燃氣自動截止閥“假漏”現象分析與改善

姚占朋

（廣東鈴木智能科技有限公司，廣東中山 528425）

0 引言

燃氣自動截止閥是燃氣設備上最常用的部件之一，它起到控制燃氣氣路通斷的功能，通常可以單獨使用，也可以和其他類型的閥門組合使用。例如家用燃氣快速熱水器及燃氣壁掛爐的關鍵零部件燃氣比例閥總成就由燃氣自動截止閥和燃氣比例閥組合而成，烘焙行業的烘焙設備用的燃氣穩壓閥總成是由燃氣自動截止閥和燃氣穩壓閥組合而成，還有其他各種組合形式。燃氣自動截止閥是燃氣氣路安全性的重要保障，其氣密性尤為重要，燃氣閥門制造廠家和使用廠家，均需對其氣密性進行嚴格的檢測。在檢測過程中會遇到氣密性檢漏儀判定不合格，然而閥門實際并不泄漏的現象，即“假漏”現象。對動鐵芯式燃氣比例閥總成中的截止閥的氣密性檢測過程中遇到的“假漏”現象進行分析驗證，并提出解決方法。

1 氣密性測試標準

GB/T 37499—2019《燃氣燃燒器和燃燒器具用安全控制裝置特殊要求自動和半自動閥》中對燃氣自動閥的氣密性和檢測要求做了具體規定，其最大泄漏量要求見表1。

表1 最大泄漏量L/h

2 氣密性測試的方法

氣密性檢測可以根據測試手段不同分為兩大類：一類是通過目測氣泡量來判斷，即向工件腔內充入一定壓力的氣體，并將其浸入水中或涂肥皂水，根據目測肥皂泡或水中的氣泡來判斷工件是否有泄漏及泄漏的程度。這種方法測試效率低，受主觀因素影響較大。同時這種方法測試完成后，還必須對工件進行干燥和防銹處理，因此這種方法通常用來查找泄漏源。

另一類是通過傳感器的信號輸出來判斷，即向工件腔內充入一定壓力的氣體，通過傳感器的信號輸出來判斷工件是否有泄漏，并計算出泄漏率，即單位時間內壓力傳感器輸出的變化值。這種方法測試效率高，不受主觀因素影響，而且測試后不需要對工件進行其他處理。目前在燃氣行業內普遍采用差壓式泄漏檢測儀對閥門的氣密性進行檢測。

3 差壓式氣密性檢漏儀

由于差壓式氣密性檢測儀測試效率高、精度高、可再現性強，目前在燃氣行業普遍采用。差壓式泄漏檢測儀的氣路原理如圖1 所示：氣源通過過濾器到減壓閥，由減壓閥調定測試壓力；電磁閥1 通電，給測試工件充氣，充氣完畢后，電磁閥1 斷電；通過壓力傳感器感知壓力變化，用于判斷大泄漏；通過差壓傳感器檢測標準件和被測試件兩端的壓差；根據壓差通過電路計算出泄漏率，檢測完畢；給電磁閥2 通電放氣，放氣完畢后電磁閥2 斷電，進入下一個測試循環。

圖1 差壓式泄漏檢測儀原理

差壓式泄漏檢測儀的檢測過程分為：準備RDY、延時DLY、充氣CHG、平衡BAL、檢測DET、釋放EXH，共6 個過程：①RDY準備過程，在初始狀態下，電磁閥均不得電，壓力表顯示測試所需的壓力，后續的氣路內部都處于當前的大氣壓力狀態下；②DLY延時過程所有狀態和RDY 時相同；③CHG 充氣過程，電磁閥得電打開，測試氣體充滿檢漏儀的內部氣路、被測件和標準件，由于檢漏儀內部管路粗細和被測件容積大小的影響，測試氣體要充到預設的壓力需要一定時間，時間長短要依據具體檢測情況進行調整；④BAL 平衡過程，此時電磁閥1 失電關閉，標準件和被測件形成了兩個獨立的密閉空間，因為在充氣環節后氣體急速進入，氣體的亂流導致內部空間的壓力不平衡，再加上氣體快速充氣，與腔體內壁產生摩擦產生一定熱量，然后又在短時間內冷卻，造成測試氣體的熱脹冷縮，壓力也會收到影響，因此要平衡一段時間，待壓力穩定后再進行下一步的精確檢測；⑤DET 檢測過程，氣路上和平衡過程完全相同，此時差壓傳感器檢測差壓信號，得出單位時間內差壓的變化，并通過內部電路計算成泄漏率；⑥EXH 釋放過程，檢測完成后，電磁閥2 得電打開，釋放內部的測試氣體，至此完成了一次氣密性檢測的完整過程。

4 動鐵芯式燃氣比例閥及其氣密性測試

圖2 是燃氣快速熱水器及燃氣壁掛爐中常用的一款動鐵芯式燃氣比例閥設計結構，由截止閥SV1、比例閥PCV、截止閥SV2 組合而成。其中，比例閥PCV 主要由閥塞組合、皮膜、比例閥線圈、動鐵芯等部分組成。截止閥SV1 和截止閥SV2 分別分布在比例閥PCV 的前后兩側，截止閥SV1、SV2 是用來控制氣路通斷的作用，起到兩級密封截止的功能，PCV 比例閥起到調節燃氣流量大小的功能。實際生產過程中，比例閥組裝完成后需要對其進行泄漏檢測，主要包括外部泄漏、截止閥SV1 泄漏、截止閥SV2 泄漏。

圖2 動鐵芯式燃氣比例閥結構

抽取5 套比例閥樣品進行了氣密性測試。測試條件為閥的額定電壓、額定電流，要求泄漏量不大于0.167 ml/min。測漏儀器的設置參數見表2，測試數據見表3。

表2 測漏儀設置參數

表3 氣密性測試數據 ml/min

從以上的測試數據看出，1#、2#、4#產品的測試數據均合格，3#和5#比例閥的截止閥SV2 在進行15 kPa 氣密性檢測時氣密性檢漏儀判定均為不合格。對3#和5#截止閥SV2 采用氣壓涂肥皂水的方法進行泄漏源的查找，均未找到泄漏點。

5 原因分析及解決方案

由于測漏儀器檢測結果不合格，采用泄漏源查找的方法進行漏源查找，又未找能到泄漏點，因此，進一步對截止閥SV2 的氣密性測試過程進行了分析，圖3 是在進行截止閥SV2 氣密性測試時的狀態，其中截止閥SV1 得電打開，比例閥PCV 得電，SV2 關閉。

圖3 截止閥SV2 氣密性測試時狀態

比例閥PCV 實質上是一個壓力調節裝置，它具有穩壓功能。當進口壓力不斷上升時，進氣壓力作用在皮膜上的力不斷增加，導致閥口開度相應減小，從而實現出口壓力的相對穩定；當在進行截止閥SV2 氣密性測試時，從進氣口施加了一個15 kPa 的進氣壓力，皮膜感知進氣壓力進而帶動閥塞組合使得比例閥口關閉，此時比例閥已經處于關閉狀態，通過使用壓力計測量，比例閥充氣15 kPa 空氣壓后，作用于比例閥塞組件上的力約3 N，比例閥施加最大電流230 mA，所產生的最大推力約2 N。從測試數據可以看出，氣壓作用在閥塞組件上的力遠大于比例閥通電所產生的電磁推力，因此在15 kPa 空氣壓作用下，通過給比例閥施加最大電流不能打開比例閥。比例閥閥塞組合將整個閥體分隔為閥塞組合前和閥塞組合后兩個部分，這兩部分的壓力在較短時間內不能達到平衡一致，導致其間存在一定的壓差。氣密性測漏儀器在進行檢測時，由于兩個部分的腔體間產生氣體流動導致壓力降低，進而使測漏儀檢測到相應的壓降并將其轉換成泄漏量，導致測試結果為不合格。

經過以上分析，在3#和5#比例閥的閥塞組合上增加一個導氣小孔，以改善充氣時閥塞組合前后兩個腔體壓力的快速平衡穩定。圖4為增加導氣孔后的狀態，重新進行截止閥SV2的氣密性測試驗證，測試結果見表4。

圖4 增加導氣孔后狀態

表4 3#和5#比例閥改善后測試數據 ml/min

6 結論

由上述分析可知，造成截止閥SV2 氣密性“假漏”現象的根本原因是由于截止閥SV2位于比例閥PCV 之后，在測試時SV2 氣密性時施加15 kPa 空氣壓后比例閥處于關閉狀態，即使比例閥通電也不能打開比例閥，比例閥塞組合將閥體分為兩部分腔體，這兩部分腔體內的氣體壓力不能在短時間內達到平衡。在測漏儀檢測的過程中，兩部分腔體的壓力不斷平衡，進而造成壓力降低，導致測漏儀判定不合格。解決方法是在比例閥閥塞上增加一個導氣小孔，使測試時兩部分腔體內的壓力能夠快速達到平衡狀態，避免誤判現象的發生。