步入式高低溫濕熱環境試驗箱加濕系統故障分析及改造

張永超 中國電子科技集團公司第三十八研究所

隨著社會經濟的高速發展，各種研發，加工，制造產業對環境實驗設備工作性能和穩定性提出了更加嚴格的要求，設備在運行的過程中，穩定的運行工作關系到試驗數據的準確性，反映產品試驗的真實性。因此，對于設備的日常維護、管理、降低故障率，保證設備長期高效的投入到生產運行中至關的重要。

一、試驗箱的簡介

該設備為步入式高低溫濕熱試驗箱，容積為36m3，主要為各類型產品提供高溫，低溫，濕熱，溫濕度交變存儲等環境試驗而設計制造，該設備由試驗箱體、制冷機組和加濕系統組成，其制冷系統為復疊式制冷，用兩臺制冷壓縮機復疊而成，兩者之間用一個蒸發冷凝器聯系起來。（如圖1、圖2所示）

復疊式制冷系統原理圖及Lgp-h圖

制冷工作原理：制冷循環均采用逆卡若循環，該循環由兩個等溫過程和兩個絕熱的過程組成。其過程如下，制冷劑經壓縮機絕熱壓縮到較高的壓力，消耗了壓縮所做的功使排氣溫度升高，之后制冷劑經冷凝器等溫地和四周介質進行熱交換，將熱量傳給其他介質。后制冷劑經截流部件絕熱膨脹做工，這時制冷劑溫度降低，最后制冷劑通過蒸發器等溫地從溫度較高的物體吸熱，使被冷卻物體溫度降低，此循環周而復始運轉從而達到降溫之目的，得到我們所需要的冷。試驗箱工作的模態是：高溫依靠箱體內加熱組件完成，低溫依靠復疊制冷機組，溫濕度由箱內加熱組件加濕系統和恒溫除濕壓縮機制冷系統完成。

二、加濕系統故障和問題點的概況

1.在進行GJB150A-2009 交變溫熱時，溫度60℃濕度95%，本試驗以24h 為一個循環周期，最少進行10 個周期。一般10 個周期足以展現濕熱環境對大多數裝備的潛在影響，真實地反映裝備耐濕熱環境的能力。溫濕度量值：在溫度為60 和相對濕度為95%的綜合在自然環境中不會出現，但該溫度和相對濕度量值的綜合能發現裝備有潛在問題的部位。在此試驗過程中設備濕度值波動變化大保持不住超指標偏差，無法滿足產品實驗要求。

2.在濕熱模式狀態下，試驗箱工作室內蒸汽出口處夾雜有細微的水珠，造成被試驗產品表面有小水珠的現象，此時的試驗產品通電、開機、測試極易造成電器短路，產品燒壞的安全隱患。

3.加濕鍋爐內加熱管頻繁損壞，因故障報警停機，試驗被迫中斷，無效或失敗。（附圖3）

圖3 原裝的加熱管

4.加濕鍋爐蒸汽出口端與蒸汽輸送管路連接處密封不嚴，密封件易老化，有水蒸氣泄露燙傷人的隱患。

5.加熱管電源接線柱裸露在鍋爐的頂部，蒸汽管連接處泄漏，凝露水滴易滴落接線柱上導致短路。

三、故障和問題點原因分析

1.高溫、高濕長時間保持濕度指標波動大的原因分析

經過隋朝兩代帝王的相繼開鑿,廣通渠、永濟渠、通濟渠、邗溝、江南河等運河,形成了完備的溝通關中與魏、齊舊地和梁、陳舊地的水上交通體系。

（1）加濕鍋爐內加熱管元件有損壞，導致加熱功率不夠，蒸汽的供給量不足，濕度指標曲線波動值（備注：此加濕鍋爐由3 根獨立的加濕管組成，每根功率為6kw）超差或濕度一直無法達到試驗大綱條件的需求。

（2）干濕球濕度傳感器故障或靈敏度問題；采集傳輸處理控制問題；專用濕球紗布的污染更換。

2.試驗箱內產品表面有水珠的原因分析

（1）加濕鍋爐純水供水水位浮球開關失靈或卡住無法準確反饋動作信號，致使加濕鍋爐內供水量大于鍋爐內的蒸汽產氣容積。經過反復的觀察實驗，排查出是因水位偏高，水在沸騰的狀態下，部分水滴在水蒸氣的壓力下隨著蒸汽沿蒸汽管輸送到試驗箱的工作室內，在循環風機的作用下，部分水珠滴落在試驗產品表面。

（2）蒸汽管保溫材料老化，管壁暴露在大氣中，蒸汽遇冷管壁內凝水。

3.加熱管頻繁損壞的原因分析

（1）高濕實驗時，試驗箱對蒸汽的需求量特別高（這時的設備工作方式分三個部分：箱體內加熱組件要完成溫度的恒定；加濕鍋爐要提供足夠的濕蒸汽；控溫、除濕制冷機組起到了至關重要的角色，既要控制住溫度的波動度，又要靠制冷蒸發器盤管冷凝來除去多余的濕度，三者相互牽制，互為影響），此時的加濕元件基本上處于滿功率的工作狀態，18kw 的加熱功率，鍋爐內水位下降過快會有供給不及現象，對純水系統的供水量加濕供水控制部件要求較高，若某一個環節系統出現問題，均會導致鍋爐內加熱元件的干燒過熱保護報警乃至燒壞，加熱管一旦經過一次的干燒后，使用壽命將會大打折扣。

（3）加熱管在加濕鍋爐上的安裝方式：三組6kw 的螺旋型加熱管，均勻分布在固定的蒸汽端蓋口上，固定端蓋口垂直的插在水箱中，因加熱管結構方式的關系，蓄蒸汽量的空間受到了限制，水位水盒浮球開關若調高了，沸騰的水滴會隨蒸氣進入箱體工作室，如果調低了，又會導致加熱管中間段局部的干燒損壞。其中一旦有一組加熱管損壞，維修更換工作都要把固定端蓋拆下來，三根整體取出，更換完成后，重新清理打膠密封處理，維修工作費時又費力。

4.蒸汽管端口連接問題分析

原連接方式為兩個法蘭盤平端口中間墊上膠墊片，依靠螺釘對穿壓緊。由于是蒸汽管長期處于高溫狀態，橡膠密封墊易老化、開裂，導致密封不嚴，發生蒸汽泄漏現象。

5.加熱管接線柱問題分析

加熱管供電電源線接線柱裸露在鍋爐的頂部，無防止觸電的防護措施，上方蒸汽泄露水珠滴落和其他的物體接觸，及易導致短路和觸電的安全事故。日常的維修工作中需要在接線柱上涂抹硅膠絕緣防護處理，但硅膠遇高溫易老化，粉脫，仍然存在一定的安全隱患。

四、綜合上述問題分析制定改造方案

根據設備的使用需求，結合目前的現狀重新設計加工制作加濕鍋爐系統一套。

1.調整加大鍋爐的有效內容積增加其高度，目的增大了蒸汽量的空間，有效的杜絕了因水沸騰產生的水珠隨著蒸汽一同進入工作室的現象，解決了水珠滴落產品表面的問題（附圖4）。

圖4 調整后的鍋爐

2.蒸汽管重新保溫處理。

3.鍋爐內加熱管位置的調整，將原先在頂部的位置設計在水箱下部側方水平安裝，水位水盒浮球開關水位的調整范圍變大，解決因供水不及時加熱管干燒的損壞故障。

4.加熱管與水箱的安裝方式為三根并排一字排開，中間留有一定的空間間距。每一根的更換、拆裝都可以獨立進行，相互之間不受影響。連接方式為螺紋狀，安裝時螺紋上纏上生料帶旋緊即可，安裝更換操作簡單方便，密封性能良好無滲漏。

5.蒸汽管口連接處改為快捷卡箍方式鏈接，拆解方便且密封效果更好，有效防止蒸汽泄露。附圖5。

圖5 改造后的卡箍連接方式

6.加熱管在總功率不變的前題下，分解為三組多接頭一體式制作，接線方式靠接線端子三組串聯合為一體，這樣的結構形式，在總功率不變的前提下，分攤了單根工作時的負載，降低了發生損壞的風險，接線柱處配有專用絕緣防護罩殼。附圖6。

圖6 改造后的加熱管改造前和改造后的對比圖

圖7 改造前

圖8 改造后

五、結論

經過升級改造后的加濕系統，運行工況性能穩定可靠，溫濕度各指標恢復設備的設計能力，滿足各種實驗的需求，大大的降低了設備的故障率，和因設備問題導致的一系列試驗中斷產品損壞等問題。希望本次改造的過程能為使用和生產同類型設備的兄弟單位或廠商提供一些參考的價值，不斷的更新改進設計的缺陷，為維修維護人員分享維修的心得，幫助大家能夠更準確、高效地解決此類問題。