（机械工程专业论文）通用型高效家用膜式燃气表外部密封性检测装置的研制.pdf

浙江工业大学硕士学位论文 通用型高效家用膜式燃气表外部密封性检测装置的研制 摘要 随着城市的现代化建设与社会经济的高速发展以及环境保护意识的逐渐增强，城市燃 气逐渐成为2 1 世纪的最主要能源之一，膜式燃气表凭借其计量准确、价格低廉、经久耐 用等优点被广泛应用于低压的普通家庭用户的用气计量。冈为其计量介质是具有易燃、易 爆甚至有毒等特性的城市燃气，一旦发生泄漏在周围空气中达到爆炸极限，就会引发燃烧、 爆炸甚至中毒等危险，所以膜式燃气表的外部密封性在各项主要技术指标中显得尤为重 要，被各生产厂商作为关键工序进行控制。传统的膜式燃气表外部密封性检测方法，如u 型压力计法、液下气泡法等直压式的检测方法由于检测效率较低、劳动强度人、易受检测 环境温度变化影响等缺点无法很好地满足批量的在线检测要求，同时现代工业生产又都具 有多品种、小批量的典型特点，因此设计开发一款通用性好、检测效率高，同时又具有良 好经济性的家用膜式燃气表外部密封性检测装置具有良好的经济实用价值和应用前景，能 够取得较好的经济效益和社会效益。 气体分子微小而且对压力和温度都非常敏感，因而气体泄漏是气体传动和计量中普遍 存在的。膜式燃气表外部泄漏是产品主要技术指标中尤为重要的一个，因而一直是生产制 造商们检测控制和研究分析的重点。目前国内的膜式燃气表制造商们主要采用皂泡法、液 下气泡法、u 型压力计法等正压力检测法进行外部密封性检测。它们都属于压降法的检测 方法范畴，可靠性受检测环境温度变化影响大，而且检测分辨率由于大大制约于检测压力 的大小而较低，由于膜式燃气表相关标准允许的外泄漏属于微小泄漏，在较短时间内很难 被准确可靠检测，因而检测效率较低。而差压法密封性检测采用形状、尺寸完全相同的合 格产品作为基准进行比较，克服了检测环境温度变化对检测结果的影响，同时传感器的量 程范围与检测绝对压力大小没有直接关系，只与泄漏产生的压差大小有关，所以对于微小 泄漏可以通过适当缩小传感器量程提高分辨率来缩短检测时间达到提高检测效率的目的。 单片机功能强大而且价格低廉，广泛应用于众多工程领域的自动化控制。本文将差压法密 封性检测原理与单片机技术进行了有机结合，研制出款通用性强、检测效率高、经济性 好的家用膜式燃气表外部密封性检测装置，良好地适用了多品种、小批量的典型现代工业 浙江工业大学硕士学位论文 生产需求，在保证检测精度的同时大大提高了检测效率，对企业的发展具有良好的实用价 值和应用前景。本课题研究的主要工作及成果如下： 1 通过对家用膜式燃气表的外泄漏的研究，建立了相应的偏心圆环缝隙泄漏和平行 平板缝隙泄漏两种数学模型进行泄漏量的理论计算分析，指出了影响膜式燃气表 外部密封性的关键因素( 参数) ，对膜式燃气表设计研发和生产过程的检测控制有 着重要的现实指导意义。 2 通过对气体泄漏的气容一气阻物理模型的分析推导出气体泄漏产生的压差与泄漏 流量、检测时间以及等效容积之问的函数关系，根据相关标准计算出膜式燃气表 外部泄漏产生的压差限额作为后文检测装置设计的依据。 3 完成检测装置的硬件框架的构建、工作流程的设计以及主要图纸的设计绘制，根 据设计参数的要求完成关键零部件的设计选择，最终研制出这款通用型高效膜式 燃气表外部密封性检测装置，并通过大量的试验、分析与调试确定了不同表型的 检测参数，完成了作业指导书的编制用于指导实际的生产。该检测装置主要有以 下几个方面的优点：( a ) 、通用性：检测工装的中心距可调，检测参数可通过控制 面板进行修改，经过简单的调试即可实现对不同表型的检测。( b ) 、经济性：对公 司传统的工艺流程的整合优化，减少了人员和硬件设备的投入，避免了生产过程 中的运输周转等环节造成的时间、空间等各方面的浪费；( c ) 、高效性：组内多工 位和两组分时工作的统筹设计，最大限度地缩短了工作节拍，通过缩短差压传感 器的量程提高了检测分辨率，从而缩短了检测时间大幅提高了工作效率。( d ) 、人 性化：单片机自动地程序化执行操作，检测数据及结果直观地通过l e d 数码管和 指示灯显示，大大改善了操作人员的工作强度。检测装置的研制成功对企业的发 展做出了推动意义的贡献。 但是该检测装置的研制过程巾在满足实际生产需要的前提下由于较多地考虑了成本 因素的制约，所以系统的设计比较简单，削弱了良好的人机交互性以及数据分析处理功能。 通过与个人计算机的扩展连接，辅以智能模拟软件的运用将会得到非常显著的改善，如 l a b v i e w 将会获得更加友好的操作界面，m a t l a b 强大的数据处理功能可以拟合出更加 接近实际的曲线，方便研究分析。 关键词：气体泄漏，家用膜式燃气表，外部密封性检测，差压法，单片微型计算机 浙江工业大学硕士学位论文 d e v e l o p m e n to fu n i v e r s a le f f i c i e n t e x t e r n a lt i g h t n e s sd e t e c t i o ne q u i p m e n to n d o m e s t i cd i a p h r a g mg a sm e t e r a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc i t ym o d e r n i z a t i o na n ds o c i a le c o n o m ya n db u i l d u po f e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，c i t yg a sb e c o m e so n eo ft h em a j o re n e r g ys o u r c e si n21 砒c e n t u r y d i a p h r a g mg a sm e t e ri sp r e f e r a b l ef o rd o m e s t i cc i t yg a sm e a s u r i n g o na c c o u n to fi t sv e r a c i o u s ， l o w c o s ta n dd u r a b l ec h a r a c t e r i s t i c s s i n c et h ec i t yg a si sf l a m m a b l e ，e x p l o s i v ea n de v e n p o i s o n o u s ，t h el e a k a g ei n t oa i rw i l lc a u s e sf i r e ，e x p l o s i o ne v e nt o x i c o s i s a l ld i a p h r a g mg a s m e t e rm a n u f a c t u r e r sd e f i n ee x t e r n a lt i g h t n e s sd e t e c t i o na sac r i t i c a lw o r k i n gp r o c e d u r ei nt h e i r p r o d u c t i o n t r a d i t i o n a lm e t h o d sf o re x t e r n a lt i g h t n e s sd e t e c t i o n ，e g um a n o m e t e ra n db u b b l e e m i s s i o nm e t h o d ，c a nn o tm e e tt h ep i p e l i n i n gi n s p e c t i o nf o rm a s sp r o d u c t i o nw e l lb e c a u s eo f l o we f f i c i e n c y , h i g hw o r k l o a da n dt h e r m o s e n s i t i v i t y i ti su r g e n tt od e v e l o pas e to fu n i v e r s a l ， e f f i c i e n ta n de c o n o m i c a le x t e r n a lt i g h t n e s sd e t e c t i o ne q u i p m e n tt oh e l pt h ec o m p a n ye x p a n s i o n a i rl e a k a g ei s v e r yc o m m o ni ng a st r a n s m i s s i o na n dm e a s u r i n gf i e l d s b e c a u s eo ft h e s e n s i t i v i t yt ot e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r e a n a l y s i sa n dd e t e c t i o no fe x t e r n a lt i n yl e a k a g eo f d i a p h r a g mg a sm e t e ri st h ee m p h a s i si nt h i sp a p e r t h ev e r a c i t yo fp r e s s u r el o s sm e t h o dr e l y s o nm a n yf a c t o r s ，e g e n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r es t a b i l i t y , v a l u eo ft h ea b s o l u t ep r e s s u r e ， i n s p e c t i o nd u r a t i o n ，e t c s ot i n yl e a k a g ec a nn o tb ed e t e c t e dw e l la n dt r u e l yi ns h o r td e t e c t i n g p e d o d ，w h i c hi s t h er e a s o nf o ri t sl o we f f i c i e n c y h o w e v e r ，d i f f e r e n t i a lp r e s s u r em e t h o dh a s l i a l ei n f l u e n c ew i t ht h et h e r m o s t a b i l i t y , a n dt h ev e r a c i t yc a nb ei m p r o v e db yl e s s e n i n gt h er a n g e a n di n c r e a s i n gt h er e s o l u t i o no ft h es e n s o rf o rt i n yl e a k a g ed e t e c t i o n i nt h i sw a ye f f i c i e n c yc a n b ei m p r o v e db ys h o r t e nt h ed e t e c t i o nt i m e s i n g l e - c h i pm i c r o c o m p u t e rh a sp o w e r f u lf u n c t i o n a n di se c o n o m i c a l ，w h i c hi sw i d e l yu s e di nm a n ye n g i n e e r i n gf i e l d sf o ra u t o m a t i cc o n t r 0 1 w e c o m b i n et h et w ot e c h n o l o g i e se f f e c t i v e l yt od e v e l o pas e to fd o m e s t i cd i a p h r a g mg a sm e t e r e x t e r n a lt i g h t n e s sd e t e c t i o ne q u i p m e n t ，a n de x p e r i m e n t sv e r i f yt h a ti ta d a p t st ot h ev a r i e t yo f i i i 浙江工业大学硕士学位论文 m o d e r np r o d u c t i o nm o d ew i t he x c e l l e n te f f i c i e n c y , r e l i a b i l i t ya n de c o n o m y t h es u c c e s s f u l d e v e l o p m e n ti m p r o v e st h ec u r r e n tw o r kc o n d i t i o na n dh a sf a v o r a b l ep r a c t i c a b i l i t yf o rc o m p a n y e x p a n s i o n a l li na 1 1 t h i sp a p e rb r i n g st h ef o l l o w i n gm a i na c h i e v e m e n t s ： 1 w ef o u n dt w om a t h e m a t i c a lm o d e l sa sp a r a l l e lb o a r dc l e a r a n c el e a k a g ea n de c c e n t r i c c i r c l ec l e a r a n c el e a k a g et or e p r e s e n tl e a k a g ea tt h el o c a t i o n so fo u t p u ts h a f ta n dh o u s i n g c o n n e c t i o nr e s p e c t i v e l y w i t ht h ea n a l y s i so ft h el e a k a g ef l u xe x p r e s s i o n sw ei n d i c a t e t h ek e yf a c t o r so ft h ea i rl e a k a g ec o n t r o l ，w h i c hi sd i r e c t i v ef o rt h es t r u c t u r a ld e s i g na n d m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sc o n t r 0 1 2 w ef o u n dt h eg e n e r a lm a t h e m a t i c a lm o d e la n dd e d u c et h er e g u l a r i t yt h a tt h ep r e s s u r e l o s sc a u s e db ya i rl e a k a g eh a se x p o n e n t i a lr e l a t i o n s h i pw i t ht h et i m e a n dw ec a l c u l a t e t h ep r e s s u r el o s el i m i tf o rd i a p h r a g mg a sm e t e re x t e r n a la i rl e a k a g ei nt h i sw a yw i t h c o n d i t i o nt h a tl e a k a g er a t ei sc o n s t a n t ，w h i c hi st h eb a s i sf o rt h ed e v e l o p m e n to ft h i s d i a p h r a g mg a sm e t e re x t e r n a lt i g h t n e s sd e t e c t i o ne q u i p m e n t 3 w ef i n i s ht h eh a r d w a r ea n dw o r kf l o wd e s i g n ，a n dv e r i f yi t sc o m p l i a n c ew i t ht h e r e q u i r e m e n tv i ae x p e r i m e n t s ，f i n a li z et h ei n s t r u c t i o nm a n u a lw i t hi n s p e c t i o np a r a m e t e r s f o rv a r i o u sm o d e l st os u p e r v i s ep r o d u c t i o n t h ee q u i p m e n th a st h ef o l l o w i n gk e y a d v a n t a g e s ：( a ) u n i v e r s a l i t y ：c l a m p i n gf i x t u r ei sa d j u s t a b l e ，a d a p t a b l et ov a r i o u s m o d e l sd e t e c t i o nv i ac h a n g i n gp a r a m e t e r sv i at h ec o n t r o lp a n e la n ds i m p l yd e b u g g i n g ( b ) e c o n o m y ：o p t i m i z et r a d i t i o n a lw o r k i n gp r o c e s s t or e d u c ee x p e n da n da v o i d u n n e c e s s a r yw a s t e ( c ) e f f i c i e n c y ：m u l t i w o r k s t a t i o n a n dm u l t - g r o u pd e s i g n i m p r o v e st h ei n s p e c t i n ge f f i c i e n c y ；l e s s e n i n gs e n s o r sr a n g et og e th i g h e rr e s o l u t i o nt o s h o r t e nt h e d e t e c t i n gt i m ei m p r o v e st h ee f f i c i e n c ye n o r m o u s l y ( d ) f a c i l i t y ： s i n g l e - c h i pm i c r o c o m p u t e ra u t o m a t i c a l l yr u n st h ee s t a b l i s h e dp r o g r a ma n di n s p e c t i o n r e s u l t sa r es h o w no nt h el e d s ，w h i c hi m p r o v e st h ew o r kl o a dg r e a t l y t ob eh o n e s t ，t o om u c ha t t e n t i o nt ot h eh a r d w a r ec o s td u r i n gt h ed e v e l o p m e n ti m p a i r st h e f r i e n d l i n e s so f t h ei n t e r f a c ea n df u n c t i o no fd a t aa n a l y s i sa n dp r o c e s s i n g p e r s o n a lc o m p u t e ra n d i n t e l l i g e n ts i m u l a t i o ns o l t w a r e sc a nh e l pt oi m p r o v eb e a e r ，e g l a b v i e wc a ni m p r o v et h e i n t e r f a c ea n dm a t l a bc a ng e tb e t t e rd a t aa n a l y s i sa n ds i m u l a t i o n k e yw o r d s ：a i rl e a k a g e ，d o m e s t i cd i a p h r a g mg a sm e t e r , e x t e r n a lt i g h t n e s sd e t e c t i o n ， d i f f e r e n t i a lp r e s s u r em e t h o d ，s i n g l e - c h i pm i c r o c o m p u t e r 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的 学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名：佳多 韦日期吲年矿，月才日 l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密回。 ( 请在以上相应方框内打“、”) 作者签名： 导师签名： 鞠麓i 星 浙江工业大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 城市燃气 城市的现代化建设和经济发展已经显示出在社会发展中的强有力的支配作用。城市基 础设施建设、管理、服务水平的高低既是城市经济发展现代化成就的集中体现，也是一个 城市和地区文明水平的重要标志。城市能源系统的燃气是经济生活的动脉，它为现代城市 的牛产活动和社会牛活提供高水平的能源，同时它又是维系城市空间环境质量的重要方 面，和人民的口常生活紧密相判1 1 。 当今世界燃气工业的发展正处在大变革和大发展时期，我国城市燃气的发展，对民用 户来说，也取得了很大的成绩，特别是上世纪九十年代以来的发展十分迅速，对城市居民 囚烧煤造成的大气污染已得到了很好的解决和改进。城市燃气将成为二十一世纪的主要能 源之一，我国城市燃气以历史上从未有过的发展速度，也为今后的发展奠定了良好的基础。 1 1 1 城市燃气分类及其特性 城市燃气是指城市、乡镇或居民点中，从地区性的气源点，通过输配系统供给居民生 活、商业、工业企业生产、采暖通风和空调等各类用户公用性质的，且符合本规范质量要 求的燃气。城市燃气一般包括天然气、液化石油气和人工煤气( 人工煤气又简称煤气) 2 1 。 天然气是存在于地下自然生成的一种可燃气体，成分以饱和烃为丰，主要是甲烷，另 外还有少量非烃类气体一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气、硫化氢、水蒸气及微量的氦、 氩等惰性气体。天然气在我国分布很广，主要分布在我国的中西部盆地。据专家预测，我 国的天然气资源总储量可达4 0 6 0 多万亿立方米，勘探领域广阔，潜力巨大，前景十分 美好。天然气主要可用于发电，此外，天然气无色、无臭、无毒、无腐蚀性，具有安全、 热值高、洁净和应用广泛等优点，目前已成为众多发达国家的城市必选燃气气源。 液化石油气，通常简称为液化气，是采油或石油炼制过程中产牛的一种燃气，主要成 分有丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。液化气虽然属于微毒类物质，但当空气中液化气的浓度较 高时，仍可能使暴露人员出现头晕、头痛、嗜睡、恶心、呕吐等症状，尤其在h 2 s 含量 超标时，除表现为麻醉、昏迷状态外甚至发生意识丧失以致死亡。液化气热值比较高常被 用作炊事燃料或轻型车辆燃料。 一1一 浙江工业大学硕士学位论文 人工煤气是各种人工制造煤气的总称，煤和重油是原料，主要有干馏煤气、气化煤 气( 以一氧化碳和氢气为主的可燃气体) 和重油制气等几种。人工煤气具有易燃、易爆、 有毒的特点，主要用作炊事、暖气空调、热水器等设备的燃料。 随着科技的发展，未来人类肯定会找到比城市燃气更为理想的能源。但不管将来由 什么来取代它，城市燃气在向新能源迈进的过程中将起到不可替代的重要桥梁作用。 城市燃气如果泄漏到周围的环境中与空气形成混合物，浓度达到一定极限范围内时， 遇到明火就有可能产生剧烈燃烧甚至爆炸。空气中能使可燃气体发生爆炸所必须的最低可 燃气体浓度，称为爆炸下限；空气中能使可燃气体发生爆炸所必须的最高可燃气体浓度，称 为爆炸上限【3 】。在城市燃气的生产过程中、生产与供气系统的置换过程巾及终端用户使用 时产生的泄漏，都可能产生爆炸极限范围内的混合气体。城市燃气在不同压力、不同温度 下的爆炸极限见表1 1 ，准确掌握和控制燃气的爆炸极限，对消防报警和安全使用燃气有着 非常重要的意义。 表l - 1 城市燃气爆炸极限裂4 】 压力( m p a )0 1 0o 1 5o 2 0 温度( )2 05 08 02 05 08 02 05 08 0 爆炸下限( )7 o6 96 86 9 6 9 6 8 6 76 5 6 3 爆炸上限( )3 5 53 7 23 8 23 6 o3 7 73 8 73 6 8 3 8 33 9 o 尽管在爆炸极限范围之外，因为燃烧产生的热量不足以弥补散失的热量，无法维持继 续燃烧，所以不会造成爆炸的危险和伤害。但是对于有毒性的燃气，其毒性仍会对人的身 体健康甚至生命造成危险。 1 1 2 城市燃气计量 城市燃气作为一种优质能源和化工原料其计量技术越来越被人们所蕈视。欧美等工业 化水平较高的发达国家，对燃气计量技术的研究起步较早计，我围燃气计量起步较晚，总 体水平与国外还存在显著差距。上世纪八十年代，国内部分燃气仪表制造企业，引进吸收 国外燃气计量仪表制造技术，建成一批新的生产线、产品技术性能有较大的提高，基本上 可以满足城市管道煤气以人工煤气为主导的消费结构。伴随我国燃气资源开发的进展、液 化石油气特别是管道液化气或液化气混空气在城市得到较快应用，天然气的供应量日益增 多，原有表型难以适应现实形势需要，反映在表的计量精度、耐压等级、灵敏度、使用寿 一2 一 浙江工业大学硕士学位论文 命、观感性能、计费控制等多方面。在各方面需求的带动下，九十年代中期以后，国内主 要燃气仪表制造企业，均在致力于新表型的开发，带动了我国燃气计量仪表工业的发展， 逐步缩小了我国燃气计量仪表与国外的差距，使国内主要燃气仪表企业制造的产品基本上 可以满足西气东输及天然气转换的需要。 计量燃气的装置称燃气表或燃气流量计，用以累计通过管道的燃气的体积或质量。燃 气计量装置按计量原理，可分为直接计量和间接计量两种。直接计量式装置的内部设有若 干个计量室，按计量室的容积直接对通过的燃气量进行计量和累计。直接计量式燃气表又 分为干式和湿式两种。膜式表和罗茨表属于干式，在低压中、小流量计量中普遍使用。间 接计量式装置没有计量室，它利用燃气气流的某一物理特性转换为流量，再引入时间因素 求得累计值，如利用气流压差的孔板流量计，利用气流速度的涡轮流量计，利用气流受阻 形成涡流的涡流流量计等，这些流量计多用于主输气管道一卜的中、高压大流蹙计量。 1 2 膜式燃气表及其外部密封性 当前，不论在美、德等发达国家还是其他的发展中国家，配有安全装置、自动读数、 遥测读数的新型功能的机械式膜式燃气表仍广泛作为标准的家庭民用计量仪表，其主要原 因是膜式燃气表耐用、计量准确、价格低廉【5 】。 _ 流出的燃气流入的燃气 l 4 子计量室5 阀盖6 阀座7 分配室8 外壳9 柔性皮膜 图1 - l膜式燃气表结构及工作原理图【6 】 膜式燃气表属于容积式直接计量装置，其结构及工作原理如图1 1 所示，计量装置内 部装有柔性皮膜，它可随燃气的进入和排出而膨胀和收缩。每一个皮膜的两侧各形成一个 子计量室，两个皮膜共把计量室分成四个子计量室。计量室上方置有一对滑阀( 或一个转 一3 一 浙江工业大学硕士学位论文 阀) ，可使计量室与燃气表的进口和出口交替接通。当燃气进入其中的一个子计量室内时， 皮膜受压力作用膨胀，使其相邻的子计量室被压缩，室内的燃气被排出，同时通过皮膜驱 动传动机构带动滑阀平移( 或转阀转动) 。如此反复，而这种反复交替的动作通过机械结 构传递到表外部的指示记录装置，实现对通过的燃气量累计指示和记剥6 。 膜式燃气表根据外壳体材料分为钢壳型和铝壳型两大类。钢壳型表上、下外壳采用厚 ：羔为0 8 l m m 优质钢板经拉深成型，两者之间加橡胶密封垫然后用液压机把钢板壳卡夹 紧塑性变形从而实现联接密封，适用于以天然气为主的压力较低的气源。铝壳型表上、下 外壳均采用铝合金压铸成型，壁厚通常为2 一 3 m m ，通过螺钉加橡胶密封圈联接密封，具 有较高的抗压强度，适用于以液化气或煤气为主的气源，也可用于天然气的计量。 膜式燃气表的相关标准规定了一些重要的性能参数，如工作压力范围、流量范围、计 量误差、误差重复性、密封性、压力损失、耐久性等。膜式燃气表计量的介质是易燃、易 爆甚至有毒性的城市燃气，如果泄漏到空气巾达到一定的浓度就有可能产生燃烧爆炸，导 致经济财产的损失甚至人身的伤害。即使浓度在爆炸极限范围之外不会出现燃烧爆炸，有 毒性的燃气仍会对人的身体健康甚至生命造成危险。因此，膜式燃气表的外部密封性要求 显得尤为重要。膜式燃气表的国家标准中要求：膜式燃气表在正常工作条件下，输入1 5 倍最大：1 ：作压力，表不允许出现漏气【7 1 。计量检定规程对膜式燃气表外部密封性及检测方 法作了时间上的规定：膜式燃气表必须进行密封性试验，在正常工作条件下，输入1 5 倍 最大工作压力，持续时间不少于3 m i n ，不允许出现漏气【8 】。膜式燃气表外部密封性试验可 采用如图1 2 所示或采用其它等效的试验方法。 图1 - 2 膜式燃气表外部密封性检测原理副8 】 密封 城市燃气设计规范对室内燃气管道的最高压力做出了要求，用户室内燃气管道的最高 压力不应大于表1 2 的规定。 一4 一 浙江工业大学硕士学位论文 表1 2 用户室内燃气管道的最高压力表【9 l 燃气用户类型 最高表压压力( m p a ) 独立、单层o 8 工业用户及锅炉房 其他0 4 商业用户o 2 居民用户( 中压)0 1 居民用户( 低压) 0 0 l 膜式燃气表一般接在进户管道减压阀门与用气设备之间，属于低压用气计量设备，根 据表1 2 的数据可知，其一般的额定工作压力最大为o 0 1 m p a 。 1 3 膜式燃气表外部密封性检测方法现状 绝对无泄漏工件是几乎不存在的，尤其是对于工作介质为气体的工件。密封性是一个 相对的概念，一般来说，密封的程度只要满足需要就可以了，过高的要求会导致废品率的 提高和投资的增加，而且试验检测时间也会增加。在实际工业生产的检测过程中，我们通 常根据该工件具体的应用环境条件和状态给出一个允许泄漏值，当工件泄漏量小于该值时 则认为该工件是合格品；当工件泄漏量大于该值时则认为该工件是不合格品。 目前国内膜式燃气表行业通常采用正压力密性检测方法，按照按检测手段分为湿式的 液下气泡法、干式的压降法和干式的差压法。正压力密封性检测过程一般可分为口- 定位 封堵( 0 t 1 ) 、6 充气加压( t l t 2 ) 、c 压力平衡( t 2 t 3 ) 、d - 密封性检测( t 3 t 4 ) 和争 排气( t 4 t 5 ) 共计五个阶段，各阶段被测表内气体压力变化曲线如图1 3 所示，卸为泄 漏产生的压力变化值。 p tj t：t，tl t5t 图1 3 正压力密封性榆测各阶段压力变化示意图 一s 一 新扛t 业大学硕士学位论文 正压力密封性检测的五个过程分别描述如下： 4 定位封堵：将被测燃气表定位在检测工装上，对进、出气口进行连接封堵。 h 充气加压：打开控制阀，压缩气源向被测表内进行充气至规定的检测压力值，充 气阶段的结束或者取决于充气时问或者取决于表内的压力值。 b 压力平衡：充气阀关闭，使被测表内的气体在先气阶段形成的气体层流、涡流达 到中和，同时进行热交换使气体温度变化得到平衡最终保持在等温状态它是实 现精确检测的必要条什。 d 密封性检测：把压力平衡后的瞬时压力值作为参考压力值在规定的时间内，对 被测表内的压力进行监控，并于参考值作比较，测得压力变化量，然后将这个量 与规定的合格限额进行比较判断被测表是否合格，同时这个压力变化量也可以换 算成泄漏流量。 b 排气：检测结束后，被测表内的压缩空气排入大气，通常采用松堵的方式，为下 一个检测周期做准备工作。 1 , 3 1 气泡法 湿式正压力检测法俗称液下气泡法，简称为气泡法，就是向被测燃气表内充 规定压 力的气体时，将其浸人液体( 通常为水) 中，根据液体中的气泡的产生位置、大小和形成 气泡的频率来判断工件是否有泄漏以及泄漏的位置、泄漏的程度等。 常见的气泡法密封性榆测装置为如图1 4 所示，其检测原理如图1 - 5 所不，密封性的 检测过程如下： 同l 一4 膜式燃气表外部密封性液下气泡法检测装置 一6 f ! _ 雩雾 浙江工业大学硕士学位论文 1 压缩气源2 过滤器3 、4 带表减压阀5 单电控两位三通阀6 、1 2 单电控两位四通阀 7 、11 - 单杆双作用气缸8 被测表固定工装9 透明水槽l o 一被测燃气表 图1 5 膜式燃气表外部密封性液下气泡法检测装置原理图 1 初始状态时，阀1 2 失电，气缸l l 的活塞位于下端，水槽9 位于最低位；阀6 失 电，气缸7 的活塞位于上端； 2 取被测表1 0 置于工装8 上，阀6 得电后阀芯换位，气缸7 的活塞下移至将表1 0 接入检测气路； 3 阀1 2 得电后阀芯换位，气缸l1 的活塞上升提升水槽9 至将表l o 完全没入水中， 然后用毛刷将所有吸附在表1 0 表面的气泡清除干净； 4 阀5 得电阀芯换位，对表l o 进行充气加压至规定检测压力后阀5 断电复位，开始 计时对表1 0 进行密封性检测； 5 持续观察表l o 外表面是否有新的气泡出现至规定的检测时间结束； 6 如果没有新气泡出现则说明表1 0 外部密封性合格，然后转下道检测工序；否则说 明表1 0 存在泄漏，用记号笔在泄漏处作标记后转返修工序进行修缮处理等工作后 重新进行密封性检测。 此检测方法检测设备相对简单经济、判断直观，可以检测出微小泄漏。据相关文献记 载，检测温度为室温、肉眼观察的情况下，用空气作示漏气体、水作显示液体，浸水气泡 浙江工业大学硕士学位论文 法可队检测出漏率约为1 0 4 c m3 厶至1 0 4 删3 s 的泄漏l 1 0 1 。但是这种检测方法需要操作人 员较长时间观察，因此劳动强度较大，有时容易受到吸附在被测物表面的气泡的干扰存 在一定的误判率；而且检授i 完毕后需要增加清洁干燥的工序，如果清洁干燥不彻底容易造 成日后接缝或焊缝处的锈蚀，造成危险隐患。 该检测方法的灵敏度受检测压力、显示液体表面张力、乐漏气体黏度等诸多因素影响， 检测压力越高、示漏液体表面张力越小、示漏气体黏度越小则灵敏度越高。此外该方法最 大的缺点是无法定量测出泄漏量，实现定量检测的难度较大。液r 气泡法检测时_ 个操作 人员只能同时操作一台检测殴蔷，因此生产效率非常低，完全不能适用于批量的检测方式。 但是由于它能够准确地判断泄漏点，方便十后续的修缮处理。目前国内的规模较小的膜式 燃气表厂家仍较广泛采用。 1 3 2 直压法 直压法通常也称压降法，在直雎式密封性检测过程中，如果被测容器有漏孔产生泄漏， 则会引起容器内压力的下降，通过压力检测装置测得这个变化的大小，通过泄漏量计算公 式可以换算得出被测容器的泄漏量】。 u 型压力计价格便宜，操作维护方便，目前仍广泛用于低压容器的密封性检测常见 的膜式燃气表外部密封性检测装置如图i 6 所示，检攫4 原理如图i - 7 所示，密封性的检测 过程如下： z 燃渊 泓一扭盛粼 z0 上。二量剖叠 。1 ：墨i 2 董一 浙江工业大学硕士学位论文 1 压缩空气源2 过滤器3 、4 带表减压阀5 手动两位三通阀6 u 型管压力计 7 单杆双作用夹紧气缸8 手动两位四通阀9 被测燃气表 图1 7u 型压力计膜式燃气表外部密封性检测原理图 1 初始状态时，阀8 和阀5 都处于下位，夹紧气缸7 的活塞位于上端，u 型管压力 计6 的两端液面的高度差h = o ； 2 取被测表9 置于检测工装上，手动换向阀8 至上位使夹紧气缸7 的活塞下降至将 被测表9 接入检测气路； 3 然后手动换向阀5 至上位对表9 充气加压至u 型管6 两端液面高度差h 达到规定 值后再次手动换向阀5 至下位，在u 型管6 的高液而端做标记后开始计时； 4 检测结束时再次在u 型管6 的高液面端液做标记，计算两个标记的高度差； 5 如果高度差小于规定值则表明表9 的泄漏量小于限额可以判定为密封性合格的 表，转下道工序：反之，如果高度差大于规定值则表明表9 的泄漏量超过了限额 可以判定为密封性不合格的表，转泄漏点查找工序进行泄漏点查找后再进行后续 的修补等工作。 我们也可以将u 型压力计替换成其他的压力检测装置，如压力传感器，记录检测过 程中被测膜式燃气表内压力的下降值后与理论计算出的泄漏限额进行对比也可以对膜式 燃气表的外部密封性进行判断。 由理想气体状态方程n - - - - 筹可知，在体积不变的条件下，气体质量的变化量与气体 压力的变化量和温度变化量之间的关系为： 浙江工业大学硕士学位论文 咖= 茜妒等刀 定义质量流量为譬。= d z d , ，则可以推出体积流量g 矿表达式为： g矿=薏=上(茜idp一豢宰)(1-2)po d t p o k 1 d tk l 整理可得： 霉：乳风丝旦塑。( 1 - 3 ) 4 - 玄2 风丁l t 百“ 由于检测过程为恒温，所以温度变化量为0 ，即d r d r = 0 ，所以式1 3 右边第2 项 为0 ，取过程变化的平均值把微分写成增鼍的形式有： a p = q r , o o 等a t ( 1 - 4 ) 将常数p o = 1 2 9 k gm 3 、r = 8 3 1 4 5 j m o t k 、t = 2 9 5 k 带入式1 4 可得： a p ：1 8 1 3 丝a t ( 1 5 ) v 式中，g 矿一允许泄漏率，c m 3 m i n ； v 被测容器容积，c m 3 ； 垃检测时间，s 1 2 】。 式1 5 即为压降法密封性检测合格判断的依据，也是选择压力检测装置的依据，可以 看出，在漏率一定的情况下，泄漏产生压力变化量跟被测容器的容积成反比，而与检测时 间成正比。因此，为了缩短检测时间以提高检测效率必须选择灵敏度更高的压力检测装置。 压降法密封性检测气路连接比较简单，成本也相对较低，但是压力传感器的量程受检 测压力的制约，其最小分辨率与量程有关，一般为传感器满量程的0 0 1 - - - 1 o 。对于最 小分辨率为0 0 1 的传感器，如果要分辨出1 p a 的泄漏，检测的压力应不超过l o k p a ，并 且检测压力越大，测漏的分辨率越低【1 3 】。此外，压降法密封性检测只有当泄漏量积累到 较大程度，压力损失才能被精确测出，因此，当额定检测时间较短时，微小的泄漏将无法 被测出。如果生产过程不允许有效地延长检测时间，则可能出现误判，这也就意味着这种 检测方法对于大批量在线逐件检测来说是难以接受利1 4 】。 同时这种方法还存在对检测环境温度变化敏感的致命缺点。假设被测工件无泄漏，气 体变化过程可以看作是等容过程，根据等容条件下的理想气体状态方程p 。正= p ：疋知， 浙江工业大学硕士学位论文 检测环境温度为t 。- - - 2 2 7 ，即t 。= 2 9 5 k ，当温度每变化1 时，压强的变化值卸= p 。一p 2 = ( 瓦- r , ) r , p 。= 1 2 9 5 p 。，由前文我们知道家用膜式燃气表的外部密封性检测压力为 1 5 k p a ，那么检测过程中气体温度每变化l 压力就变化约5 0 p a 。因此我们可以看出温 度变化对固定容积的气体压力的影响很大，整个检测过程需要在恒温的环境下进行。如果 检测环境的温度变化能够有效控制，选择精度较高的压力传感器同时采用多个工位的检测 装置可以提高检测效率，基本上还是可以满足批量生产的需求的。 1 3 3 差压法 差压法密封性利用了杠杆天平称量的原理，将基准容器与被测容器分别布置在差压传 感器的两侧，同时充入相同量的空气使两端达到压力平衡。在规定的检测时间内，如果基 准容器没有泄漏而且被测容器也没有泄漏，则差压传感器的两侧仍保持平衡状态；如果被 测容器有泄漏，即使是微小泄漏，被测容器内的空气质量减少，因而压力将下降，致使差 压传感器两侧将失去平衡。根据差压传感器检测出两端因被测容器泄漏而产生的这个压差 值汁算出泄