量熱儀氧彈安全性能檢驗(yàn)裝置的研制

趙 優(yōu)，劉紅彥

（河北省計(jì)量監(jiān)督檢測研究院，河北 石家莊 050000）

0 引 言

量熱儀（氧彈熱量計(jì)）是用于測量煤炭發(fā)熱量的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各大電廠燃料化驗(yàn)室、煤炭質(zhì)量檢驗(yàn)中心等各類煤炭檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室。在量熱儀中，氧彈是煤炭的燃燒室，國標(biāo)GB/T 213-2008《煤的發(fā)熱量測定方法》中規(guī)定，在測定發(fā)熱量時(shí)，需要向氧彈中充入壓力約3 MPa的氧氣。樣品燃燒時(shí)，彈體內(nèi)氣體急速膨脹，內(nèi)壓力顯著增高，故氧彈安全性能關(guān)系著量熱儀是否能安全使用。新版氧彈熱量計(jì)檢定規(guī)程JJG 672-2018《氧彈熱量計(jì)》于2018年12月25日發(fā)布，2019年06年25日實(shí)施，替代JJG6 72-2001氧彈熱量計(jì)檢定規(guī)程。在新規(guī)程中，6.3規(guī)定氧彈安全性能應(yīng)符合MT/T 737-2007《量熱儀氧彈安全性能檢驗(yàn)規(guī)范》的技術(shù)要求。然而市場上并沒有成套的用于量熱儀氧彈安全性能檢驗(yàn)的裝置，為滿足新規(guī)程對量熱儀的要求，亟需研制一套用于量熱儀氧彈安全性能檢驗(yàn)的裝置。

1 方法路線

按照MT/T 737-2007量熱儀氧彈安全性能檢驗(yàn)規(guī)范要求，需研制一套裝置用于氧彈彈體與壓環(huán)螺紋松動度的檢驗(yàn)，彈體與壓環(huán)螺紋松動度應(yīng)滿足以下條件：

（1）徑向松動度＜0.45 mm。

（2）軸向松動度＜0.27 mm。

另需研制一套用于氧彈水壓試驗(yàn)的裝置，該裝置能夠給氧彈充入20 MPa水壓，維持10 min以上，且壓力降＜0.1 MPa；泄壓后氧彈彈體二分之一高度處的直徑，底部中心至氧彈彈體上口平面高度的變化均應(yīng)＜0.13 mm，檢查氣嘴無泄漏，其他零件無形變。

該裝置中包含下列組件：

（1）螺紋松動度測量平臺：包含底座、支架、卡盤。

（2）千分表（兩塊）：量程為0～1 mm，分度值0.001 mm。

（3）壓力試驗(yàn)機(jī)：介質(zhì)為水,配有量程為0～40 MPa，優(yōu)于1.5級的壓力表。

（4）游標(biāo)卡尺（一把）：量程為0～200 mm，分度值0.02 mm。

（5）其他相應(yīng)的配件。

對本市周邊各大電廠和省質(zhì)檢院煤檢中心等各級煤炭檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行走訪調(diào)研，獲取主流量熱儀氧彈的外形尺寸，充氧接口規(guī)格，以確定螺紋松動度測量平臺中卡盤的型號規(guī)格，以及水壓試驗(yàn)裝置中氧彈接頭的規(guī)格。

經(jīng)調(diào)研，各電廠煤炭化驗(yàn)室與煤質(zhì)檢測中心中使用頻率較高的量熱儀生產(chǎn)企業(yè)分別為長沙開元儀器股份有限公司和湖南三德科技股份有限公司，彈體直徑均＜100 mm，高度＜200 mm，所以選擇卡盤的外徑夾持最大直徑≥100 mm，考慮氧彈和千分表的高度，所以支架高度不應(yīng)＜300 mm，由于本項(xiàng)目的研制主要針對這兩家企業(yè)生產(chǎn)的氧彈，對于其他企業(yè)生產(chǎn)的氧彈可在后續(xù)檢測中增加對應(yīng)的配件即可。

將所選適用的卡盤和支架加工固定于底座上，同時(shí)保證卡盤垂直度滿足徑向松動度的要求，徑向松動度的技術(shù)要求為≤0.45 mm，故要求卡盤的垂直度＜技術(shù)要求的三分之一即0.15 mm，將加工好的測量平臺送專業(yè)計(jì)量實(shí)驗(yàn)室檢測，實(shí)測結(jié)果垂直度＜0.1 mm，可滿足規(guī)范的要求，螺紋松動度檢驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 螺紋松動度檢驗(yàn)裝置Fig.1 Thread looseness inspection device

然后對壓力試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行考察調(diào)研，理論上，壓力試驗(yàn)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法大概有以下2種。

（1）通過氣瓶壓縮空氣或其他氣體產(chǎn)生壓力源，通過管路儲水裝置等轉(zhuǎn)換成水介質(zhì)的壓力源。

（2）通過電動或手動液壓泵產(chǎn)生需要壓力源。通過走訪壓力專業(yè)人士，以及壓力專業(yè)計(jì)量檢定儀器的生產(chǎn)廠家，最終采取在壓力表檢定中使用的手動液壓泵作為壓力源，經(jīng)過與生產(chǎn)廠家的溝通，定制了一套滿足規(guī)范要求的水介質(zhì)液壓泵。為保證壓力源的壓力值，在液壓泵的前端和后端分別加裝一塊壓力表。再按照氧彈規(guī)格適配相應(yīng)的接頭及導(dǎo)管，組成氧彈水壓試驗(yàn)裝置，水壓試驗(yàn)裝置如圖2所示。

圖2 水壓試驗(yàn)裝置Fig.2 Hydrostatic test device

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

以市場上主流的兩種量熱儀氧彈作為被檢樣品，按照MT/T737-2007量熱儀氧彈安全性能檢驗(yàn)規(guī)范要求。放入螺紋松動度檢驗(yàn)裝置，將壓環(huán)擰至螺紋中間位置，轉(zhuǎn)動卡盤，讀取徑向千分表的最大及最小讀數(shù)，上下提拉壓環(huán)，讀取軸向千分表的最大及最小讀數(shù)，分別重復(fù)測量10次，以最大最小測量值差值的平均值作為測量結(jié)果。再將氧彈裝滿水，測量氧彈彈體二分之一高度處的直徑，底部中心至氧彈彈體上口平面高度，接入水壓試驗(yàn)裝置，充入20 MPa的壓力，持續(xù)10 min，檢查泄露情況，泄壓后，再次測量彈體二分之一高度處的直徑，及底部中心至氧彈彈體上口平面高度，計(jì)算前后差值，試驗(yàn)結(jié)果見表1~6，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，該裝置可以實(shí)現(xiàn)對量熱儀氧彈的常規(guī)試驗(yàn)檢測，檢測結(jié)果滿足規(guī)范要求。樣品一螺紋松動度試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 樣品一螺紋松動度試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Sample thread looseness test data

樣品一水壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 樣品一水壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Hydrostatic test data of sample I

樣品二螺紋松動度試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 樣品二螺紋松動度試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 Test data of Sample two thread looseness

樣品二水壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 樣品一水壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 Hydrostatic test data of sample I

樣品一檢驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 樣品一檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of sample I

樣品二檢驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 樣品二檢驗(yàn)結(jié)果Table 6 Test results of sample II

以該裝置在不同時(shí)間，不同人員，相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下，對同一樣品進(jìn)行多次檢測，其結(jié)果如圖3所示，其各項(xiàng)指標(biāo)的變化量均為超出規(guī)范的要求，表明該裝置的性能穩(wěn)定，滿足現(xiàn)行規(guī)范對裝置的要求。穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果圖如圖3所示。

圖3 穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Stability test results

3 結(jié) 語

通過各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，本裝置可以滿足MT/T 737-2007《量熱儀氧彈安全性能檢驗(yàn)規(guī)范》的要求，從而解決了市場上沒有成套檢驗(yàn)裝置的問題，而且具有操作方便簡單，檢測結(jié)果可靠，穩(wěn)定性良好的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于各計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)和煤炭檢驗(yàn)部門等。