CN110207903B - 一种可控温高压气体下密封性能测试实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控温、高压氢气下的密封圈密封性能测试实验装置，包括：泄漏检测口、密封端盖、实验箱体、螺纹管路接口、换热介质入口、换热介质出口、测试密封圈、氢敏传感器、外密封、冷却/加热壳、冷却/加热筒。实验箱体固定在工作台上，密封端盖与实验箱体固定连接。实验箱体气腔成“U”形，通过内/外介质槽流通冷却和加热介质以实现试验箱的控温。箱体腰部设有控压稳压管接口，与外部稳压系统和安全阀连接，保证箱内压力稳定，避免因箱内压力过高出现安全事故。
Description
技术领域
本发明属于高压气体密封技术领域，特别涉及一种可控温高压气体下密封性能测试实验装置。
背景技术
为解决传统的汽车工业带来的环境污染和能源消耗问题，氢能及氢燃料电池汽车的发展受到了世界各国的高度重视。除制氢、运氢、加氢、用氢外，储氢也是氢能发展中的重大研究课题。目前，高压气态储氢是最常用的储氢方式。然而，由于高压储氢介质压力高、氢气的介质特殊性(易燃易爆、对储氢材料性能有一定的影响)，以及环境温度变化的影响，使得高压气态储氢存在一定的风险。为实现安全储氢，要求储氢容器的密封件(主要是橡胶O型圈)在高压氢气、不同温度下均能实现有效密封。
因此，需要设计搭建相关测试装置、进行密封性能测试，以研究温度、介质压力等环境因素对密封圈密封性能的影响，并以此为基础优化密封圈参数。然而，目前已有的密封圈密封性能测试装置存在以下不足：1、无法完全模拟储氢容器用密封圈服役环境——要么无法在高压氢气环境中使用，要么无法实现不同温度下的测试；2、泄漏量测量准确性有待提高：无法保证泄漏通道仅在测试密封圈处。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可控温高压气体下密封性能测试实验装置，能够在不同温度的高压氢气下对密封圈进行密封性能测试。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可控温高压气体下密封性能测试实验装置，包括实验箱体3和密封端盖2，实验箱体3为圆柱形回转体压力容器，箱内底部设置有柱形凸起以减小密封气体体积、缩短充放气时间，密封端盖2包括圆柱形的盖体和下设于盖体底面的锥面凸台，实验箱体3顶部设置有与凸台匹配的孔，凸台插入孔中，盖体连接于实验箱体3的顶面，在实验箱体3内部形成纵截面为倒U形的气腔，气腔内充有高压密封气体，环绕凸台自上而下开有三道环形的密封沟槽，三道密封沟槽中分别设置有密封圈一6、密封圈二7和密封圈三8。
所述密封端盖2上开有泄漏检测口1，通过传感器10检测密封气体泄漏量。
所述实验箱体3与密封端盖2的盖体之间有外密封11，外密封11位于泄漏检测口1的外侧。
所述箱体3腰部设有六个管接口，分别连接进气管路4、排气管路14、稳压管路15、温度计16、压力计17以及安全阀18，其中，所述进气管路4、排气管路14用于充放密封气体；稳压管路15与外部稳压系统连接，保证密封腔体内压力稳定；温度计16、压力计17用于实时监测、反馈腔体内部温度和压力；安全阀18用于腔体内部压力过高时的压力泄放。
所述实验箱体3通过冷却/加热壳12和冷却/加热筒13进行联合控温，所述冷却/加热壳12焊接在实验箱体3的外壁上，在柱形凸起底部开纵向孔，所述冷却/加热筒13焊接于该纵向孔中。
所述实验箱体3外壁设置有螺旋槽，冷却/加热介质通过介质入口5流入螺旋槽中，与实验箱体3外壁进行换热，经由介质出口9排出，冷却/加热介质采用同样方式通过冷却/加热筒13与实验箱体3内壁进行换热。
所述密封气体为氢气，本发明中，高压指理论上通过壁厚等的设计容器可承受100MPa以上的测试压力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明泄漏通道唯一、泄漏量便于检测和测量：由于装置连接部件少，所以泄漏位点单一。泄漏气体仅通过测试密封圈处泄漏。此外，由于外密封的密封能力更强，可忽略此处的泄漏，因此可认为泄漏气体完全由泄漏检测口1排出、检测。
2、可有效控温：实验箱体气腔设计为“U”形，可通过介质换热方式同时对外/内壁进行冷却/加热，提高实验台控温效率。
3、可有效控压：设有控压稳压管接口，与外部稳压系统和安全阀连接，保证箱内压力稳定，避免因箱内压力过高出现安全事故。
4、可提高充放气效率：高压氢气需通过增压泵获得，气体压力越高，气流流速越小。将实验箱体气腔设计为“U”形，可减小密封气体体积、缩短充放气时间，提高实验效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为箱体管路接口处的剖视图。
图3为箱体内壁圆柱面展开图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
下面结合附图和实例(以O型圈和氢气为例说明)对本发明做进一步详细说明，但本发明的实施方式不仅限于这一种。
如图1和图2所示，一种可控温高压气体下密封性能测试实验装置，包括实验箱体3和密封端盖2，实验箱体3为圆柱形回转体压力容器，箱内底部设置有柱形凸起以减小密封气体体积、缩短充放气时间，并为内壁设置控温装置提供空间。
密封端盖2包括圆柱形的盖体和下设于盖体底面的锥面凸台，实验箱体3顶部设置有与凸台匹配的孔，凸台插入孔中，盖体连接于实验箱体3的顶面，在实验箱体3内部形成纵截面为倒U形的气腔，气腔内充有高压密封气体——氢气，环绕凸台自上而下开有三道环形的密封沟槽，三道密封沟槽中分别设置有密封圈一6、密封圈二7和密封圈三8，密封圈一6、密封圈二7和密封圈三8均为O型圈。在盖体上开有泄漏检测口1，通过传感器10检测密封氢气泄漏量，传感器10为氢敏传感器。
实验箱体3与密封端盖2的盖体之间有外密封11，外密封11位于泄漏检测口1的外侧，能够保证泄漏的气体完全通过泄漏检测口1排出、检测，并避免在测试密封圈完全失效后氢气直接泄漏至箱体外引发危险情况；
箱体3腰部设有六个管接口，分别连接进气管路4、排气管路14、稳压管路15、温度计16、压力计17以及安全阀18，其中，所述进气管路4、排气管路14用于充放密封气体；稳压管路15与外部稳压系统连接，保证密封腔体内压力稳定；温度计16、压力计17用于实时监测、反馈腔体内部温度和压力；安全阀18用于腔体内部压力过高时的压力泄放。
实验箱体3通过冷却/加热壳12和冷却/加热筒13进行联合控温，所述冷却/加热壳12焊接在实验箱体3的外壁上，在柱形凸起底部开纵向孔，所述冷却/加热筒13焊接于该纵向孔中，连接方式可不限于焊接。
参考图3，实验箱体3外壁设置有螺旋槽，冷却/加热介质通过介质入口5流入螺旋槽中，与实验箱体3外壁进行换热，经由介质出口9排出，螺旋槽结构可使液体围绕外壁流动，充分换热，同理，冷却/加热介质采用同样方式(螺旋槽结构)通过冷却/加热筒13与实验箱体3内壁进行换热。
由于氢气易燃易爆，测试具有一定的危险性，因此实验中也会采用分子很小的氦气作为密封介质。此处以氢气/氦气两种气体说明：
测试前，将待测密封圈(密封圈一6、密封圈二7和密封圈三8中的任意一个或者多个)装入密封沟槽，安装好外密封，将实验箱体3与密封端盖2固定。向冷却/加热壳12、冷却/加热筒13内通入换热介质，保证箱体温度达到测试温度。通过进气管路4通入高压氢气/氦气，达到测试压力后关闭管路，并通过稳压管路15连通稳压系统，保证箱体内压力稳定。通过氢敏传感器/氦质谱检漏仪检测泄漏量。
测试结束后，关闭稳压管路15；打开排气管路14，将密封气体排出并回收；停止通冷却/加热介质；取出密封圈，将装置恢复原样。
本装置基本功能为密封圈高压气体下泄漏量的测量。相比以往的测试装置，本实验装置可实现控温控压。温度控制通过温度计示数反馈，压力控制通过压力传感器示数反馈。
Claims (6)
1.一种可控温高压气体下密封性能测试实验装置，包括实验箱体(3)和密封端盖(2)，实验箱体(3)为圆柱形回转体压力容器，箱内底部设置有柱形凸起以减小密封气体体积、缩短充放气时间，密封端盖(2)包括圆柱形的盖体和下设于盖体底面的锥面凸台，实验箱体(3)顶部设置有与凸台匹配的孔，凸台插入孔中，盖体连接于实验箱体(3)的顶面，在实验箱体(3)内部形成纵截面为倒U形的气腔，气腔内充有高压密封气体，环绕凸台自上而下开有三道环形的密封沟槽，三道密封沟槽中分别设置有密封圈一(6)、密封圈二(7)和密封圈三(8)，其特征在于，所述箱体(3)腰部设有六个管接口，分别连接进气管路(4)、排气管路(14)、稳压管路(15)、温度计(16)、压力计(17)以及安全阀(18)，其中，所述进气管路(4)、排气管路(14)用于充放密封气体；稳压管路(15)与外部稳压系统连接，保证密封腔体内压力稳定；温度计(16)、压力计(17)用于实时监测、反馈腔体内部温度和压力；安全阀(18)用于腔体内部压力过高时的压力泄放。
2.根据权利要求1所述可控温高压气体下密封性能测试实验装置，其特征在于，所述密封端盖(2)上开有泄漏检测口(1)，通过传感器(10)检测密封气体泄漏量。
3.根据权利要求2所述可控温高压气体下密封性能测试实验装置，其特征在于，所述实验箱体(3)与密封端盖(2)的盖体之间有外密封(11)，外密封(11)位于泄漏检测口(1)的外侧。
4.根据权利要求1所述可控温高压气体下密封性能测试实验装置，其特征在于，所述实验箱体(3)通过冷却/加热壳(12)和冷却/加热筒(13)进行联合控温，所述冷却/加热壳(12)焊接在实验箱体(3)的外壁上，在柱形凸起底部开纵向孔，所述冷却/加热筒(13)焊接于该纵向孔中。
5.根据权利要求4所述可控温高压气体下密封性能测试实验装置，其特征在于，所述实验箱体(3)外壁设置有螺旋槽，冷却/加热介质通过介质入口(5)流入螺旋槽中，与实验箱体(3)外壁进行换热，经由介质出口(9)排出，冷却/加热介质采用同样方式通过冷却/加热筒(13)与实验箱体(3)内壁进行换热。
6.根据权利要求1所述可控温高压气体下密封性能测试实验装置，其特征在于，所述密封气体为氢气。
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