非金属管材负压试验系统的研究

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1、非金属管材负压试验系统的研究【摘要】以实现非金属管材负压试验系统为目标，以PLC,触摸屏,各精密传感器和高精度真空泵等为工具，研制并开发了一套自动化程度高，测量准确度高的非金属管材负压试验系统。【关键词】非金属管材负压自动化卄•金属瓦斯抽放管材主要用于煤矿瓦斯的抽采治理。它在我国瓦斯治理“十二字方针”——“先抽后采、以风定产、监测监控”中排在第一位。我国煤矿有相当大部分是属于高瓦斯矿井，瓦斯事故仍然在煤矿重特大事故中占的比重较大，占70%以上，瓦斯事故仍然是安全生产第一杀手。在采矿之前先对煤层中瓦斯进行抽采，它可以减少瓦斯涌出、预防瓦斯超限、降低瓦斯积聚；降低煤

2、层屮存储的瓦斯能量、提高煤体强度，防治瓦斯突出；同时抽出的瓦斯气体可直接做为生产生活用能源，也可用于发电，降低温室气体的排放。现在煤矿所用的瓦斯抽采管至少有80%以上均是采用的非金属管材。非金属瓦斯管材正常工作状态是：长时间工作在负压（或正压）状态下，所以对其进行耐负压试验很有必要。在本项目实施之前，国内及国际上均没有满足标准AQ1071的管材负压试验装置。1试验原理标准AQ1071耐负压试验的要求是：负压输送瓦斯的管材在0.097MPa负压力下，保压100h,应无吸扁和破坏。2非金属管材负压试验系统硬件部分的研究2.1气路系统方案设计及论证通过研究标准AQ10

3、71。发现管材负压试验系统实际上与一个真空系统相似，而一个较完善的简单真空系统（如图1）应由下列部分组成：（1）被抽容器；（2）真空测量装置：例如真空压力表（简称真空表）、各种真空规管;（3）连接管道；（4）真空阀门：在真空系统中，用来改变气流方向，调节气流量大小，切断或接通管路的真空系统元件称为真空阀门；（5）抽气设备：例如各种真空泵，真空系统的极限真空度山抽气设备性能决定，在有的情况下需要两级以上的真空泵。2.1.1真空测量装置的设计（1）真空测量装置选型：标准AQ1071中对真空表规定如下：测量范围：-0.IMPa-OMPa,测量精度土0.OOlMPa。而

4、项目计划任务书中要求要实现自动化控制，R自动记录压力时间曲线，这就要求选用带数字信号输出的压力变送器才能实现。据此两点选用的压力变送器具体参数如表10（2）真空测量装置安装位置设计：装置最先设计将测量仪表安装在抽气管路上，认为这样可以节省测量仪表的管路。不过，做了一个对比试验，试验大气压力为-96.52kPa,如图8在被试样品与抽气管路各安装一台压力变送器，记录的数据如表2o分析上面的数据可知，在抽气管路上的测量仪表2不能准确地反映被试样品内的压力，它比被试样品中的压力约低lOkPa左右。分析原因一方面应是被试样品的夹具及连接管路上冇微漏，另一方面是因抽气管的阻

5、力原因。所以应将测量仪表安装在被试仪器上。2.1.2真空阀的选型设计装置中使用真空阀门的目的是为了开关气路，改变气流的流经路线，以实现对各路样品的抽气切换。真空系统中所使用的阀门其工作压力低于大气压，而阀瓣上的压降不能超过O.1MP&。必须采采用特殊设计。所以最终决定选用电磁真空挡板阀，具体参数如表3。2.2控制系统方案设计如图3所示，本装置设计了触摸屏做为装置的输入与输出显示界面，用户可在其上对试验压力P、试验时间t、试验路数等进行设置。由PLC做为控制核心，由它通过控制电路控制真空泵及电磁阀的开启。然后考虑到负压试验一次持续时间长，所以设计了三路试验通路，每

6、一路上均有压力变送器。使其各路可独立或同时试验。3控制软件的开发2.1标准中规定的试验过程研究通过研究标准我们可知道具体的试验过程应是：通过控制模块或者计算机对试验条件中的试验压力P、试验时间t和试验结束条件进行设置，然后将密封好的试验管材与试验系统中的真空泵的进气口连接进行试验。当真空泵将试验管材内的空气抽到一定程度，达到设定的试验压力P,则真空泵停止工作，开始计时。如果试验管材因内部气压低，发生变形或者其他原因引起压降，则由控制系统控制，真空泵再次启动，使试验压力达到设定值，直到试验结束条件启动，打开电磁阀，释放压力。3.2软件功能及程序框图设计（1）具有参

7、数设置功能：用户可设定抽气压力上下限值、试验时间;（2）可自动控制真空泵及真空电磁阀的开关，以保证试验压力在设定范围；（3）试验分支管路如有较大泄漏，可自动报警停机；（4）试验对象出现抽溃或其它破坏现象，可自动报警停机；（5）试验时间达到设定值，可自动停机；（6）可生成历史试验压力、时间曲线；（7）试验数据可自动保存并用U盘输出。根据分析，试验管道由于夹具的装配方式，以及接头处的结构等，总会冇一定的泄漏。如是很小的泄漏，则对抽气压力影响力不大，仍然可在较短的时间内达到压力下限，对试验过程影响不大。但如果泄漏较大，此时样品中压力波动较快，造成真空泵较为频繁启停。如

8、泄漏更大，此时压力下限将