CN105021389B

CN105021389B - 多功能零部件气体疲劳试验系统

Info

Publication number: CN105021389B
Application number: CN201510412641.2A
Authority: CN
Inventors: 郑津洋; 崔天成; 顾超华; 张俊峰; 郭进兴; 刘鹏飞; 赵永志; 黄改
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2035-07-14
Also published as: CN105021389A

Abstract

本发明涉及试验系统领域，旨在提供多功能零部件气体疲劳试验系统。该多功能零部件气体疲劳试验系统包括增压装置、回收罐、气瓶、制冷加热机、高低温环境箱、防爆风扇、气体泄漏检测仪、真空泵、截止阀、控制系统，能对试验零部件进行气密性试验、疲劳试验等。本发明实现了零部件的气体循环疲劳测试的功能，可进行保压、疲劳等试验；本发明实现了尾气的重复利用，降低试验成本；本发明实现了大压力范围的测试，满足不同零部件试验压力的需求；本发明实现了换热介质与试验气体的隔离，保障了装置和人员的安全，并通过环境箱防爆风扇提高了换热效率；本发明实现了多种零部件的测试功能，增加了试验装置的适用范围。

Description

多功能零部件气体疲劳试验系统

技术领域

本发明是关于试验系统领域，特别涉及多功能零部件气体疲劳试验系统。

背景技术

氢气、天然气等气态能源在工业和生活中有着广泛应用，其使用压力从常压到数十兆帕不等。储存这些气体的气瓶和阀门在使用过程中会因反复充放，导致应力和温度反复变化，从而产生损伤，使气瓶和阀门的性能恶化，甚至产生裂纹。此外，在高压环境下，氢还会导致部分金属材料力学性能恶化。因此，在UN-GTR 13、ANSI NGV 2-2007等标准中规定需要使用存储气体进行循环测试，以保证产品在在设计寿命内安全平稳的运行。

不同于气瓶，零部件(阀门、压力释放装置、软管、小型容器等)由于其容积小，循环次数多等原因，其气体循环测试系统也与气瓶测试系统不同。不同压力等级的零部件其测试压力差别很大，有的仅1MPa，有的甚至高达100MPa；不同类型零部件的测试方法也不尽相同，如截止阀在测试过程中两端口同时进气和出气，单向阀则是一端进气，一端出气，且两端口的压力控制也不同，因此需要设计一套能够满足不同压力级别、不同类型零部件的气体循环测试系统。

目前，本领域相关的发明专利：CN201110130887.2-高压气体连续冲击的弹簧疲劳试验装置，是针对圆柱螺旋弹簧专门设计的。该装置除了圆柱形弹簧，不能测试其他零部件，且压力输出较为单一，另外还不具有温控装置，不能进行高低温试验。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供能在不同压力级别和不同环境温度下进行不同零部件的气体循环测试的疲劳试验系统。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供多功能零部件气体疲劳试验系统，能对试验零部件进行气密性试验、疲劳试验等，所述多功能零部件气体疲劳试验系统包括增压装置、回收罐、气瓶、制冷加热机、高低温环境箱、防爆风扇、气体泄漏检测仪、真空泵、截止阀、控制系统；

所述增压装置包括至少两个增压单元，每个增压单元依次串联，且增压装置中设置有阀门，能利用阀门控制接入多功能零部件气体疲劳试验系统的增压单元数量；所述增压单元包括配套设置的增压机与缓冲罐，且每个增压单元中增压机的输出压力不同；所述增压机用于增加试验压力，所述缓冲罐连接在增压机的后面，用于保证气体流动的稳定，减少喘振；

所述高低温环境箱的内部接入试验管路，用于将试验零部件安装在高低温环境箱内部的试验管路上，高低温环境箱作为试验零部件的实验环境；高低温环境箱与制冷加热机通过管路连接，换热介质能在高低温环境箱与制冷加热机之间循环流动，进而实现高低温环境箱内部的温度控制；高低温环境箱的内部配置有防爆风扇和气体泄漏检测仪，所述防爆风扇用于通过风扇的搅动，实现高低温环境箱内气体温度的均匀分布，所述气体泄漏检测仪能在试验零部件发生失效时发出信号；

所述试验管路从高低温环境箱接出后的一端依次与回收罐、气瓶、增压装置的一端连接，试验管路从高低温环境箱接出后的另一端与增压装置的另一端连接，构成试验回路，且气瓶连接到增压装置中的增压机；所述回收罐用于回收试验循环尾气；所述气瓶能装载气体，用于提供在试验前气体置换中的惰性气体，以及在第一次循环中提供试验气体；

试验管路从高低温环境箱接出后，在与增压装置之间设置有截止阀A；试验管路从高低温环境箱接出后，在与回收罐之间设置有依次连接的截止阀C、截止阀D；所述试验管路还设置有一个支路，支路上设置有截止阀B，支路的一端连接到截止阀C、截止阀D之间，支路的另一端连接到高低温环境箱与截止阀A之间；

所述真空泵与试验管路相连，且真空泵设置在高低温环境箱与截止阀A之间；真空泵还设有用于控制真空泵与试验管路启闭的阀门，从而实现对整个多功能零部件气体疲劳试验系统或者对截止阀A至截止阀D之间的管路抽真空；

所述控制系统用于控制增压装置中增压单元的接入数量、调节管路压力、控制阀门启闭，以及在气体泄漏检测仪发出试验零部件失效的信号时，进行相应的保压、泄压、排空等操作。控制系统包括触摸屏、可编程逻辑控制器、输入输出模块、PC记录仪，其实现方式可采用硬件、软件或硬件与软件的结合，本领域技术人员可根据本发明所述功能，对现有技术手段加以利用以实现相关功能。由于这些内容并非本发明重点，故不再赘述。

作为进一步的改进，所述增压装置设置有三个增压单元，即分别为设有一级增压机、一级缓冲罐的增压单元，设有二级增压机、二级缓冲罐的增压单元，设有三级增压机、三级缓冲罐的增压单元。

作为进一步的改进，所述试验管路在高低温环境箱的内部还设置有压力传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明实现了零部件的气体循环疲劳测试的功能，可进行保压、疲劳等试验；

2、本发明实现了尾气的重复利用，降低试验成本；

3、本发明实现了大压力范围的测试，满足不同零部件试验压力的需求；

4、本发明实现了换热介质与试验气体的隔离，保障了装置和人员的安全，并通过环境箱防爆风扇提高了换热效率；

5、本发明实现了多种零部件的测试功能，增加了试验装置的适用范围。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图中的附图标记为：1三级缓冲罐；2三级增压机；3二级缓冲罐；4二级增压机；5一级缓冲罐；6一级增压机；7截止阀A；8真空泵；9防爆风扇；10高低温环境箱；11制冷加热机；12试验零部件；13气体泄漏检测仪；14压力传感器；15截止阀C；16截止阀D；17截止阀B；18回收罐；19气瓶。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示的多功能零部件气体疲劳试验系统包括增压装置、回收罐18、气瓶19、制冷加热机11、高低温环境箱10、防爆风扇9、气体泄漏检测仪13、真空泵8、截止阀、控制系统，能对试验零部件12进行保压、疲劳等试验，满足零部件相关测试标准的测试要求。

所述高低温环境箱10的内部接入试验管路，用于将试验零部件12安装在高低温环境箱10内部的试验管路上，高低温环境箱10作为试验零部件12的实验环境。高低温环境箱10的内部配置有防爆风扇9和气体泄漏检测仪13，所述防爆风扇9用于通过风扇的搅动，实现高低温环境箱10内气体温度的均匀分布，所述气体泄漏检测仪13能在试验零部件12发生失效时发出信号，并通过控制系统进行相应的安全操作。试验管路在高低温环境箱10的内部还设置有压力传感器14。

系统温度控制的方式是制冷加热机11和高低温环境箱10相分离，具有低凝固点和高沸点的液体换热介质，在两者之间循环流动实现温控目的。高低温环境箱10与制冷加热机11通过管路连接，换热介质能在高低温环境箱10与制冷加热机11之间循环流动，进而实现高低温环境箱10内部的温度控制。该方法将电气分离，避免了易燃易爆介质与电的接触。

所述增压装置设置有三个增压单元，所述增压单元包括配套设置的增压机与缓冲罐，且每个增压单元中增压机的输出压力不同；所述增压机用于增加试验压力，所述缓冲罐连接在增压机的后面，用于保证气体流动的稳定，减少喘振。在进行实验时，可根据被测零部件所需压力的不同而选择合适数量的增压机接入管路进行增压。即增压装置分别为设有一级增压机6、一级缓冲罐5的增压单元，设有二级增压机4、二级缓冲罐3的增压单元，设有三级增压机2、三级缓冲罐1的增压单元，每个增压单元依次串联。增压装置中设置有阀门，能利用阀门控制接入多功能零部件气体疲劳试验系统的增压单元数量，各级增压机组合而成的增压系统既增加了系统的试验压力范围，又提高了升压速率。

所述试验管路从高低温环境箱10接出后的一端依次与回收罐18、气瓶19、增压装置的一端连接，试验管路从高低温环境箱10接出后的另一端与增压装置的另一端连接，构成试验回路，且气瓶19连接到增压装置中的增压机；所述回收罐18用于回收试验循环尾气；所述气瓶19用于在试验前的气体置换中提供惰性气体及在第一次循环中为系统提供试验气体。

试验管路从高低温环境箱10接出后，在与增压装置之间设置有截止阀A 7；试验管路从高低温环境箱10接出后，在与回收罐18之间设置有依次连接的截止阀C 15、截止阀D16；所述试验管路还设置有一个支路，支路上设置有截止阀B 17，支路的一端连接到截止阀C 15、截止阀D 16之间，支路的另一端连接到高低温环境箱10与截止阀A7之间。高低温环境箱10周围四个阀门的开闭可以构成不同的试验管路以满足不同零部件的试验的需要。例如，单向阀需要单向进气，双向出气；截止阀需要双向进气，双向出气；小型容器需要单向进气，单向出气……。

所述真空泵8与试验管路相连，真空泵8的位置在高低温环境箱10与截止阀A7之间，且设有用于控制真空泵8与试验管路启闭的阀门，从而实现对整个系统或者对截止阀A7至截止阀D16之间的管路抽真空。

所述控制系统是由触摸屏、可编程逻辑控制器、输入输出模块、PC记录仪等组成，用于控制增压机接入管路数量、调节管路压力、控制各种阀门启闭等，以及在气体泄漏检测仪13发出试验零部件12失效的信号时，进行相应的保压、泄压、排空等操作。

下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。在本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均为本领域常用或可从市场购得的原料和设备，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

本实施例以70MPa车载氢燃料电池系统中的截止阀为例进行循环试验。试验压力为2MPa到87.5MPa，增压机选用一级增压机6、二级增压机4和三级增压机2。试验流程为：安装试验截止阀12，打开所有阀门用真空泵8进行抽真空。关闭阀门D 16，打开气瓶19，气体流经一级增压机6、一级缓冲罐5、二级增压机4、二级缓冲罐3、三级增压机2、三级缓冲罐1，最后通过截止阀A 7、截止阀B 17、截止阀C 15进入截止阀两侧。泄压时，关闭截止阀A 7，打开截止阀D 16，气体从截止阀两侧流出进入回收罐18，完成一个循环。若干循环结束后，进行第二个截止阀试验时，关闭截止阀A 7、截止阀B 17、截止阀C 15、截止阀D 16进行更换截止阀。更换完毕后打开截止阀B 17和截止阀C 15，开启真空泵8，只需抽取截止阀A 7至截止阀D 16管路真空即可。再重复上述步骤进行一下组循环。

实施例2

本实施例以氢化物储氢气瓶19为例进行循环试验。试验压力为0.1MPa到1.0MPa，增压机选用一级增压机6和二级增压机4。试验流程为：安装试验气瓶19，打开所有阀门用真空泵8进行抽真空。关闭截止阀B 17、截止阀C 15、截止阀D 16，打开气瓶19，气体流经一级增压机6、一级缓冲罐5、二级增压机4、二级缓冲罐3，最后通过截止阀A 7进入气瓶19。泄压时，关闭截止阀A 7，打开截止阀B 17和截止阀D 16，气体从气瓶19流出进入回收罐18，完成一个循环。若干循环结束后，进行第二个气瓶19试验时，只需关闭截止阀A 7、截止阀B 17、截止阀C 15、截止阀D 16进行更换截止阀。更换完毕后开启真空泵8，只需抽取截止阀A 7至截止阀B 17管路真空即可。再重复上述步骤进行一下组循环。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.多功能零部件气体疲劳试验系统，能对试验零部件进行气密性试验、疲劳试验，其特征在于，所述多功能零部件气体疲劳试验系统包括增压装置、回收罐、气瓶、制冷加热机、高低温环境箱、防爆风扇、气体泄漏检测仪、真空泵、截止阀、控制系统；

所述控制系统用于控制增压装置中增压单元的接入数量、调节管路压力、控制阀门启闭，以及在气体泄漏检测仪发出试验零部件失效的信号时，进行相应的保压、泄压、排空操作。

2.根据权利要求1所述的多功能零部件气体疲劳试验系统，其特征在于，所述增压装置设置有三个增压单元，即分别为设有一级增压机、一级缓冲罐的增压单元，设有二级增压机、二级缓冲罐的增压单元，设有三级增压机、三级缓冲罐的增压单元。

3.根据权利要求1所述的多功能零部件气体疲劳试验系统，其特征在于，所述试验管路在高低温环境箱的内部还设置有压力传感器。