こんにちは、私はジェイクです。私はこの機器板金ハウジング ショップを 10 年以上経営しています。その間、数え切れないほどの顧客がパニックに陥り、火災が発生すると機器が故障し続けると言いました。たいていの場合、金属製のハウジングが高熱に耐えられるように設計されていないためです。わかります。耐火性の板金ハウジングは、産業機器にとって単に「あると便利」というだけではありません。物事がうまくいかないときにツールを実行し続けたい (そしてチームを安全にしたい) 場合、これらは交渉の余地がありません。今日は、建設作業員から製造工場に至るまで、クライアントから学んだすべてに基づいて、これらのハウジングを正しく設計する方法を説明します。設計をバックアップするために実際の部品が必要な場合は、当社がお手伝いします。精密板金部品、機械板金部品、および実際に機能する構築に必要なすべての部品のページをご覧ください。
まず最初に、ノイズをカットしましょう。耐火性は、厚い金属シートをつかむだけではありません。 14ゲージのスチールを使用している人が、テストファイアで30分経ってもまだプレッツェルのようにハウジングが歪んでいるのを見たことがあります。適切な素材を選択し、熱伝達を計画し、炎が当たったときに大きな違いを生む小さな詳細を追加することが重要です。それがすべての基礎となるため、素材の選択から始めましょう。
ほとんどの人はデフォルトで炭素鋼を使用しますが、すべての炭素鋼が同じというわけではありません。軟鋼は安価ですが、華氏 1000 度に達すると強度が半分に失われ、耐火工事としてはまったくの無駄になります。代わりに、私は最小降伏強度が 36 ksi の熱間圧延炭素鋼、またはそれ以上の AISI 4130 などの合金鋼を信頼します。その材料は、熱の下でもはるかに長く保持されます。ちょっと待って、予算が厳しい場合はどうすればよいでしょうか?恥ずべきことではありません。通常の鋼材に耐火性コーティングの薄い層を追加することはできますが、それが単なる塗料ではなく、必ず膨張性コーティングであることを確認してください。膨張性コーティングは加熱されると泡立ち、断熱性の炭化物を生成し、熱伝達を遅らせます。私はこれらのコーティングを何度も扱ってきたので、缶を見ただけで良いコーティングか悪いコーティングかを判断できます。そして、本当に極限の環境、たとえば遠隔の火災が発生しやすい地域で稼働する建設機械用のハウジングを製造している場合はどうでしょうか? 304L などのステンレス鋼を混ぜてもよいでしょう。ただし、火の上で特別な耐食性が必要な場合に限ります。頑丈なギアを構築している場合は、機械板金部品のページに、私が話しているすべての材料仕様が記載されているので、推測する必要はありません。
次は熱伝達と熱管理ですが、ほとんどの設計者が無視する部分です。考えてみてください。火災がハウジングに当たると、熱は外側に留まるだけでなく、内部のコンポーネントにも浸透します。機器に敏感な電子機器や配線が付いている場合は、内部が 200°F であっても早く揚げることができます。それで、どうやってそれを止めるのですか？まず、エアギャップを使用します。シートを互いに平らに置かないでください。外壁と内側のサポートの間に少なくとも 1/2 インチを残してください。その空気は断熱材の役割を果たします。縫い目やファスナー部分にもサーマルブレークを追加します。 2 枚の鋼板を溶接している場合、溶接自体がホット スポットになります。代わりに、重要な縫い目にはアルミニウム青銅などの熱伝導率の低い金属で作られたネジ付きファスナーを使用してください。溶接は重要ではない領域には問題ありませんが、サーマルブレークは、熱が必要のない隙間を埋めるのを防ぎます。
次に、縫い目と貫通部のデザインです。これらは住宅の最も弱い部分です。鋼鉄の厚さは気にしません。私はかつてクライアントの住宅を静的耐火試験に合格させましたが、センサーの小さな貫通部が 15 分で溶けたシリコンで封止されていたために不合格となりました。修正は？すべての縫い目と貫通部に耐火性ガスケットを使用してください。通常のゴムではなく、セラミックファイバーまたはグラスファイバーで作られたものです。また、配線、センサー、通気口用の穴を開けるときは、できるだけ小さくしてください。穴が大きいほど、より多くの熱が入り込む可能性があります。通気口が必要な場合は、温度が一定の温度 (通常は約 250°F) に達すると自動的に閉じるルーバー付きのデザインを追加します。そうすれば、必要なときに空気の流れが得られますが、火が周囲にあるときは密閉されます。建設機械のハウジングについては、建設機械の板金部品ページに耐火性のある既成のベントおよびシーム コンポーネントが用意されているため、車輪を再発明する必要はありません。
曲げや成形の詳細も重要です。これは、テスト中にクライアントのハウジングの形状が崩れたときに、私が苦労して学んだことです。板金を成形してハウジングを形成する場合、曲げ半径は非常に重要です。曲げ半径を狭くすると (金属の厚さの 1 倍未満など)、応力点が生じ、金属が加熱されたときに金属が弱くなります。曲げ部分に張力がかかると、反ったり割れたりしやすくなります。私のルールは、すべての重要な住宅壁には金属の厚さの少なくとも 2 倍の曲げ半径を使用することです。また、鋭い角は避けてください。角が丸いと、熱と応力がより均一に分散されます。私はかつて 2 つの同一のハウジングをテストしました。1 つは角が 90 度で、もう 1 つは丸みを帯びています。丸いものはテスト火災で 2 時間無傷でしたが、90 度のものは 45 分で壊れました。それは大きな違いをもたらす安価な変更です。
ちょっと待って、テストはどうするの？住宅は好きなように設計できますが、それが機能することを確認するには実際の耐火試験を受けなければなりません。 「耐熱性を推定するだけです」という人がいるのを聞いたことがありますが、それは災難の元です。標準テストは ASTM E119 または UL 1702 です。これらは、標準的な火災にさらされている間、ハウジングの内部温度を特定のしきい値 (電子部品の場合は通常 325°F) 以下にどれだけ維持できるかを測定します。装置を設計する際には、必ず試作を行って十分なテストを行ってから量産します。問題を早期に発見するために、実際の火災状況をシミュレートするために木材やプロパンガスを燃やして、自分の店で小規模なテストを行うこともあります。 CAD 図面がいくらあっても、実際の実世界のテストに代わることはできません。
私がいつも目にするよくある間違いについて話しましょう。まず、ファスナーの使いすぎです。留め具が多すぎると複数の熱橋が形成され、各穴が潜在的な弱点となります。 1 インチごとに穴を開ける必要はありません。直線の継ぎ目に沿って 2 ～ 3 インチの間隔をあけ、角の周囲ではさらに間隔をあけます。 2つ目は、拡大を無視することです。金属は加熱すると膨張するため、ハウジングが動く余地なく機器にしっかりと取り付けられていると、亀裂や歪みが発生します。長い壁に小さな伸縮継手を追加します。わずか 1/4 インチの隙間を柔軟な防火シールで覆います。第三に、金属の厚さをケチることです。金属が厚いほどコストがかかることは承知していますが、耐火性ハウジングの場合、ほとんどの工業用途では最小の厚さは 12 ゲージです。それより薄くすると、たとえ最高の素材であってもすぐに破損してしまいます。当社の精密板金部品ページでは、正確な厚さと材料を選択できるため、手を抜くことなくコストとパフォーマンスのバランスをとることができます。
もう一つは表面処理です。成形後、外側を通常の塗料で塗装するだけではありません。パウダー コートを使用する場合は、少なくとも 1200°F の定格の高熱パウダー コートを使用してください。ただし、パウダー コートは単なる表面的なものであり、耐火性をあまり高めるものではないことを覚えておいてください。構造部分の膨張性コーティングは除いてください。火災と腐食の両方に対して特別な保護が必要な場合は、トップコートの前にジンクリッチプライマーを使用すると効果的です。プライマーが高熱にも対応していることを確認してください。
では、これを例を挙げてまとめてみましょう。先月、ある建設会社がブルドーザーの油圧システム用のハウジングを必要として私たちのところに来ました。彼らの古い住宅は、山火事が現場を襲うたびに壊れ続けました。私たちが設計したものは次のとおりです。厚さ 1/8 インチの AISI 4130 合金鋼、すべてのコーナーに 2 倍の曲げ半径、内側の油圧ラインと外壁の間に 1/2 インチの空隙、外面に膨張性コーティング、すべての継ぎ目にセラミックファイバーガスケットを使用しています。上部に自動閉鎖通気口を追加し、側壁に伸縮継手を追加しました。 ASTM E119 を使用してテストしたところ、必要以上に長い時間、内部温度を 250°F 以下に 90 分間維持しました。クライアントはとても喜んでくれたので、それ以来、さらに 3 人の建設スタッフに同様の住宅を施工してきました。そのようなものが必要な場合は、機器板金ハウジングのページに直接アクセスしてください。プロジェクトに関係なく、お客様の仕様に合わせてカスタム構築できます。
ちょっと待って、もう 1 つ、メンテナンスです。耐火設計は住宅を作ったら終わりではありません。技術者が腐食やコーティングの損傷をチェックできるように、側面に小さな検査パネルを追加します。多くの企業はそれを忘れており、火災が発生する頃には塗装が剥がれ、筐体が弱くなっています。点検パネルも耐火ガスケットで密閉し、弱点にならないようにする必要があります。単純なことですが、これにより、後で多くの頭を悩ませることがなくなります。
結局のところ、耐火機器の板金ハウジングを設計するということは、科学と実用性のバランスを取ることです。正しく仕上げるために、特別な工学の学位は必要ありません (ただし、私たちのチームには数名います)。細部に注意を払い、適切な素材を選択し、意図したとおりにテストし、縫い目や厚さに手を抜かないでください。 10 年以上にわたり、それが私たちの公式であり、お客様を決して失望させませんでした。プロジェクトに取り組んでおり、住宅の耐火性を高めるために信頼性が高く、精密に構築された部品が必要な場合、またはカスタム住宅を一から構築したい場合は、お問い合わせください。私たちがお手伝いいたします。一般的な解決策はなく、必要なときに耐えられるギアだけです。
いつもお付き合いいただきありがとうございます。ご質問がございましたら、いつでもお気軽にお問い合わせください。
参考文献
NFPA 70B: 電気機器のメンテナンスに関する推奨事項
ASTM E119: 建築構造および材料の耐火試験の標準試験方法
UL 1702: 危険な (機密) 場所の電気機器エンクロージャの安全規格
