ANALIZA MOŻLIWOŚCI ZAPALENIA SIĘ SAMOCHODÓW W WYNIKU ZDERZEŃ.
Zapalanie się samochodów w wyniku wypadków drogowych jest bardzo niebezpiecznym zjawiskiem, chociaż występuje stosunkowo rzadko. Najczęściej zapalanie się następuje na skutek takich wypadków drogowych, jak:
*zderzenie czołowe
*najechanie na różnego rodzaju słupy
*a także upadki samochodów z wysokości co najmniej kilku metrów.
Te katastrofy powodują prawie całkowite zniszczenie samochodów. Wyniki badań wykazują, że ilość zapaleń jest wprost proporcjonalna do stopnia ciężkości wypadków, a stosunek między liczbą zapaleń a liczbą zderzeń nie zmienia się od zmiany ustawienia silnika ( z przodu lub z tyłu).
OBCIĄŻENIE OGNIOWE SAMOCHODU OSOBOWEGO.
Zgodnie z szacunkami międzynarodowych organizacji technicznych do wyprodukowania średniej wielkości samochodu osobowego zużywa się przeciętnie:
1.około 100kg tworzyw sztucznych,
2.około 60kg wyrobów gumowych,
3.około 10kg farb i lakierów,
4.około 7kg wykładzin i mat głuszących,
5.około 90m kabli elektrycznych.
Przyjmując dodatkowo, że pojazd zawierać będzie około 40dm3 paliwa silnikowego oraz 6 dm3 olejów, a także fakt, że każdorazowe zabezpieczenie antykorozyjne to wprowadzenie do konstrukcji samochodu około 5kg palnych mas bitumicznych można pokusić się o próbę obliczenia sumarycznej masy materiałów palnych oraz średniego obciążenia ogniowego takiego pojazdu. Masa materiałów palnych to około 320kg, zaś obciążenie ogniowe wynosi około
400-450kg. Jeśli wielkość tę przeliczyć na powierzchnię pojazdu, wynoszącą około 7m2 otrzymamy wielkość obciążenia ogniowego 57-64kg/m2. Tak przeprowadzona ocena potencjalnego zagrożenia pożarowego pojazdów samochodowych jest rzecz jasna obarczona znacznym błędem wynikającym z uśrednienia, ale daje ona możliwość przeprowadzenia przybliżonej oceny. Wymienione wyżej materiały mogą w szczególnych okolicznościach ulegać spalaniu.
WARUNKI ZAISTNIENIA PROCESU SPALANIA.
Warunkiem zaistnienia procesu spalania jest jego inicjacja, polegająca na stworzeniu specyficznych warunków wzajemnego oddziaływania substancji palnych i utleniacza w obecności bodźca termicznego o odpowiedniej energii. Biorąc pod uwagę fakt, że większość materiałów syntetycznych wykorzystywanych w produkcji samochodów są to materiały o wysokich temperaturach zapalenia, za podstawowy mechanizm inicjujący spalanie w przypadku zderzeń pojazdów uznać należy zapalenie lub zapłon paliwa. Pierwotną przyczynę tego zjawiska stanowi rozszerzenie układu paliwowego i tworzenie paliwowo-powietrznej mieszanki palnej w wyniku:
1.uszkodzenia mechanicznego zbiornika paliwa,
2.uszkodzenia mechanicznego przewodów paliwowych,
3.uszkodzenia układu zasilania paliwem (pompa paliwa, gaźnika lub układ wtryskowy),
4.parowanie paliwa.
Warunkiem koniecznym dla zaistnienia spalania jest dostarczenie odpowiedniego bodźca termicznego. Bodziec ten może powstać jako rezultat efektów cieplnych samego zderzenia lub jego wtórnych skutków. W pierwszej grupie przyczyn największe zagrożenia stwarza:
1.Energia iskier mechanicznych wywołanych tarciem,
2.Energia cieplna rozgrzanych na skutek tarcia metalowych części pojazdów.
W drugiej grupie przyczyn jako podstawowe można wymienić:
1.Zwarcia instalacji elektrycznej pojazdu,
2.Iskry pracującej instalacji zapłonowej (silniki benzynowe),
3.Iskry wywołane przez uszkodzone w trakcie wypadku instalacje elektryczne naziemne,
4.Kontakt paliwa z rozgrzanym kolektorem wylotowym silnika (temperatura ok. 1000°C,
5.Kontakt paliwa z rozgrzanym katalizatorem (temp. ok.1000°C).
Wiadomo, że mieszanka paliwowo-powietrzna zapala się jedynie wówczas, gdy zawartość w niej paliwa wynosi 1,4...6%. W zbiorniku paliwa stężenie par benzyny wynosi od 10 (przy 17°C) do 50% (przy 40°C), dzięki czemu niemożliwe jest zapalenie paliwa w zbiorniku. Pary te mogą się gromadzić w zakrytych i nieprzewietrzalnych przestrzeniach, takich jak bagażnik, podczas gdy przedział silnikowy jest otwarty z dołu i z góry i intensywnie przewietrzany. W bagażniku, zawierającym zbiornik paliwa lub otwór wylewu paliwa, pary benzyny mogą powstać w zasadzie tylko na skutek nieprawidłowego tankowania paliwa (nieszczelne zakręcenie korka wlewowego, przypadkowe rozlanie benzyny w bagażniku).
Jednak następnie, nawet w razie krytycznego stężenia wywołanego przez rozlanie paliwa podczas tankowania, bezpiecznej wartości. Stąd wynika wniosek, że występowanie krytycznego stężenia mieszanki paliwowo-powietrznej w bagażniku może zdarzać się tylko w wyjątkowych przypadkach.
ZBIORNIKI PALIWA I GAZU JAKO PODSTAWOWE ŹRÓDŁA ZAGROŻENIA WYBUCHEM PODCZAS WYPADKU.
Teoretycznie wyciekanie paliwa może nastąpić na skutek uszkodzenia układu zasilania. Liczne badania zdarzeń samochodów wykazały jednak, że przewody paliwowe (nawet gdy umieszczane były w najbardziej zagrożonych miejscach) nie ulegały uszkodzeniom. Można więc stwierdzić, że przewody paliwowe nie są stałym źródłem zapalania. Źródłem zapalania natomiast może być zbiornik paliwa. Stąd wynika nakaz zwracania szczególnej uwagi przy projektowaniu na miejsce umieszczenia zbiornika paliwa. Dotychczas nie wypracowano kryteriów określających optymalne miejsce umieszczenia zbiornika paliwa w samochodzie.
W celu określenia miejsca umieszczenia zbiornika paliwa należy kierować się następującymi podstawowymi wskazówkami:
-zbiornik paliwa należy umieszczać z dala od silnika (jeżeli silnik znajduje się z przodu, to zbiornik powinien być umieszczony z tyłu, i na odwrót); umieszczenie zbiornika paliwa w tylnej części samochodu jest bardziej wskazane, gdyż najbardziej ciężkie wypadki drogowe są wynikiem zderzeń czołowych, najechania natomiast następują na ogół przy średnich prędkościach
-w niektórych przypadkach konstruktorzy, chcąc stworzyć bardziej komfortowe warunki i zabezpieczyć kabinę przed dostawaniem się do niej paliwa, umieszczają zbiornik paliwa na zewnętrznej stronie nadwozia, jednak przy takim rozwiązaniu występuje większe prawdopodobieństwo narażenia zbiornika na uszkodzenie nie tylko podczas wypadku drogowego, lecz także na skutek oddziaływania nierówności nawierzchni drogowej.
Za najbardziej bezpieczne można uważać zamontowanie zbiornika po wewnętrznej stronie wytrzymałej przegrody.
Badania wskazują, że paliwo może wylewać się również z otworu wlewu paliwa niezbyt szczelnie zamkniętego korkiem. Podczas badań zderzeń samochodów z różnymi przeprowadzono szczegółową analizę tego zjawiska. Wyniki były następujące: jeżeli odkształcenie zbiornika jest nieznaczne, to korek podnosi się o kilka milimetrów, co powoduje powstawanie szczeliny pierścieniowej, przez którą może rozlewać się paliwo; jeżeli zaś zbiornik paliwa odkształca się w znacznym stopniu, to korek odpada, a otwór wlewu zostaje uszkodzony. Gdy skoncentrowana siła dynamiczna działa bezpośrednio na zbiornik, to ulega on znacznemu uszkodzeniu, a strumień paliwa tryska z otworu wlewu na wysokość około 4 metrów.
Opisane zjawiska świadczą o tym, że w razie wystąpienia podobnych uszkodzeń może wytworzyć się mieszanka palna. Gdy korek szczelnie zakrywa otwór wlewu, paliwo nie ma możliwości wylewania się. Stwierdzono, że uszkodzenia zbiornika paliwa mogą wywołać tylko znaczne siły. Wyniki specjalnych badań samego zbiornika paliwa wykazały, że może on doznać znacznych uszkodzeń bez występowania pęknięć (którym towarzyszy wysiekanie paliwa), nawet gdy jest on napełniony płynem.
Na podstawie wyników badań odporności samochodów na uderzenia o metalową przeszkodę (zbiornik paliwa znajdował się w przedniej części samochodu), przeprowadzonych przy różnych prędkościach, sformułowano następujące wnioski:
-uderzenia z dużą prędkością nie powodują pęknięć ścianek zbiornika i pozostaje on na swoim miejscu;
-uderzenia ze średnią prędkością wywołują nieznaczne odkształcenia ścianek zbiornika bez powstawania pęknięć; zbiornik paliwa pracuje jako element przenoszący siły na nadwozie i odkształcający nadwozie; w razie dalszego zwiększania prędkości zderzenia odkształcenie zbiornika paliwa powiększa się, powstają nieznaczne pęknięcia w tych miejscach, w których zbiornik styka się z wystającymi częściami (śrubami mocującymi nadwozia, elementami nadwozia lub ramy itp.), w tym przypadku następuje już rozlewanie paliwa;
-w rezultacie uderzenia z bardzo dużą prędkością zbiornik paliwa zostaje całkowicie zniszczony, a paliwo szybko rozlewa się na kilka metrów wokół samochodu.
Badania wykazały, że zbiornik paliwa wykazuje wystarczającą mechaniczną odporność na działanie sił dynamicznych, lecz gdy zdarzenie następuje z dużą prędkością, to wówczas paliwo wylewa się przez otwór wlewu, a w wyjątkowych przypadkach również z powstałych pęknięć zbiornika.
Przeprowadzono także kilka doświadczeń w celu zbadania możliwości zapalania się paliwa podczas wypadku. Na przykład, jeżeli na rozlaną na ziemi benzynę upadnie zapalony papieros, to benzyna nie zawsze zapali się, podobnie jak to ma miejsce przy kapnięciu benzyny na rozżarzoną metalową płytkę.
Zapalenie się samochodu podczas wypadku drogowego jest możliwe tylko w razie wystąpienia następujących zjawisk:
-wytworzenia się paliwowo-powietrznej mieszanki palnej (której skład mieści się w granicach zapalności) na skutek rozlania się paliwa ze zbiornika;
-zapalenie mieszanki palnej od iskry elektrycznej bądź innych źródeł ognia.
Iskra, o której mowa, może powstać w rezultacie różnych przyczyn: uderzenia lub tarcia części metalowych lub na skutek uszkodzenia instalacji elektrycznej samochodu.
Zbiornik paliwa należy umieszczać w miejscach najmniej narażonych na zniszczenie przy dowolnym wypadku drogowym. Zbiornik powinien mieć kształt zapewniający przeciwdziałanie różnym odkształceniom wywołującym pęknięcia. Należy usuwać wszelkie wystające części nadwozia, aby nie stały się one przyczyną uszkodzenia zbiornika paliwa. Korek otworu wlewu powinien być dopasowany, aby zapobiegać rozlewaniu się paliwa nawet przy znacznych odkształceń ścianek zbiornika paliwa.
W ostatnim dziesięcioleciu problem zagrożeń pożarowych związanych ze zderzeniami pojazdów samochodowych uległ rozszerzeniu o grupę zagadnień związanych z zasilaniem silników samochodowych paliwem gazowym. Po naszych drogach poruszają się pojazdy wyposażone w podwójny układ zasilania (zasilanie paliwem ciekłym oraz gazem). W czasie pożaru samochodu zapaleniu ulega powłoka lakiernicza, wszystkie elementy wykonane z tworzywa sztucznego, w tym również korek wlewu paliwa lub jego uszczelnienie oraz elastyczne połączenie wlewu paliwa ze zbiornikiem. Spalenia elementów związanych ze zbiornikiem jest bardzo istotne, ponieważ w tym momencie następuje bezpośredni kontakt płomieni z oparami paliwa zgromadzonymi wewnątrz zbiornika. Jeżeli wypełnienie zbiornika z paliwem będzie nie wielkie (większa przestrzeń wypełniona oparami) wówczas gwałtowny wzrost ciśnienia spowodowany spaleniem może doprowadzić do rozerwania zbiornika i wybuchu. Wybuch lub rozszerzenie zbiornika z paliwem jest momentem gwałtownego rozwoju pożaru i można go uznać jako początek bezpośredniego oddziaływania płomieni na zbiornik z gazem. W zderzeniach czołowych najczęściej mamy do czynienia z rozległymi zniszczeniami elementów umieszczonych w komorze silnikowej (również urządzeń wchodzących w skład instalacji gazowej). Jeśli zostanie zerwany główny przewód doprowadzający gaz do reduktora odparowywacza wówczas zadziała zawór odcinający wypływ gazu w wielozaworze. Jeśli uszkodzenie będzie wiązało się z wyciekiem o niewielkim natężeniu wówczas zawór odcinający nie zamknie wypływu gazu ze zbiornika -w okolicy komory silnika będzie tworzyła się mieszanina wybuchowa.
W wyniku zderzenia może dojść do zgniecenia zbiornika zmniejszającego jego pojemność bez rozszczelnia i wycieku gazu. Ponadto każde odkształcenie płaszcza zbiornika zmniejsza jego wytrzymałość i w momencie przyrostu ciśnienia może dojść do rozszczelniania płaszcza w miejscach osłabionych uderzeniem już przy niższych wartościach ciśnień. Prawidłowo wykonana instalacja gazowa w czasie eksploatacji nie stwarza większych zagrożeń niż benzyna. Jak wskazują obserwacje prowadzone przez Urząd Dozoru Technicznego wielu pojazdów wyposażonych jest w instalacje gazową nie posiadającą homologacji lub też są to instalacje montowane przez nieuprawnionych instalatorów.
ELEMENTY CZYNNEGO BEZPIECZEŃSTWA POŻAROWEGO POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH.
Podstawowymi elementami czynnego bezpieczeństwa pożarowego pojazdów samochodowych są:
1.Układy zaworów bezwładnościowych uniemożliwiające wypływ paliwa z układu zasilania w przypadku zderzenia lub wywrócenia się samochodu,
2.Urządzenia elektroniczne powodujące blokadę układu zapłonowego,
3.Urządzenia elektroniczne blokujące układ zasilania paliwem i układ wtryskowy,
4.Zmiany w usytuowaniu zbiornika paliwa oraz jego skuteczne zabezpieczenie przed uszkodzeniami.
Aby zapobiec możliwości zapalenia się samochodu, należy: stosować do jego budowy części i zespoły wykonane z materiałów ogniotrwałych, zbiornik paliwa umieszczać we właściwym miejscu, doskonalić konstrukcję poszczególnych zespołów układu zasilania oraz konstrukcję zespołów zapewniających możliwość awaryjnego opuszczania samochodu w razie pożaru. Zbiorniki paliwa, otwory wlewowe i przewody paliwowe samochodów osobowych i ciężarowych powinny być tak skonstruowane, aby w razie zderzenia zapewniały bezpieczeństwo przeciw pożarowe. Badania tego bezpieczeństwa należy przeprowadzać metodą uderzenia samochodu o przeszkodę z prędkością nie mniejszą niż 50km/h. Po takiej próbie zespoły układu zasilania nie powinny wykazywać przecieków większych niż 30g paliwa na minutę.
7