干式耐压及密封性试验技术在热交换器芯子密封性试验中的应用

引言

船用柴油机的热交换器芯子对水循环系统有一定的清洁度要求,而外部冷却水大多直接利用区域内的海水或淡水,这些冷却水杂质非常多,一旦混入将给柴油机造成损伤,所以,热交换器的芯子部件就必须具备一定的耐压和密封性能。我公司在热交换器总成装配之前,要求对所有的芯子部件采取耐压和密封性能试验。

在实际生产应用中,常见的耐压和密封性能试验方式包括:

(1)湿式试验:

1)向试验对象内腔填充具有一定压力的液体介质,保压一定时间后,目视产品表面是否有试验介质从渗漏点渗出:

2)将试验对象浸没在液体中,向试验对象内腔填充具有一定压力的空气,保压一定时间后,目视检测产品表面是否有气泡从渗漏点渗出。

这种方法操作简单,但是效率低下。

(2)干式试验:

1)向试验对象内腔填充具有一定压力的空气,保压一定时间后,传感器采集气压变量来判断产品是否符合要求:

2)向试验对象内腔填充具有一定压力的空气,保压一定时间后,传感器采集气体流量变量来判断产品是否符合要求。

这种方法可以实现整个检测过程的自动化控制,降低人为目测因素对最终试验数据的影响,且数据信息一旦收集,就被固化,不可修改。

1应用背景

之前,我公司热交换器芯子部件的耐压和密封性能试验都是采用产品内腔充气保压,然后浸没在液体中,通过目测气泡的方式进行。由于热交换器型号众多,体型、尺寸、重量相差较大,所以不同型号的芯子部件试验时都必须使用对应的试验工装,故在实际生产过程中及日常管理上都明显存在不便。因此,我们一直在寻求更加稳定、安全、环保的方案来取代湿式试验检测法。

经调研,目前市场上的干式密封试验设备(以压缩空气作试验介质)多数采用气体体积变化率作为判别方式,这对小型容积腔体的试验相当适用:但是,一旦遇有稍大容积腔体的试验或发生微小泄漏状况,因泄漏而引发的体积变化率细微,在短时间内反应不明显,极易造成产品泄漏误判的发生。最关键的问题是,我公司热交换器芯子规格多、批量大、容积不一致,即使同一规格的芯子也允许容积存在一定的误差,这样就导致相应的体积变化率很难确定,经过多次模拟试验验证,该方式不适应我公司芯子产品的密封性试验需求。

2设计原理

现在,我们改用目前比较适用的气体压力变化干式试验法,将试验对象的内腔闭合保压容积内的压力变化作为判别依据。针对产品的"闭合保压容积",试验机由试验对象(热交换器芯子腔体)、压力传感器、逆止阀组成的气路系统构成。

具体的操作方式如下:由固定气源提供稳定干燥无油的压缩空气二减压阀调至规定值0.5MMP二芯子内腔二压力传感器传递信息二电磁阀控制启动关闭二逆止阀关闭二保压开始2ami二压力传感器检测到压力保持在0.n95MMP以上(合格)二电磁阀控制启动开启二逆止阀开启二泄压。

整个试验通过传感器及电气控制系统(图1),实现对电磁阀启闭的自动控制,利用变送传感系统完成对热交换器芯子腔体内压缩空气压力变化的自动检测,来辨别芯子部件的密封性能。

我们采用四工位、双试双待方案设计和制作了芯子部件耐压和密封性干式试验机。试验过程中采用两端气压夹持抱紧机构对试验对象进行固定和防爆,操作工仅需将芯子部件装入底端定位法兰后启动设备,试验过程将由设备自动完成,并记录数据。其中两个工位试验时,另外两个工位可以同时完成试验对象的卸、装工作。且试验工位和装卸工位被基本隔断,消除了气压泄爆的安全隐患,大大降低了操作工的劳动强度,节省了工作时间。

这种试验方式的关键技术在于压力传感器检测的敏感度和分辨率。敏感度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化对输入量变化的比值。当传感器的输出、输入量的量纲相同时,敏感度可理解为放大倍数。提高敏感度,可得到较高的测量精度,但测量范围会缩小,稳定性也会变差。分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。如果输入量从某一非零值缓慢地变化,当变化值未超过某一数值时,传感器的输出不会发生变化,即传感器对此变化是分辨不出来的:只有当变化值超过分辨率时,其输出才会发生变化。分辨率与传感器的稳定性是相反的,分辨率越高,则传感器的稳定性越差。

3技术优点

芯子部件耐压和密封性干式试验机采用端封导向快速夹持技术,直接利用芯子产品的端板导向进行导向定位,不需翻转芯子就可以进行试验。气源使用间歇性气源,一旦止回阀关闭以后,就不再需要供气。又由于产品虽然内腔容积大小不一,但承压压力要求却是一致的,所以我们可以采用统一的保压参数进行试验,不需要不断调整参数。

芯子部件耐压和密封性干式试验机的结构形式,可以实现对试验状态的调节,气压数据的自动采集、显示和报警控制。其优点如下:

(1)在芯子部件的工位设定上采用双工位双待试压(测试机工作台旋转180О)设计,实现试压、安装同步进行,节约了产品装卸工时,降低了劳动强度:

(2)芯子部件试压时采用双向端面密封,以双向锥套导向,实现芯子部件的自动导向、定位,使定位、密封更加稳定可靠:

(3)采用双向端面密封方式,与芯子部件的实际使用状态一致,试验更贴近实际:

(4)芯子部件压紧采用螺旋升降机,密封参数由行程开关进行控制,端板定位、压紧可靠:

(5)通过调整行程开关及双向锥套,即可适应不同规格芯子部件试验的切换,实现一机多能:

(6)试验过程中遇有泄漏情况发生,报警器将会自动报警,从而消除了人工目测的视觉失误,提高了判别的准确性:

(7)双工位双待方式更安全:

(8)不需要借用液体介质,节省了水资源,缩小了操作空间:

(9)减少了后续的清洁、干燥、防腐工序,节约了生产成本。

将芯子部件耐压和密封性干式试验机(以压缩空气作试验介质)与老式的湿式试压台(通气浸水)进行比较,前者在过程安装、加压、保压、泄压等操作过程中显现出快捷、方便、清洁等优势,节约了水资源,改善了工作环境:而且试压后的产品干燥无积液,不需要二次处理,可提高工效30%以上。

4结语

综上,我公司利用干式试验技术自行研制的芯子部件耐压和密封性干式试验机已经成功投产使用,并取得了很好的经济效益。其具有节能、环保、无污染、成本低等特点,且随着检测系统及传感器技术性能的提高,还可以应用到不同产品的耐压及密封性能检测工作中去。