一种多回路恒水压检验装置的设计及应用

周 彪，刘孟芸，王保明，冯 超

(1.兖煤蓝天清洁能源有限公司；2.兖矿东华重工有限公司，山东 邹城 273500)

民用取暖炉是将冷水加热后，供给到暖气片，完成散热取暖，冷水再回流到取暖炉。要完成这样一个循环就要求取暖炉具有一定的强度来承受内部的压力，因此，密封性能的好坏直接影响炉具安全性的优劣。水压试验是检测壳体质量的关键工序，炉具壳体的强度及密封性必须通过承压试验来判定其制造质量是否合格，确保炉具腔体的承压能力[1-3]。

按照《民用水暖煤炉通用技术条件》(GB16154-2005)和《民用水暖煤炉热性能试验方法》(GB/T16155)的要求，针对兖煤蓝天清洁能源有限公司生产的民用取暖炉腔体的形状特点，设计了一套以稳定水压技术为基础的恒压供水计算机监控系统工装。本文介绍了该系统设计的计算机监控技术及水压试验工装，并通过试验对设计的水压试验工装进行了验证[4]。

1 系统工作过程

根据生产的实际需求，要实现年产3万台炉具的任务，每天至少要检验100余台炉具的密封性。设计一台储水箱和7路出水管道并配备1号大水泵和2号小水泵，共两台水泵。1号泵工频运行做变量泵，2号泵工频运行作为恒速泵使用。单台炉具腔体容水量约35 L，1号泵电机(15 kW)单台注水用时约20 s，2号泵(0.75 kW)设计保压运行，每个分支回路可以单独计量控制，设计计算机监控系统调整机组运行时间。主要分为以下几个阶段：

(1)准备阶段：1号水泵电机工频启动运行，储水箱中注满水，通过压力表监测储水箱中注满水后压力达到0.5 MPa，储水箱7个支路水管分别对插7个待检验炉体进水快速接口。

(2)工作阶段：打开每个支路，控制电磁阀注水20 s后自动关闭，自动切换启动2号水泵，控制压力保持在0.5 MPa。人工使用吹尘枪检查焊缝是否有渗漏，若2 min保压无渗漏，则验证产品合格。

(3)收尾阶段：合格炉具通过放水阀将水放到回收水槽；不合格炉具标记漏点重新补焊后。再开始进入下一组工作阶段。

2 系统监控软件的设计与实现

根据软件总体设计的要求和过程，对系统的信息管理及监控程序按不同的功能进行分解，划分为不同的模块。监控软件主要包括数据采集和通信、设备状态控制和数据管理3个部分。数据采集和通信部分采集水位、压力、流量、电压和电流等数据[5]，用于记录、存储和分析，并与PLC网络通信。设备状态控制部分根据采集到的数据判断系统当前的运行状态，并可通过修改运行参数调整设备工作状态，并且设计了人机友好界面，满足监控过程中信息的实时查询和功能任务的调取。数据管理部分负责数据的统计、查询以及打印输出，并进行数据库的备份和维护。系统软件总体结构框图如图1所示。

图1 监控系统软件示意

整个系统具有数据采集、存储和分析功能，并能够通过分析和计算，制作相应的数据报表，数据采集部分由通信参数设定、数据处理、通信和数据存储等模块组成。参数设定模块包括传感器参数设定和通信参数设定。传感器参数设定用于设置传感器的采样频率、阀值等。通信参数设定用于设定PC机与PLC之间的通信参数和协议[6-7]。

数据处理模块用于对从PLC读取的数据按照约定的格式进行分解处理。对于采样数据，运用滤波方法对其进行必要的处理后存入数组。通信模块包括数据通信和通信测试。数据通信用于从PLC读取各种数据和状态信息，并下达控制命令和各种参数调整结果。通信测试模块具有通信测试和诊断功能，确保通信状态良好。数据存储模块将采集到的生产过程中的各种重要运行数据加以处理并存入相应的数据库。系统主界面如图2所示。

图2 监控系统可视界面

3 水压试验工装的设计

3.1 设计原则

水压试验工装依据以下原则进行设计：满足实验中7台炉体盛水量的要求，泄气孔预留位置合理，水箱注满水后自动关闭泄气阀；有足够的承压强度以保证壳体在水压工装上进行测试；尽可能重量轻，选材合理；选用快速接头对接水管和炉体，并且管件有止回功能；结构尽可能简化，避免成本过高[8-10]。

3.2 水压工装的整体设计

为了快速实现储水箱的排气存水，把进水孔和排气孔预留到储水箱上部位置。整体设计成圆柱形，一侧泄气放水，另一侧安装有电接点压力表和进水电磁阀。下部连接有7回路排水通道，管道设计止回快接件，通过压力传感器采集管路压力，使用电磁阀控制管路的打开和闭合。

3.3 水压工装的应用效果分析

设计完成的这套多回路恒水压实验装置充分利用自动化控制功能，实现了储水箱的自动储水、炉具注水和密封检测等功能。检测时间从纯手工单台30 min缩短到现在7台炉具只需要20 min，同时实现了检测过程压力稳定，避免了压力过高炉具形变的问题。2018年公司生产各类炉具3万余台，密封检测装置的投入使用有效提升了检测效率，为生产任务的完成提供了保证。

3.4 改进和优化

这套水密检测装置在密封检测方面实现了自动化，由于反烧环保炉具有添煤口、观察口和多个配风口的异形结构，在密封检测前需要把多个窗口进行密封。测试时间主要用于封堵窗口，因此，有待开发自动封堵炉具窗口功能。

4 结 论

设计开发的简单实用的多回路恒水压试验系统，有效解决了生产的薄板焊接封闭承压取暖炉具的密封性检验问题，顺利完成了取暖炉具的量产任务。经过检验的炉具出厂合格率达到98%以上。这种实验装置的设计应用，也为同类产品的检验提供了试验手段。