大口徑熱量表耐久性試驗裝置（4000次加速試驗）的設(shè)計及運行分析

張政+張超+成琳琳

摘 要：熱量表是供熱計量改革的主要載體，其質(zhì)量的達標(biāo)與否關(guān)系著千家萬戶的利益，也是眾多企業(yè)的生存底線。耐久性是熱量表所有質(zhì)量屬性中至關(guān)重要的一環(huán)，耐久性試驗也是目前眾多科研機構(gòu)及熱表企業(yè)最為關(guān)注的焦點。作為（2400h+300h）熱量表耐久性試驗的主導(dǎo)單位，山東省計量科學(xué)研究院于2014年圓滿完成了此項試驗的小口徑部分。而4000次加速試驗是新版EN1434提出的新試驗，能更好地模擬熱量表現(xiàn)場工況，對熱量表的耐久性分析具有很強的實際意義。

關(guān)鍵詞：大口徑熱量表;傳感器;耐久性;加速試驗

中圖分類號： TH81 ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）33-169-2

0 ?引言

隨著供熱計量改革的大力推進，熱量表行業(yè)進入了蓬勃發(fā)展的新時期。居民消費水平的提高和城鎮(zhèn)化的持續(xù)推進，使得熱量表走進了千家萬戶。無論是新建小區(qū)還是舊管網(wǎng)改造，都能見到熱量表的身影。目前，擺在眾多熱量表企業(yè)面前的問題是，自主研發(fā)的產(chǎn)品究竟能否經(jīng)受住行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所要求的5個供暖周期的考驗[1]。針對這一問題，比較普遍接受的方法就是進行熱量表的耐久性試驗（加速磨損試驗）。為能更好地模擬實際使用狀況，需要設(shè)計一套耐久性試驗裝置來進行試驗驗證。

筆者在此就大口徑熱量表耐久性試驗臺的設(shè)計與運行與大家交流討論。

1 ?溫度沖擊試驗的要求

根據(jù)EN1434新版本6.8.2.4中對4000次溫度沖擊試驗的描述，總結(jié)出試驗要求如下：

流量傳感器若有移動的機械部分，流量負荷變化應(yīng)從0漸變至qs（80～85°C），然后再逆變化。

流量傳感器若沒有移動的機械部分，在維持流量為qp的基礎(chǔ)上，溫度負荷變化應(yīng)從15～20°C 漸變至80～85°C，然后再逆變化。每一個高負荷階段和每一個低負荷階段持續(xù)2.5分鐘。試驗樣品應(yīng)為6個相同規(guī)格的流量傳感器。

溫度沖擊實驗如圖1所示：

圖1 ?溫度沖擊試驗單周期示意圖

2 ?大口徑耐久性試驗裝置設(shè)計要求

2.1 裝置具體要求

待測流量傳感器的溫度負荷可分為高溫和低溫兩個階段。高溫階段的水溫需維持在80～85℃之間，低溫階段的水溫在15～20℃之間。需在被測裝置的前后兩端分別加裝測溫點，其使用的溫度測量設(shè)備絕對誤差應(yīng)不超過0.5℃，并且需具備計量機構(gòu)的檢定或校準(zhǔn)證書。在4000次試驗的過程中，被測表不應(yīng)被保溫，表體溫度變化需與內(nèi)部流體的溫度變化具有相近的變化趨勢。建議將測量表體溫度的溫度傳感器用導(dǎo)熱系數(shù)為（3～5）W/（㎡·℃）的導(dǎo)熱膠與表體連接。試驗過程中，流量qp的流量誤差不超過設(shè)定流量的±5%。用于檢測流量的流量計準(zhǔn)確度為0.5級，需具備試驗溫度下計量機構(gòu)的檢定或校準(zhǔn)證書。被測表的進口壓力不超過1.0MPa，出口壓力不低于0.1MPa，壓力波動不大于10%，壓力表精度要求不低于1級。每個周期的時長為5min，4000次循環(huán)的時間為：5×4000/24/60=13.89天。表前的直管段不做具體要求，建議保證10倍直管段。對溫度、流量、壓力進行實時監(jiān)測并可保存整個試驗周期的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集存儲間隔周期不大于5秒，便于觀測過渡時間。可采取每10分鐘通過光學(xué)讀數(shù)頭對被測表的計量數(shù)據(jù)進行一次讀取并保存。若自動讀數(shù)出現(xiàn)故障，應(yīng)改為人工記錄試驗表的運行數(shù)據(jù)，每天至少2次。運行過程的每次意外狀況都必須詳細記錄。設(shè)備需有記錄用電量的電表，宜采用帶有遠傳功能的電表，電表數(shù)據(jù)宜進行實時存儲。設(shè)備需配備視頻監(jiān)控，監(jiān)控范圍為整個設(shè)備及操作區(qū)間，必須對整個試驗過程的視頻監(jiān)控進行完整的存儲，光線達不到要求時必須增加照明設(shè)備，以保證整個試驗過程能被完整地記錄。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

裝置的技術(shù)指標(biāo)是參照了相關(guān)檢定規(guī)程和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法和要求[2-5]以及裝置的性能需求確定的。主要包括以下幾項：

測量范圍：DN50-DN100 ，0.15～60m3/h;

介質(zhì)溫度范圍：5～95℃;

裝置的最大允許工作壓力：1.0MPa。

3 ?試驗裝置功能及原理

3.1 試驗注意事項

裝置設(shè)計口徑為DN50—DN100，因大口徑熱量表的流量較大，運行過程中涉及換向，若口徑過大，換向時產(chǎn)生的水錘及震動會影響到裝置的穩(wěn)定性和安全性，故選擇此口徑區(qū)間。機械式熱量表由于其流量傳感器含有可移動的機械部分，根據(jù)EN1434中的要求，需要在恒定溫度區(qū)間內(nèi)做變流量試驗，使用變頻泵較易完成。而超聲波、電磁式熱量表需要在恒定流量下施加高低溫負荷，設(shè)計難度較大，應(yīng)主要研究此項試驗。

3.2 運行過程

裝置的動力部分為兩臺變頻水泵，并分別連接高低溫兩個水箱。考慮到減小震動和安全方面，所有換向閥均為電磁閥，可實現(xiàn)慢開慢關(guān)。裝置實際運行時的示例——高溫水從一臺水泵流出后，經(jīng)被測表后再通過流量計流回高溫水箱。當(dāng)需要施加低溫負荷時，高溫側(cè)的對夾止回閥關(guān)閉，低溫測的對夾止回閥打開，低溫水從經(jīng)由水泵再通過被測表流回低溫水箱，如此往復(fù)。使用組態(tài)程序控制流量及電磁閥的開關(guān)時間。對水箱進行溫度補償。由于高低溫水不可避免的混合，同時高溫水箱不停地散失熱量，需要對低溫水箱補充冷水，對高溫水箱進行加熱，并增加溫度反饋環(huán)節(jié)。

圖2 ?溫度沖擊試驗裝置工作流程

4 ?結(jié)束語

眾所周知，和歐洲發(fā)達地區(qū)相比，國內(nèi)大部分地方的供熱水質(zhì)較差，不僅含有氣泡和油污，還包含各種顆粒雜質(zhì)。經(jīng)過一段時間的運行后，勢必對熱量表的傳感器造成相當(dāng)程度的磨損。此類磨損不僅大大降低了熱量表的實際使用壽命，更會對計量準(zhǔn)確度帶來不小的影響。而且在供暖期內(nèi)熱量表的更換維修代價較大。正如汽車的保修期為數(shù)年或數(shù)萬公里一樣，實際工況下的熱量表使用壽命也很重要，理應(yīng)引起重視。

參 考 文 獻

[1] 谷祖康，卜占成，金志軍，付濤.熱量表耐久性試驗結(jié)果與問題分析[J].建設(shè)科技，2015（2）.

[2] 中華人民共和國建設(shè)部. CJ128—2007熱量表城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG225—2001熱能表檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，2002.

[4] The European Committee for Standardization. EN1434-2014Heat Meters [S].2014.

[5] 梁林新.熱量表可靠性及其耐久性模擬檢測老化裝置探討[J].供熱制冷，2014（2）：32-34.