Üzemanyag-tartályok vizsgálata

Áfra Zsombor (AUTÓKUT Rt.)

BEVEZETÉS

A járművek biztonságának, műszaki megbízhatóságának több olyan eleme is van, amelyről mindenki számára egyértelműen eszébe jut annak veszélyessége, de valójában nagyon ritkán hallunk, olvasunk róluk, háttérbe szorulnak a manapság "divatos" biztonsági felszerelések, tesztek mellett. Ilyen egység a üzemanyag-tartály is.

Annak ellenére, hogy a dízel motorokhoz használt gázolaj kevésbé tűz- és robbanásveszélyes, mint a benzin, és a valóságban elég ritka az a filmekben gyakran látható szituáció, hogy a járműütközéseknél a legkisebb koccanástól is azonnal felrobban a jármű, nem szabad elhanyagolni a tüzelőanyag-ellátó rendszer, és ezen belül a tartály ellenőrzését sem. És bár biztonságtechnikai szempontból butaság lenne különbséget tenni a járművek között, de egy utasokkal teli autóbuszon talán még fokozottabban ügyelni kell a megfelelő konstrukcióra.

TARTÁLYOK VIZSGÁLATA

Jellemzően két különböző rendszerű tartályt vizsgáltunk.
Az első típus két különálló, egymással azonos felépítésű tartályból tevődik össze. Az előírás nem rendelkezik arról, hogy többrészes tartályok esetén együtt vagy külön vizsgálandó a két tartálytest, de az ilyen rendszer esetén értelemszerűen a beépítés szerinti állapotot a két tartály összeszerelve jelenti. Az általunk elvégzett vizsgálatnál azonban mégis két külön tartályként kezeltük a rendszert, mivel a két tartály csak néhány csatlakozási pontban tér el egymástól. A vizsgálat alatt a tartályokat minden csatlakozási, szerelési pontnál a beépítés szerinti helyzetet modellezve építettük össze. A szellőző szelep a betöltő csonkot is magába foglaló főtartályon van elhelyezve. Ennél a tartálytípusnál egy rugóterhelésű tányérszelep végzi a nyomásmentesítést.

A másik típus egy önálló tartálytestből áll. A szellőző szelep kétféle biztonsági funkciót lát el. Egyrészt ez a szellőzőrendszer szelepe, másrészt ez az un. felborulás-szelep. Ez utóbbi funkciónak a korábban már említett esetleges járműborulásnál van fontos szerepe. Működésének lényege, hogy a jármű és ezáltal a tartály borulásakor elzárja a tartályt, így a tüzelőanyag nem tud kifolyni. A szelep úgy van kialakítva, hogy már kb. 40-45o-os dőlésnél elzár. Ez a beállítás megfelelőnek tekinthető, mivel általában ez az autóbuszok felborulási határa.

KÖVETELMÉNYEK

A tüzelőanyag-tartályok biztonságtechnikai megfelelőségét Előírásokban meghatározott vizsgálatokkal kell ellenőrizni. A vizsgálandó jellemzők alapvetően megegyeznek a különböző nemzetközi követelményrendszerekben, amelyek -a vizsgálat sorrendjében is- a következőek:
Az AUTÓKUT Rt. mind az európai (EGB), mind az amerikai (FMVSS, SAE, DOT) előírások szerint ellenőriz illetve vizsgál tartályokat. Az alábbiakban amerikai piacra készült autóbuszok tüzelőanyag-tartályainak DOT §393.67 számú Előírás (továbbiakban Előírás) szerinti vizsgálatát ismertetjük. Megállapítható, hogy bár a vizsgálatok a fent említett előírásokban ugyanazon paraméterek ellenőrzését célozzák, az amerikai követelmények szigorúbban rögzített határértékeket és részletesebben végzendő vizsgálati módszereket írnak elő.

Ehhez kapcsolódóan a vizsgálataink eredményéről előzetesen annyi állapítható meg, hogy egyes vizsgálatok az Előírásban meghatározott módszerektől eltérő, de azokkal teljesen egyenértékű módon is elvégezhetők. Az Előírásban meghatározottakon kívül az egyenértékű vizsgálatokat is elvégeztük előbbi megállapításunk igazolására. (Az Előírás az 1973. január 1. után gyártott folyékony tüzelőanyag tárolására alkalmas tartályokra vonatkozó követelményeket tartalmazza.)

Az Előírás nem csak a megkövetelt határértékeket, jellemzőket rögzíti, hanem a vizsgálati módszerekre ill. részben az ezekhez szükséges eszközökre is tartalmaz iránymutatást. A következőekben bemutatjuk az egyes vizsgálati követelményeket  és azok vizsgálatát.

 

A TARTÁLY KIALAKÍTÁSA (Előírás (a) és (c) pontjai)

A tüzelőanyag-tartályoknál sem elegendő, hogy egy-egy konstrukció teljesítse a működéssel és biztonságtechnikával kapcsolatos követelményeket. Az Előírás a tartályok kialakítására, szerelvényezésére is pontos meghatározásokat tartalmaz. Többek között leírja a tartályok éleinek megfelelően kialakított formáját és a hegesztések módját, a tartályra kerülő szerelvények rögzítési helyeinek megfelelő kialakítását, az alkalmazott csavarmenetek milyenségét, a tartály feltöltő szerelvényeinek kialakítását.

SZIVÁRGÁSVIZSGÁLAT (Előírás (d)(2) pontja)

A tartályok mind biztonságtechnikai, mind költségoldali szempontból lényeges jellemzője a megfelelő tömítettség. A vizsgálatok célja megállapítani a tartály lehetséges szivárgás szempontjából kritikus pontjainál a szivárgásmentességet, amelynek nem csak vízszintes vagy alaphelyzet esetén kell fennállnia, hanem a tartály (ill. a jármű) megdőlésekor, esetleges felborulásakor is. Ez utóbbinak azért is nagy a jelentőssége, mivel az autóbuszok többségében a tartály az utastér alatt található, és bár az ilyen járműveknél szinte kizárólagos jelleggel használt gázolaj kevésbé tűz- és robbanásveszélyes, mégsem engedhető meg az, hogy egy esetleges boruláskor az üzemanyag az utastérbe ömöljön.
Mindezek ellenére az Előírás minimális szivárgást megenged, de nyílván a gyártónak törekednie kell a teljes szivárgásmentességre.

Az Előírás szerinti vizsgálat a következő:
Az 50-80o (F (10-26,6oC) közötti hőmérsékletű üzemanyaggal teletöltött tartályt bármelyik irányba 15 +- 5o-ban elfordítva a normál helyzethez képest (vízszintes) a szerelvényeknél maximum 1 uncia/min (28 gramm/min) lehet az üzemanyag szivárgás.
A vizsgálati módszerhez megjegyzendő, hogy az Előírás rögzíti a teletöltött tartály fogalmát is. Eszerint a "teletöltés" azt jelenti, hogy a tartályt a normál tankolási folyamat során ne lehessen jobban feltölteni a térfogatának 95 % -nál. Ezt a megfelelő tartálykialakítással és szerelvénnyel biztosítani kell.
A vizsgálat célja, hogy az üzemszerű járműmozgások, dőlések folyamán a különböző szerelési, csatlakozási és illesztési pontokon tapasztalható-e szivárgás. Mivel a vizsgálatot az Előírás szerint csak 15o-os megdöntéssel kell végezni. Megjegyezzük, hogy ez a módszer nem alkalmas annak megállapítására, hogy az esetleges oldalra vagy felboruláskor a tartály lezáródik-e a kiömlés ellen.

Az első típusú tartály esetében azt a megoldást választottuk, hogy a tartáylt egy állványra drótkötelek segítségével felfüggesztettük. A megoldás alkalmazásával a tartályokat a valós rögzítési pontjainál fogtuk meg és minden irányban megdöntöttük. A tartály több pontján csőcsonkok vannak elhelyezve, amelyekre az üzemszerű összeépítésnek megfelelő gumicsöveket szereltünk, a szabad végüket bedugaszoltuk. A vizsgálat ezen gumicsövek esetén a tartályoldali megfogásra irányult.

A másik tartály esetén a felfüggesztés nem volt megoldható. Ennél a típusnál a rögzítési pontokon alátámasztottuk a tartályt, a döntést a tartály különböző pontjainak megemelésével végeztük.

A szögméréshez mindkét tartálytípus esetén libellás optikai szögmérőt használtunk. A szivárgásvizsgálatok alatt egyik tartálytesten sem tapasztaltunk szivárgást, azonban megjegyezzük, hogy a csatlakozók és a leeresztő csavar menetei kúpos kialakításúak, azok csak a megfelelő mértékű meghúzás után tömítenek megfelelően.

SZELLŐZŐRENDSZER (Előírás (c)(8) pontja)

A járművek tüzelőanyag-ellátó rendszerei jellemzően zárt kialakításúak. Ennek egyik alapvető indoka a jármű motorjának és segédberendezéseinek megóvása a szennyeződésektől, víztől. A dízel motorok a rendkívül precíz felületek, furatok, illesztések miatt különösen érzékenyek a szennyeződésekre. Gondot jelenthet viszont a tartály belsejében létrejövő nyomásnövekedés, amelyet főként az üzemanyag hőmérsékletnövekedése idézhet elő. Ennek elkerülésére a tartályokra szellőző rendszert kell szerelni, amely egy bizonyos, a típusra jellemző túlnyomás elérésekor kinyit, de a nyomás csökkenésekor természetesen újra zárja a rendszert.
Az Előírás szerinti vizsgálat a következő:
Az 50-80o (F (10-26,6oC)  közötti hőmérsékletű üzemanyaggal 3/4-ig töltött tartályt lánggal 6- 8o (F/min (3,35- 4,45oC) sebességgel melegítve a szellőző rendszernek maximum 50 psi (3,45 bar) belső nyomás elérésekor működésbe kell lépnie. A belső nyomás ezt követően további hőmérsékletváltozás esetén sem lépheti túl 5 psi-nél (0,35 bar) nagyobb értékkel a szellőző nyitónyomását.
A vizsgálatokat kétféle módon végeztük.
Az egyik módszer az Előírás szerinti, lánggal történő melegítéses eljárás. Az alábakolt tartályt gázégőfejek segítségével 22 kg-os ALU Pb gázpalackkal melegítjük. A hőmérsékletet  digitális hőmérővel, a nyomást a következő mérőlánccal mérjük: MOM 7937 nyomásadó, HOTTINGER KWS 506C mérőerősítő, számítógép, AUTÓKUT fejlesztésű adatrögzítő program. A mérési eredményeket számítógép segítségével dolgozzuk fel.

A másik módszernél megjegyezzük, hogy bár a valós körülményeket jobban modellezi a melegítéses módszer, az általunk kidolgozott módon teljesen egyenértékűen megállapítható a szellőző rendszer megfelelő működése. A folyamat lényege, hogy a feltöltött tartályba kompresszor segítségével kezdtük növelni a nyomást, mértük és rögzítettük azt az értéket, aminél a szellőző rendszer szelepe kinyitott.

A két típusú tartály eltérő eredményt mutatott.
Az első típus szelepe úgy van beállítva, hogy p11 = 0,21 bar - 3,05 psi túlnyomás esetén nyitja a tartályt.
A második típusnál a nyitónyomás értéke jóval alacsonyabb (p12 = 0,025 bar - 0,363 psi), gyakorlatilag a tartályban ébredő minimális túlnyomás elérésekor nyit a szelep. Erre azért lehet szükség, mert a tartály jóval kisebb kapacitású, ezért az üzemanyag hamarabb felmelegedhet.

A vizsgálatok elvégzése után megállapítható, hogy a szellőző rendszer mindkét tartálytípus esetén megfelelően működött.

NYOMÁSPRÓBA (Előírás (c)(9) pontja)

A tartályok tervezésekor általában alapvető szempont a nyomásterhelés. Az üzemanyag-tartály túlnyomás elleni védelméről az előbbi fejezetben előírt rendszerek gondoskodnak, de az Előírás megköveteli, hogy a tartály minden pontjának (beleértve a szerelvények csatlakozási pontjait is) károsodás nélkül ellen kell tudni állni a szellőző rendszer nyitónyomásánál esetlegesen fellépő túlnyomásnak is.
Az Előírás szerinti vizsgálat a következő:
A 25 gallonnál (94,6 liter) nagyobb befogadóképességű tartályoknak ellen kell állniuk a belső hidrosztatikus nyomásnak, amely megfelel a biztonsági szellőzőrendszer vizsgálatánál mért maximális nyomásérték 150 % -nak.
Ennél a vizsgálatnál a szellőzőszelep ellenőrzésénél mért nyitónyomásból adódik a vizsgálati érték. A tartályokat teljesen lezártuk, az egyik csatlakozási ponton kompresszor által termelt sűrített levegőt vezettünk a tartályba, amelyet az Előírásban meghatározott mértékig növeltünk, majd a nyomást ezen az értéken tartva vizsgáltuk a tartálytestet.
A terhelés hatására a tartályokon semmilyen károsodás nem jött létre, szivárgást egyik csatlakozási, illesztési pontnál sem észleltünk.

ÖSSZEGZÉS

Az AUTÓKUT Rt-ben elvégzett vizsgálatok alapján az üzemanyag-tartályok felhasználói járműveikbe olyan tartályokat építhetnek, amelyek a különböző előírásokban foglalt követelményeket biztonsággal teljesítik.