CN101881712A - 变容积量管外测法气瓶试验装置 - Google Patents

Abstract

变容积量管外测法气瓶试验装置，属于气瓶质量检测技术领域，它由水套部分、液位检测部分、活塞计量量管部分、压力检测部分、电气控制部分、微机跟踪部分连接组装结构而成，其技术特点在于可以检测液位管中由于气瓶变形产生的液位变化，在检测到液位变化的同时，数控驱动时控制活塞位置，以确保液位管内液面绝对位置不变，活塞计量量管中的变化量即气瓶的全变形量和残余变形量并计算出残余变形率。解决了其他外测法容易受到外界条件干扰，意在突破传统外测法及其相关气瓶水压试验装置从某种程度上对于气瓶行业发展的影响和制约。提高了试验精度，并使得试验操作方便、结果直观，是气瓶作外测法水压试验的理想设备。

Description

变容积量管外测法气瓶试验装置

技术领域

气瓶属于国际范围内使用的移动式压力容器，其使用量广、范围广，可以反复充装。我国的在役钢质无缝气瓶就有上千万只。伴随着环保汽车工程的实施，天然气汽车在国内的推广应用，气瓶的使用量也与日俱增。气瓶储存的介质有氧气、氮气、氢气、石油天然气等其它高压气体。为了减少气瓶泄漏或爆炸所导致财产损失和人身伤亡的可能性，必须对出厂投入使用前的气瓶及对在服役的气瓶定期做水压试验来确定气瓶的弹、塑性变形量。对气瓶进行水压试验，能够精确地获得气瓶容积全变形量，残余变形量，并可得到容积残余变形率。将气瓶水压试验所测得容积残余变形率值与气瓶所规定判废的标准作比较，以作为气瓶合格、降级使用或报废的依据。

伴随气瓶水压试验的同时，气瓶水压试验装置也应运而生。美国作为世界上最大的气瓶生产和使用国，其气瓶水压试验装置无疑代表了当今气瓶水压试验装置的技术水平。其水压试验装置从20-30年代开始，经过了手工操作，60-70年代半自动控制，到了80-90年代的计算机自动控制的历程。特别是从九十年代，由于微型计算机广泛应用及软件开发技术不断进步，使得传统的气瓶水压试验装置由硬件配置改善和提高转移到以测控软件配置水平的提高上来。美国几大气瓶水压试验装置生产厂家提供了计算机测量控制气瓶水压试验装置。该计算机测控气瓶水压试验装置配有可运行在各种操作平台的用户友好软件。计算机测控气瓶水压试验装置不仅大大提高了试验结果的精度，而且也提高了气瓶水压试验的效率及降低操作人员的劳动强度，使气瓶的漏判和误判可能性都大大减少。

背景技术

国标GB/T9251-1997《气瓶水压试验方法》对气瓶水压试验方法、试验装置的基本要求及试验操作要点作了明确规定。规定的气瓶水压试验方法有三种：耐压试验、外测法气瓶容积变形试验(简称外测法试验)、内测法气瓶容积变形试验(简称内测法试验)。而我们选用了外测法试验

外测法试验是对气瓶进行水压试验的同时从气瓶外测量其容积残余变形率。受试瓶容积残余变形率按公式(1-2)计算：

$\mathrm{\η}=\frac{{\mathrm{\ΔV}}^{\′}}{\mathrm{\ΔV}}\×100---(1-1)$

式中：η-受试瓶的容积的残余变形率，％

      ΔV′-受试瓶的残余变形量，ml

      ΔV-受试瓶的容积全变形量，ml

为测量容积残余变形率，所使用的实验装置有活动量管型，固定量管型和称量型。

经过了反复的试验与理论计算得到的结果表明，很多外测法容易受到外界条件干扰，并存在诸多诸如称重容器液面升高产生负压之类的难于避免的产生误差的因素。因此本设备采用了变容积量管法。考虑到人工操作的误差等因素，我们采用数控驱动活塞，以保证量管内部绝对水位线位置不变，达到测量目的。

发明内容

本发明参考了GB/T9251-1997《气瓶水压试验方法》的有关规定，设计了一套微机测控气瓶水压试验系统的流程

本装置水压试验的硬件主要包括数控驱动活塞、液位管、水套、压力表、减压阀、加压泵等，我们在研制本装置时，主要参考了GB/T9251-1997《气瓶水压试验方法》和CGAC-1《压缩气体气瓶的水压试验方法》相关要求选择设计的，下面主要介绍这些硬件的相关技术参数及设计要求。

活塞计量量管及液位管的设计参考了我国气瓶水压试验标准和美国DOT法标准要求。并以数控驱动控制其位置变化，以保证量管内部绝对水位线位置不变，达到测量目的。

水套的设计应考虑用外测法测试气瓶容积残余变形率的要求和水压试验中安全保护问题，水套满足被测气瓶的容积要求、机械强度，保障试验的安全性。

本装置可采用电接点压力表，可以对试验压力的上限进行设定，起到超压保护作用。该压力测量仪表的定期检验周期不得超过一个月。

本装置电气自动化控制各电磁阀的动作和活塞计量量管中活塞的移动。采集模块将传感器采集的数据由模拟信号转换为数字信号。控制电源负责对电磁阀提供电源

电源选择需要根据所选控制装置决定，其额定输出功率必须大于各种模块等的总消耗功率之和，并且要留有30％的余量。

本系统需要测量气瓶水压试验时的试验压力，故选用压力传感器。

试验装置的控制系统采用了分布式两级控制方式(计算机独立控制与PLC独立控制亦可)。

本系统的主要特点有：

1)本控制系统采用了分布式两级控制方式。上位计算机可以采用电脑计算机，下位机则可以采用由可编程控制器(PLC)、信号采集模块、电源模块、通信模块、压力传感器、通信模块等组成。

2)压力测试系统的改进：采用压力变送器来测量系统的压力信号，送入下位机中进行处理和转化，上位机通过通信程序模块读取压力值，并在屏幕上实时显示。

3)容积变形量测试系统的改进：在外测法和内测法中，本装置采用数控驱动的变容积量管外测法。

4)控制过程和数据采集通过通信模块由上、下位机协同完成，上位机用于设置原始参数、实时监测试验条件、动态处理试验数据、实时试验压力、水量曲线绘制以及试验报告输出等功能。下位机实现在试验时对高压泵、活塞、电磁阀的动作控制和试验过程中的数据采集。

5)在试验中可以图形方式动态显示试验过程中的时间/压力、时间/水量、压力/水量关系曲线。系统保存了试验过程的全部数据，用户可以在需要的时候查看试验过程中的气瓶的全部试验数据和各类试验曲线。

6)可以由用户设定气瓶水压试验的压力和保压时间。

7)可以按照用户要求生成气瓶水压试验的各类试验报告。

8)用户可以修改控制参数，实现对气瓶的不同试验要求。

9)本系统对工作状态进行实时监视：提供系统超压报警等异常报警，可以视异常的危险程度，终止系统运行。

附图图面说明：

1-液位管；2-液位管支架；4-试验用水槽；5-压力测试仪表(读取试验压力用)；6-精密压力表(校验其他压力试验仪表用)；7-压力测量仪表(指示、控制泵出口压力用)；12-活接头；13-专用接头；14-水套盖；15-水套；17-爆破片；19-受试瓶；21-试压泵；3、11、16、18、20-低压阀；8、9、10-高压阀；22-活塞计量量管；23-活塞计量量管支架；24-液位检测装置

具体实施方案

1)记录受试瓶的有关数据

2)安装受试瓶

3)排气

开启阀16和11使试验用水注入水套15，当水套内的空气排净后关闭阀11_A，待液位管内的水面对准支架的“水准线”时关闭阀16；开启阀8和9，启动水压泵21，排尽承压管道内的空气后停止水压泵21，关闭阀8。

4)在受到压力液位管1内部液面位置产生变化的同时，数字控制驱动实时对活塞位置调节，使液位管内部液位绝对位置保持不变

5)静置

自动获取液位管1内水面处的液位位置。静置30s后监测液位管中液位高度是否有飘移，若无飘移则可转入下步操作。否则重复本步操作。

6)液位管零位调整

调整活塞22位置，使液位管1上的“0”刻度线对准支架2上的水准线，利用阀12和16的开启或关闭调整液位管内水面的高度，使水面对准“0”刻度线。

7)检漏

启动水压泵21，当压力测量仪表5和7的示值升到受试瓶19的公称工作压力时，停止水压泵11，关闭阀9后检查是否有泄漏。

若发现量管内的水面不断上升或压力测量仪表5的示值下降，则表示有泄漏，应开启阀8，卸掉压力，从水套15中取出受试瓶19。若判明受试瓶瓶体泄漏，则应记入记录并中止该受试瓶的试验。

8)升压

在确认无泄漏的情况下开启阀9，重新启动水压泵21。当压力测量仪表5和7的示值升到受试瓶19的试验压力时，停止水压泵21，关闭阀9。

9)保压

从关闭阀9起开始保压计时。

达到规定的保压时间后，沿支架左移活塞22，使液位管内水面对准“水准线”，读取并记录活塞内刻度值的变化量，此值即受试瓶19的容积全变形值ΔV。

保压期间内若压力测量仪表5的示值下降，则应记入记录并中止该受试瓶的试验。

10)卸压

开启阀9，缓慢卸压。待压力表5的示值归“零”读取数据，获得残余变形量。

11)卸下受试瓶

从实验装置中卸下受试瓶19，从受试瓶上卸下专用接头13。

Claims (4)

1.本变容积量管外测法气瓶试验装置，属于气瓶质量检测技术领域，其特征是：由水套部分、液位检测部分、活塞计量量管部分、压力检测部分、电气控制部分、微机跟踪部分连接组装结构而成。其技术特点在于：1.可以检测液位管中由于气瓶变形产生的液位变化；2.在检测到液位变化的同时，数控驱动时控制活塞位置，以确保液位管内液面绝对位置不变，活塞计量量管中的变化量即气瓶的全变形量和残余变形量并计算出残余变形率；3.装置运作的全过程由电脑数控，无需人为干预。它的特点有：

2.根据权利要求1所述的变容积量管外测法气瓶试验装置，其特征是：检测液位管中由于气瓶变形产生的液位变化。

3.根据权利要求1所述的变容积量管外测法气瓶试验装置，其特征是：在检测到液位变化的同时，可以有数控驱动时控制活塞位置，以确保液位管内液面绝对位置不变，活塞计量量管中的变化量即气瓶的全变形量和残余变形量并计算出残余变形率。

4.根据权利要求1所述的变容积量管外测法气瓶试验装置，其特征是：装置运作的全过程由电脑数控，无需人为干预。