一種多回路恒水壓檢驗裝置的設計及應用

周 彪，劉孟蕓，王保明，馮 超

(1.兗煤藍天清潔能源有限公司；2.兗礦東華重工有限公司，山東 鄒城 273500)

民用取暖爐是將冷水加熱后，供給到暖氣片，完成散熱取暖，冷水再回流到取暖爐。要完成這樣一個循環(huán)就要求取暖爐具有一定的強度來承受內(nèi)部的壓力，因此，密封性能的好壞直接影響爐具安全性的優(yōu)劣。水壓試驗是檢測殼體質(zhì)量的關(guān)鍵工序，爐具殼體的強度及密封性必須通過承壓試驗來判定其制造質(zhì)量是否合格，確保爐具腔體的承壓能力[1-3]。

按照《民用水暖煤爐通用技術(shù)條件》(GB16154-2005)和《民用水暖煤爐熱性能試驗方法》(GB/T16155)的要求，針對兗煤藍天清潔能源有限公司生產(chǎn)的民用取暖爐腔體的形狀特點，設計了一套以穩(wěn)定水壓技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水計算機監(jiān)控系統(tǒng)工裝。本文介紹了該系統(tǒng)設計的計算機監(jiān)控技術(shù)及水壓試驗工裝，并通過試驗對設計的水壓試驗工裝進行了驗證[4]。

1 系統(tǒng)工作過程

根據(jù)生產(chǎn)的實際需求，要實現(xiàn)年產(chǎn)3萬臺爐具的任務，每天至少要檢驗100余臺爐具的密封性。設計一臺儲水箱和7路出水管道并配備1號大水泵和2號小水泵，共兩臺水泵。1號泵工頻運行做變量泵，2號泵工頻運行作為恒速泵使用。單臺爐具腔體容水量約35 L，1號泵電機(15 kW)單臺注水用時約20 s，2號泵(0.75 kW)設計保壓運行，每個分支回路可以單獨計量控制，設計計算機監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)整機組運行時間。主要分為以下幾個階段：

(1)準備階段：1號水泵電機工頻啟動運行，儲水箱中注滿水，通過壓力表監(jiān)測儲水箱中注滿水后壓力達到0.5 MPa，儲水箱7個支路水管分別對插7個待檢驗爐體進水快速接口。

(2)工作階段：打開每個支路，控制電磁閥注水20 s后自動關(guān)閉，自動切換啟動2號水泵，控制壓力保持在0.5 MPa。人工使用吹塵槍檢查焊縫是否有滲漏，若2 min保壓無滲漏，則驗證產(chǎn)品合格。

(3)收尾階段：合格爐具通過放水閥將水放到回收水槽；不合格爐具標記漏點重新補焊后。再開始進入下一組工作階段。

2 系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設計與實現(xiàn)

根據(jù)軟件總體設計的要求和過程，對系統(tǒng)的信息管理及監(jiān)控程序按不同的功能進行分解，劃分為不同的模塊。監(jiān)控軟件主要包括數(shù)據(jù)采集和通信、設備狀態(tài)控制和數(shù)據(jù)管理3個部分。數(shù)據(jù)采集和通信部分采集水位、壓力、流量、電壓和電流等數(shù)據(jù)[5]，用于記錄、存儲和分析，并與PLC網(wǎng)絡通信。設備狀態(tài)控制部分根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)，并可通過修改運行參數(shù)調(diào)整設備工作狀態(tài)，并且設計了人機友好界面，滿足監(jiān)控過程中信息的實時查詢和功能任務的調(diào)取。數(shù)據(jù)管理部分負責數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、查詢以及打印輸出，并進行數(shù)據(jù)庫的備份和維護。系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)軟件示意

整個系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、存儲和分析功能，并能夠通過分析和計算，制作相應的數(shù)據(jù)報表，數(shù)據(jù)采集部分由通信參數(shù)設定、數(shù)據(jù)處理、通信和數(shù)據(jù)存儲等模塊組成。參數(shù)設定模塊包括傳感器參數(shù)設定和通信參數(shù)設定。傳感器參數(shù)設定用于設置傳感器的采樣頻率、閥值等。通信參數(shù)設定用于設定PC機與PLC之間的通信參數(shù)和協(xié)議[6-7]。

數(shù)據(jù)處理模塊用于對從PLC讀取的數(shù)據(jù)按照約定的格式進行分解處理。對于采樣數(shù)據(jù)，運用濾波方法對其進行必要的處理后存入數(shù)組。通信模塊包括數(shù)據(jù)通信和通信測試。數(shù)據(jù)通信用于從PLC讀取各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并下達控制命令和各種參數(shù)調(diào)整結(jié)果。通信測試模塊具有通信測試和診斷功能，確保通信狀態(tài)良好。數(shù)據(jù)存儲模塊將采集到的生產(chǎn)過程中的各種重要運行數(shù)據(jù)加以處理并存入相應的數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)主界面如圖2所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)可視界面

3 水壓試驗工裝的設計

3.1 設計原則

水壓試驗工裝依據(jù)以下原則進行設計：滿足實驗中7臺爐體盛水量的要求，泄氣孔預留位置合理，水箱注滿水后自動關(guān)閉泄氣閥；有足夠的承壓強度以保證殼體在水壓工裝上進行測試；盡可能重量輕，選材合理；選用快速接頭對接水管和爐體，并且管件有止回功能；結(jié)構(gòu)盡可能簡化，避免成本過高[8-10]。

3.2 水壓工裝的整體設計

為了快速實現(xiàn)儲水箱的排氣存水，把進水孔和排氣孔預留到儲水箱上部位置。整體設計成圓柱形，一側(cè)泄氣放水，另一側(cè)安裝有電接點壓力表和進水電磁閥。下部連接有7回路排水通道，管道設計止回快接件，通過壓力傳感器采集管路壓力，使用電磁閥控制管路的打開和閉合。

3.3 水壓工裝的應用效果分析

設計完成的這套多回路恒水壓實驗裝置充分利用自動化控制功能，實現(xiàn)了儲水箱的自動儲水、爐具注水和密封檢測等功能。檢測時間從純手工單臺30 min縮短到現(xiàn)在7臺爐具只需要20 min，同時實現(xiàn)了檢測過程壓力穩(wěn)定，避免了壓力過高爐具形變的問題。2018年公司生產(chǎn)各類爐具3萬余臺，密封檢測裝置的投入使用有效提升了檢測效率，為生產(chǎn)任務的完成提供了保證。

3.4 改進和優(yōu)化

這套水密檢測裝置在密封檢測方面實現(xiàn)了自動化，由于反燒環(huán)保爐具有添煤口、觀察口和多個配風口的異形結(jié)構(gòu)，在密封檢測前需要把多個窗口進行密封。測試時間主要用于封堵窗口，因此，有待開發(fā)自動封堵爐具窗口功能。

4 結(jié) 論

設計開發(fā)的簡單實用的多回路恒水壓試驗系統(tǒng)，有效解決了生產(chǎn)的薄板焊接封閉承壓取暖爐具的密封性檢驗問題，順利完成了取暖爐具的量產(chǎn)任務。經(jīng)過檢驗的爐具出廠合格率達到98%以上。這種實驗裝置的設計應用，也為同類產(chǎn)品的檢驗提供了試驗手段。