一種多回路恒水壓檢驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

周 彪，劉孟蕓，王保明，馮 超

(1.兗煤藍(lán)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(gè)循環(huán)就要求取暖爐具有一定的強(qiáng)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(yàn)是檢測殼體質(zhì)量的關(guān)鍵工序，爐具殼體的強(qiáng)度及密封性必須通過承壓試驗(yàn)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(yàn)方法》(GB/T16155)的要求，針對兗煤藍(lán)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(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套以穩(wěn)定水壓技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工裝。本文介紹了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)及水壓試驗(yàn)工裝，并通過試驗(yàn)對設(shè)計(jì)的水壓試驗(yàn)工裝進(jìn)行了驗(yàn)證[4]。

1 系統(tǒng)工作過程

根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需求，要實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)3萬臺爐具的任務(wù)，每天至少要檢驗(yàn)100余臺爐具的密封性。設(shè)計(jì)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(yùn)行做變量泵，2號泵工頻運(yùn)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(jī)(15 kW)單臺注水用時(shí)約20 s，2號泵(0.75 kW)設(shè)計(jì)保壓運(yùn)行，每個(gè)分支回路可以單獨(dú)計(jì)量控制，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行時(shí)間。主要分為以下幾個(gè)階段：

(1)準(zhǔn)備階段：1號水泵電機(jī)工頻啟動(dòng)運(yùn)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(dá)到0.5 MPa，儲水箱7個(gè)支路水管分別對插7個(gè)待檢驗(yàn)爐體進(jìn)水快速接口。

(2)工作階段：打開每個(gè)支路，控制電磁閥注水20 s后自動(dòng)關(guān)閉，自動(dòng)切換啟動(dòng)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(yàn)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(biāo)記漏點(diǎn)重新補(bǔ)焊后。再開始進(jìn)入下一組工作階段。

2 系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)軟件總體設(shè)計(jì)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(jìn)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(shè)備狀態(tài)控制和數(shù)據(jù)管理3個(gè)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(luò)通信。設(shè)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(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，并可通過修改運(yùn)行參數(shù)調(diào)整設(shè)備工作狀態(tài)，并且設(shè)計(jì)了人機(jī)友好界面，滿足監(jiān)控過程中信息的實(shí)時(shí)查詢和功能任務(wù)的調(diào)取。數(shù)據(jù)管理部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、查詢以及打印輸出，并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的備份和維護(hù)。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(gè)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(jì)算，制作相應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)表，數(shù)據(jù)采集部分由通信參數(shù)設(shè)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(shè)定模塊包括傳感器參數(shù)設(shè)定和通信參數(shù)設(shè)定。傳感器參數(shù)設(shè)定用于設(shè)置傳感器的采樣頻率、閥值等。通信參數(shù)設(shè)定用于設(shè)定PC機(jī)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(jìn)行分解處理。對于采樣數(shù)據(jù)，運(yùn)用濾波方法對其進(jìn)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(dá)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(yùn)行數(shù)據(jù)加以處理并存入相應(yīng)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(yàn)工裝的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

水壓試驗(yàn)工裝依據(jù)以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：滿足實(shí)驗(yàn)中7臺爐體盛水量的要求，泄氣孔預(yù)留位置合理，水箱注滿水后自動(dòng)關(guān)閉泄氣閥；有足夠的承壓強(qiáng)度以保證殼體在水壓工裝上進(jìn)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(shè)計(jì)

為了快速實(shí)現(xiàn)儲水箱的排氣存水，把進(jìn)水孔和排氣孔預(yù)留到儲水箱上部位置。整體設(shè)計(jì)成圓柱形，一側(cè)泄氣放水，另一側(cè)安裝有電接點(diǎn)壓力表和進(jìn)水電磁閥。下部連接有7回路排水通道，管道設(shè)計(jì)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(yīng)用效果分析

設(shè)計(jì)完成的這套多回路恒水壓實(shí)驗(yàn)裝置充分利用自動(dòng)化控制功能，實(shí)現(xiàn)了儲水箱的自動(dòng)儲水、爐具注水和密封檢測等功能。檢測時(shí)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(shí)實(shí)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(wù)的完成提供了保證。

3.4 改進(jìn)和優(yōu)化

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

4 結(jié) 論

設(shè)計(jì)開發(fā)的簡單實(shí)用的多回路恒水壓試驗(yàn)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(yàn)問題，順利完成了取暖爐具的量產(chǎn)任務(wù)。經(jīng)過檢驗(yàn)的爐具出廠合格率達(dá)到98%以上。這種實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)用，也為同類產(chǎn)品的檢驗(yàn)提供了試驗(yàn)手段。