楊興國(guó) 林水雄

1. 廣東美的生活電器制造有限公司 廣東佛山 528311；2. 廣東美的制冷設(shè)備有限公司 廣東佛山 528311

0 引言

IEC 60335-2-15（Ed6.0）標(biāo)準(zhǔn)于2012年發(fā)布實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)中增加了彈性電壓力鍋概念，內(nèi)容中的定義、標(biāo)識(shí)和說明、非正常工作、結(jié)構(gòu)、元件等章節(jié)均對(duì)彈性電壓力鍋進(jìn)行了特殊要求。等同采用的EN 60335-2-15:2016歐洲標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布實(shí)施，中國(guó)等同采用IEC標(biāo)準(zhǔn)的GB 4706.19的換版標(biāo)準(zhǔn)也已完成討論稿。本文對(duì)比分析了彈性結(jié)構(gòu)電壓力鍋、非彈性結(jié)構(gòu)電壓力鍋的差異，并從標(biāo)準(zhǔn)制修訂的意圖入手，深入分析各標(biāo)準(zhǔn)條款，為國(guó)內(nèi)行業(yè)認(rèn)識(shí)、了解彈性電壓力鍋，有效理解、應(yīng)用新標(biāo)準(zhǔn)提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)。

1 彈性電壓力鍋技術(shù)說明

1.1 壓力鍋行業(yè)現(xiàn)狀

壓力烹飪因其高溫特性實(shí)現(xiàn)了烹飪的快速、省時(shí)，契合了現(xiàn)代快節(jié)奏生活的需求，傳統(tǒng)高壓鍋（以下簡(jiǎn)稱：非彈性壓力鍋），承載蒸煮壓力的部件是內(nèi)鍋與鍋蓋，其安全保護(hù)是靠安全閥等固定泄壓通道結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)固定泄壓通道結(jié)構(gòu)被堵塞時(shí)，鍋蓋與鍋體存在分離的可能，造成安全事故；彈性電壓力鍋采用全新的壓力控制方式與異常壓力防護(hù)，在新版IEC 60335-2-15標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的推廣作用下，國(guó)際電壓力鍋市場(chǎng)90%以上產(chǎn)品采用彈性結(jié)構(gòu)技術(shù)，彈性電壓力鍋已得到國(guó)際市場(chǎng)的認(rèn)可。

1.2 不同結(jié)構(gòu)壓力鍋技術(shù)對(duì)比

彈性電壓力鍋在承壓結(jié)構(gòu)部件、壓力控制、電氣控制、異常壓力防護(hù)、產(chǎn)品強(qiáng)度失效等方面均不同于非彈性壓力鍋，具體對(duì)比如表1所示。

表1 不同結(jié)構(gòu)壓力鍋對(duì)比

1.3 彈性電壓力鍋受力分析

非彈性電壓力鍋受力與明火高壓鍋類似，在此僅對(duì)彈性電壓力鍋進(jìn)行分析。

在額定蒸煮壓力情況下，鍋蓋、外鍋、內(nèi)鍋、熱盤、彈性部件等效應(yīng)力云圖如圖1所示。除鍋蓋與外鍋鍋口扣合處有較大應(yīng)力外，內(nèi)鍋在蒸汽壓力作用下，擠壓熱盤使熱盤支腳處受力并將力傳遞給彈性部件，彈性部件產(chǎn)生最大1.2 mm的形變。

圖1 彈性電壓力鍋受力分析

當(dāng)壓力開關(guān)失效時(shí)，內(nèi)部的蒸煮壓力持續(xù)上升，內(nèi)鍋持續(xù)推動(dòng)熱盤向下移動(dòng)，密封圈與內(nèi)鍋直接的縫隙持續(xù)增大，根據(jù)分析可知，密封圈與內(nèi)鍋在210 kPa左右發(fā)生分離，說明密封圈處開始泄壓。密封圈與內(nèi)鍋間隙如圖2所示，在蒸煮壓力異常時(shí)，此動(dòng)態(tài)分離是必然發(fā)生的，使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)不會(huì)被堵塞的效果。

圖2 彈性電壓力鍋密封圈與內(nèi)鍋分離

1.4 彈性電壓力鍋的壓力防護(hù)系統(tǒng)

產(chǎn)品工作時(shí)，根據(jù)氣體定律，器具內(nèi)的密封水蒸氣溫度高于100℃時(shí)，熱盤持續(xù)加熱，汽壓壓強(qiáng)增大，水與水蒸氣的整體體積也隨之增大，內(nèi)鍋在受力作用向下移動(dòng)，因產(chǎn)品內(nèi)裝有彈性部件，彈性部件受擠壓力產(chǎn)生較大形變，行程敏感控制器（即壓力開關(guān)）感應(yīng)到此位移切斷加熱電路；產(chǎn)品處于保壓狀態(tài)，在自然冷卻作用下，密封水蒸氣的蒸汽壓強(qiáng)減小，彈性部件形變減小，壓力開關(guān)再次接通加熱電路，如此循環(huán)往復(fù)，自動(dòng)控制蒸汽壓力保持在一個(gè)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)食物的高溫烹飪。

當(dāng)壓力開關(guān)處于不工作狀態(tài)，彈性部件形變已超過設(shè)定值時(shí)，熱盤仍持續(xù)加熱，蒸汽壓強(qiáng)、水和水蒸氣體積持續(xù)增大，密封圈（可理解為人為設(shè)置的薄弱部件）在無內(nèi)鍋支撐下，外翻泄壓，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，此泄壓壓力不超過250 kPa，釋放物溫度不高于60℃（產(chǎn)品周邊30 mm處）。彈性壓力控制與防護(hù)等級(jí)如表2所示。

表2 壓力防護(hù)等級(jí)

2 IEC 60335-2-15新增標(biāo)準(zhǔn)條款分析

2.1 定義

標(biāo)準(zhǔn)中3.112條新增彈性電壓力鍋定義，即通過彈性部件的動(dòng)態(tài)位移降低壓力的壓力鍋。

理解：從定義中可以明確，彈性電壓力鍋是有彈性部件的，這是前提，沒有彈性部件，不能看作是彈性電壓力鍋；另外，這個(gè)彈性部件在承受壓力作用時(shí)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)形變，可以理解為彈性形變，不是永久變形。在定義中，并沒有說明彈性部件是用來控制蒸煮壓力還是作為非正常工作時(shí)的保護(hù)裝置，筆者認(rèn)為，彈性部件至少作為保護(hù)措施，產(chǎn)品的蒸煮壓力控制，可共用此彈性部件，也可以通過其行程或溫度等作為壓力調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)。

2.2 標(biāo)識(shí)和說明

標(biāo)準(zhǔn)中7.12條增加：除彈性結(jié)構(gòu)壓力鍋外，壓力鍋的使用說明應(yīng)陳述：必須對(duì)壓力調(diào)節(jié)器的蒸汽排出管道做定期檢查，以確保其不被堵塞。

理解：彈性電壓力鍋的壓力調(diào)節(jié)器不是通過管道結(jié)構(gòu)的排放蒸汽來控制蒸煮壓力，故不必對(duì)排汽通道進(jìn)行檢查清理。如果壓力調(diào)節(jié)器是通過排放蒸汽方式來實(shí)現(xiàn)的，從標(biāo)準(zhǔn)的意圖來看，在標(biāo)識(shí)和說明中應(yīng)增加檢查清理的內(nèi)容。

2.3 非正常工作

2.3.1 試驗(yàn)條件

標(biāo)準(zhǔn)中19.4條增加：

對(duì)于壓力鍋，

——所有壓力調(diào)節(jié)裝置被設(shè)在不工作的狀態(tài)；且

——除彈性結(jié)構(gòu)壓力鍋外，所有排汽的保護(hù)裝置和排汽的預(yù)置薄弱零件被設(shè)在不工作的狀態(tài)；且

——彈性結(jié)構(gòu)壓力鍋，除預(yù)置薄弱零件以外，所有排汽的保護(hù)裝置被設(shè)在不工作的狀態(tài)。

理解：電壓力鍋是密閉高壓烹飪器具，烹飪的食物可能堵塞排汽時(shí)的通道，非正常工作也要考慮堵塞帶來的危險(xiǎn)；除彈性電壓力鍋外，在非正常工作時(shí)，尺寸固定的排汽通道可能被烹飪的食物堵塞，故將所有排汽的保護(hù)裝置全部失效，包括故意設(shè)置的薄弱部件。

彈性電壓力鍋中故意設(shè)置的用于排汽的薄弱部件是密封圈，在壓力異常高時(shí)，彈性部件形變大，內(nèi)鍋下移量增加，導(dǎo)致密封圈與內(nèi)鍋脫離，密封圈邊緣受力外翻，整個(gè)360度周圈均為泄壓通道，即使泄壓通道被堵塞，在壓力作用下，彈性部件形變加大，堵塞的食物也會(huì)被推出（噴出），因泄壓通道不可堵塞，測(cè)試時(shí)不進(jìn)行失效。密封圈在非正常工作條件下，通過零件的大尺寸變形，以達(dá)到保護(hù)效果的不可復(fù)位防護(hù)裝置，被認(rèn)為是預(yù)置薄弱零件。

2.3.2 結(jié)果判定

標(biāo)準(zhǔn)中19.13條增加：在19.4試驗(yàn)期間，除彈性結(jié)構(gòu)壓力鍋外，壓力鍋的保護(hù)裝置必須在壓力達(dá)到350 kPa之前動(dòng)作。

在19.4的試驗(yàn)期間，彈性結(jié)構(gòu)壓力鍋的保護(hù)裝置或預(yù)置薄弱零件必須在壓力達(dá)到250 kPa之前動(dòng)作。

理解：非正常工作中，非彈性電壓力鍋不能通過排汽方式進(jìn)行壓力防護(hù)，防護(hù)壓力標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值不變；因彈性電壓力鍋可通過排汽方式進(jìn)行壓力防護(hù)，且釋放物溫度與器具內(nèi)部壓力正相關(guān)，在產(chǎn)品周邊30 cm處，泄壓壓力為250 kPa時(shí)，釋放物檢測(cè)到的溫度多為60℃，泄壓壓力低于250 kPa相對(duì)安全，故將防護(hù)裝置動(dòng)作壓力值從350 kPa降低到250 kPa。

2.4 結(jié)構(gòu)

2.4.1 產(chǎn)品強(qiáng)度

標(biāo)準(zhǔn)中22.7條新增：除彈性結(jié)構(gòu)壓力鍋外，將壓力鍋的所有壓力調(diào)節(jié)器及壓力釋放裝置處于不工作狀態(tài)，蓋上蓋子。用水壓將壓力逐漸增大到19.4試驗(yàn)過程中壓力釋放裝置動(dòng)作時(shí)壓力的2倍。

對(duì)于彈性結(jié)構(gòu)壓力鍋，用水壓將壓力逐漸增大到19.4試驗(yàn)過程中壓力釋放裝置或預(yù)置薄弱零件動(dòng)作時(shí)的壓力值加50 kPa。

容器不應(yīng)損壞。

理解：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，應(yīng)能保證產(chǎn)品在非正常工作時(shí)的壓力防護(hù)措施可靠動(dòng)作，產(chǎn)品強(qiáng)度與非正常工作防護(hù)壓力相關(guān)聯(lián)。非彈性電壓力鍋，考慮到產(chǎn)品壓力防護(hù)裝置動(dòng)作后，內(nèi)部異常的蒸煮壓力可能持續(xù)上升及強(qiáng)度設(shè)計(jì)余量，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是非正常工作防護(hù)壓力的2倍，即壓力余量為2.0；彈性電壓力鍋通過彈性部件的動(dòng)態(tài)位移，促使預(yù)置薄弱零件動(dòng)作，且此壓力防護(hù)不可堵塞，且動(dòng)作后內(nèi)部異常的蒸煮壓力立即下降，故要求產(chǎn)品強(qiáng)度比非正常工作防護(hù)壓力高50 kPa。

2.4.2 合蓋安全性

標(biāo)準(zhǔn)中22.109條新增壓力鍋的結(jié)構(gòu)應(yīng)確保：當(dāng)蓋子未閉合或不正確閉合時(shí)，容器內(nèi)的壓力不會(huì)過高。

通過下述試驗(yàn)檢查其符合性。

將蓋子置于壓力鍋能工作的最不利位置，且壓力鍋在第11章規(guī)定的條件下工作。

容器內(nèi)的壓力不應(yīng)超過4.0 kPa。

理解：此條款是新增加的，在原標(biāo)準(zhǔn)中沒有涉及，但在EN 12778標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定。電壓力鍋的合蓋位置不明顯，在用戶錯(cuò)誤操作時(shí)，器具內(nèi)不產(chǎn)生具有威脅用戶安全的蒸煮壓力4.0 kPa，彌補(bǔ)原標(biāo)準(zhǔn)的合蓋安全性缺失問題。

2.5 元件

標(biāo)準(zhǔn)中24.1.3條增加：彈性結(jié)構(gòu)壓力鍋中用于控制加熱器的開關(guān)要承受50000個(gè)周期的動(dòng)作，測(cè)試在第11章規(guī)定的，器具以額定電壓供電條件下進(jìn)行。

理解：彈性電壓力鍋在正常工作時(shí)，通過開關(guān)（通常是行業(yè)內(nèi)所稱的壓力開關(guān)）來控制加熱部件的通斷，此部件壽命不低于5萬(wàn)次，隱含整機(jī)彈性部件耐久性不低于5萬(wàn)次。

此處的開關(guān)是行業(yè)內(nèi)所述的壓力開關(guān)，可以說明，彈性電壓力鍋在正常工作時(shí)，彈性部件也是有形變的，且可通過此形變控制蒸煮壓力。

3 結(jié)論

本文對(duì)比分析了彈性結(jié)構(gòu)電壓力鍋、非彈性結(jié)構(gòu)電壓力鍋的差異，并通過對(duì)IEC 60335-2-15標(biāo)準(zhǔn)中的彈性電壓力鍋相關(guān)條款分析，總結(jié)出彈性電壓力鍋具有以下特征：

（1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中有彈性部件；

（2）壓力調(diào)節(jié)器不是管道式結(jié)構(gòu)，不是通過排汽方式來控制蒸煮壓力的；

（3）正常工作時(shí)，彈性部件有形變，可與行程開關(guān)相結(jié)合控制加熱器件，從而控制產(chǎn)品蒸煮壓力，也可采用其他方式進(jìn)行蒸煮壓力的控制；

（4）非正常工作時(shí)，彈性部件形變?cè)龃?，且是?dòng)態(tài)形變，未發(fā)生塑性變形；

（5）有密封圈（故意設(shè)置的薄弱部件），此部件在非正常工作時(shí)，結(jié)合彈性部件的形變，通過排汽方式降低壓力，且此排汽防護(hù)通道不可堵塞；

（6）開關(guān)是這個(gè)產(chǎn)品的重要部件。

根據(jù)以上特性，可判定電壓力鍋是否為彈性結(jié)構(gòu)電壓力鍋。在新的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)彈性電壓力鍋和非彈性電壓力鍋的要求有巨大差異，以上是從IEC 60335-2-15標(biāo)準(zhǔn)條款角度來認(rèn)識(shí)彈性電壓力鍋，希望對(duì)電壓力鍋的制造企業(yè)與技術(shù)研究人員應(yīng)用與實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)所有幫助。