步入式高低温湿热环境试验箱加湿系统故障分析及改造

张永超 中国电子科技集团公司第三十八研究所

随着社会经济的高速发展，各种研发，加工，制造产业对环境实验设备工作性能和稳定性提出了更加严格的要求，设备在运行的过程中，稳定的运行工作关系到试验数据的准确性，反映产品试验的真实性。因此，对于设备的日常维护、管理、降低故障率，保证设备长期高效的投入到生产运行中至关的重要。

一、试验箱的简介

该设备为步入式高低温湿热试验箱，容积为36m3，主要为各类型产品提供高温，低温，湿热，温湿度交变存储等环境试验而设计制造，该设备由试验箱体、制冷机组和加湿系统组成，其制冷系统为复叠式制冷，用两台制冷压缩机复叠而成，两者之间用一个蒸发冷凝器联系起来。（如图1、图2所示）

复叠式制冷系统原理图及Lgp-h图

制冷工作原理：制冷循环均采用逆卡若循环，该循环由两个等温过程和两个绝热的过程组成。其过程如下，制冷剂经压缩机绝热压缩到较高的压力，消耗了压缩所做的功使排气温度升高，之后制冷剂经冷凝器等温地和四周介质进行热交换，将热量传给其他介质。后制冷剂经截流部件绝热膨胀做工，这时制冷剂温度降低，最后制冷剂通过蒸发器等温地从温度较高的物体吸热，使被冷却物体温度降低，此循环周而复始运转从而达到降温之目的，得到我们所需要的冷。试验箱工作的模态是：高温依靠箱体内加热组件完成，低温依靠复叠制冷机组，温湿度由箱内加热组件加湿系统和恒温除湿压缩机制冷系统完成。

二、加湿系统故障和问题点的概况

1.在进行GJB150A-2009 交变温热时，温度60℃湿度95%，本试验以24h 为一个循环周期，最少进行10 个周期。一般10 个周期足以展现湿热环境对大多数装备的潜在影响，真实地反映装备耐湿热环境的能力。温湿度量值：在温度为60 和相对湿度为95%的综合在自然环境中不会出现，但该温度和相对湿度量值的综合能发现装备有潜在问题的部位。在此试验过程中设备湿度值波动变化大保持不住超指标偏差，无法满足产品实验要求。

2.在湿热模式状态下，试验箱工作室内蒸汽出口处夹杂有细微的水珠，造成被试验产品表面有小水珠的现象，此时的试验产品通电、开机、测试极易造成电器短路，产品烧坏的安全隐患。

3.加湿锅炉内加热管频繁损坏，因故障报警停机，试验被迫中断，无效或失败。（附图3）

图3 原装的加热管

4.加湿锅炉蒸汽出口端与蒸汽输送管路连接处密封不严，密封件易老化，有水蒸气泄露烫伤人的隐患。

5.加热管电源接线柱裸露在锅炉的顶部，蒸汽管连接处泄漏，凝露水滴易滴落接线柱上导致短路。

三、故障和问题点原因分析

1.高温、高湿长时间保持湿度指标波动大的原因分析

经过隋朝两代帝王的相继开凿,广通渠、永济渠、通济渠、邗沟、江南河等运河,形成了完备的沟通关中与魏、齐旧地和梁、陈旧地的水上交通体系。

（1）加湿锅炉内加热管元件有损坏，导致加热功率不够，蒸汽的供给量不足，湿度指标曲线波动值（备注：此加湿锅炉由3 根独立的加湿管组成，每根功率为6kw）超差或湿度一直无法达到试验大纲条件的需求。

（2）干湿球湿度传感器故障或灵敏度问题；采集传输处理控制问题；专用湿球纱布的污染更换。

2.试验箱内产品表面有水珠的原因分析

（1）加湿锅炉纯水供水水位浮球开关失灵或卡住无法准确反馈动作信号，致使加湿锅炉内供水量大于锅炉内的蒸汽产气容积。经过反复的观察实验，排查出是因水位偏高，水在沸腾的状态下，部分水滴在水蒸气的压力下随着蒸汽沿蒸汽管输送到试验箱的工作室内，在循环风机的作用下，部分水珠滴落在试验产品表面。

（2）蒸汽管保温材料老化，管壁暴露在大气中，蒸汽遇冷管壁内凝水。

3.加热管频繁损坏的原因分析

（1）高湿实验时，试验箱对蒸汽的需求量特别高（这时的设备工作方式分三个部分：箱体内加热组件要完成温度的恒定；加湿锅炉要提供足够的湿蒸汽；控温、除湿制冷机组起到了至关重要的角色，既要控制住温度的波动度，又要靠制冷蒸发器盘管冷凝来除去多余的湿度，三者相互牵制，互为影响），此时的加湿元件基本上处于满功率的工作状态，18kw 的加热功率，锅炉内水位下降过快会有供给不及现象，对纯水系统的供水量加湿供水控制部件要求较高，若某一个环节系统出现问题，均会导致锅炉内加热元件的干烧过热保护报警乃至烧坏，加热管一旦经过一次的干烧后，使用寿命将会大打折扣。

（3）加热管在加湿锅炉上的安装方式：三组6kw 的螺旋型加热管，均匀分布在固定的蒸汽端盖口上，固定端盖口垂直的插在水箱中，因加热管结构方式的关系，蓄蒸汽量的空间受到了限制，水位水盒浮球开关若调高了，沸腾的水滴会随蒸气进入箱体工作室，如果调低了，又会导致加热管中间段局部的干烧损坏。其中一旦有一组加热管损坏，维修更换工作都要把固定端盖拆下来，三根整体取出，更换完成后，重新清理打胶密封处理，维修工作费时又费力。

4.蒸汽管端口连接问题分析

原连接方式为两个法兰盘平端口中间垫上胶垫片，依靠螺钉对穿压紧。由于是蒸汽管长期处于高温状态，橡胶密封垫易老化、开裂，导致密封不严，发生蒸汽泄漏现象。

5.加热管接线柱问题分析

加热管供电电源线接线柱裸露在锅炉的顶部，无防止触电的防护措施，上方蒸汽泄露水珠滴落和其他的物体接触，及易导致短路和触电的安全事故。日常的维修工作中需要在接线柱上涂抹硅胶绝缘防护处理，但硅胶遇高温易老化，粉脱，仍然存在一定的安全隐患。

四、综合上述问题分析制定改造方案

根据设备的使用需求，结合目前的现状重新设计加工制作加湿锅炉系统一套。

1.调整加大锅炉的有效内容积增加其高度，目的增大了蒸汽量的空间，有效的杜绝了因水沸腾产生的水珠随着蒸汽一同进入工作室的现象，解决了水珠滴落产品表面的问题（附图4）。

图4 调整后的锅炉

2.蒸汽管重新保温处理。

3.锅炉内加热管位置的调整，将原先在顶部的位置设计在水箱下部侧方水平安装，水位水盒浮球开关水位的调整范围变大，解决因供水不及时加热管干烧的损坏故障。

4.加热管与水箱的安装方式为三根并排一字排开，中间留有一定的空间间距。每一根的更换、拆装都可以独立进行，相互之间不受影响。连接方式为螺纹状，安装时螺纹上缠上生料带旋紧即可，安装更换操作简单方便，密封性能良好无渗漏。

5.蒸汽管口连接处改为快捷卡箍方式链接，拆解方便且密封效果更好，有效防止蒸汽泄露。附图5。

图5 改造后的卡箍连接方式

6.加热管在总功率不变的前题下，分解为三组多接头一体式制作，接线方式靠接线端子三组串联合为一体，这样的结构形式，在总功率不变的前提下，分摊了单根工作时的负载，降低了发生损坏的风险，接线柱处配有专用绝缘防护罩壳。附图6。

图6 改造后的加热管改造前和改造后的对比图

图7 改造前

图8 改造后

五、结论

经过升级改造后的加湿系统，运行工况性能稳定可靠，温湿度各指标恢复设备的设计能力，满足各种实验的需求，大大的降低了设备的故障率，和因设备问题导致的一系列试验中断产品损坏等问题。希望本次改造的过程能为使用和生产同类型设备的兄弟单位或厂商提供一些参考的价值，不断的更新改进设计的缺陷，为维修维护人员分享维修的心得，帮助大家能够更准确、高效地解决此类问题。