一例熱壓罐設備降溫速率異?，F象分析與研究

江智軒

(昌河飛機工業(集團)有限責任公司，江西 景德鎮 333002)

復合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新型材料[1]，迄今為止，航空航天領域要求高承載的絕大多數復合材料構件都是采用熱壓罐成型工藝，如飛機的槳葉、骨架、整流罩等部位，逐漸取代老舊的金屬材料，具有重量輕、承受力強、可修復等優點[2]。而復合材料的固化是零件加工過程中一個十分重要的環節，固化的效果直接決定復合材料的使用性能。熱壓罐作為復合材料固化設備，已成為各制造企業的關鍵設備，而降溫冷卻系統對保障其穩定運行起著極為重要作用。

1 故障現象

我公司現有4臺熱壓罐設備，其中有一臺尺寸為φ1.5 m×3 m熱壓罐在加工零件時出現降溫速率十分緩慢異常現象，如圖1所示。在進行空載降溫測試時，發現罐內空氣溫度由120 ℃降至60 ℃需要長達70 min，帶零件降溫甚至需要120 min以上，嚴重影響使用車間生產任務，同時對零件固化質量也無法得到保障。

2 故障原因分析及處理

目前，熱壓罐設備一般會在罐體尾部裝有一冷卻器，降溫原理為：溫控儀表通過輸出4～20 mA的電流信號控制冷卻水管路上的主冷進水閥(氣動薄膜閥)開度行程，將大量冷卻水注入至冷卻器中，同時通過循環風機大流量吹冷風帶走熱量。因此，針對降溫速率異常的可能原因及處理措施有以下幾點：

圖1 熱壓罐降溫異常圖表Fig.1 Chart of abnormal cooling of autoclave

2.1 進水壓力不足、進水溫度過高導致冷卻效果不佳

觀察進水管路上的壓力儀表，顯示進水壓力達到4 bar，同時觀察進水溫度顯示儀表顯示冷卻水溫為18 ℃，與其他幾臺正常熱壓罐設備基本一致。因此，可以排除因進水壓力不足與進水溫度過高導致冷卻效果不佳的可能。

2.2 循環風機異常

首先設備無風機報警提示，其次在風機運行時聲音正常無異響，變頻器顯示50 Hz，排除循環風機異常的原因。

2.3 主冷進水閥、回水閥開度異常導致通過冷卻器的水流量低，冷卻效果不佳

設備降溫時現場觀察主冷進水閥動作，發現主冷進水閥未完全開啟，如圖2所示，只開啟了全行程的50%，導致進水流量不足，影響冷卻效果。該閥體由溫控儀表4～20 mA電流信號控制行程[3]，壓縮空氣執行動作。造成閥體行程未完全開啟的原因有以下幾點：

(1)壓縮空氣不足。檢查連接氣路無泄漏，壓力達到4 bar，滿足氣動薄膜閥使用要求，故排除因氣壓不足導致閥體未完全打開的原因；

(2)控制儀表輸出信號異常。設備溫控儀表使用霍尼韋爾UDC2500系列儀表，具有雙回路控制，一路4～20 mA用于控制加熱， 另外一路4～20 mA用于控制冷卻[4]。正常情況應是在降溫時溫控儀表輸出功率為0%，對應輸出20 mA電流控制主冷閥體全開行程。在實際降溫過程中，按照工藝降溫速率SP值已經到達20 ℃，但實際罐內溫度為73.1 ℃，儀表輸出應為0%，輸出20 mA，但通過儀表DISPALY按鍵檢查輸出功率發現儀表OT輸出功率為7.6%，并非0%，見圖3。進一步檢查溫控儀表內部設定參數，發現在儀表CONTRL菜單中-OUT LO子菜單項中儀表最低輸出設置為7.6，將其修改至0后，儀表顯示輸出為0%，主冷閥開度變大，但仍未完全開啟，如圖4所示。閥體仍未完全開啟可能是長期使用后機械位置偏移，需要人工校準[5]，通過閥體自帶的行程調整旋鈕進行調節零位與全行程位，使閥體開打達到最大，如圖5所示，但降溫速率并未明顯提高。

圖2 主冷閥開啟50%Fig.2 The main cooling valve open 50%

圖3 儀表輸出功率Fig.3 Output power of the instrument

圖4 主冷閥開啟70%Fig.4 The main cooling valve open 70%

圖5 閥體機械調整旋鈕Fig.5 Mechanical adjusting knob of valve

繼續檢查回水管路，回水管路中使用的回水閥是一種二位氣動閥，由外部氣動電磁閥控制開啟與閉合，可能由于回水閥未完全開啟，導致回水不暢影響冷卻效果，故對回水閥進行拆卸檢查，發現閥體動作時并無卡滯現象，能夠完全開啟，控制氣路無泄漏，故排除因回水不暢影響降溫速率的原因。

2.4 冷卻器內部有大量水垢堵塞造成冷卻效果不佳

由于該熱壓罐設備體積較小，直徑僅為φ1.5 m，安裝使用的冷卻器尺寸也相應較小。經檢查發現熱壓罐設備的冷卻水系統均配備普通自來水，并非去離子水，容易形成水垢，同時又因為本臺熱壓罐使用的冷卻器尺寸較小，及易堵塞冷卻器內部的冷卻管與冷卻孔，影響冷卻效果。對冷卻器進行拆卸檢查，如圖6、圖7所示，發現在冷卻器內部已經存有大量水垢、污泥，嚴重堵塞冷卻管路及冷卻小孔，影響冷卻效果，故確定冷卻器堵塞是造成罐體降溫慢的根本原因。重新安裝更換冷卻器后進行降溫試驗，速率明顯提高，罐內溫度從120 ℃降到60 ℃僅需30 min，速率提高一倍以上，如圖8所示。

圖6 罐尾冷卻器Fig.6 The cooler at the end of autoclave

圖7 水垢堵塞冷卻孔Fig.7 Scale blockage cooling hole

圖8 更換冷卻器后降溫測試圖表Fig.8 Cooling test chart after replacement cooler

3 總結

通過本次故障處理案例，可以發現，熱處理設備冷卻系統對冷卻水質的處理尤為重要，不能使用普通自來水進行冷卻，否則極易形成水垢影響冷卻效果，甚至產生銹蝕管路、殼體等現象。為此，需對熱壓罐設備冷卻水系統進行整體改造，徹底杜絕因水質問題影響熱壓罐設備降溫速率的隱患。