轴流式水流传感器开裂原因分析与解决方案论文_周晓松

摘要：本文介绍了燃气热水器零部件水流传感器在使用过程中出现冻裂现象的现状，分析了因环境问题出现断裂现象的原因，并提供了轴流式水流传感器塑料外壳改进的方向和方案。

关键词：燃气热水器；轴流式；水流传感器；冻裂；材料特性；耐挤压强度

1.引言

当寒潮到来时，每年有成千上万的热水器被冻裂，如果冻裂时家里没有人，浪费大量的水不说，有些会泡坏地板，甚至殃及楼下的住房，给用户及厂家带来巨大的经济损失。华中地区出现较多因水流传感器开裂而漏水的报修，主要集中在轴流式结构的A、B机型。反映轴流式水流传感器漏水报修集中出现在冬季，塑料外壳开裂与环境温度低存在必然联系。因此，造成水流传感器开裂的可能原因为：①存水结冰膨胀，胀裂塑料外壳。②低温状态，塑料外壳物理特性发生改变，耐压强度大幅减弱。

2.轴流式水流传感器开裂原因分析

轴流式水流传感器开裂情况及其结构分析开裂主要集中在中部位置，弯头内侧。轴流式水流传感器基本构造由壳体\叶轮组件\限流阀 霍尔元件组成，轴流式水流传感器中部较为薄弱，尤其是霍尔元件安装处（A为1.1mm，B为0.7mm），其耐压能力较弱。当水压过大时，易造成外壳薄弱处开裂，与售后退货件开裂位置一致。

通过检测轴流式水流传感器塑料外壳（PPS聚苯硫醚或PA66玻纤+尼龙）的机械强度，以判断该水流传感器可靠性。A、B水流传感器截面图如下：

A水流传感器截面图 B水流传感器截面图

2.1轴流式水流传感器不同外壳材料特性分析

现轴流式水流传感器的外壳材料采用PPS（聚苯硫醚）或PA66（尼龙+玻纤），开裂漏水均为PPS材料，表明水流传感器外壳耐压强度与其材质有关。

PPS与PA66的力学性能对比分析如下：

常温状态耐挤压强度测试：环境温度约20℃，单位：kgf

冷藏状态耐挤压强度测试：冷藏温度约-20℃，单位：kgf

2.3对水流传感器（PPS、PA66）进行环境测试分析如下：

3.结论：

3.1条件下，PA66的耐弯曲强度是PPS的1.19倍。

3.2PA66的耐挤压强度约为PPS的2倍。

3.3PPS质脆，PA66韧性更好，PA66的物理力学性能优于PPS。

3.4水流传感器塑料外壳（PPS）分别在常温和冷藏状态所测得的耐挤压强度数值相近，表明该塑料外壳（PPS）在低温状态下（约-20℃时）物理力学性能没有发生明显改变。

测试结果可知，造成轴流式水流传感器开裂的主要原因是：存水结冰膨胀。

3.5采用PA66材料可显著提高外壳耐压强度，但现有外壳结构仍无法完全杜绝冻裂现象，还应考虑增大外壳壁厚或设置加强筋来提高耐压强度。

4.水流传感器外壳改材料+增加壁厚方案的改进效果分析：

根据试验结果，PA66的耐拉伸强度是PPS的1.38倍，使用PA66代替PPS制作水流传感器外壳，其耐压强度约提高38%。

根据无缝圆管承压计算公式：

同压力=（壁厚×2×材质抗拉强度）/（外径×系数）

水流传感器外壳中部薄弱处外径由22mm增至23.8mm，壁厚由2.1mm增至3mm，耐压强

度相应提高32%。同时采取改材料和增加壁厚的方案，外壳耐压强度可提高82%。增加外壳薄弱处壁厚，达到均匀壁厚、疏通注塑流道、减小内应力、提高壳体耐压强度的目的。外壳霍尔元件安装面壁厚由1.1 mm增至1.5 mm，增加36%，维持霍尔元件与轴心距离10.9 mm，既提高该处耐压强度，又确保霍尔元件灵敏度不变。

5.轴流式水流传感器开裂的解决方案

从水流传感器开裂原因分析可知，要解决开裂问题须提高塑料外壳耐压强度，其主要途径：①改用物理性能更优的材料；使用PA66代替PPS来制作水流传感器外壳。

②水流传感器外壳结构优化，增大中部壁厚或设置加强筋。

6.结束语：

高寒冷地区的燃气热水器水流传感器因冷冻而损坏是常见的问题，在我国范围内高寒冷地区有黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、新缰、西藏等地，燃气是主要能源，所以燃气热水器水流传感器的防冻问题就显得特别重要。本文只针对材料、结构进行分析，论述说明了华帝目前用塑胶材料制作的轴流式水流传感器出现冻裂现象的现状，通过试验进行了原因分析并制定了解决方案，通过这些方案及试验，可以定量地确定水流传感器的可靠性相关信息。

参考文献：

[1]GB 6932-2001 家用燃气快速热水器 ［S］

[2]GB/T 1633-2000：热塑性塑料维卡软化温度（VST）的测定（idt ISO 306：1994）［S］

[3]现代传感技术及应用 电子工业出版社，2011 ［M］

论文作者:周晓松

论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期

论文发表时间:2020/4/7

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