（轻工技术与工程专业论文）喷雾罐类容器安全性评价及压力试验仪的研制.pdf

摘要 摘要 本文介绍了喷雾罐类容器压力试验仪的研制，分析了压力试验仪的检测原理和设备 构造，阐述了试验方法，并通过比较方式对该系列检验设备的特点进行了评述，提出了 该试验仪的特殊意义。 喷雾罐压力试验仪是考核喷雾罐耐压性的一项重要指标。喷雾罐包装只有具有良好 的耐压性，才能保证在流通过程中不发生内装物的外泄。 本试验仪采用了自动气压控制、智能恒压、漂移曲线分析等技术，结合数字传感、 模块传输数据、计算机软件处理数据，提高注气压力的精度，采用计算机压力表电信号 输入、程序压力判断预测算法等先进方法；采用计算机系统及精给和粗给双重管路，将 气流对压力表的冲击减至相当小，大大减小由压力表而引入的误差，智能化管理将误差 仅限于电流输出误差；控制在0 0 0 3 k p a ，0 0 1 秒误差范围内，反应判定由人工变为程序 软件判定，通过特殊的软件算法，滤除干扰信号，提高了仪器性能，减轻工作强度，将 以往人工操作、肉眼观察、靠经验判定的检验方式程序化、标准化，采用自动记录、自 动计时，节省人力和时间，提高工作效率，缩短检验出证的周期。 本试验系统采用了压力动态测量的技术原理，进行液体蒸汽压测试，结合过压控制、 数字压力传感等技术，集成了模块传输数据，计算机软件处理数据，用于对液体危险品 的危险特性分析。 关键词：喷雾罐，压力试验仪，安全 a b s t r a c t a b s t r a c t f i r s tt h i st h e s i si n t r o d u c e st h em a n u f a c t u r i n go fp r e s s u r ei n s p e c t i o ni n s t r u m e n tf o r a e r o s o lc a l l s ，a n a l y z e st h et h e o r yo fi n s p e c t i o na n dc o n s t i t u t i o no fe q u i p m e n t t h e ns t a t e st h e i n s e p e c t i o nm e t h o d t h e nc a r r i e so nt h en a r r a t i o nt h r o u g ht h ec o m p a r i s o nw a y t ot h i ss e r i e s c h e c k e r sc h a r a c t e r i s t i c f i n a l l yb r i n g sf o r w a r dt h ee s p e c i a l l ym e a n so ft h ei n s p e c t i o n i n s t r u m e n t t h ea t o m i z a t i o np a c k si nac a nt h es t r e n g t ht e s t e ri n s p e c t sa na t o m i z a t i o np o tr e s i s t a n c e t op r e s s u r ei m p o r t a n tt a r g e t t h ea t o m i z a t i o np o tp a c k i n go n l yt h e nh a st h eg o o dr e s i s t a n c et o p r e s s u r e ，c a l lg u a r a n t e et h a td o e sn o th a v ei n t e r n a li n s t a l l a t i o no u t s i d ei nt h ec i r c u i tt or e l e a s e t h i st e s t e rh a su s e da u t o m a t i ct e c h n o l o g i e sa n ds oo nb a r o m e t r i cp r e s s u r ec o n t r o l ， i n t e l l i g e n tc o n s t a n tp r e s s u r e ，d r i f t i n gt r a c i n ga n a l y s i s ，t h eu n i o nd i g i ts e n s i n g ，t h em o d u l e t r a n s m i s s i o nd a t a , t h ec o m p u t e rs o f t w a r ep r o c e s s i n gd a t a ，e n h a n c e st h eg a si n j e c t i o np r e s s u r e t h ep r e c i s i o n ，u s e st h ec o m p u t e rp r e s s u r eg a u g ee l e c t r i c a ls i g n a li n p u t ，t h ep r o c e d u r ep r e s s u r e j u d g e m e n tf o r e c a s ta l g o r i t h ma n ds oo na d v a n c e dm e t h o d ；u s e st h ec o m p u t e rs y s t e ma n d t h e e s s e n c ef o rw i t ht h i c k l yf o rt h ed u a lp i p e l i n e s ，t h ei m p a c tr e d u c e st ot h ea i rc u r r e n tt ot h e p r e s s u r eg a u g ei sq u i t es m a l l ，r e d u c e st h ee r r o rw h i c hg r e a t l yi n t r o d u c e sb yt h ep r e s s u r e g a u g e ，t h ei n t e l l e c t u a l i z e dm a n a g e m e n tt h ee r r o ri so n l yr e s t r i c t e di nt h ee l e c t r i cc u r r e n to u t l e t e r r o r ；t h ec o n t r o li nt h e0 0 0 3 k p a ，0 0 1s e c o n de r r o rr a n g e ，r e s p o n d e dt h a tt h ed e t e r m i n a t i o n b yb e c o m e st h ep r o c e d u r es o f t w a r ed e t e r m i n a t i o na r t i f i c i a l l y , t h r o u g ht h es p e c i a ls o f t w a r e a l g o r i t h m ，t h ef i l t r a t i o nu n w a n t e ds i g n a l ，e n h a n c e dt h ei n s t r u m e n tp e r f o r m a n c e ，r e d u c e st h e w o r k i n gs t r e n g t h ，f o r m e r l yt h em a n u a lc o n t r o l ，t h ev i s u a lo b s e r v a t i o n , t h ev e r i f i c a t i o nm o d e s e q u e n c i n gw h i c h ，t h es t a n d a r d i z a t i o nd e t e r m i n e sd e p e n d i n go nt h ee x p e r i e n c e ，u s e st h e a u t o m a t i cr e c o r d i n g ，t h ea u t o m a t i ct i m e ，s a v e st h em a n p o w e ra n dt h et i m e ，r a i s e st h ew o r k i n g e f f i c i e n c y , r e d u c e sc y c l ew h i c ht h ee x a m i n a t i o ns h o w sa ni d t h i sp i l o ts y s t e mh a su s e dt h ep r e s s u r eb e h a v i o rs u r v e yt e c h n i c a lp r i n c i p l e ，c a r r i e so n t h el i q u i ds t e a mt e n s i o nt e s t ，u n i f i e sh a sp r e s s e dt e c h n o l o g i e sa n ds oo nc o n t r o l ，d i g i t a l p r e s s u r es e n s i n g ，i n t e g r a t e dt h em o d u l et r a n s m i s s i o nd a t a , t h ec o m p u t e rs o f t w a r ep r o c e s s i n g d a t a ，u s e st ot h el i q u i dd a n g e r o u sm a t e r i a ld a n g e r o u sc h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i s k e y w o r d ：a e r o s o lc a n s ，p r e s s u r ei n s p e c t i o ni n s t r u m e n t ，s a f e t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：耳日期：二。九年三月十日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将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、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签 名：毕导师签名： 日 期： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 前言 危险品是一种实施强制管制的商品，发达国家在危险化学品安全的各个方面及层次上投 入了大量的人力物力和财力，普遍建立了安全体系，危险化学品的安全达到较高的水平，为 预防和减少危险化学品安全事件的发生，提供了强有力的支撑和保障【l j 。联合国经社理事会 在上个世纪五十年代开始建立联合国危险货物专家委员会，通过一年两次的会议来共同研究 制定联合国关于危险货物运输的建议书- 规章范本( t d g ) ，目前该规章范本已在全世界所 有发达国家得到实施1 2 1 。客观上形成了对我国危险化学品的技术壁垒。同时，2 0 0 0 年开始又 成立了全球化学品分类和协调专家委员会，研究制定全球危险化学品分类和标签协调制度 ( g h s ) t 3 】。在上述联合国法规的基础上，发达国家纷纷通过各自的技术法规来加强危险化 学品的入境控制，以保证本国的公共安全。如2 0 0 3 年8 月通过的欧盟化学品白皮书。由于过 去国家和社会在危险化学品安全等方面总体投入不够，我国危险化学品安全基础薄弱，设备 老化，并且随着经济全球化的加快、各种危险化学品安全风险大幅度增加，无法满足上述国 际法规的要求【4 j 。 喷雾罐是一类特殊的商品包装，是用于盛装压缩、液化或加压溶解气体的一次性使用的 金属、玻璃或塑料容器，同时装有或没装有液体、糊状物或粉状物，并带有释放装置，可使 内装物变成悬浮于气体中的固体或液体微粒而喷射出来，喷射物呈泡沫装、糊状或粉状，或 为气体或液体，同时应有防止意外排放的保护装置【5 】。常因不符合安全检验规程而造成各种 燃烧、爆炸等问题，造成危险事故。随着我国经济的发展，喷雾剂的种类也层出不穷，各种 新配方、新试剂不断出现。由于喷雾罐直接关系人民生命财产及交通运输的安全，是国际上 强制检验的商品，联合国关于危险货物运输的建议书- 规章范本及国际海运危规等都 对喷雾罐的制造及使用提出了严格的要求【6 】。我国根据这些国际法规也制定了相关的标准， 在进出口喷雾罐安全检验规程中要求对喷雾罐通过密封性试验、压力试验、温度试验、 燃烧试验和跌落试验等安全性能做出了规定【7 1 。目前，我国进出口喷雾罐均按照该标准进行 安全性能检验，但因为在试验装备方面的差异，导致在检测结果方面的参差不齐，同时也使 我国在喷雾罐检测领域整体技术水平难以得到提高【8 】。为此，急需针对进出口喷雾罐标准开 展相关检验装备开发，以解决此类仪器、装备短缺的现状。 喷雾罐安全试验装备的研制研究将解决我国进出口喷雾罐安全性能检验相关仪器装备短 缺的现状，完成喷雾罐压力试验仪和喷雾罐燃烧试验仪的研制工作，以符合检验检疫行业标 准要求哺j 。2 0 0 3 年，质检总局发布了进出口喷雾罐安全检验规程，根据联合国危险货物 运输的建议书和国际海运危规要求对包括密封性、压力、温度、燃烧和跌落等安全做 出了规定【l8 】。本研究将根据标准中喷雾罐压力试验要求，开发相应的检测仪器。 该设备具有操作简便、安全的特点，在满足检测要求的同时给试验操作者提供了全面的 保护措施，有效确保操作人员安全，大大提高了仪器操作的自动化程度。本项目将弥补国内 喷雾罐检测装备不齐全的现状，为我国喷雾罐安全性的检验提供必要的技术服务。 江南大学工程硕士论文 另外鉴于目前进出口商品使用喷雾罐类包装容器与日俱增，国外专利壁垒、运费高等原 因造成进口包装价格昂贵，我国急需研制开发符合国际危规的合格的各类包装产品，以 改变目前该类包装需要大量进口的现状。另外结合我国发展中国家的国情现状，需要在保证 运输安全的前提下开发研制可以重复使用的喷雾罐类包装产品，本研究将为开发新产品提供 检测服务。 1 1 1 国内外市场现状 从发达国家消费情况看，英国1 9 9 5 年制罐工业销售额为1 3 5 亿英镑，是欧洲销售量最 大的国家。其中喷雾罐成为金属制罐的主角，喷雾罐以每年增长2 0 的速度达到1 2 亿罐。发 达国家喷雾罐的人均占有量约为每年5 1 2 只，东南亚及非洲地区的人均占有量为每年0 5 - 0 6 只，我国人均每年只上有0 3 5 只。我国喷雾罐的人均占有水平不仅大大低于发达国家，也低 于一般不发达国家。目前我国喷雾罐的年用量只占全世界的6 ，虽然金属容器的年增长率不 过4 ，但相比发达国家的人均消费量，我国人均o 4 3 罐、倒居世界第二的水平，预示着可 观的发展空间【1 6 1 。 随着我国精细化工、医药工业的发展和人民生活水平的提高，上述产品的需求也会有较 大发展，从而刺激喷雾罐行业发展，使得喷雾罐包装呈现个性化和多样化的发展趋势。对于 高档化妆品，喷雾器倾向于小容量包装，以吸引更多的低收入购买者。对于中低档化妆品， 喷雾罐表现为容量大小多样化，以满足广大消费者不同层面的选择。在定量喷雾器的外形、 结构、功能等方面也有创新，开发了适用于1 寸阀和最新流行2 0 m l 定量阀的香水、口气清新 剂等小型喷雾器，并向国际水平靠拢。 超薄马口铁及铝材应用是喷雾罐的发展方向，国外一般采用0 2 2 m m 厚马口铁和铝片例， 我国目前已出现0 2 5 m m 马口铁喷雾罐包装的摩丝、睹喱水、洗面奶、护肤霜和牙膏产品。 国产马口铁及铝片材生产能力的提高，材料成本逐步稳定并趋于下降，将推动喷雾罐从高档 产品包装容器向普通产品过渡【1 6 1 。 此外，喷雾罐制造厂正在用其它的较安全气体取代氟碳推进剂【1 1 1 。采用机械泵结构的喷 雾方法，作为喷雾包装的一种代替物也已越来越流行【1 4 1 。这充分展示了喷雾罐包装有着广阔 的发展前景。 1 1 2 国内外技术现状 发达国家乃至台湾有相当一部分专家学者从事金属包装的研究工作，所涉及的领域包括 包装内容物、罐技术，印铁技术、检测、化验技术，即将计算机、自动化控制及电子工程等 现代新技术应用于金属容器包装行业，并形成一套理论用于指导行业，有一套完整的教材和 培训体系。而我国缺乏金属容器包装行业的专家和专门人才，内地企业各自为战，技术上很 难突破，很难实现标准化i l o j 。 例如：在国外，针对标准罐型，冲压模具，制罐模具都采用了标准化作业，同样型号模 具在各制罐厂是通用的，互换性很强。而我们一个小小的封罐用的滚轮就有千百种，一个企 业一个样。如果作为标准罐型，封罐效果就要大打折扣了。所以，随着经济的发展和技术进 步，建立金属容器的科研机制，提高专业化水平尤为必要。 2 第一章绪论 1 1 3 国内外研究现状 发达国家对喷雾罐类容器的研制，生产、储运、使用、管理以及安全性能评估、控制等 有着比较完善的成型体系【1 2 1 。国外喷雾罐类容器的设计生产厂商往往通过获得技术专利、商 业机密等形式对其关键控制点的研发和检验严加保密，我们没有可以直接借鉴的经验，需要 自主研发【1 3 1 。 国际危规中对喷雾罐类容器做了规定，但只是以法律法规的形式对包装的性能提出 相关的要求，而未给出保证达到要求性能指标所需的材质和各类材质的具体理化性能 1 4 1 。喷 雾罐类容器安全性能检测设备原始简陋，没有实现操作、数据等方面的自动化，全部采用手 工操作，人工读数、记录、处理数据，劳动强度大，且试验精度较低，速度很慢。 1 2 国内外产品开发现状 1 2 1 喷雾罐生产开发较慢 我国拥有有1 l 条铝气雾罐生产线、1 0 余条阀生产线和2 0 0 余条灌装生产线。此外，还 有大量国产生产设备，完全能生产出符合国际质量标准的罐、阀和气雾剂产品。铝质喷雾罐 生产线主要集中在东南沿海地区，其中广东有7 条，以潮阳东方的生产线最先进；上海有4 条，以新亚金山的小铝罐生产线最具特色，填补了国内小口径铝气雾罐空白。扬州喷雾制品 公司，1 9 8 0 年代末从德国引进当时最新水平的铝材熔炼轧制的全套设备和铝质喷雾罐全自动 生产线等，生产0 3 5 - 4 ) 6 6 规格喷雾罐，制罐速度每分钟1 5 0 只，年供应2 , 0 0 0 万只1 1 5 1 。 近年来，我国共从国外引进全自动喷雾罐生产线2 0 余条，其中铝质喷雾罐占一半强，其余为 马口铁喷雾罐。我国引进的喷雾罐生产线主要是从美国、德国、意大利等国引进的，喷雾阀设 备则主要是从法国引进的。此外，我国年产喷雾罐五六千万只，全部由引进设备生产。目前我 国已建成投产的喷雾罐生产企业主要有：中国包装总公司扬州铝制品厂、上海日化制罐厂、广 东中山精细化工实业有限公司、中山华美公司、番禺海鸥集团、深圳华特容器有限公司、北 京华德金属包装容器有限公司、杭州美特容器有限公司、天津市印铁制罐厂金属容器包装分 厂、南京栖霞化工厂、常州豪华气雾制品有限公司、嘉多宝( 深圳) 有限公司、宁波气雾剂制 造公司等。江苏联合金属容器有限公司从美国引进的全套马1 3 铁喷雾罐生产线投入试生产，年 生产能力为7 0 0 0 万只【1 6 1 。目前，中国包装总公司等单位正在上海浦东建设一家专业生产喷雾 阀的企业，以满足国内市场的需要。目前，我国喷雾罐市场总的形势是趋于饱和，但随着我国日 化产品和工业用罐产品的发展，喷雾罐在我国尚有一定的潜在市场。 我国已引进了2 0 余条喷雾罐生产线，空罐年产量已达数亿只，但目前大部分只是用于装 清洁剂、杀虫剂、丁烷气等。其实，在发达国家此种罐用量非常大，内容物有几十种，甚至 上百种，每个家庭年耗喷雾罐十几只以上，由于应用范围广，使用方便而久盛不衰。而我国 精细化工行业发展较慢，开发一一生产应用严重脱节。所以说，喷雾罐产品前途看好， 但关键在内容物的开发【”】。 1 2 2 喷雾罐内容物开发较慢 例如气雾剂产业。国内众多喷雾产品是从2 0 世纪8 0 年代初开始流行的，其中发用摩丝 江南大学工程硕士论文 气雾剂是最早采用喷雾器罐装的化妆品产品。此后，清新剂和香水等个人护理品也纷纷转向 喷雾包装，新型包装形式一方面刺激气雾剂产量的增长，另一方面又促进金属容器制造业的 发展。喷雾罐总量从8 0 年代中期大约3 , 0 0 0 万只年增加到2 0 0 2 年的6 亿只，1 7 年间增长2 0 倍。通过2 0 年的引进、合作、消化和吸收，我国已形成了配套齐全的气雾剂产业。 国内气雾剂抛射剂的生产质量已达国际标准，气雾剂级l p g 由天然气纯化精制和石油裂 解气精制两种方式制得，前者以中原油田为重要供应源，年产量2 万吨；后者主要供货商分 别为上海c a l 公司，年产量1 万吨。苏州和成都生产的d m e 在杂质甲醇和水的含量上均达 到国际标准，美国杜邦公司和荷兰阿克苏诺贝尔公司都认可国内的d m e 抛射剂【1 6 。喷雾制 罐、制阀、配方开发和灌装也具备了较完善的供应链系统【1 7 】。 气雾剂“客户灌装”式逐步得到推广，如上海和广州等地出现多家现代化的代客户灌装企 业，上海联合气雾制品灌装公司、上海大造公司、上海西西艾尔气雾推进剂制造与罐装有限 公司和顺德莱雅化工有限公司分别为b a y e r 、p & g 、a m w a y 、3 m 等国际在华企业灌装气雾剂 产品。 1 2 3 生产喷雾罐的技术装备发展较慢 喷雾罐开发速度慢还体现在包装技术装备上。国内喷雾罐设备制造商以汕头轻工生产的 半自动铝材轧制成型机和江阴黑豹机械生产的灌装、充气和封口机著名，国内喷雾罐2 0 使 用铝材，主要用于化妆品、医药、食品和环保行业的产品制罐需求。马口铁气雾罐占气雾剂 容器的8 0 ，制罐厂家主要分布在珠三角、长三角和海河三角洲。杭州中粮美特容器有限公 司由中国粮油食品进出口( 集团) 有限公司与美国波尔公司合资而成，是我国马口铁气雾罐 生产者的首席代表。 国内喷雾器罐盖、罐用喷头和喷雾剂阀门等主要配件制造商有苏州万通、苏州兴达、杭 州精密、上海申威、中山凯达、顺德凯威、宁波中亚【l 引。美捷时喷雾阀( 集团) 有限公司的 阀门产销量居全国第一，年产量达2 6 亿只。 改革开放以来，包装行业搞了大量的技术引进，前面提到的皇冠盖生产线几乎全部是意 大利萨克米的，印铁生产线主要为英国的，其次为日本、德国的设备，三片罐主要是瑞士、 德国和意大利的。我国也曾仿制过意大利皇冠盖生产线、单色印铁机和三片罐生产线，但其 中有的失败了，有的则2 0 年一贯制，没有改进和提高。总之，产品不过硬，与国际水平的差 距很大，无法与生产企业产品所要求的质量相适应。所以，一边是印铁制罐行业不得不搞技 术引进；另一边是国内为轻工配套的机械厂因缺乏科研开发和设计创新，产品无人问津，企 业面临种种危机，这就形成国内轻工机械行业吃不饱，而设备用户还要搞引进的恶性循环。 1 3 课题研究的意义 1 3 1 可靠性和安全性 本试验仪采用了自动气压控制、智能恒压、漂移曲线分析等技术，结合数字传感、模块 传输数据、计算机软件处理数据，提高注气压力的精度，采用计算机压力表电信号输入、程 序压力判断预测算法等先进方法；采用计算机系统及精给和粗给双重管路，将气流对压力表 4 第一章绪论 的冲击减至相当小，大大减小由压力表而引入的误差，智能化管理将误差仅限于电流输出误 差；控制在0 0 0 3 k p a ，0 0 1 秒误差范围内，增加可靠性和安全性【1 9 j 。 密封喷雾罐罐内的蒸汽排放由计算机自动控制，设备由微机对传输数据进行分析判断， 在试验反应过程中试验人员不直接接触喷雾罐，只须面对计算机屏幕远距离控制，避免了危 险反应对试验人员近距离感官分析判断可能产生的伤害，起到安全保护的作用。 1 3 2 可操作性 国外同类仪器大多为人工操作或半自动，步骤繁多，人工操作共需6 个步骤，且需要试 验助手多人配合，劳动强度大。本测试仪能自动升压、自动计时、自动数据采集处理，只需3 个步骤，试验人员基本只需放好样品即可，可独立操作完成。人工操作检测一试样需1 小时， 采用本测试仪则最多只需2 0 分钟1 2 0 。比国外同类仪器完成检测节省三分之一的检验时间。 1 3 3 自动化程度 本试验仪采用了大量采用传感器技术和计算机分析控制技术，提高了仪器自动化水平。 系统压力测量控制部分由传统的压力计显示变为通过数字传感器感应、模块数据采集、计算 机进行精确数据显示，压力采集灵敏度高，反应判定由人工变为程序软件判定，通过特殊的 软件算法，滤除了干扰信号，大大提高了仪器性能，减轻了工作强度。本系列设备将以往人 工操作、肉眼观察、靠经验判定的检验方式程序化、标准化，采用自动记录、自动计时，节 省人力和时间，缩短检验出证的周期，提高工作效率。国内外仅有类似的试验设备，但没有 实现操作、数据采集和处理等方面的自动化。 喷雾罐压力试验仪的技术性能达到”国际危规”的要求，填补了国内危险品检验技术领域 的空白。本设备通过采用新技术在准确性、安全性、自动化、稳定性等方面具有先进性，达 到了国际领先水平。 1 3 4 应用 该设备投入使用以来，为从事危险品运输和生产的部门提供委托鉴定业务，帮助进行危 险品危险特性检验鉴定，为危险品的安全储运提供了大量重要数据，对提高危险品储运安全 性有主要意义。 喷雾罐安全试验装备的研制研究将解决我国进出口喷雾罐安全性能检验相关仪器装备短 缺的现状，完成喷雾罐压力试验仪和喷雾罐燃烧试验仪的研制工作，以符合检验检疫行业标 准要求。2 0 0 3 年，质检总局发布了进出口喷雾罐安全检验规程，根据联合国危险货物 运输的建议书和国际海运危规要求对包括密封性、压力、温度、燃烧和跌落等安全做 出了规定。本研究将根据标准中喷雾罐压力试验要求，开发相应的检测仪器。 该设备具有操作简便、安全的特点，在满足检测要求的同时给试验操作者提供了全面的 保护措施，有效确保操作人员安全，大大提高了仪器操作的自动化程度。本项目将弥补国内 喷雾罐检测装备不齐全的现状，为我国喷雾罐安全性的检验提供必要的技术服务。 1 4 论文工作的内容 本文首先对产品结构配置的相关知识进行了阐述，然后通过对论文的研究对象一江苏无 5 江南大学工程硕士论文 锡探矿机械总厂有限公司的实地调研，探讨了产品结构配置在该企业实施的现实意义，并详 细介绍了无锡探矿机械厂产品结构配置的设计方案和开发过程，最后以一个现实中的产品为 例说明了使用本系统的要点和步骤。本文所完成的主要工作如下所示。 ( 1 ) 简单介绍了产品结构配置的发展历程及在中国的应用状况，对目前产品结构配置的 研究现状做了综述，并说明了课题的研究意义，对论文的主要研究内容做了说明。 ( 2 ) 对江苏无锡探矿机械总厂有限公司进行需求分析，研究了企业目前的现状和影响发 展的“瓶颈”问题，讨论了企业对信息化需求的必要性，为下面产品结构配置系统的设计、 开发打下基础。 ( 3 ) 讨论了数据库技术的理论基础，指出合理的数据库建模对系统的重要性，然后根据 无锡探矿机械厂和企业特点，分析了本系统的体系结构，和各模块之间的内在联系，最后利 用p o w e r d e s i g n e r 建模工具，建立了系统各功能模块的e - r 数据模型，完成了整个系统的集 成框架。 ( 4 ) 对本产品结构配置系统的主要支撑技术和系统结构进行了详细介绍。如b o m 构造、 遍历算法、递归算法实现、c + + b u i l d e r 开发工具、所用的核心编码技术、m ss q l 2 0 0 0 数据 库的特点，c s 模式的体系结构、m i d a s 的多层分布式技术、b d e 、a d o 数据库访问技术等。 ( 5 ) 进行软件系统的开发，详细介绍几个主要模块的开发过程和应用技巧，通过清晰的 流程图使用户对数据的流向有清楚的认识，加深对本系统的理解。同时对其中的关键问题进 行了阐述，最后总结了软件的特点。 ( 6 ) 详细讨论了系统在使用过程中的注意事项和具体步骤。 ( 7 ) 最后总结本文的研究成果以及创新与不足之处，并对本课题的深入研究进行了展望。 6 第二章关键技术分析及仪器结构设计 第二章关键技术分析及仪器结构设计 2 1 仪器研制检测原理 2 1 1 仪器研制原理 本压力试验仪采用了压力动态测量的技术原理，进行压力定量测试，结合自动过压 控制、数字压力传感等技术，集成了模块传输数据，计算机软件处理数据，用于对小型 压力容器分析及喷雾罐类容器压力安全检测。 本压力试验仪采用了自动气压控制、智能恒压、漂移曲线分析等技术，结合数字传 感、模块传输数据、计算机软件处理数据，提高注气压力的精度，采用计算机压力表电 信号输入、程序压力判断预测算法等先进方法；采用计算机系统及精给和粗给双重管路， 将气流对压力表的冲击减至相当小，大大减小由压力表而引入的误差，将误差仅限于电 流输出误差；采用自动记录、自动计时，节省人力和时间，提高工作效率，缩短检验出 证的周期。国内j l - 仅有类似的试验设备，但没有实现操作、数据采集和处理等方面的自 动化。 本试验机采用氮气作为试验介质对喷雾罐进行压力测试。试验所用氮气应能产生 2 m p a 的标准内部压力，由气源提供。注入的氮气经减压装置减压后先经过限流阀，此 限流阀是用来控制缓冲气瓶的氮气注入。缓冲气瓶在此系统中扮演一个重要角色，它使 气流对压力表的冲击减至相当小。从缓冲气瓶中出来的气流经过电磁限流阀。这个电磁 限流阀将由计算机控制，使其根据压力情况自动开闭，使流经此限流阀的气体以不超过 1 5 0 k p a s 的加压速度自动给喷雾罐加压，并在达到1 4 m p a 后自动关闭，保持1 0 s 。 在外界不再注气情况下观察喷雾罐上气体的泄漏情况。经过电磁限流阀的气体经一 个三通接头分别通入压力表和喷雾罐，这样就使压力表的压力与喷雾罐的内部压力始终 保持一致。 压力的测试是由压力表完成的，当按下了计算机上“开始检测”按钮后，程序将控 制电磁限流阀自动打开给喷雾罐加压，并且在达到要求的1 4 m p a 压力后自动关闭电磁 限流阀。此时喷雾罐部件的任何泄漏就能由压力表准确反映出来。 本压力试验仪与现有技术不同之处在于：由计算机控制读取压力表数据，实现动态 反馈，控制压力增减。压力表是采用的本安型防爆远传压力表，其输出端可输出与压力 成某种线性关系的电流。在给压力表加上2 4 v 直流电源后，其输出电流可达4 - 2 0 m a 。 输出的电流信号还无法利用，须经过一个信号变送器将其变为计算机能识别的串行总线 信号。 2 1 2 技术路线( 方案) 技术路线如图2 一l 。 7 江南大学专业硕士学位论文 | 研究报告i 图2 - 1 技术路线图 f i g 2 1 t e c h n i c a lr o a dm a p 2 1 3 仪器结构 主要包括：密封组件、数字压力传感组、控制继电器组、信号变送器。 2 2 喷雾罐原理 2 2 1 喷雾罐 喷雾罐( a e r o s o lc a n s ) 是一次性使用的金属、玻璃或塑料容器，装有压缩、液化或 加压溶解气体，同时装有或没有液体、糊状物或粉状物，带有释放装置，使内装物变成 悬浮于气体中的固体或液体微粒而喷射出来，喷射物呈泡沫状、糊状或粉状，或为气体 或液体，喷雾器应有防止意外排放的保护装置【2 0 】。 8 第二章关键技术分析及仪器结构设计 喷雾罐种类包括：1 、玻璃喷雾罐：容器破坏时，可防止碎片飞溅伤人；可何 护玻璃表面和防止紫外线穿透玻璃；耐冲击性可提高4 - 5 倍；可得到与聚乙烯表 面一样漂亮的外观和色彩。2 、塑料喷雾罐3 、金属喷雾罐：马口铁喷雾罐；铝制喷 雾罐2 1 1 。 新型喷雾罐包括：1 、柱塞式喷罐。2 、衬袋喷罐：塞普罗喷罐( s e p r o c a n ) ： 鲍尔弗罗喷罐( p o w r - f l oc a n ) ；( 亘) k a n g 喷雾( 法国v a l o i s 公司) ； c 0 2 气压喷罐； 压缩空气喷罐。3 、“能量套”喷罐。4 、弹性管喷罐 喷雾罐特性：l 、使用的方便性；2 、良好的密封性；3 、内装产品形态不受限制。 喷雾罐包装的安全性：毒性可燃性可赋性 喷雾罐包装的推进剂，依据喷出特性可分为干式喷雾湿式喷雾泡沫 粉状膏状射流状定量喷出。依据喷出系统可分为两相系统三相系 统。常用推进剂种类有压缩气体、碳氢化合物和碳氟化合物。 2 2 2 喷雾罐原理 雾其实是水的微滴。现有的喷雾罐有四种。 一种用的是伯努利原理。伯努利原理说的是在同一流质里，流速大，压强小；流速 小，压强大。流体会自动从高压流向低压。在通过三叉管时，低速流动的水流向高速的 流动的空气。水被高速空气撕成一小滴一小滴( 设想水龙头里流出的水，刚开始速度慢， 是水柱；但后来速度逐渐增大后就变成一滴一滴了) 。这些小水滴喷出来后就成了雾。 第二种用的是把水压入细管造成高速水流，高速水流碰到障碍物后裂成小水滴。情 形像把水龙头开大后用手指堵住。家用的喷雾器多用这种结构，成本低。 第三种是让水带上电荷( 水是电介质) ，利用同种电荷互相排斥把水分成微滴。这 种方法的水滴颗粒很小。同样的原理也用于给汽车涂漆。 第四种是超声雾化。振动可以在水面引起“浪花”，超声波的振动频率十分高，于是 它的“浪”的波长很小，因此它的“浪花，_ 小水滴也很小，这些小水滴就成了雾。医院 里治疗呼吸道疾病的喷喉机就是用超声雾化。 2 2 3 喷雾罐的基本要求 每一个喷雾罐都应有永久性的标记，并应在喷雾罐整个使用有效期内保持清晰可 见，标记包括生产商或进口商名称、地址、注册商标及喷雾罐的安全使用方法【2 2 】。 每个喷雾罐都应印有用进口国官方语言或英文标注的“远离儿童可及范围”的警告 或其他同一含义的警告例。 含有毒物质或容量超过5 0 m l 的喷雾罐表面还应印有符合联合国关于危险货物运 输的建议书规章范本要求的第2 类危险品标签。 喷雾罐的结构和尺寸应符合g b1 3 0 4 2 的要求，其构造和密封性应能防止在通常运 输条件下内容物的任何泄漏，包括振动、温度、湿度、压力变化( 例如由于海拔高度变 化引起的) 等。 喷雾罐应在外包装中运输，如箱、篓、收缩缠绕托盘或拉伸缠绕托盘，运用运输的 包装应符合关于危险货物运输的建议书规章范本中i 类包装的要求【2 3 1 。 9 江南大学专业硕士学位论文 当喷雾罐装易燃或毒性气体时，其容量不得大于1 2 5 l 。 喷雾罐不得盛装l c 5 0 2 删m 3 喷雾罐压力试验仪是考核喷雾罐耐压性的一项重要指标。喷雾罐包装只有具有良好 的耐压性，才能保证在流通过程中不发生内装物的外泄。 2 2 4 喷雾罐包装、运输、储存要求 喷雾罐要采用瓦楞纸箱包装，产品采用竖直排列、产品之间要十字纸板隔开，用塑 料打包带捆扎【2 3 】。包装箱上应印有产品名称、规格、数量、包装箱的外部尺寸、毛重、 生产厂家、出厂日期【2 4 1 。喷雾罐要储存在通风、干燥、清洁之处、不能重压。喷雾罐头 在运输、使用过程中，要轻拿轻放，严禁抛掷，以防碰撞，还要避免雨淋、曝晒及污染 【2 5 】 o 2 3 喷雾罐的结构 喷雾罐的设计要点主要有第一、选择喷雾罐容器和喷雾机构必须考虑内装物料的种 类以及对雾化形状。第二、内装物配方的类型将决定其充填的方法。第三、喷出物的雾 化形状主要取决于阀门与按钮开关的组合。第四、喷雾罐设计应充分考虑需求、内装物 的性质，确保喷雾的质量和性能：喷雾罐的结构设计要保证容器具有一定的耐压性能。 阀门与喷雾罐容器的安装部分是喷雾罐设计的重心部位。金属喷雾罐应注意装潢和 造型设计，以适应消费者心理。阀罩的设计。 2 3 1 喷雾罐阀门 喷雾罐的阀门有标准阀门、特殊阀门。阀的制造工艺阀门的u 形盖和阀体之间要 配合紧密、牢固，并通过橡胶阀座何持气密性。阀门和喷雾罐容器是通过u 形熏的边 缘和罐口卷边的咬合进行连接的。组装阀门中要注意保护构件上的内涂保护膜。 2 3 2 喷雾罐喷嘴 喷雾罐喷嘴种类： 2 4 材料设计力学原理 包装结构设计中包含了许多力学基本原理，如容器的抗压强度、刚度和稳定性计算； 应力集中问题；压力容器的强度计算；金属结构的弯曲、冲压成型中的力学问题等等。 2 4 1 材料拉伸力学性能 以工程应用最为广泛、力学性能最有代表性的低碳钢为例，其分为四个主要阶段： 1 ) 弹性阶段：o a 段，当外力撤除时，变形完全恢复。 2 ) 屈服阶段：a c 段，此时有晶体滑移现象，暂时失去抵抗变形的能力，并产生塑 性变形。 3 ) 强化阶段：c d 段，产生不可恢复的塑性变形。 4 ) 局部变形：d e 段，颈缩直到断裂。 当结构设计时，一般要求受力材料在弹性范围内。但当冲压加工等生产过程中则应 利用材料塑性变形的特性。 材料的力学性质 容器的力学性质不仅与结构有关，而且还与材料的力学性能密切相差，所以必须研 1 0 第二章关键技术分析及仪器结构设计 究材料的力学性能。力学性能是通过试验方法来测定上，一般通过拉伸与压缩试验来进 行测试。 材料其它力学性能 材料的蠕变性能：在一定温度与应力( 低于屈服点) 下，材料随时间缓慢地发生塑性 变形的现象。金属材料在高温下才有蠕变现象，而聚合物在常温下也会发生。应力松驰： 在规定温度与初始变形的条件下，材料的应力随时间而逐渐减小的现象称作应力松驰。 材料在交变应力作用下的疲劳极限：在运输过程中包装件在振动与冲击的反复作用下， 在受到的应力远低于屈服极限时，经过一段时间后会遭到破坏。所以在结构设计时要考 虑到疲劳极限，减少应力集中，提高产品表面的光洁度等。材料硬度：硬度有多种度量 方法，一般是采用压痕法，即表示材料在一个小的体积范围内抵抗塑性变形的能力。材 料的断裂韧度：反映材料抵抗裂纹扩展的能力，由试验测试得出。 2 4 2 材料设计指标与应用 强度指标：反映材料抵抗塑性变形的能力指标，如屈服极限、强度极限、疲劳极限、 蠕变极限等，是强度计算的主要依据。刚度指标：反映材料抵抗弹性变形的能力的指标， 如弹性模量、切变模量等，在涉及构件弹性变形的问题时，如刚度、静不定和稳定问题 的计算都要用到这些指标。塑性指标：表示材料可产生塑性变形量的程度，如断面收缩 率等，这是材料冲压成型设计的基础。韧度指标：反映材料强度和塑性的综合表现，是 能量指标。反映材料在变形或断裂过程中吸收能量的能力。是选择材料的一个重要指标。 2 4 3 材料的强度计算 材料在拉压、扭转、弯曲等基本变形情况下，当所受最大应力超过材料的强度极限 时就可能破坏，所以设计时要进行相应的强度校核： 常用的强度理论有： 最大拉应力理论：只要构件承受的最大拉应力达到材料的极限应力值时就会引起材 料的破坏。 最大伸长线应变理论：只要材料最大线应变达到某一个极限应变值时，就会引起材 料的脆性断裂。 最大切应力理论：只要构件中最大切应力达到某一个极限切应力值时，就会引起材 料的塑性屈服。 形状改变比能理论：只要构件的形状改变比能达到某一极限值，就会发生塑性屈服。 薄壁压力容器强度计算在金属容器结构设计中，当具有较大的内压时( 如喷雾罐等) ， 必须进行强度计算，从而选择合适的材料及厚度等参数。 2 4 4 结构的刚度问题 在包装结构设计中要考虑的一个很重要的问题就是结构的刚度问题，包装容器如纸 箱、纸合、金属罐、塑料容器等都必须具有一定的刚度，即结构抵抗变形的能力，这样 才能较好的保护好产品和包装结构本身。 不同的结构有不同的刚度计算方法，在设计时应根据具体情况加以选择。一般来说， 提高构件刚度的方法主要有： 江南大学专业硕士学位论文 选择弹性模量较大的材料。 提高材料厚度与抗弯截面模量。 在结构上增加加强筋( 如钢桶、罐、塑料容器等) 。 第三章喷雾罐压力试验仪设计 第三章喷雾罐压力试验仪设计 3 1 喷雾罐试验仪总体设计 喷雾罐压力试验仪 本试验系统采用了压力动态测量的技术原理，进行压力测试，结合自动过压控制、数字 压力传感等技术，集成了模块传输数据，计算机软件处理数据，本压力试验仪用于对小型压 力容器分析及喷雾罐类容器压力安全检测。 本压力试验仪采用了智能恒压、漂移曲线分析等技术，结合数字传感、模块传输数据、 计算机软件处理数据，提高注气压力的精度，进行自动气压控制和压力定量测试，结合自动 过压控制、数字压力传感等技术，集成了模块传输数据，计算机软件处理数据，采用计算机 压力表电信号输入、程序压力判断预测算法等先进方法；采用计算机系统及精给和粗给双重 管路，将气流对压力表的冲击减至相当小，大大减小由压力表而引入的误差，将误差仅限于 电流输出误差；采用自动记录、自动计时，节省人力和时间，提高工作效率，缩短检验出证 的周期。国内外仅有类似的试验设备，但没有实现操作、数据采集和处理等方面的自动化。 该试验机的气路内压达n - 十个大气压，属中压范围，要求系统的承压能力相当强，制 作时我们采用了进口自锁气动接头，很好的满足了要求。加上计算机自动数据采集，使系统 更安全可靠。以往国外的喷雾罐压力测试装置缺少缓冲气瓶，使压力表受气流冲击指针波动 剧烈，加之人工读表，出现较大误差，可靠性降低。在分析对比之后，我们采用了这个缓冲 气瓶，使压力表读数稳定，从而解决了这项难题。 另外，在喷雾罐气嘴连接处加入了变压结构，使气路中的氮气在高压状态以极小流量注 入到喷雾罐中。经过气管连接头的氮气经过变压接头的变压管路后流量骤然减小，从而实现 以