KOMORA KLIMATYCZNA
/images/headers/04.jpg

W związku z dużym zainteresowaniem przemysłu na prace badawczo-rozwojowe i doskonalenie konstrukcji współcześnie wytwarzanych maszyn oraz obiektów inżynieryjnych, w zakresie dostosowania do eksploatacji w ekstremalnych warunkach klimatycznych i środowiskowych, w tym do temperatury -55°C lub +70°C, podwyższonej wilgotności do 98%RH, w latach 2011-2013, z inicjatywy prof. dr. hab. inż. Stanisława Michałowskiego rozpoczęto przygotowywanie projektu budowy nowej komory termoklimatycznej w campusie Czyżyny. Nadzór na przebiegiem prac projektowo-wykonawczych oraz budową nowej komory powierzony został dr inż. Wiesławowi Cichockiemu. Prace budowlane nowego obiektu komory rozpoczęto w grudniu 2014, a termin oddania do eksploatacji przewidziano na grudzień 2015/marzec 2016. Budowa nowego obiektu komory dla laboratorium badań technoklimatycznych LBT zlecona została firmie NIWRE Kielce.

Wsparcie finansowe na budowę pozyskano w ramach otrzymanej dotacji celowej z MNSWiT oraz dofinansowania od JM Rektora PK prof. dr hab. inż. Kazimierza Furtaka i Dziekana WM prof. dr hab. inż. Leszka Wojnara.

Zaprojektowany zakres parametrów w nowym obiekcie komory, będzie umożliwiał wykonywanie badań funkcjonalnych i ruchowych obiektów wielkoskalowych o masie do 65t, w temperaturze od -50°C do +70°C, w podwyższonej regulowanej wilgotności do 98%RH. Przestrzeń testowa zapewni wprowadzenie obiektów o wymiarach: długość/szerokość/wysokość 19,5[m]/7,5[m]/7,0[m].

wizualizacjaWizualizacja budowanej komory w campusie Czyżyny (A.Wojarski)

Kadra specjalistów naukowych Laboratorium Badań Technoklimatycznych i Maszyn Roboczych Politechniki Krakowskiej planuje podjęcie kompleksowych i interdyscyplinarnych prac badawczo-rozwojowych przy współudziale innych ośrodków, głównie ukierunkowanych na kontynuację dotychczasowego zakresu, a w tym między innymi:

  • badania konstrukcji obiektów wielkogabarytowych w zmiennych warunkach zewnętrznych;
  • badania efektów higrotermicznych, szoku termicznego i innych narażeń środowiskowych;
  • badania nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych, zespołów napędowych i sterujących dla systemów bezpieczeństwa, w tym wieloźródłowych (hybrydowych) układów mechaniczno-elektryczno-hydraulicznych;
  • badania struktury i właściwości polimerów mineralnych, analiza rozwoju zniszczenia nano- i mikrokompozytów, dobór surowców do wytwarzania polimerów mineralnych o określonych właściwościach, w tym opracowanie standardów technicznych i technologicznych oraz projektów norm dla nowych materiałów przeznaczonych do pracy w warunkach narażeń higrotermicznych, w tym tworzyw i wyrobów wykonanych z polimerów mineralnych;
  • badania technoklimatyczne platform bezzałogowych oraz załogowych wykorzystywanych w sytuacjach kryzysowych.

budowa1
Stan budowy komory – 04.09.2015 (fot. W.Cichocki)

Podstawowym zakresem działania nowego laboratorium „LBT-Czyżyny” jest przeprowadzanie badań ruchowych wielkogabarytowych obiektów samojezdnych na podwoziach kołowych i gąsienicowych, a także pojazdów szynowych, przy czym torowiska dla pojazdów szynowych mogą być opcjonalnie montowane w przypadku prowadzenia badań tego typu obiektów. Maksymalna masa obiektów, które mogą być poddane badaniom to ok. 65t.

Działalność Laboratorium Badań Technoklimatycznych rozszerzona jest o funkcje szkoleniowo-dydaktyczne dla studentów Politechniki Krakowskiej oraz współpracujących uczelni technicznych, zwłaszcza zrzeszonych w InnoTechKrak.

widok

Widok „LBT-Czyżyny” od strony placu manewrowego (fot. W. Cichocki)

Laboratorium składa się z części kameralnej i socjalnej (szatnia, magazyn, warsztat, laboratorium, pomieszczenie biurowe, pomieszczenie socjalne) oraz z części, w której będą odbywać się badania maszyn (komora testowa). Przestrzeń technologiczna komory (przestrzeń testowa) jest dzielona wrotami obrotowymi na dwie strefy, główną część o długości czynnej 19,5[m] i część tzw śluzy wjazdowej o głębokości 4,5[m], przy czym istnieje możliwość prowadzenia badań z wykorzystaniem przestrzeni o długości łącznej ok. 24,5[m] (rys. 2). Komora jest wykonana z panelowych płyt termoizolacyjnych wspartych na konstrukcji stalowej. Podłoże robocze przestrzeni roboczej komory wykonane z betonu zbrojonego, w którym wprowadzone są specjalne systemy grzałek elektrycznych i który jest izolowany dodatkowo płytami termoizolacyjnymi ze styroduru. Nośność wylewki w podłodze komory testowej gwarantuje przeniesienie zwiększonych nacisków punktowych do 10t, poprzez standardowe płyty podporowe 0,5[m]x 0,5[m].

W instalacji chłodniczej zastosowano jeden zestaw agregatów z 6-cioma sprężarkami dwustopniowymi typu ZSx6 COOLoraz trzy zestawy chłodnicze: agregat DWM COPELAND model D6DT3 300X-AWM/D agregat FRASCOLD model Z40-154Y oraz agregat MARIO DORIN model K-4700CS-01. Wszystkie agregaty pracują na czynniku chłodniczym ekologicznym R507.

Dobrany system agregatów ziębniczych przy zastosowanej termoizolacji wszystkich ścian w przestrzeni testowej komory zapewnia uzyskanie w czasie około 12 godzin obniżenie temperatury w jej przestrzeni roboczej do -45°C przy średniej temperaturze zewnętrznej otoczenia komory ok. +25°C, oraz do -55°C przy średniej temperaturze zewnętrznej otoczenia komory ok. +18°C, pod warunkiem nie doprowadzania dodatkowej energii cieplnej od poddanych badaniom obiektów.

agregaty
Zespół agregatów ziębniczych

Ponadto zapewniona jest możliwość uzyskania temperatury podwyższonej przy pracujących wszystkich systemach nagrzewnic do +65°C i podwyższonej wilgotności, co najmniej do 65%RH, przy temperaturze zewnętrznej otoczenia komory -20°C, uzyskiwanie temperatury podwyższonej do +65°C i podwyższonej wilgotności, co najmniej do 98%RH, przy temperaturze zewnętrznej otoczenia komory ok. 0°C, a także skuteczne podgrzanie komory wraz z badanym obiektem do temperatury +70°C w czasie nie dłuższym niż 24 godz licząc od średniej temperatury początkowej +10°C z równocześnie funkcjonującym systemem nawilżania i intensywnego „deszczowania” w warunkach podwyższonych temperatur. Komora zapewnia powierzchniowy odpływ wody, która jest gromadzona w czasie testów intensywnego deszczowania (badania na strugoszczelność), a następnie liniowego odprowadzenia wody.

W przypadku, gdy będą realizowane próby badawcze w tzw. trybie ciągłego przejścia z maksymalnie skrajnej ujemnej temperatury do maksymalnie podwyższonej temperatury mierzonej jako wartość średnia w przestrzeni testowej, to wówczas maksymalny czas na skuteczne przejście ze skrajnej temperatury zarówno dodatniej od +65°C w minusowe do -55°C, jak odwrotnie, zawiera się w przedziale czasu do 48 godzin, pod warunkiem nie zaburzania pola temperatur innymi źródłami ciepła.

sterowanie

System sterowania

Komora jest przystosowana do testowania maszyn roboczych i wielkogabarytowych obiektów inżynieryjnych z zainstalowanymi silnikami wysokoprężnymi o ZS o mocach do 760[kW]. Wobec powyższego, przewidziane jest zapewnienie dostawy odpowiednio wyziębionego lub podgrzanego powietrza o wydajności do 20m3/min na okres rozruchu i wstępnej pracy silników, nawet kilkunastominutowej ze specjalnego zbiornika sprężonego powietrza. Komora jest przygotowana do ewentualnego zainstalowania urządzeń gwarantujących dostarczanie sprężonego powietrza o wydajności do 35m3/min na potrzeby testowania specjalnych maszyn lub urządzeń stosowanych w lotnictwie z silnikami wysokoobrotowymi. Niemniej zakłada się, że w takich warunkach realizacji badań, parametry dostarczonego powietrza ustabilizowanego do poziomu wymaganej temperatury, będą możliwe do uzyskania wyłącznie w okresie rozruchu wynoszącym do 2 minut. Nie zakłada się w takich przypadkach ciągłej i dłuższej niż 5 minut pracy tego typu silników wewnątrz przestrzeni testowej komory, bez dostarczania powietrza z zewnątrz komory. Spaliny z pracujących silników są odprowadzane odpowiednimi przelotami na zewnątrz komory testowej za pośrednictwem specjalnych systemów rur wydechowo-odciągowych stanowiących zewnętrzny system wspomagający usuwanie spalin.

W obecnym wyposażeniu technologicznym komory zapewniony jest system podgrzewania jej przestrzeni testowej oraz badanych obiektów za pośrednictwem nagrzewnic elektrycznych. W przyszłości zainstalowany będzie układ grzewczy powietrza wykorzystujący energię cieplną pozyskiwaną w procesie spalania oleju opałowego w piecu zewnętrznym.

System nawilżania powietrza wykorzystuje efekt rozpylania wody w postaci mgły (ultradźwiękowe systemy). W przestrzeni testowej zabudowany jest system transportowo-dźwigowy składający się z 8 sztuk dźwigarów przesuwnych z wciągnikami ręcznymi o udźwigu każdy 0,5[t].

chlodnice
Chłodnice „Stefani”

widok

Widok przestrzeni testowej

Laboratorium wyposażone jest w specjalistyczna aparaturę pomiarową, która dostosowana jest do pracy w warunkach narażeń higrotermicznych. Nowy obiekt komory, został tak zaprojektowany, aby spełnić docelowo wszystkie wymagania norm: PN-EN ISO/IEC 17025 (przygotowywana jest procedura akredytacji w CLDT UDT, w TDT, PCA oraz uzyskanie uznania przez Inspektorat Uzbrojenia MON).

  1. stanowiska z mini-komorą wibro- termo- barycznej o przestrzeni testowej ok. 200[dm3], 
    z zakresem osiąganych temperatur od minus 100°C do plus 180°C, szybkością zmian temperatury wewnątrz do 10[K/min.],
  2. radiatorów promieni UV do wielkogabarytowej komory, o gęstości strumienia cieplnego 1125[W/m2] i widmie promieniowania ultrafioletowego o wartości od 280[μm] do 400[μm] 
    o gęstości równej 68[W/m2].

Badania klimatyczne w LBT prowadzone są przy użyciu specjalnych torów pomiarowych przystosowanych do pracy w warunkach narażeń klimatycznych do -40°C oraz podwyższonych do +75°C i wilgotności do 98%RH. Zestawienie możliwych do monitorowania wielkosci mierzonych przedstawiono poniżej w zestawieniu tabelarycznym.

1. Temperatura

Czujniki platynowe PT-100/3 oraz trójprzewodowe kompensacyjne linie pomiarowe
  • Zakres pomiarowy zastosowanych przetworników pomiaru temperatury PT100 od -50°C do +180°C.
  • Kalibracja punktów pomiaru temperatury wykonana została indywidualnie dla każdej z wykorzystanej linii pomiarowej na stanowisku kontrolnym w okresie bezpośrednio poprzedzającym realizację badań.
  • Procedura wzorcowania czujników pomiaru temperatury PT100 i kontroli dokładności ich wskazań została opisana w załączeniu do niniejszego raportu (zał. 1).

Mierniki do bezdotykowego
pomiaru temperatury za pomocą techniki podczerwieni FLUKE 561
  • Zakres temperatury od -40°C do +550°C, rozdzielczość: ±0,1°C;
  • Dokładność pomiaru temperatury ±1,0% odczytu lub ±1°C którakolwiek jest większa;
  • Rozdzielczość optyczna D S 12:1;
  • Czas reakcji (temperatura) 500 ms (95% odczytu);
  • Powtarzalność ±0,5% odczytu lub ±1°C którakolwiek jest większa (zał. 2).

Stacja meteorologiczna
Vantage Vue
  • Zapewnia pracę w temperaturze od -40°C do +65°C;
  • Dokładność pomiarowa ±0,5°C w temperaturach powyżej -7°C;
  • Dokładnością pomiarowa ±1,0°C w temperaturach poniżej -7°C (zał. 5).

Anemometr MPA-10
  • Zakres pomiaru 0 do +60°C;
  • Dokładność pomiaru 0,3°C (zał. 3).

Przetworniki EE22-PFT3A 16HC01T22
  • Zakres od -40°C do +80°C;
  • Dokładność ± 0,2°C (zał. 6).

Termoelementy foliowe NiCr-NiAl (K), typu T686-2 prod. AMR Ahlborn
  • Wyróżniające się bardzo małą inercją cieplną;
  • Dokładność pomiaru 0,1°C;
  • Zakres pomiarowy -200°C do +320°C.
2. Wilgotność

Wilgotnościomierze FG80H
  • Zakres pomiarowy wilgotność względna 0–100%;
  • Dokładność wskazań ± 2,5%;
  • Zakres temperatury od -40°C do +60°C,
  • Dopuszczalna szybkość fluktuacji powietrza; 
  • W strefie sondy pomiarowej wilgotnościomierza do 15 m/s (zał. 4).

Termohigrometr AZ 8703
  • Zakres pomiarowy wilgotności względnej od 5%RH do 100% RH w temperaturach od minus 10°C do +50°C.

Przetworniki EE22-PFT3A 16HC01T22.
  • Zakres od 0 do 100% RH;
  • Dokładność ± 2,0% (zał. 6)

Stacja meteorologiczna
Vantage Vue
  • Dokładność pomiarowa ±3,0% RH w zakresie od 0 do 90% RH;
  • Dokładność pomiarowa ±4,0% RH w zakresie od 90 do 100% RH (zał. 5).
3. Intensywność deszczowania
 
Stacja meteorologiczna
Vantage Vue
  • Opady deszczu od 0 do 6553mm;
  • Dokładność 4%;
  • Rozdzielczość 0,2mm (zał. 5).
4. Prędkość ruchu powietrza

Stacja meteorologiczna
Vantage Vue
  • Zakres pomiarowy od 1 do 67 m/s;
  • Dokładność ±1,0 m/s lub ±5,0% (zał. 5).

Panemometr MPA-10
z wielokierunkowym
czujnikiem sferycznym
  • Zakres pomiaru prędkości 0,05 do 10m/s;
  • Dokładność 3% wsk. +/-0,05m/s;
  • Czas odpowiedzi (90%) 0,3s;
  • Zakres automatycznej kompensacji temperatury 0 do +60°C;
  • Dokładność automatycznej kompensacji temperatury lepsza od +/-0,2%/K.
5. Zmiany ciśnienia

Stacja meteorologiczna
Vantage Vue
  • Ciśnienie od 540 do 11090 hPa;
  • Dokładność pomiarowa ±1,0hPa/mb (zał. 4).

Anemometr MPA-10
  • Zakres pomiaru ciśnienia bezwzględnego 500-1500hPa;
  • Błąd pomiaru ciśnienia 3hPa;
  • Częstotliwość próbkowania 2Hz;
  • Czas uśredniania wyników od 1s do 30min (zał. 3).
6. Gęstość strumienia ciepła

Czujniki AMR111- Ahlborn
  • Typ 111 prod. AMR Ahlborn bazujące na systemie połączonych wzajemnie multitermometrów NiCr-NiAl (tzw. stosów termoelementów);
  • Materiałem, w który wtopiony jest powstały system multitermomentrów jest teflon;
  • Czujniki posiadają próg czułości pomiarowej na poziomie strumienia ciepła 1W/m2;
  • Błąd względny pomiaru nie przekracza 5%.
7. Rejestracja i akwizycja danych

Przyrząd "THERM-5500-3 prod. AHLBORN
MESS- und Regelungs Technik
sterowany komputerem IBM PC
z aplikacja programową
AMR THERM Data Control Messdaten V4.03
  • Możliwość pomiaru i rejestracji do 100 punktów;
  • Dokładność pomiarowa 0,2deg;
  • Automatyczna samokalibracja;
  • Częstotliwość pomiaru w zakresie od 5 sekund do 60 minut;
  • Czas testowania każdego czujnika pomiarowego 0,5 sekundy;
  • Zdolność rozdzielcza 0,01K;
  • Dokładność linearyzacji 0,02K) (zał. 7).

System ADAM
  • Możliwość pomiaru i rejestracji do 20 punktów;
  • Dokładność pomiarowa 0,2deg;
  • Automatyczna samokalibracja;
  • Częstotliwość pomiaru w zakresie od 5 sekund do 60 minut;
  • Czas testowania każdego czujnika pomiarowego 0,5 sekundy;
  • Zdolność rozdzielcza 0,01K;
  • Dokładność linearyzacji 0,02K.

Wykaz załączników:
Zał. 1 – pomiar temperatury PT100 – procedury wzorcowania w LBT (link)
Zał. 2 – pomiar temperatury FLUKE 651 (link)
Zał. 3 – anemometr MPA-10 (link)
Zał. 4 – wilgotnościomierz FG80 (link)
Zał. 5 – stacja Vantege_VUE (link)
Zał. 6 – czujnik wilgotności EE22 (link)
Zał. 7 – przyrząd THERM 5503 (link)

Informacje w przygotowaniu
logo pk s
 
logo wm s
 
logo fpn s
 
logo dzwignice