大口徑熱量表耐久性試驗(yàn)裝置（4000次加速試驗(yàn)）的設(shè)計(jì)及運(yùn)行分析

張政+張超+成琳琳

摘 要：熱量表是供熱計(jì)量改革的主要載體，其質(zhì)量的達(dá)標(biāo)與否關(guān)系著千家萬戶的利益，也是眾多企業(yè)的生存底線。耐久性是熱量表所有質(zhì)量屬性中至關(guān)重要的一環(huán)，耐久性試驗(yàn)也是目前眾多科研機(jī)構(gòu)及熱表企業(yè)最為關(guān)注的焦點(diǎn)。作為（2400h+300h）熱量表耐久性試驗(yàn)的主導(dǎo)單位，山東省計(jì)量科學(xué)研究院于2014年圓滿完成了此項(xiàng)試驗(yàn)的小口徑部分。而4000次加速試驗(yàn)是新版EN1434提出的新試驗(yàn)，能更好地模擬熱量表現(xiàn)場(chǎng)工況，對(duì)熱量表的耐久性分析具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：大口徑熱量表;傳感器;耐久性;加速試驗(yàn)

中圖分類號(hào)： TH81 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1673-1069（2016）33-169-2

0 ?引言

隨著供熱計(jì)量改革的大力推進(jìn)，熱量表行業(yè)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。居民消費(fèi)水平的提高和城鎮(zhèn)化的持續(xù)推進(jìn)，使得熱量表走進(jìn)了千家萬戶。無論是新建小區(qū)還是舊管網(wǎng)改造，都能見到熱量表的身影。目前，擺在眾多熱量表企業(yè)面前的問題是，自主研發(fā)的產(chǎn)品究竟能否經(jīng)受住行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所要求的5個(gè)供暖周期的考驗(yàn)[1]。針對(duì)這一問題，比較普遍接受的方法就是進(jìn)行熱量表的耐久性試驗(yàn)（加速磨損試驗(yàn)）。為能更好地模擬實(shí)際使用狀況，需要設(shè)計(jì)一套耐久性試驗(yàn)裝置來進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

筆者在此就大口徑熱量表耐久性試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行與大家交流討論。

1 ?溫度沖擊試驗(yàn)的要求

根據(jù)EN1434新版本6.8.2.4中對(duì)4000次溫度沖擊試驗(yàn)的描述，總結(jié)出試驗(yàn)要求如下：

流量傳感器若有移動(dòng)的機(jī)械部分，流量負(fù)荷變化應(yīng)從0漸變至qs（80～85°C），然后再逆變化。

流量傳感器若沒有移動(dòng)的機(jī)械部分，在維持流量為qp的基礎(chǔ)上，溫度負(fù)荷變化應(yīng)從15～20°C 漸變至80～85°C，然后再逆變化。每一個(gè)高負(fù)荷階段和每一個(gè)低負(fù)荷階段持續(xù)2.5分鐘。試驗(yàn)樣品應(yīng)為6個(gè)相同規(guī)格的流量傳感器。

溫度沖擊實(shí)驗(yàn)如圖1所示：

圖1 ?溫度沖擊試驗(yàn)單周期示意圖

2 ?大口徑耐久性試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)要求

2.1 裝置具體要求

待測(cè)流量傳感器的溫度負(fù)荷可分為高溫和低溫兩個(gè)階段。高溫階段的水溫需維持在80～85℃之間，低溫階段的水溫在15～20℃之間。需在被測(cè)裝置的前后兩端分別加裝測(cè)溫點(diǎn)，其使用的溫度測(cè)量設(shè)備絕對(duì)誤差應(yīng)不超過0.5℃，并且需具備計(jì)量機(jī)構(gòu)的檢定或校準(zhǔn)證書。在4000次試驗(yàn)的過程中，被測(cè)表不應(yīng)被保溫，表體溫度變化需與內(nèi)部流體的溫度變化具有相近的變化趨勢(shì)。建議將測(cè)量表體溫度的溫度傳感器用導(dǎo)熱系數(shù)為（3～5）W/（㎡·℃）的導(dǎo)熱膠與表體連接。試驗(yàn)過程中，流量qp的流量誤差不超過設(shè)定流量的±5%。用于檢測(cè)流量的流量計(jì)準(zhǔn)確度為0.5級(jí)，需具備試驗(yàn)溫度下計(jì)量機(jī)構(gòu)的檢定或校準(zhǔn)證書。被測(cè)表的進(jìn)口壓力不超過1.0MPa，出口壓力不低于0.1MPa，壓力波動(dòng)不大于10%，壓力表精度要求不低于1級(jí)。每個(gè)周期的時(shí)長(zhǎng)為5min，4000次循環(huán)的時(shí)間為：5×4000/24/60=13.89天。表前的直管段不做具體要求，建議保證10倍直管段。對(duì)溫度、流量、壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并可保存整個(gè)試驗(yàn)周期的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)間隔周期不大于5秒，便于觀測(cè)過渡時(shí)間。可采取每10分鐘通過光學(xué)讀數(shù)頭對(duì)被測(cè)表的計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行一次讀取并保存。若自動(dòng)讀數(shù)出現(xiàn)故障，應(yīng)改為人工記錄試驗(yàn)表的運(yùn)行數(shù)據(jù)，每天至少2次。運(yùn)行過程的每次意外狀況都必須詳細(xì)記錄。設(shè)備需有記錄用電量的電表，宜采用帶有遠(yuǎn)傳功能的電表，電表數(shù)據(jù)宜進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。設(shè)備需配備視頻監(jiān)控，監(jiān)控范圍為整個(gè)設(shè)備及操作區(qū)間，必須對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過程的視頻監(jiān)控進(jìn)行完整的存儲(chǔ)，光線達(dá)不到要求時(shí)必須增加照明設(shè)備，以保證整個(gè)試驗(yàn)過程能被完整地記錄。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

裝置的技術(shù)指標(biāo)是參照了相關(guān)檢定規(guī)程和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法和要求[2-5]以及裝置的性能需求確定的。主要包括以下幾項(xiàng)：

測(cè)量范圍：DN50-DN100 ，0.15～60m3/h;

介質(zhì)溫度范圍：5～95℃;

裝置的最大允許工作壓力：1.0MPa。

3 ?試驗(yàn)裝置功能及原理

3.1 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

裝置設(shè)計(jì)口徑為DN50—DN100，因大口徑熱量表的流量較大，運(yùn)行過程中涉及換向，若口徑過大，換向時(shí)產(chǎn)生的水錘及震動(dòng)會(huì)影響到裝置的穩(wěn)定性和安全性，故選擇此口徑區(qū)間。機(jī)械式熱量表由于其流量傳感器含有可移動(dòng)的機(jī)械部分，根據(jù)EN1434中的要求，需要在恒定溫度區(qū)間內(nèi)做變流量試驗(yàn)，使用變頻泵較易完成。而超聲波、電磁式熱量表需要在恒定流量下施加高低溫負(fù)荷，設(shè)計(jì)難度較大，應(yīng)主要研究此項(xiàng)試驗(yàn)。

3.2 運(yùn)行過程

裝置的動(dòng)力部分為兩臺(tái)變頻水泵，并分別連接高低溫兩個(gè)水箱?？紤]到減小震動(dòng)和安全方面，所有換向閥均為電磁閥，可實(shí)現(xiàn)慢開慢關(guān)。裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí)的示例——高溫水從一臺(tái)水泵流出后，經(jīng)被測(cè)表后再通過流量計(jì)流回高溫水箱。當(dāng)需要施加低溫負(fù)荷時(shí)，高溫側(cè)的對(duì)夾止回閥關(guān)閉，低溫測(cè)的對(duì)夾止回閥打開，低溫水從經(jīng)由水泵再通過被測(cè)表流回低溫水箱，如此往復(fù)。使用組態(tài)程序控制流量及電磁閥的開關(guān)時(shí)間。對(duì)水箱進(jìn)行溫度補(bǔ)償。由于高低溫水不可避免的混合，同時(shí)高溫水箱不停地散失熱量，需要對(duì)低溫水箱補(bǔ)充冷水，對(duì)高溫水箱進(jìn)行加熱，并增加溫度反饋環(huán)節(jié)。

圖2 ?溫度沖擊試驗(yàn)裝置工作流程

4 ?結(jié)束語

眾所周知，和歐洲發(fā)達(dá)地區(qū)相比，國內(nèi)大部分地方的供熱水質(zhì)較差，不僅含有氣泡和油污，還包含各種顆粒雜質(zhì)。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，勢(shì)必對(duì)熱量表的傳感器造成相當(dāng)程度的磨損。此類磨損不僅大大降低了熱量表的實(shí)際使用壽命，更會(huì)對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度帶來不小的影響。而且在供暖期內(nèi)熱量表的更換維修代價(jià)較大。正如汽車的保修期為數(shù)年或數(shù)萬公里一樣，實(shí)際工況下的熱量表使用壽命也很重要，理應(yīng)引起重視。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 谷祖康，卜占成，金志軍，付濤.熱量表耐久性試驗(yàn)結(jié)果與問題分析[J].建設(shè)科技，2015（2）.

[2] 中華人民共和國建設(shè)部. CJ128—2007熱量表城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG225—2001熱能表檢定規(guī)程[S].北京：中國計(jì)量出版社，2002.

[4] The European Committee for Standardization. EN1434-2014Heat Meters [S].2014.

[5] 梁林新.熱量表可靠性及其耐久性模擬檢測(cè)老化裝置探討[J].供熱制冷，2014（2）：32-34.