IP X1、X2装置滴水试验系统的研究

，，

(1.煤炭科学技术研究院 检测分院，北京 100013；2.天地科技股份有限公司，北京 100013；3.国华能源投资有限公司，北京 100007 )

IP X1、X2装置滴水试验系统的研究

左智敏，田甜，萧威

(1.煤炭科学技术研究院 检测分院，北京 100013；2.天地科技股份有限公司，北京 100013；3.国华能源投资有限公司，北京 100007 )

外壳防护等级(IP代码)是将产品依其防尘、防止外物侵入、防水、防湿气之特性加以分级。IP X1、X2装置滴水实验系统能够完成防水等级为1和2的防护试验。论述了工作原理和试验流程，进行了整体方案设计、关键部位设计和滴水量控制研究，满足了试验要求，解决了滴水针头堵塞问题。

外壳防护；滴水；针头堵塞；流量控制

1 引言

目前我国外壳防护试验设备与国际先进水平存在差距，行业内的滴水防护试验装置大多只能实现滴水功能，滴水量控制不够精密,使用过程中常常出现滴水针堵塞现象，可靠性和稳定性存在一定问题。在这种情况下，需要一套能够满足GB 4208-2008 《外壳防护等级(IP代码)》中规定的滴水试验设备，滴水量满足1mm/min和3 mm/min的标准要求并实现滴水量精密控制，试验样品能够在水平面360°旋转和竖直面15°倾斜，并且解决滴水针头堵塞问题。

2 滴水试验系统技术要求

依据GB 4208-2008 《外壳防护等级(IP代码)》对于第二位特征数字为1和2规定提出的技术要求和试验条件，对滴水试验装置的提出如表1技术参数要求。

表1 滴水试验装置技术指标要求

3 滴水试验系统的研究开发

3.1 滴水试验系统基本原理和整体方案设计

滴水试验系统的研究开发主要包括：机械本体、滴水箱、滴水控制系统和样品转台的研究开发，其试验系统基本原理如图1所示，各组成部分基本功能如下：

图1 IP X1、X2装置滴水试验原理框图

(1)滴水箱：主要用于试验系统的试验用滴水的贮存，试验用滴水针头的安装固定，通过调节自身高度可满足标准对试验高度的要求。

(2)储水箱：主要用于试验系统的试验用水储存、供给，同时保证水温与试验样品之间温差符合标准的要求；

(3)流量控制系统：流量控制系统主要由水泵、过滤器、流量调节阀和流量计组成，水泵是系统的动力源，过滤器用于滴水箱的用水过滤，流量调节阀用于系统流量调节，流量计用于系统流量数据测定。

(4)样品转台：样品转台主要实现试验样品固定与试验角度调节，可进行水平面360°旋转和竖直面15°倾斜。

3.2 滴水试验系统滴水箱体设计研究

(1)结构设计

滴水水箱是整套试验系统的关键部件，依据标准规定的样品最大的试验用水量要求，兼顾IP X1等级和IP X2等级的实验要求，满足为不同尺寸的试验样品进行试验，依据被试试验样品的最大外形尺寸确定滴水水箱的外形尺寸。

本试验系统对水质有较高的要求，为避免影响水质，水箱采用304不锈钢材质，具有防锈、耐用的特点，可以实现避免针头堵塞，保证试验准确性的目标要求。

(2)滴水水箱的高度调节设计

滴水水箱由环链电动提升机控制升降，通过调节水箱的高度，满足了对不同外形尺寸的样品进行试验的试验要求。

如图2所示。

图2 滴水水箱的高度调节设计图

利用激光测距仪测量水箱距离试验样品之间的距离，确保滴水针头的最低点到试验样品的最高点之间距离为200mm。

为了防止水箱装满水后再吊装过程中发生变形，在水箱外围设计了水箱外框，外框要求有足够的强度保证水箱不发生变形，所以外框采用了角铁焊接的笼形结构，确保在吊装和试验过程中水箱箱体不产生形变。

3.3 滴水针设计安装

滴水针是决定试验准确与否的关键因素，也是研究的重要内容，为了防止针头堵塞，首先针头需采用不生锈的材质，而且由于在试验过程中由于各种因素，不可避免的会造成杂质或水垢在针头堆积，堵塞针头。

依据 GB 4208-2008 《外壳防护等级(IP代码)》中第二位特征数字所表示防止水进入防护等级的要求，针头安装位置应符合图3所示要求。

图3 IP X1、X2装置滴水试验系统滴水针安装图

3.4 样品转台设计

样品转台(工作台面)是用来支撑试验样品的部件，依据标准要求，针对IP X1等级试验要求，转台应具有1r/min的360°旋转功能，本试验系统转台通过旋转马达和减速器实现转台的360°旋转。

I=V入/V出

其中，i为减速比；V入为输入转速；V出为输出转速。

通过计算，为了满足旋转速率为1r/min，采用0～90r/min可调速马达，减速比为50∶1的减速器，从而实现旋转速率为1r/min。

依据标准要求，第二位特征数字为2的试验不要求样品进行旋转，但要求样品能够在保持与竖直面15°倾斜，本试验系统采用支撑臂和支撑螺母配合的方式实现样品转台的倾斜，如图4所示。

图4 与竖直平面15°倾斜设计图

通过调节支撑螺母的高度，改变支撑螺母和支撑臂的接触位置，从而实现转台0°到15°倾斜，通过水平尺确定调节的角度是否达到GB 4208-2008 《外壳防护等级(IP代码)》标准所规定的角度。

3.5 流量控制系统研究

流量控制系统的主要功能是实现流量调节，是本试验系统的核心组成部分，由于本试验系统要兼顾IP X1 和IP X2两个试验要求，所以要求滴水流量能够调节，来满足不同等级试验的不同要求。标准规定第二位特征数字为1的滴水流量为1mm/min，第二位特征数字为1的滴水流量为3mm/min，为满足滴水流量要求，提出如下设计方案：

图5 流量控制系统原理图(方案一)

流量控制系统有浮球液位控制器、交流接触器和水泵组成，液面的升降带动浮球液位控制器的浮子的上下移动，驱动浮球液位控制器的通断，浮球液位控制水泵的通断从而实现液面高度的控制，液面高度得到控制时，从而实现滴水流量控制。

通过试验发现，以上流量控制系统存在如下问题：

(1)浮球液位控制器的“通”和“断”之间存在一定的高度差，造成滴水瞬时滴水流量的不稳定，对试验的准确性影响较大。

(2)当进行完IP X1试验后，再进行IP X2试验时，或先进行完IP X2试验后，再进行IP X1试验时，需对浮子液位控制器中的干簧管进行高度调节，严重影响试验速度和试验效率，由于每次调节存在人为误差，同时又影响了试验的准确性。

(3)由于浮球液位控制器只能控制水面高度，不能够直接控制滴水流量，所以，如果想控制滴水流量，就必须找到水面高度和滴水流量之间的关系，从而通过控制水面高度来实现滴水量的控制，这就提高了试验的复杂程度，增加了试验的难度，影响试验效率，如遇个别针头堵塞情况，还会对试验的准确性造成影响。

针对以上流量控制方案的不足，提出了另一种流量控制方案，解决了上述问题。优化后的流量控制系统如图6所示。

图6 流量控制系统原理图(方案二)

流量控制系统由流量调节阀、反馈调节阀和流量计组成，通过调节流量调节阀和反馈调节阀配合，达到控制滴水流量的目的，由之前方案的间接控制滴水流量变为直接控制滴水流量。

在进行滴水试验时，尤其是在进行IP X1等级试验是，为避免水泵功率不能够完全释放而处于过压状态，本滴水试验系统采用了反馈调节阀，将试验使用不完全的过量的水返回到水泵进水端，这样有效的避免了水泵长期处于“憋泵”状态，保护了水泵，延长水泵使用寿命。

3.6 针头防堵塞研究

本试验系统所用滴水箱、储水箱、水泵和水管均304不锈钢材质，试验前确保水箱内清洁，没有杂质，采用经过过滤以后的净化水，减少水中镁、钙的含量，能够有效的减少针头堵塞的概率。试验采用循环水，将净化过的试验用水和试验样品同时放置在环境中静置24小时，同时保证了水温和样品温差不大于5K。

在防止针头堵塞的同时，滴水针头采用可拆卸快速安装方式可以有效快速的解决滴水针头堵塞问题，水箱底部留出针头安装孔，为了满足滴水针头的方便安装和更换，采用喷涂聚乙烯涂层的方式将孔密封，能够满足滴水针头安装要求，并且方便了针头发生堵塞后的更换。

在试验结束后，采用高压气枪冲洗的方式及时对滴水针进行清洁，避免水滴在滴水针头中残留，减少针头堵塞的概率。

通过控制试验水质，解决针头快速更换，试验后针头冲洗三种方式和结合，有效的解决了滴水针头堵塞问题。

滴水针实际安装效果如图7、8所示。

图7 滴水针安装效果图(水箱内部)

图8 滴水针安装效果图(水箱底部)

4 结束语

IP X1、X2装置滴水试验系统实现了滴水量控制和转台旋转、倾斜，解决了滴水针头堵塞问题，满足GB 4208-2008 《外壳防护等级(IP代码)》中第二位特征数字的试验要求。

[1] GB4208-2008，外壳防护等级(IP代码)[S].

[2] 机械设计手册编委会，机械设计手册 第1卷[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3] 居廷.IEC529-1989《外壳防护等级(IP标志)》介绍[J].水利水电标准化与计量，1993.

[4] 孙浩儒,宁书志,郭志佳.浅析防爆电气设备的外壳防护[J].电气防爆，2012,3:22-24.

StudyontheDropWaterTestSystemofIPX1,X2Devices

ZUOZhi-min，TIANTian，XIAOWei

(1.Test Center of China Coal Research Institute CCRI,Beijing 100013,China；2.Tiandi Science & Technology Co.,Ltd.,Beijing 100013,China；3.Guohua Energy Investment Co.,Ltd.Beijing 100007,China)

Enclosure protection degree is graded according to the characteristics of product.The characteristics include preventing dust、foreign matters、water and moisture.IP X1、X2 device of Drop Test System can complete 1 and 2 class protection experiment.It describes work principles and the process of experiment,carries on the overall program design、the key parts design and the study on control of drip volume.It meets the test requirements and solve the problem of the pinhead blockage.

enclosure protection;drop water;pinhead blockage;flow control

1004-289X(2017)03-0061-04

TM503

B

2017-04-22