量热仪氧弹安全性能检验装置的研制

赵 优，刘红彦

（河北省计量监督检测研究院，河北 石家庄 050000）

0 引 言

量热仪（氧弹热量计）是用于测量煤炭发热量的设备，广泛应用于各大电厂燃料化验室、煤炭质量检验中心等各类煤炭检验实验室。在量热仪中，氧弹是煤炭的燃烧室，国标GB/T 213-2008《煤的发热量测定方法》中规定，在测定发热量时，需要向氧弹中充入压力约3 MPa的氧气。样品燃烧时，弹体内气体急速膨胀，内压力显著增高，故氧弹安全性能关系着量热仪是否能安全使用。新版氧弹热量计检定规程JJG 672-2018《氧弹热量计》于2018年12月25日发布，2019年06年25日实施，替代JJG6 72-2001氧弹热量计检定规程。在新规程中，6.3规定氧弹安全性能应符合MT/T 737-2007《量热仪氧弹安全性能检验规范》的技术要求。然而市场上并没有成套的用于量热仪氧弹安全性能检验的装置，为满足新规程对量热仪的要求，亟需研制一套用于量热仪氧弹安全性能检验的装置。

1 方法路线

按照MT/T 737-2007量热仪氧弹安全性能检验规范要求，需研制一套装置用于氧弹弹体与压环螺纹松动度的检验，弹体与压环螺纹松动度应满足以下条件：

（1）径向松动度＜0.45 mm。

（2）轴向松动度＜0.27 mm。

另需研制一套用于氧弹水压试验的装置，该装置能够给氧弹充入20 MPa水压，维持10 min以上，且压力降＜0.1 MPa；泄压后氧弹弹体二分之一高度处的直径，底部中心至氧弹弹体上口平面高度的变化均应＜0.13 mm，检查气嘴无泄漏，其他零件无形变。

该装置中包含下列组件：

（1）螺纹松动度测量平台：包含底座、支架、卡盘。

（2）千分表（两块）：量程为0～1 mm，分度值0.001 mm。

（3）压力试验机：介质为水,配有量程为0～40 MPa，优于1.5级的压力表。

（4）游标卡尺（一把）：量程为0～200 mm，分度值0.02 mm。

（5）其他相应的配件。

对本市周边各大电厂和省质检院煤检中心等各级煤炭检验机构进行走访调研，获取主流量热仪氧弹的外形尺寸，充氧接口规格，以确定螺纹松动度测量平台中卡盘的型号规格，以及水压试验装置中氧弹接头的规格。

经调研，各电厂煤炭化验室与煤质检测中心中使用频率较高的量热仪生产企业分别为长沙开元仪器股份有限公司和湖南三德科技股份有限公司，弹体直径均＜100 mm，高度＜200 mm，所以选择卡盘的外径夹持最大直径≥100 mm，考虑氧弹和千分表的高度，所以支架高度不应＜300 mm，由于本项目的研制主要针对这两家企业生产的氧弹，对于其他企业生产的氧弹可在后续检测中增加对应的配件即可。

将所选适用的卡盘和支架加工固定于底座上，同时保证卡盘垂直度满足径向松动度的要求，径向松动度的技术要求为≤0.45 mm，故要求卡盘的垂直度＜技术要求的三分之一即0.15 mm，将加工好的测量平台送专业计量实验室检测，实测结果垂直度＜0.1 mm，可满足规范的要求，螺纹松动度检验装置如图1所示。

图1 螺纹松动度检验装置Fig.1 Thread looseness inspection device

然后对压力试验机实现方法进行考察调研，理论上，压力试验机的实现方法大概有以下2种。

（1）通过气瓶压缩空气或其他气体产生压力源，通过管路储水装置等转换成水介质的压力源。

（2）通过电动或手动液压泵产生需要压力源。通过走访压力专业人士，以及压力专业计量检定仪器的生产厂家，最终采取在压力表检定中使用的手动液压泵作为压力源，经过与生产厂家的沟通，定制了一套满足规范要求的水介质液压泵。为保证压力源的压力值，在液压泵的前端和后端分别加装一块压力表。再按照氧弹规格适配相应的接头及导管，组成氧弹水压试验装置，水压试验装置如图2所示。

图2 水压试验装置Fig.2 Hydrostatic test device

2 试验数据

以市场上主流的两种量热仪氧弹作为被检样品，按照MT/T737-2007量热仪氧弹安全性能检验规范要求。放入螺纹松动度检验装置，将压环拧至螺纹中间位置，转动卡盘，读取径向千分表的最大及最小读数，上下提拉压环，读取轴向千分表的最大及最小读数，分别重复测量10次，以最大最小测量值差值的平均值作为测量结果。再将氧弹装满水，测量氧弹弹体二分之一高度处的直径，底部中心至氧弹弹体上口平面高度，接入水压试验装置，充入20 MPa的压力，持续10 min，检查泄露情况，泄压后，再次测量弹体二分之一高度处的直径，及底部中心至氧弹弹体上口平面高度，计算前后差值，试验结果见表1~6，从试验结果可以看出，该装置可以实现对量热仪氧弹的常规试验检测，检测结果满足规范要求。样品一螺纹松动度试验数据见表1。

表1 样品一螺纹松动度试验数据Table 1 Sample thread looseness test data

样品一水压试验数据见表2。

表2 样品一水压试验数据Table 2 Hydrostatic test data of sample I

样品二螺纹松动度试验数据见表3。

表3 样品二螺纹松动度试验数据Table 3 Test data of Sample two thread looseness

样品二水压试验数据见表4。

表4 样品一水压试验数据Table 4 Hydrostatic test data of sample I

样品一检验结果见表5。

表5 样品一检验结果Table 5 Test results of sample I

样品二检验结果见表6。

表6 样品二检验结果Table 6 Test results of sample II

以该装置在不同时间，不同人员，相同的实验环境条件下，对同一样品进行多次检测，其结果如图3所示，其各项指标的变化量均为超出规范的要求，表明该装置的性能稳定，满足现行规范对装置的要求。稳定性试验结果图如图3所示。

图3 稳定性试验结果Fig.3 Stability test results

3 结 语

通过各项试验数据结果可知，本装置可以满足MT/T 737-2007《量热仪氧弹安全性能检验规范》的要求，从而解决了市场上没有成套检验装置的问题，而且具有操作方便简单，检测结果可靠，稳定性良好的优点，可应用于各计量检测机构和煤炭检验部门等。