水箱配件綜合試驗設備的設計與調試＊

張衛星 楊治國 段移麗 段坤利 張 帆

（1 中國建材檢驗認證集團（陜西）有限公司 西安 710116）（2 國家建筑衛生陶瓷質量監督檢驗中心 西安 710116）（3 輕工業西安機械設計研究院 西安 710086）

隨著改革開放的深入發展，我國的衛生潔具行業得以長足發展并形成了自有的技術特色，越來越多的生產企業提高了自己的競爭能力。同時，隨著衛生潔具產品需求的增長，與衛生潔具配套的配件產業也得以快速發展，涌現出高、中、低檔配件產品在生產與流通領域共存、質量參差不齊的現象。近年來，隨著我國人民生活水平的日漸提高以及人們對高品質生活的愈加迫切追求，便器類產品已在我國絕大部分城鎮和廣大農村的普通居民家庭得到越來越廣泛的應用，其中坐便器產品約占便器類產品的80%左右，每年的坐便器市場需求量在4000萬件以上。水箱配件作為便器的核心部件，是最常見的自動控制水箱進排水的潔具配件。

自2007年以來，國家質檢總局連續6年組織陶瓷坐便器產品質量監督抽查，雖然整體質量水平逐年穩步提高，但是業內稱之為“馬桶心臟”的水箱配件每年都存在或多或少的質量問題。在這種情況下，提高我國水箱配件產品質量就成了需要持續解決的問題。作為監控與檢測水箱配件質量的儀器設備，水箱配件檢測設備自然成為保證產品質量的重要手段，成了企業占領市場的重要保證。

1 設備簡述

SXPJ－Ⅱ－CTC水箱配件綜合性能檢測設備［中國建材檢驗認證集團（陜西）有限公司獨立擁有該檢測設備的全部知識產權］根據GB 26730－2011《衛生潔具 便器用重力式沖水裝置及潔具機架》、ASSE 1002－2008《坐便器重力式水箱用防虹吸進水閥》、EN 14124：2005《帶內溢流裝置的水箱所配的進水閥》、EN 14055－2010《坐便器與小便器用沖洗水箱》和AS 1172.2－1999／AMD 1－2002／AMD 2－2005《用水量為6L／3L或等效水量的坐便器 第二部分：水箱》標準設計制造。具體根據標準中規定的對進水閥進行進水流量、靜壓力密封性、動壓力密封性、耐壓性、防虹吸功能、再開啟功能、水擊試驗和對排水閥進行自閉密封性、溢流能力、排水流量以及對沖洗水箱進行安全水位、排水流量、額定沖水量、再開啟功能等技術要求的試驗方法及其規定的技術參數進行設計制造，檢測設備實現了對水箱配件上述技術指標的檢測與分析。

檢測設備由供水管路控制系統、真空系統、電氣自控系統和試驗操作平臺4部分組成。并通過機械與電氣原理將4部分有機地聯接起來，實現了試驗裝置的系統化和自動化控制，并且操作方便，測試精度高，測量誤差小，工作效率高，適用范圍廣。檢測設備局部外觀如圖1、圖2所示。

圖1 水箱配件綜合性能檢測設備操作臺

2 設計要點和難點分析

2.1 設計要點

SXPJ－Ⅱ－CTC水箱配件綜合性能檢測設備設計有2個工位，兩個工位的檢測功能完全相同，這就要求在管路設計時充分考慮管路的布置問題。如果只是一個工位，管路設計時就比較容易，管路布置只要滿足標準規定的要求即可，然后考慮布置合理、美觀就可以。但是由于2個工位功能完全相同，這就會出現相互驗證的問題，如果管路設計出現的偏差太大，同一個試樣通過2個工位測試其檢測結果就會偏離很多。因此，管路設計時，在材質、管件、電器元件選擇上需要認真考慮，管路盡量對稱布置，從而減少因管路布置造成對檢測結果的影響。

圖2 水箱配件綜合性能檢測設備部分管路布局

2.2 設計難點

2.2.1 密封管路設計

在設計過程中密封管路設計是一個難點，GB 26730－2011《衛生潔具 便器用重力式沖水裝置及潔具機架》標準規定進水閥靜壓和動壓密封性試驗，最低壓力為0.03MPa±0.002MPa，最高壓力為1.00MPa±0.02MPa。因壓力差跨度大，同時要求從低壓到高壓都能夠測量，并達到要求的誤差范圍，這就要求選擇高精度的壓力變送器，而高精度的壓力變送器加工難度大，價格較高，增加了產品成本。主要原因在于用一個傳感器要同時實現測量范圍大和測量精度高是不現實的，所以采用了目前的壓力分開設計的測量系統。壓力分布設計原理如圖3所示。產品測試先低壓后高壓，電磁閥L通電，電磁閥H不通電，測量進水閥在中低壓時的密封性能；當電磁閥H通電，電磁閥L不通電，測量進水閥在高壓時的密封性能。管路上安裝有止回閥，測量時只顯示測量管路上的傳感器數據。因此，在設計時采取中低壓管路和高壓管路分開設計，選擇元器件比較容易，而且精度能夠滿足要求。壓力分開設計原理示意圖及密封管路原理示意圖分別如圖3、圖4所示。

圖3 壓力分開設計原理圖

圖4 密封管路原理示意圖

2.2.2 水擊管路設計

水擊管路設計是該設備設計的重點。GB 26730－2011《衛生潔具 便器用重力式沖水裝置及潔具機架》標準中規定銅管長度為5000mm，外徑為15mm，壁厚為1mm，將銅管折彎成直徑為270mm的彈簧狀。這就要求水擊管路盤管時以銅管中心線為折彎圓直徑，2個盤形銅管折彎時一個順時針折彎，一個逆時針折彎，在機架內水機管路對稱布置，以減少管路不一致而產生的測量誤差。銅管與管件的連接也是很重要的，采用擴口式連接，銅管與管件連接用擴口式管接頭體，銅管擴口時錐面要均勻、光滑、中心對稱，保證密封效果好。因此在制造時一定要嚴格控制加工工藝。水擊管路對稱布置示意圖如圖5所示。

3 調試過程

3.1 水擊壓力峰值捕捉環節

水擊就是水在管路中正常流動時，因閥門關閉而造成的管路瞬間壓力升高。水擊檢測時首先將進水閥安裝在水箱內，測量水箱進水閥在一定壓力（測量時設定靜壓力為0.5MPa）下，向水箱進水至進水閥自然關閉時產生的瞬時壓力峰值。該壓力峰值與靜壓力之差≤0.2MPa，表示進水閥合格，否則不合格。

圖5 水擊管路對稱布置示意圖

檢測設備加工安裝完成后，調試過程是十分重要的工作。檢測設備設計是否滿足標準規定和設計規范的要求，各項檢測項目監測數據是否符合標準規定所須達到的精度要求等問題均需要重視。水擊壓力峰值捕捉是調試過程的重要環節。雖然在選擇元器件的時候已經考慮了每個元件的量程范圍和精度，但是在調試的時候還會出現壓力峰值不穩定、沒有捕捉到峰值的問題。通過比較試驗，發現在程序的設計上存在問題。壓力傳感器的精度完全滿足要求，在程序設計過程中把壓力傳感器捕捉時間間隔調整為5ms，提高傳感器采集數據頻率（傳感器采樣頻率≥200Hz），捕捉瞬時壓力峰值，壓力峰值就是進水閥進水到自動關閉時管路最高壓力。在水擊調試過程中，連接軟管的內徑不一致或者長度不同也會出現壓力峰值的不一致現象，由于2個工位具有相同的檢測功能，在2個工位的管路設計安裝時要注意其一致性，盡最大可能減少管路元件及安裝帶來的影響。在測量時，閥門出口與被測樣品之間連接軟管型號長度要相同，避免造成2個工位之間檢測結果差異。

3.2 安全閥整定壓力調整環節

整定壓力也叫開啟壓力，是安全閥運行的一個重要參數，整定壓力的設置直接關系到設備運行的安全性。安全閥的閥瓣在正常工作的條件下，當工作壓力上升到閥瓣開始升起的時候（安全閥閥瓣處的進口壓力即安全閥的整定壓力），在這個壓力值下，閥瓣的開啟高度可以開始測量，介質出現可以看到或聽到的連續排放狀態，即介質開始排放的狀態，但這個狀態不是大量排放介質的狀態，而是微小排量的狀態，在壓力表上反應的只是數值稍微的減少。具體的大量排放則涉及到排放壓力的概念。

檢測設備調試時，安全閥的整定壓力調整好以后，進行檢測進水閥耐壓項目測試，最高耐壓工作壓力為1.6MPa，安全閥整定壓力調整到1.75MPa，安全閥開啟壓力（整定壓力）是最大工作壓力的1.05～1.1倍，符合安全閥整定壓力的一般要求。一般情況下，安全閥購買時廠家根據用戶使用最高壓力要求，把安全閥的整定壓力調節好。如果用戶工作壓力有變化，可以自行調節，調節時達到設定的壓力時閥門微啟泄水（微小排量的狀態），這時整定壓力就調節好了。在測試操作時，發現水泵壓力為0.5MPa時安全閥出現泄壓現象。分析原因：發現在啟動加壓水泵時，沒有打開電磁閥，造成憋壓，出現安全閥在很小壓力時就開啟泄壓。因此，在開啟加壓水泵時，應先打開電磁閥，就可避免這種現象的發生。

4 結語

總之，隨著我國改革開放的持續發展，衛生潔具產品的需求逐步增加，為了控制產品質量，生產企業、檢測機構對于檢測設備的需求也會不斷增加，水箱配件綜合性能檢測設備的設計逐步向自動化、多功能、高精度、高可靠性方面發展已成為必然。然而，隨著檢測設備的廣泛應用，檢測設備在實際調試及運行中發生故障的情況也會增多。因此，完善檢測設備的系統設計，做好調試運行前的各項工作，避免在運行過程中出現異常現象顯得尤為重要。

參考資料

1 中國國家標準化管理委員會，等.GB 26730－2011衛生潔具便器用重力式沖水裝置及潔具機架.北京：中國標準出版社，2011

2 張衛星，等.實用新型專利《衛生陶瓷綜合檢測裝備》.中國專利，ZL201220266983.X.2013－01－09

3 聞邦椿.機械設計手冊.北京：機械工業出版社，2010

4 崔繼仁.電氣控制與PLC應用技術.北京：中國電力出版社，2010