氣瓶內(nèi)測法水壓試驗自動測控應(yīng)用分析

王小軍

(海軍裝備部，四川610400)

根據(jù)氣瓶容積殘余變形率測定標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)測法使用的試驗?zāi)Ｐ秃蜖顟B(tài)更符合要求，內(nèi)測法更客觀地反映產(chǎn)品水壓試驗條件下的真實情況，是更加科學(xué)的測量方法[1]。在實際測量中，會受到環(huán)境因素和氣泡的影響，但內(nèi)測法會將產(chǎn)品的殘余變形率放大，使測量的殘變率較實際更大，所以內(nèi)測法要求更嚴(yán)格，測量可靠性更高。氣瓶標(biāo)準(zhǔn)明確要求在水壓過程中氣瓶任何部位無泄漏、無滲漏，瓶體表面無明顯變形、無異常聲響。在使用氣瓶水壓內(nèi)測法測量時，可直接觀察出是否有上述缺陷。

1 減小內(nèi)測法測試誤差的方法

傳統(tǒng)氣瓶水壓內(nèi)測法測試設(shè)備幾乎均采用量筒直讀式，定期測量管道B值。水的壓縮系數(shù)間隔測量需手動輸入，且均選取整數(shù)值，在試驗過程中手動升壓、排空、保壓、卸荷，采用手動計算。試驗時鋼瓶臥放，瓶體內(nèi)氣泡不易排盡，管道的殘余變形率忽略不計，試驗介質(zhì)溫度與實際不符[2]，測量管道的B值與實際不符，使傳統(tǒng)的氣瓶水壓內(nèi)測法的測試精度產(chǎn)生很大誤差。而上述內(nèi)側(cè)法的各項缺點(diǎn)均可以通過改變操作方式減小誤差：

(1)將測試瓶立放，由于氣泡受到浮力作用向上移動，最終聚集在頂端接頭連接處，在泄壓過程中，氣泡會與回水一同排出氣瓶，可以減少氣泡的影響。

(2)采用計算機(jī)自動測控進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、控制、計算，利用電子稱自動采集空瓶重、水瓶重，自動計算容積，電子稱測量精度為0.01 kg。自動采集總壓入水量、殘余變形值，采用GB/T 9251—2011《氣瓶水壓試驗方法》中的稱重法測量量杯中水量的變化[3]，電子衡器的測量精度為0.01 g。程序設(shè)置升壓泄壓的排氣動作反復(fù)兩次，排氣結(jié)束后，計算機(jī)自動采集初始水量，當(dāng)達(dá)到保壓時間后，再自動采集此狀態(tài)的水量，并自動計算總壓入水量，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。當(dāng)試驗結(jié)束后，自動采集此狀態(tài)的水量，并自動計算殘余變形值，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。由于計算機(jī)數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)設(shè)置相應(yīng)溫度下水的平均壓縮系數(shù)，在試驗管道上設(shè)置溫度傳感器，直接采集試驗用水的溫度，并由計算機(jī)實時生成水的平均壓縮系數(shù)。在試驗過程中，每隔一段時間自動測定管道B值，并校驗歸零管道的殘余變形率，并將這些數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。待試驗完成后，計算機(jī)自動計算受試瓶的殘余變形率。這樣可減少B值的誤差和水的平均壓縮系數(shù)的誤差，同時排除管道殘余變形率的影響，可大大提高水壓內(nèi)測法的測量精度，能適應(yīng)批量生產(chǎn)。

2 計算機(jī)自動測控軟件應(yīng)用

為滿足氣瓶批量生產(chǎn)的工藝要求，開發(fā)出QPNC控制軟件，實現(xiàn)空瓶重量、水瓶重量、殘變值等參數(shù)自動采集并編號錄入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)在氣瓶流水線生產(chǎn)的自動測控，試驗結(jié)果自動判定與人工確認(rèn)，自動計算和存儲，并根據(jù)需求進(jìn)行報表輸出。

2.1 水壓試驗報告

整個自動測控軟件基于水壓試驗報告單的界面格式展開(見表1)，該界面為最終報告輸出，報告單中相關(guān)內(nèi)容與相關(guān)采集數(shù)據(jù)庫鏈接，并在后臺完成處理、計算，并自動生成結(jié)果，克服了人為因素的影響，保證報告中數(shù)據(jù)的真實性、可靠性與準(zhǔn)確性統(tǒng)一。

表1 水壓試驗報告單

該批次氣瓶試壓前，將參數(shù)設(shè)置在軟件中，設(shè)置后，參數(shù)將不能修改。設(shè)置參數(shù)窗口見圖1。

圖1 作業(yè)信息參數(shù)窗口

序號和出廠編號是根據(jù)測試完成的氣瓶個數(shù)自動遞加。當(dāng)發(fā)現(xiàn)其它非瓶身泄漏，或非瓶身問題需中斷程序，序號與出廠編號則不會自動遞加。待解決問題后重新試壓。

試壓前，瓶水重量和空瓶重量已經(jīng)被系統(tǒng)自動錄入并編號排序，并保證參數(shù)一一對應(yīng)。在調(diào)出瓶水重量和空瓶重量數(shù)據(jù)后，實際容積則會被計算出來，見圖2。

圖2 試壓氣瓶重量及容積

2.2 其它參數(shù)的計算

總壓入水量、殘余變形值、全變形值、殘余變形率是通過超高精度電子稱分別在試壓前、保壓中、卸壓后讀取的水箱重量計算得出的，見圖3。

圖3 保壓過程中水箱重量錄入狀態(tài)

2.3 判定是否合格

在氣瓶水壓試驗的判定中，氣瓶任何部位的泄漏、滲漏、瓶體表面明顯變形、異常聲響，出現(xiàn)任一情況則該氣瓶不合格。非氣瓶異常則重新測試。

如試驗過程中無異常情況，試壓結(jié)束后，系統(tǒng)會將殘余變形率≤3%的視為合格，反之不合格。

該處增加人工進(jìn)行確認(rèn)，以防止設(shè)備故障對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.4 管道B值、管道參變率及精度檢驗

管道B值測量：每天在設(shè)備啟用前，用堵頭將管道堵住，對管道實施目標(biāo)壓力試壓，測定總壓入水量即為管道B值。將該值存入數(shù)據(jù)庫，自動覆蓋原數(shù)據(jù)。在產(chǎn)品水壓測定時，系統(tǒng)將自動鏈接錄入壓力下的管道B值。

管道殘變率歸零設(shè)置：每天在設(shè)備啟用前，用堵頭將管道堵住，對管道實施目標(biāo)壓力試壓，要求管道殘余變形值歸零。

設(shè)備精度校驗：定期用標(biāo)準(zhǔn)瓶對設(shè)備進(jìn)行校驗，在水壓條件下，要求標(biāo)準(zhǔn)瓶殘余變形值為零，誤差不大于量管精度0.1 g[4]。

3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

3.1 人工設(shè)置參數(shù)

人工參數(shù)設(shè)置見圖4。

圖4 人工參數(shù)設(shè)定欄

通過試驗前的反復(fù)排空，排盡氣瓶和試壓管道內(nèi)的氣泡。通過反復(fù)排空方案保證快速測試，改進(jìn)了繁瑣的排氣方式。由于各個工序都會引起水箱重量的變化。而水箱重量的穩(wěn)定需要一定時間。設(shè)定水箱重量穩(wěn)定時間參數(shù)，有效解決了各個工序?qū)λ渲亓康挠绊?，保證試驗數(shù)據(jù)的真實可靠。電子稱的穩(wěn)定時間參數(shù)的設(shè)置解決了瓶體滾到電子稱上時造成電子稱讀數(shù)波動問題。保證批量生產(chǎn)的同時也保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。測試壓力和保壓時間參數(shù)的設(shè)定為自動化控制提供工藝參數(shù)。嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行，同時排除人為干擾的不確定因素。安全壓力參數(shù)有效防止意外發(fā)生，保證設(shè)備及人員的安全。根據(jù)GB/T 9251關(guān)于升壓速度的要求，設(shè)定升壓速度參數(shù)，采用變頻技術(shù)實現(xiàn)速度控制。能仔細(xì)觀察氣瓶任何部位是否有泄漏、滲漏，瓶體表面明顯變形、異常聲響等情況。

3.2 計算機(jī)自動參數(shù)

計算機(jī)自動參數(shù)見圖5。

圖5 自動參數(shù)

通過計算機(jī)確保數(shù)據(jù)自動錄入，并做瓶號的加運(yùn)算。確保每只瓶子的參數(shù)一一對應(yīng)。為批量生產(chǎn)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。作為內(nèi)測法最重要的參數(shù)，計算機(jī)給予實時顯示、實時記錄。操作員可以通過以上參數(shù)，得知更多的信息。通過實時采集水溫，調(diào)取水的平均壓縮系數(shù)。實時更新水溫，使計算更精確。通過殘變變形率，系統(tǒng)自動判定合格與否，無需人工干預(yù)，優(yōu)化了系統(tǒng)功能。

4 試驗分析

為測定在批量條件下應(yīng)用內(nèi)測法的水壓試驗的自動測控設(shè)備精度及穩(wěn)定性，受試瓶為20.7 MPa的50 L的標(biāo)準(zhǔn)瓶，分別在外測法試驗設(shè)備上和內(nèi)測法自動測控設(shè)備上進(jìn)行實驗對比。為了比較在批量條件下測量結(jié)果情況，均將該標(biāo)準(zhǔn)瓶夾入其它產(chǎn)品中，操作2 h后，反復(fù)水壓試驗5次，統(tǒng)計實驗結(jié)果。

4.1 外測法試驗

進(jìn)行對比試驗批次產(chǎn)品規(guī)格為WGT219-50-20，試驗前用20.7 MPa的50 L標(biāo)準(zhǔn)瓶對設(shè)備進(jìn)行校對，使設(shè)備的全變形值符合標(biāo)準(zhǔn)瓶鋼印標(biāo)記，偏差為±0.1 g。同時校對設(shè)備在20.7 MPa和31.1 MPa情況下，設(shè)備的殘余變形值為零，使設(shè)備測試條件滿足GB/T 9251—2011《氣瓶水壓試驗方法》的外測法要求。在WGT219-50-20水壓時，均設(shè)定水壓試驗壓力為31.1 MPa，在WGT219-50-20連續(xù)試驗2 h后，將20.7 MPa的50 L校驗用標(biāo)準(zhǔn)瓶夾入其中連續(xù)進(jìn)行5次水壓試驗，同時保證試驗用水無溫度差，試驗時按規(guī)定排空。外測法標(biāo)準(zhǔn)瓶水壓記錄見表2。

表2 外測法標(biāo)準(zhǔn)瓶水壓記錄表

從上述試驗可見，將標(biāo)準(zhǔn)瓶融入到批量生產(chǎn)中，其殘余變形值和殘變率并非與實際相符。因此批量生產(chǎn)和校驗之間存在差別，試驗結(jié)果中出現(xiàn)3次殘余變形率為負(fù)的情況，表明氣泡或其它因素對測試產(chǎn)生了影響，使實際殘余變形率小于實際值。因此DOT規(guī)范要求定期用標(biāo)準(zhǔn)瓶校驗設(shè)備，表明外測法試驗方法數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確、測試性能也不穩(wěn)定。

4.2 內(nèi)測法自動測控水壓試驗設(shè)備

進(jìn)行對比試驗批次產(chǎn)品規(guī)格同樣為WGT219-50-20，測試前對承壓管道在受試瓶實際試驗壓力下的壓入水量B值測定。在WGT219-50-20水壓時，均設(shè)定水壓試驗壓力為31.1 MPa，在WGT219-50-20連續(xù)試驗2 h后，將20.7 MPa的50 L校驗用標(biāo)準(zhǔn)瓶夾入其中連續(xù)進(jìn)行5次水壓試驗，同時保證試驗用水無溫度差，試驗時按規(guī)定排空。內(nèi)測法標(biāo)準(zhǔn)瓶水壓記錄見表3。

表3 內(nèi)測法標(biāo)準(zhǔn)瓶水壓記錄表

從上述試驗可見，將標(biāo)準(zhǔn)瓶融入到批量生產(chǎn)中，其殘余變形值和殘變率均比較穩(wěn)定。但所測的殘余變形值和殘變率比實際情況大，顯然內(nèi)測法將這些值放大，證明內(nèi)測法對氣瓶要求更為嚴(yán)格，更符合安全要求。

5 結(jié)論

利用自動測控的水壓內(nèi)測法試驗系統(tǒng)能夠直觀反映瓶體的泄露、泄漏、明顯變形、異常聲響等缺陷，同時測量精度高，更符合測定實際情況，雖然個別測試結(jié)果大于實際殘余變形率，其實已將判定要求提高，對產(chǎn)品的安全性能要求更嚴(yán)格。該方法效率高，滿足大批量生產(chǎn)的工藝要求，更符合我國氣瓶工業(yè)的發(fā)展，值得推廣。