陶瓷磚吸水率測定儀真空泵水流倒吸的探究

韓飛 安曉燕 石常軍

摘要：陶瓷磚吸水率真空試驗(yàn)裝置是檢驗(yàn)陶瓷磚吸水率、顯氣孔率、表觀相對密度和容重的重要設(shè)備。對陶瓷磚吸水率真空試驗(yàn)裝置在使用過程中出現(xiàn)的電磁開關(guān)失靈、真空容器水位無法控制、水流倒吸進(jìn)真空泵、真空泵向外噴油等故障現(xiàn)象進(jìn)行了深入探究，從設(shè)備原理入手，找出了故障發(fā)生的原因，

關(guān)鍵詞：陶瓷磚 吸水率 真空泵 水流倒吸

一、導(dǎo)言

陶瓷磚存在的質(zhì)量問題集中在破壞強(qiáng)度、斷裂模數(shù)、吸水率等方面。自2015年12月1日起施行的國家標(biāo)準(zhǔn)《陶瓷磚》（GB/T 4100-2015）取消了其他方法成型磚的分類，將低吸水率擠壓式陶瓷磚分成吸水率小于0.5%和介于0.5%至3%之間兩類型，淘汰了吸水率介于3%至10%的擠壓陶瓷磚，提升了對擠壓式陶瓷磚的技術(shù)要求。新標(biāo)準(zhǔn)對陶瓷磚吸水率的檢測繼續(xù)采信《陶瓷磚試驗(yàn)方法第3部分：吸水率、顯氣孔率、表觀相對密度和容重的測定》（GB/T3810.3—2006，ISO10545-3︰1995，IDT），因此真空法適用于《陶瓷磚》新標(biāo)準(zhǔn)。陶瓷磚吸水率真空試驗(yàn)裝置在使用過程中出現(xiàn)的電磁開關(guān)失靈、真空容器水位無法控制、水流倒吸進(jìn)真空泵、真空泵向外噴油等故障現(xiàn)象，關(guān)乎陶瓷磚檢測試驗(yàn)的成敗與結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，探尋水流倒吸等各種故障的發(fā)生原因，“對癥下藥”，才能確保檢測試驗(yàn)的正常進(jìn)行。

二、陶瓷磚吸水率測定儀的結(jié)構(gòu)組成與測定原理

1.結(jié)構(gòu)組成

學(xué)院材料檢測中心使用的是沈陽紫微機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的TC-ZK-B型陶瓷磚吸水率真空試驗(yàn)裝置，測定儀外觀如圖1所示。

TC-ZK-B型陶瓷磚吸水率真空試驗(yàn)裝置的主要技術(shù)參數(shù)包括：真空度（0～10kPa±1kPa可調(diào)）、真空室容積（Φ320mm×350mm）、試樣數(shù)量（200mm×200mm 10塊）。該裝置主要由真空系統(tǒng)、真空度自動(dòng)控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)及箱體組成。真空試驗(yàn)裝置采用不銹鋼真空室，真空度由數(shù)顯表直接顯示，并能夠自動(dòng)控制，給排水及放氣均由電磁閥控制（測定儀結(jié)構(gòu)如圖2所示）。

2.測定原理

將干燥磚置于水中吸水飽和，用磚的干燥質(zhì)量和吸水飽和后質(zhì)量及在水中質(zhì)量計(jì)算相關(guān)的特性參數(shù)。真空法是利用抽真空將裝有試樣的容器與外界形成負(fù)壓，試樣開口氣孔中的氣體很容易排除，再將試樣浸沒在水中，使水更容易注滿開口氣孔。

TC-ZK-B型陶瓷磚吸水率真空試驗(yàn)裝置采用真空法進(jìn)行測定。其真空度自動(dòng)控制回路如圖3所示。工作原理為：當(dāng)電源接通后，啟動(dòng)真空泵，真空容器內(nèi)的空氣通過管道過渡罐、電磁閥、由真空泵抽排到大氣中，使容器中產(chǎn)生真空。當(dāng)達(dá)到要求的真空度，泵便停止工作。將給排水按鈕按下，電磁閥YV2開啟，容器中的真空與大氣壓產(chǎn)生的壓差使貯水箱中的水自動(dòng)進(jìn)入真空容器中，當(dāng)水位達(dá)到要求高度時(shí)，再按給排水按鈕，使之恢復(fù)原位，電磁閥即關(guān)閉，水便停止進(jìn)入真空容器中。當(dāng)需要排水時(shí)，同時(shí)按下給排水與放氣按鈕，電磁閥YV2、YV3同時(shí)開啟，真空容器上部便與大氣相通，容器中的水就依靠重力流回貯水箱中。

3.測定步驟

將磚豎直放入真空容器中，使磚互不接觸，加入足夠的水將磚覆蓋并高出5cm。抽真空至10kPa士1kPa，并保持30min后停止抽真空，讓磚浸泡15min后取出。將一塊浸濕過的鹿皮用手?jǐn)Q干。將鹿皮放在平臺上依次輕輕擦干每塊磚的表面，對于凹凸或有浮雕的表面應(yīng)用鹿皮輕快地擦去表面水分，然后立即稱重并記錄。

三、陶瓷磚吸水率測定儀真空泵水流倒吸的故障分析

1.故障表現(xiàn)

TC-ZK-B型陶瓷磚吸水率真空試驗(yàn)裝置投入使用后出現(xiàn)的主要故障是：電磁開關(guān)失靈→真空容器水位無法控制→水流倒吸進(jìn)真空泵→真空泵向外噴油→試驗(yàn)失敗→維修真空泵等。該測定儀主要供學(xué)生進(jìn)行瓷磚吸水率的測定試驗(yàn)。2007年投入使用至2015年長達(dá)8年時(shí)間里，多次發(fā)生真空泵水流倒吸故障。具體表現(xiàn)是：真空容器進(jìn)水水位達(dá)到要求高度時(shí)，按下（關(guān)閉）給排水按鈕，電磁閥卻不關(guān)閉，出現(xiàn)電磁閥失靈的現(xiàn)象；由于進(jìn)水得不到有效控制，水位逐漸超過抽氣孔；當(dāng)水位接近抽氣孔時(shí)，容器中的水被吸入真空泵；真空泵倒吸進(jìn)水后，水和油的混合物就會(huì)從真空泵頂部的注油口噴涌而出?，F(xiàn)場不僅污油遍地，檢測試驗(yàn)也不得不被迫中止，還得對真空泵進(jìn)行清洗、更換泵油等一系列維修，極大地影響到極限真空，甚至導(dǎo)致真空泵損壞。

2.故障分析

（1）真空法兩種試驗(yàn)做法的比較。是什么造成了真空泵水流倒吸？初期，首先想到的是國家標(biāo)準(zhǔn)的變化，因?yàn)樘沾纱u吸水率檢測方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T3810.3《陶瓷磚試驗(yàn)方法第3部分：吸水率、顯氣孔率、表觀相對密度和容重的測定》的2006版，雖然未對真空法的檢測步驟作出明確的修改說明，但對1999版真空法檢測步驟與要求進(jìn)行了較大修改，不僅將真空容器和真空系統(tǒng)的真空度由“100kPa±1kPa ”修改為“10kPa±1kPa”（這一點(diǎn)在修改說明中有注釋），而且在具體做法上將原來的“先抽真空后加水”修改為“先加水后抽真空”。

①GB/T3810.3—2006真空法實(shí)驗(yàn)步驟：將磚豎直放入真空容器中，使磚互不接觸；加入足夠的水將磚覆蓋并高出5cm。抽真空10kPa±1kPa，并保持30min后停止抽真空，讓磚浸泡15min后取出。

②ISO10545-3︰1995/Cor.1︰1997真空法實(shí)驗(yàn)步驟：將磚豎直放入真空容器中，使磚互不接觸；抽真空10kPa±1kPa，并保持30min后，在保持真空的同時(shí)，加入足夠的水將磚覆蓋并高出5cm。停止抽真空，讓磚浸泡15min后取出。

經(jīng)查閱文獻(xiàn)資料，并多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只要將加水控制在恰當(dāng)?shù)乃唬跋瘸檎婵蘸蠹铀迸c“先加水后抽真空”對真空泵的影響并不很大。

（2）開關(guān)手動(dòng)截止閥對啟動(dòng)真空泵的影響試驗(yàn)。經(jīng)我們多次檢查、測定，電磁閥控制系統(tǒng)線路接觸良好，開關(guān)按鈕正常。又反復(fù)核實(shí)了學(xué)生試驗(yàn)操作情況，對照標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生并無違規(guī)操作。在重新研究試驗(yàn)裝置的過程中，發(fā)現(xiàn)設(shè)備貯水箱與真空泵之間除了圖2所示的給排水電磁閥3控制的給排水管道以外，在該管道旁邊還有一根沒有加裝電磁閥，只加裝手動(dòng)截止閥的連通管道。在產(chǎn)品說明書中，該管道既沒有出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)圖中（圖2），也沒有任何文字性的說明，致使試驗(yàn)指導(dǎo)教師忽略了該管道的作用。為了探究陶瓷磚吸水率測定儀真空泵水流倒吸的真正原因，我們進(jìn)行了比對試驗(yàn)：

①打開手動(dòng)截止閥，啟動(dòng)真空泵。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在沒有按下給排水按鈕18的情況下，儲(chǔ)水箱水位計(jì)12中的水位在慢慢下降，也就是說，此時(shí)水流進(jìn)入真空容器中。

②關(guān)閉手動(dòng)截止閥，啟動(dòng)真空泵。比對試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在沒有按下給排水按鈕18的情況下，儲(chǔ)水箱水位計(jì)12中的水位不動(dòng)，也就是說，此時(shí)水流沒有進(jìn)入真空容器中。

（3）真空泵水流倒吸的真正原因。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果手動(dòng)截止閥開啟，那么給排水電磁閥控制系統(tǒng)就會(huì)失靈，導(dǎo)致水位無法控制，真空泵倒吸進(jìn)水后而噴油。自此判斷出這根加裝手動(dòng)截止閥的連通管道在設(shè)備中應(yīng)該屬于保護(hù)性回路，其設(shè)計(jì)意圖應(yīng)該是如果發(fā)生真空容器滿水而電磁閥又恰巧失靈時(shí)，開啟手動(dòng)截止閥放水，以保證設(shè)備正常使用。為此，在正常試驗(yàn)過程中，為保證電磁閥回路的正常運(yùn)行，試驗(yàn)前應(yīng)關(guān)閉手動(dòng)截止閥回路。以往實(shí)驗(yàn)中就是因?yàn)橥涥P(guān)閉此回路，才導(dǎo)致電磁閥回路失靈。

四、陶瓷磚吸水率測定儀真空泵水流倒吸的解決辦法

1.重新繪圖，增添手動(dòng)截止閥回路

在找到陶瓷磚吸水率測定儀真空泵水流倒吸的原因后，實(shí)訓(xùn)室工作人員重新繪制了TC-ZK-B型真空試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖，在裝置圖中加入了手動(dòng)截止閥回路，并整理存檔。

2.標(biāo)注事項(xiàng)，關(guān)閉手動(dòng)截止閥回路

對相關(guān)試驗(yàn)指導(dǎo)教師重新進(jìn)行了設(shè)備培訓(xùn)，明確了真空泵手動(dòng)截止閥回路的作用。在設(shè)備的《使用注意事項(xiàng)》中特別做出了“試驗(yàn)時(shí)，手動(dòng)截止閥回路必須處于關(guān)閉狀態(tài)”的標(biāo)注。

以上措施的實(shí)施，保證了后續(xù)相關(guān)試驗(yàn)的順利進(jìn)行，再未發(fā)生過真空泵倒吸水噴油的現(xiàn)象。

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