楊偉東，周桂華，朱繼鐘，李 旦

(1.浙江新一海海運(yùn)有限公司，浙江 舟山 316022;2.浙江增洲造船有限公司，浙江 舟山 316022)

目前，船用壓力容器密封性檢測(cè)方法有宏觀檢測(cè)、氣泡法檢測(cè)、空氣測(cè)漏法檢測(cè)等技術(shù)。

宏觀檢測(cè)法通過(guò)眼睛對(duì)壓力容器進(jìn)行局部及整體檢查。

氣泡法檢測(cè)是將被檢品密封后放入水中或在被檢查部位涂噴肥皂水，然后通過(guò)觀察氣泡產(chǎn)生的情況來(lái)判斷泄漏的位置，通過(guò)觀察產(chǎn)生的氣泡數(shù)量、大小來(lái)判斷泄露量的大小。

空氣測(cè)漏法是對(duì)壓力容器進(jìn)行加壓或抽真空后，通過(guò)被測(cè)件與標(biāo)準(zhǔn)件之間的差壓來(lái)判斷是否泄漏，該方法操作簡(jiǎn)單，但也存在著檢測(cè)精度低、時(shí)間長(zhǎng)、成本高、結(jié)果易受檢測(cè)人員主觀因素影響、難以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化等問(wèn)題與不足[1-4]。

1 設(shè)計(jì)要求分析

針對(duì)傳統(tǒng)船用壓力容器密封檢測(cè)的問(wèn)題與不足，參考其他船用壓力容器密封性檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)等資料[5-7]，確立了江海直達(dá)船船用壓力容器密封性檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)要求,具體如下。

1) 技術(shù)方面。盡可能基于已有成熟的壓力容器密封性檢測(cè)技術(shù)和研究成果來(lái)確保本方案的可行性和可靠性。

2) 操作方面。充分考慮工作場(chǎng)地環(huán)境的復(fù)雜程度，并結(jié)合人機(jī)操作的感受，將個(gè)人體驗(yàn)與實(shí)施檢測(cè)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能最優(yōu)化。

3)經(jīng)濟(jì)方面。合理確定方案及分配裝置相關(guān)可靠性能指標(biāo)，確保各功能模塊符合高強(qiáng)度的檢測(cè)需求，結(jié)構(gòu)的安全性通過(guò)人性化設(shè)計(jì)來(lái)保障。

4)結(jié)構(gòu)方面。裝置結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度通過(guò)強(qiáng)度校核，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作方便，在保證各項(xiàng)性能指標(biāo)正常條件下進(jìn)行合理優(yōu)化以降低生產(chǎn)成本，提高裝置規(guī)模推廣的可行性。

2 檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

利用AutoCAD軟件設(shè)計(jì)的江海直達(dá)船壓力容器密封性檢測(cè)裝置檢測(cè)系統(tǒng)總體方案圖如圖1。

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)總體方案圖

圖1中，該江海直達(dá)船檢測(cè)裝置是基于直接壓力檢測(cè)法的原理，首先將被檢容器用相應(yīng)設(shè)備完全夾緊封堵后，使用連接管將被測(cè)容器連接入檢測(cè)系統(tǒng)，然后對(duì)被檢測(cè)容器充入一定壓力的空氣，待穩(wěn)定一定時(shí)間后，檢測(cè)充氣前與充氣后平衡階段的流量差和壓力差得到被檢容器的泄漏值；最后將PLC控制系統(tǒng)作為檢測(cè)裝置中核心控制器下位機(jī)，以工業(yè)觸摸屏作為人機(jī)互動(dòng)操作界面，進(jìn)而通過(guò)觸摸屏標(biāo)準(zhǔn)串口與下位機(jī)實(shí)現(xiàn)有效通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的控制和操作。而模擬量的輸入來(lái)自壓力、溫度傳感器及流量計(jì)，并通過(guò)數(shù)字化的輸出對(duì)電磁閥的通斷進(jìn)行控制，從而達(dá)到對(duì)整個(gè)泄漏檢測(cè)過(guò)程的高效控制，最終達(dá)到閉環(huán)控制檢測(cè)的目的。

工業(yè)觸摸屏模塊加入了顯示屏和鍵盤(pán)輸入等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)以及檢測(cè)結(jié)果的顯示、存儲(chǔ)和分析，并且與打印機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)打印，工作效率明顯提高。

當(dāng)檢測(cè)開(kāi)始時(shí)，做好準(zhǔn)備工作，將設(shè)備管道等夾緊固定，打開(kāi)電磁閥，對(duì)被測(cè)件以設(shè)定的壓力進(jìn)行充氣，充氣完成后，為了避免容器內(nèi)溫度變化和氣流紊亂造成誤差，系統(tǒng)在充氣后必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的穩(wěn)定。然后檢測(cè)、保存系統(tǒng)內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)作為壓力的參考值。如果有氣體泄漏，必將會(huì)引起壓力值下降。最后通過(guò)一段時(shí)間的壓力下降的數(shù)據(jù)來(lái)判斷此被檢容器的泄漏程度，期間整個(gè)檢測(cè)過(guò)程都會(huì)以數(shù)字的形式在顯示屏上顯示出來(lái)。當(dāng)測(cè)量階段結(jié)束后，排放掉被測(cè)容器內(nèi)的氣體，檢測(cè)結(jié)束。圖2為直接壓力檢測(cè)法工作原理框圖，圖3為密封性檢測(cè)流程框圖。

圖2、圖3中，該江海直達(dá)船檢測(cè)裝置有自動(dòng)操作和手動(dòng)操作2種檢測(cè)模式。一般開(kāi)機(jī)默認(rèn)的是啟動(dòng)自動(dòng)操作模式，可根據(jù)需要切換到手動(dòng)操作。在自動(dòng)操作模式運(yùn)行的狀態(tài)下，期間所有的檢測(cè)過(guò)程都將隨著預(yù)定的系統(tǒng)程序自動(dòng)進(jìn)行，在手動(dòng)模式下，需要工作人員手動(dòng)完成。檢測(cè)空氣回路需要采用密封性能好的電磁閥和連接管，以免因儀器自身原因產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。為了避免容器和傳感器被氣體中的粉塵或水分污染，可以通過(guò)加裝空氣過(guò)濾器對(duì)氣源進(jìn)行干燥過(guò)濾的處理。

圖2 直接壓力檢測(cè)法工作原理框圖

圖3 密封性檢測(cè)流程框圖

在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，需先進(jìn)行裝置系統(tǒng)自檢以確保能正常工作，檢測(cè)開(kāi)始前使整個(gè)系統(tǒng)就緒，打開(kāi)充氣閥開(kāi)始充氣，電磁閥通電，充氣閥打開(kāi)，排氣閥關(guān)閉，過(guò)濾器打開(kāi)，此時(shí)帶溫度補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速閥始終打開(kāi)，從而空氣進(jìn)入密閉的檢測(cè)回路，通過(guò)減壓閥調(diào)節(jié)充氣壓力大小，此時(shí)空氣回路中實(shí)時(shí)壓力值可通過(guò)壓力表讀出，充氣時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定后，氣壓在檢測(cè)回路中達(dá)到檢測(cè)要求，屆時(shí)充氣階段結(jié)束，記錄數(shù)據(jù)如表1、圖4。

表1 充氣階段充氣時(shí)間與實(shí)時(shí)壓力值

圖4 充氣階段充氣時(shí)間與實(shí)時(shí)壓力值的關(guān)系

等壓階段，電磁閥通電，充氣閥關(guān)閉，排氣閥關(guān)閉，平衡閥打開(kāi)，此時(shí)與外界氣源斷開(kāi)，而系統(tǒng)內(nèi)部的氣壓受充氣和閥門(mén)動(dòng)作存在氣流擾動(dòng)，一定的等壓時(shí)間后，系統(tǒng)檢測(cè)回路以及被檢容器之間的氣壓基本趨于一致。

平衡階段，電磁閥斷電，保持充氣閥和排氣閥關(guān)閉，關(guān)閉平衡閥，將被檢容器的氣路斷開(kāi)，壓力傳感器讀取實(shí)時(shí)被測(cè)容器的壓力值，并推算出泄漏所導(dǎo)致的壓力差，如果壓力差超過(guò)定值，系統(tǒng)根據(jù)判定結(jié)果，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到排氣階段，否則將等待一段時(shí)間后進(jìn)入檢測(cè)階段。記錄數(shù)據(jù)如表2、圖5。

表2 平衡階段時(shí)間與實(shí)時(shí)壓力值

圖5 平衡階段時(shí)間與實(shí)時(shí)壓力值的關(guān)系

檢測(cè)階段開(kāi)始時(shí)，電磁閥保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到被測(cè)容器在預(yù)設(shè)檢測(cè)時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的壓力數(shù)值，將該讀取的壓力數(shù)值與設(shè)定的壓力數(shù)值進(jìn)行比較，再根據(jù)泄漏計(jì)算公式算出泄漏量。

系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)束后，充氣閥持續(xù)關(guān)閉，電磁閥仍保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，排氣閥和平衡閥均打開(kāi)，將系統(tǒng)內(nèi)的檢測(cè)空氣排出檢測(cè)回路，再次回收利用，此時(shí)檢測(cè)過(guò)程結(jié)束。記錄已檢測(cè)容器的相關(guān)參數(shù)，為以后的檢測(cè)工作提供參考資料，記錄數(shù)據(jù)如表3、圖6。

表3 壓力值與時(shí)間的關(guān)系

圖6 實(shí)時(shí)壓力值和設(shè)定壓力值與時(shí)間的關(guān)系

3 檢測(cè)結(jié)果及可行性分析

3.1 檢測(cè)結(jié)果分析

檢測(cè)過(guò)程結(jié)束后，根據(jù)系統(tǒng)各配置以及各參數(shù)的情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中各個(gè)階段時(shí)間的控制。在充氣階段，通過(guò)調(diào)節(jié)電子調(diào)壓閥使系統(tǒng)達(dá)到指定的充氣壓力；在平衡階段，通過(guò)判斷系統(tǒng)壓力變化值是否超過(guò)系統(tǒng)限定值，進(jìn)一步來(lái)決定是否繼續(xù)檢測(cè)。在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中需要不間斷進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行適量換算得到相應(yīng)的結(jié)果，保存在系統(tǒng)中。在檢測(cè)階段記錄開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的壓力值和流量值，將兩者的差值結(jié)合檢測(cè)時(shí)間、被測(cè)工件內(nèi)容積等系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)相關(guān)泄漏量的公式推算出體系的泄漏量，再與系統(tǒng)所預(yù)設(shè)的各個(gè)判定界限值進(jìn)行分析比照，歸納總結(jié)得出此次檢測(cè)結(jié)果，如工件合格、工件輕微泄漏、工件大漏、工件嚴(yán)重泄漏，然后在顯示屏上顯示出來(lái)反饋給檢測(cè)人員。

3.2 裝置可行性分析

此裝置工作原理簡(jiǎn)單、成本低、效率高、使用領(lǐng)域廣。本文從結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及操作幾方面對(duì)裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提高了裝置規(guī)模推廣的可行性，適用于船舶上壓力容器的密封性檢測(cè)。

1) 結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)方面。裝置結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度通過(guò)強(qiáng)度校核，在保證各項(xiàng)性能指標(biāo)正常條件下進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，系統(tǒng)操作方便，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)使用年限，提高效率，降低了生產(chǎn)成本，符合經(jīng)濟(jì)性要求。

2) 技術(shù)方面?；谝延谐墒斓膲毫θ萜髅芊庑詸z測(cè)技術(shù)和研究成果來(lái)確保本方案的可行性和可靠性，合理確定方案及分配裝置相關(guān)可靠性能指標(biāo)，確保各功能模塊符合高強(qiáng)度的檢測(cè)需求，通過(guò)人性化設(shè)計(jì)來(lái)保障裝置及操作的安全性。

3) 操作方面。考慮到了船舶的工作場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜程度，結(jié)合人機(jī)操作的感受，將個(gè)人體驗(yàn)與順利完成檢測(cè)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能最優(yōu)化。