuddämpare
Turboladdare använder avgaserna för att vrida en turbin som arbetar för att vrida en kompressor. Turboladdare utför funktionen gnistskydd när 100 procent av avgaserna passerar genom turbinen. Turbokompressorer med avfallsgrindar tillåter en del av avgasströmmen att gå förbi turbinhjulet och kan därför inte betraktas som gniststoppare. En korrekt underhållen turboladdad motor behöver ingen gnistspärr.

Superladdare använder inte avgaserna utan är direkt kopplade till motorn. Motorer som är utrustade med kompressorer kräver ett gnistskydd.

Ljuddämpare är konstruerade för att minska det buller som avges av motorn och anses inte vara effektiva gnistskydd. Katalysatorer anses inte heller vara effektiva gnistskydd. De kan nå temperaturer som är tillräckligt höga för att starta bränder genom kontakt med torr vegetation. Det finns flera MSE-gniststoppare som har ett katalytiskt element för att minska skadliga utsläpp. Dessa gnistskydd har testats enligt SAE J335 och är kvalificerade.

Installation och underhåll, vem är ansvarig?
Bra underhåll av gnistskydd är viktigt, eftersom dåligt underhåll vanligtvis leder till undermålig utrustningsprestanda och ökad brandrisk. Lagar och förordningar kräver inte att gnistskydd säljs redan installerade. Så länge som avledaren tillhandahålls som en del av försäljningen har kravet uppfyllts. Ägaren eller operatören är ansvarig för den lagliga driften av utrustning som kräver gnistskydd. Underlåtenhet att göra detta kan leda till straffrättsligt och/eller civilrättsligt ansvar.

Funkavledare eller ljuddämpare, hur man ser skillnaden?
Funkavledare måste innehålla ett sätt att avlägsna det fastlagda kolet. De flesta GP-avledare har en rengöringsplugg och MSE-avledare har ett sätt att rengöra skärmen. Gnistskydd måste också ha ett märkesnamn och ett modellnamn. När en anordning har identifierats som en gnistskyddsapparat avgörs det sedan om den är kvalificerad. Etiketter som ”USDA Forest Service Approved!” gör inte att gnistskyddet är kvalificerat. USDA Forest Service kräver endast att tillverkaren märker gnistskyddet med märke och modell. MSE:s gnistskydd är kvalificerade med kraftutrustningen. På grund av gnistskyddets ringa storlek är det svårt att märka enheterna med hela avgassystemets nummer och varumärket. Tillverkarna är endast skyldiga att ha etiketterna på själva aggregatet.

Guiden för gnistskydd
Guiden för gnistskydd är den enda auktoritativa branschkällan för information om kvalificerade gnistskydd för användning på förbränningsmotorer. Använd guiden när du identifierar kvalificerade gnistskydd. Om gnistskyddets nummer förekommer i guiden har SDTDC utvärderat gnistskyddet.

Guiden består av två volymer: General Purpose and Locomotive, Volume 1, och Multiposition Small Engine, Volume 2. En revidering av guiden publiceras varje år. Därför publiceras varje volym vartannat år. En online-guide, som uppdateras varje kvartal, finns tillgänglig på USDA Forest Services intranät på http://www.fsweb.sdtdc.wo.fs.fed.us. Det är en sökbar databas som gör det möjligt för användaren att göra kraftfulla sökningar.

Övrig information
Detta tekniska tips ger en bred introduktion till gnistskydd. Det finns fyra andra tekniska tips i den här serien. Om du vill ha mer information om gnistskydd eller om du vill få kopior av andra relaterade tekniska tips kan du kontakta:

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

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