水箱配件综合试验设备的设计与调试＊

张卫星 杨治国 段移丽 段坤利 张 帆

（1 中国建材检验认证集团（陕西）有限公司 西安 710116）（2 国家建筑卫生陶瓷质量监督检验中心 西安 710116）（3 轻工业西安机械设计研究院 西安 710086）

随着改革开放的深入发展，我国的卫生洁具行业得以长足发展并形成了自有的技术特色，越来越多的生产企业提高了自己的竞争能力。同时，随着卫生洁具产品需求的增长，与卫生洁具配套的配件产业也得以快速发展，涌现出高、中、低档配件产品在生产与流通领域共存、质量参差不齐的现象。近年来，随着我国人民生活水平的日渐提高以及人们对高品质生活的愈加迫切追求，便器类产品已在我国绝大部分城镇和广大农村的普通居民家庭得到越来越广泛的应用，其中坐便器产品约占便器类产品的80%左右，每年的坐便器市场需求量在4000万件以上。水箱配件作为便器的核心部件，是最常见的自动控制水箱进排水的洁具配件。

自2007年以来，国家质检总局连续6年组织陶瓷坐便器产品质量监督抽查，虽然整体质量水平逐年稳步提高，但是业内称之为“马桶心脏”的水箱配件每年都存在或多或少的质量问题。在这种情况下，提高我国水箱配件产品质量就成了需要持续解决的问题。作为监控与检测水箱配件质量的仪器设备，水箱配件检测设备自然成为保证产品质量的重要手段，成了企业占领市场的重要保证。

1 设备简述

SXPJ－Ⅱ－CTC水箱配件综合性能检测设备［中国建材检验认证集团（陕西）有限公司独立拥有该检测设备的全部知识产权］根据GB 26730－2011《卫生洁具 便器用重力式冲水装置及洁具机架》、ASSE 1002－2008《坐便器重力式水箱用防虹吸进水阀》、EN 14124：2005《带内溢流装置的水箱所配的进水阀》、EN 14055－2010《坐便器与小便器用冲洗水箱》和AS 1172.2－1999／AMD 1－2002／AMD 2－2005《用水量为6L／3L或等效水量的坐便器 第二部分：水箱》标准设计制造。具体根据标准中规定的对进水阀进行进水流量、静压力密封性、动压力密封性、耐压性、防虹吸功能、再开启功能、水击试验和对排水阀进行自闭密封性、溢流能力、排水流量以及对冲洗水箱进行安全水位、排水流量、额定冲水量、再开启功能等技术要求的试验方法及其规定的技术参数进行设计制造，检测设备实现了对水箱配件上述技术指标的检测与分析。

检测设备由供水管路控制系统、真空系统、电气自控系统和试验操作平台4部分组成。并通过机械与电气原理将4部分有机地联接起来，实现了试验装置的系统化和自动化控制，并且操作方便，测试精度高，测量误差小，工作效率高，适用范围广。检测设备局部外观如图1、图2所示。

图1 水箱配件综合性能检测设备操作台

2 设计要点和难点分析

2.1 设计要点

SXPJ－Ⅱ－CTC水箱配件综合性能检测设备设计有2个工位，两个工位的检测功能完全相同，这就要求在管路设计时充分考虑管路的布置问题。如果只是一个工位，管路设计时就比较容易，管路布置只要满足标准规定的要求即可，然后考虑布置合理、美观就可以。但是由于2个工位功能完全相同，这就会出现相互验证的问题，如果管路设计出现的偏差太大，同一个试样通过2个工位测试其检测结果就会偏离很多。因此，管路设计时，在材质、管件、电器元件选择上需要认真考虑，管路尽量对称布置，从而减少因管路布置造成对检测结果的影响。

图2 水箱配件综合性能检测设备部分管路布局

2.2 设计难点

2.2.1 密封管路设计

在设计过程中密封管路设计是一个难点，GB 26730－2011《卫生洁具 便器用重力式冲水装置及洁具机架》标准规定进水阀静压和动压密封性试验，最低压力为0.03MPa±0.002MPa，最高压力为1.00MPa±0.02MPa。因压力差跨度大，同时要求从低压到高压都能够测量，并达到要求的误差范围，这就要求选择高精度的压力变送器，而高精度的压力变送器加工难度大，价格较高，增加了产品成本。主要原因在于用一个传感器要同时实现测量范围大和测量精度高是不现实的，所以采用了目前的压力分开设计的测量系统。压力分布设计原理如图3所示。产品测试先低压后高压，电磁阀L通电，电磁阀H不通电，测量进水阀在中低压时的密封性能；当电磁阀H通电，电磁阀L不通电，测量进水阀在高压时的密封性能。管路上安装有止回阀，测量时只显示测量管路上的传感器数据。因此，在设计时采取中低压管路和高压管路分开设计，选择元器件比较容易，而且精度能够满足要求。压力分开设计原理示意图及密封管路原理示意图分别如图3、图4所示。

图3 压力分开设计原理图

图4 密封管路原理示意图

2.2.2 水击管路设计

水击管路设计是该设备设计的重点。GB 26730－2011《卫生洁具 便器用重力式冲水装置及洁具机架》标准中规定铜管长度为5000mm，外径为15mm，壁厚为1mm，将铜管折弯成直径为270mm的弹簧状。这就要求水击管路盘管时以铜管中心线为折弯圆直径，2个盘形铜管折弯时一个顺时针折弯，一个逆时针折弯，在机架内水机管路对称布置，以减少管路不一致而产生的测量误差。铜管与管件的连接也是很重要的，采用扩口式连接，铜管与管件连接用扩口式管接头体，铜管扩口时锥面要均匀、光滑、中心对称，保证密封效果好。因此在制造时一定要严格控制加工工艺。水击管路对称布置示意图如图5所示。

3 调试过程

3.1 水击压力峰值捕捉环节

水击就是水在管路中正常流动时，因阀门关闭而造成的管路瞬间压力升高。水击检测时首先将进水阀安装在水箱内，测量水箱进水阀在一定压力（测量时设定静压力为0.5MPa）下，向水箱进水至进水阀自然关闭时产生的瞬时压力峰值。该压力峰值与静压力之差≤0.2MPa，表示进水阀合格，否则不合格。

图5 水击管路对称布置示意图

检测设备加工安装完成后，调试过程是十分重要的工作。检测设备设计是否满足标准规定和设计规范的要求，各项检测项目监测数据是否符合标准规定所须达到的精度要求等问题均需要重视。水击压力峰值捕捉是调试过程的重要环节。虽然在选择元器件的时候已经考虑了每个元件的量程范围和精度，但是在调试的时候还会出现压力峰值不稳定、没有捕捉到峰值的问题。通过比较试验，发现在程序的设计上存在问题。压力传感器的精度完全满足要求，在程序设计过程中把压力传感器捕捉时间间隔调整为5ms，提高传感器采集数据频率（传感器采样频率≥200Hz），捕捉瞬时压力峰值，压力峰值就是进水阀进水到自动关闭时管路最高压力。在水击调试过程中，连接软管的内径不一致或者长度不同也会出现压力峰值的不一致现象，由于2个工位具有相同的检测功能，在2个工位的管路设计安装时要注意其一致性，尽最大可能减少管路元件及安装带来的影响。在测量时，阀门出口与被测样品之间连接软管型号长度要相同，避免造成2个工位之间检测结果差异。

3.2 安全阀整定压力调整环节

整定压力也叫开启压力，是安全阀运行的一个重要参数，整定压力的设置直接关系到设备运行的安全性。安全阀的阀瓣在正常工作的条件下，当工作压力上升到阀瓣开始升起的时候（安全阀阀瓣处的进口压力即安全阀的整定压力），在这个压力值下，阀瓣的开启高度可以开始测量，介质出现可以看到或听到的连续排放状态，即介质开始排放的状态，但这个状态不是大量排放介质的状态，而是微小排量的状态，在压力表上反应的只是数值稍微的减少。具体的大量排放则涉及到排放压力的概念。

检测设备调试时，安全阀的整定压力调整好以后，进行检测进水阀耐压项目测试，最高耐压工作压力为1.6MPa，安全阀整定压力调整到1.75MPa，安全阀开启压力（整定压力）是最大工作压力的1.05～1.1倍，符合安全阀整定压力的一般要求。一般情况下，安全阀购买时厂家根据用户使用最高压力要求，把安全阀的整定压力调节好。如果用户工作压力有变化，可以自行调节，调节时达到设定的压力时阀门微启泄水（微小排量的状态），这时整定压力就调节好了。在测试操作时，发现水泵压力为0.5MPa时安全阀出现泄压现象。分析原因：发现在启动加压水泵时，没有打开电磁阀，造成憋压，出现安全阀在很小压力时就开启泄压。因此，在开启加压水泵时，应先打开电磁阀，就可避免这种现象的发生。

4 结语

总之，随着我国改革开放的持续发展，卫生洁具产品的需求逐步增加，为了控制产品质量，生产企业、检测机构对于检测设备的需求也会不断增加，水箱配件综合性能检测设备的设计逐步向自动化、多功能、高精度、高可靠性方面发展已成为必然。然而，随着检测设备的广泛应用，检测设备在实际调试及运行中发生故障的情况也会增多。因此，完善检测设备的系统设计，做好调试运行前的各项工作，避免在运行过程中出现异常现象显得尤为重要。

参考资料

1 中国国家标准化管理委员会，等.GB 26730－2011卫生洁具便器用重力式冲水装置及洁具机架.北京：中国标准出版社，2011

2 张卫星，等.实用新型专利《卫生陶瓷综合检测装备》.中国专利，ZL201220266983.X.2013－01－09

3 闻邦椿.机械设计手册.北京：机械工业出版社，2010

4 崔继仁.电气控制与PLC应用技术.北京：中国电力出版社，2010