CN112051135A - 一种高温高压气充氢试验装置和试验方法 - Google Patents

一种高温高压气充氢试验装置和试验方法 Download PDF

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徐秀清
苏航
李发根
赵雪会
尹成先
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Abstract

本发明公开的一种高温高压气充氢试验装置和试验方法，釜盖的底部设置底板，底板和釜盖通过支撑柱连接，对底板进行定位固定，釜盖上设置拉杆，拉杆的一端试件的一端连接，试件的另一端与底板连接，试验时，将试件放入高温高压釜体中，并将釜盖与高温高压釜体密封连接，采用加热装置对试件加热，同时通过拉杆对试件施加拉力，可模拟温度300℃压力10MPa以下的氢服役环境，为评价储氢输氢材料的性能提供试验技术支撑，而且该试验装置结构简单，操作便捷。

Description

一种高温高压气充氢试验装置和试验方法
技术领域
本发明涉及氢输送及氢存储工程技术领域，具体为一种高温高压气充氢试验装置和试验方法。
背景技术
氢能是一种清洁高效的能源，其开发和利用备受关，然而，氢气易泄露扩散，爆炸能量大并且对材料有劣化作用，加之氢气储存输送风险高已成为氢能大规模推广应用的障碍之一，抗氢材料选择、氢环境下材料性能的变化均影响氢气储存输送系统的安全运行，如何模拟氢服役环境来评价储氢输氢材料的性能至关重要，充氢试验装置是模拟氢环境必不可少的设备。
现有充氢试验装置存在的主要问题，首先，大多数研究均采用电化学充氢方式，氢含量大小主要依靠充氢电流密度调节，且该方法只能在常温常压进行，与实际服役环境差异较大，其次，现有的气充氢装置仅能够模拟100℃以下高压氢环境，无法模拟高温高压环境，装置局限性较大。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高温高压气充氢试验装置和试验方法，解决了充氢试验装置只能在常温常压进行测试的问题，为研究氢服役环境下储氢输氢材料性能提供技术支撑。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种高温高压气充氢试验装置，包括高温高压釜体、釜盖、拉伸装置和加热装置；
所述加热装置设置在高温高压釜体中，拉伸装置设置在釜盖的底部，所述拉伸装置包括底板、支撑柱和拉杆；
所述底板通过支撑柱与釜盖连接，并位于釜盖的底部，拉杆设置在釜盖上，拉杆的下端向底板的一侧延伸，拉杆和底板用于和试件的两端连接，拉杆用于对试件施加拉力；
试验时，拉伸装置位于高温高压釜体中，釜盖将高温高压釜体密封，釜盖上设置有通气孔，用于对高温高压釜体中输入氢气。
优选的，所述拉杆和底板通过试件夹持装置与试件的两端连接；
所述试件夹持装置包括结构相同的夹持件，夹持件包括连接件和锁紧环，连接件的一端用于和试件连接，另一端通过销轴与锁紧环的一端连接，锁紧环的另一端通过螺纹与拉杆或底板连接。
优选的，所述拉杆的上端穿过釜盖，拉杆上设置有驱动件，并位于釜盖的顶部，驱动件用于使拉杆轴向移动对试件施加拉力。
优选的，所述驱动件为调节旋钮，调节旋钮通过螺纹与拉杆的上端连接。
优选的，所述支撑柱为多个，多个支撑柱圆周均布。
优选的，所述釜盖的通气孔中设置有气管，气管的进气孔位于釜盖的顶部，出气孔位于釜盖的底部并向下延伸，当釜盖与高温高压釜体连接，出气孔正对试件。
优选的，所述气管通过压力表与气源连接。
优选的，所述高温高压釜体的顶部设置有内凹的嵌置台阶，釜盖的底面设置有与嵌置台阶配合的凸台，高温高压釜体的顶部设置有密封结构。
优选的，所述高温高压釜体的底部设置有抽气孔，用于对其内部抽真空。
一种高温高压气充氢试验装置的试验方法，包括以下步骤：
S1、将试件的两端分别通过夹持件与拉杆和底板连接；
S2、将试件和拉伸装置伸入高温高压釜体中，并将釜盖与高温高压釜体密封连接；
S3、对高温高压釜体抽真空；
S4、采用加热装置对试件加热至预定温度；
S5、对高温高压釜体的内部注入氢气，直至达到设定压力；
S6、通过拉杆对试件施加拉力；
S7、记录试验参数，完成试验。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种高温高压气充氢试验装置，釜盖的底部设置底板，底板和釜盖通过支撑柱连接，对底板进行定位固定，釜盖上设置拉杆，拉杆的一端试件的一端连接，试件的另一端与底板连接，试验时，将试件放入高温高压釜体中，并将釜盖与高温高压釜体密封连接，采用加热装置对试件加热，同时通过拉杆对试件施加拉力，可模拟温度300℃压力10MPa以下的氢服役环境，为评价储氢输氢材料的性能提供试验技术支撑，而且该试验装置结构简单，操作便捷。
附图说明
图1为本发明高温高压气充氢试验装置示意图；
图2为本发明试件充氢位置示意图；
图3为本发明充氢试件尺寸示意图；
图4为本发明另一种充氢试件尺寸示意图。
图中：1.高温高压釜体、2.釜盖、3.压力表、4.通气孔、5.螺栓、6.锁紧环、7.加热线圈、8.试件夹持装置、9.试件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参阅图1和2，一种高温高压气充氢试验装置，包括高温高压釜体1、釜盖2、拉伸装置和加热装置。
高温高压釜体1为顶部开口的桶状结构，加热装置设置在高温高压釜体1中，拉伸装置设置在釜盖2的底部，用于夹持试件9并对其施加拉力。
试验时，拉伸装置位于高温高压釜体1中，釜盖将高温高压釜体1的开口侧密封，釜盖2上设置有通气孔4，用于对高温高压釜体1中输入氢气，加热装置用于对试件进行加热。
拉伸装置包括底板、支撑柱、试件夹持装置8和拉杆。
底板设置在釜盖2的底部，支撑柱设置在釜盖和底板之间，并且支撑柱的两端分别与釜盖2和底板连接，试件夹持装置8包括上夹持件和下夹持件，试件9的下端通过下夹持件与底板连接，试件9的上端通过上夹持件与拉杆的下端连接，拉杆的上端穿过釜盖2并伸出釜盖的顶部，拉杆上设置有驱动件并位于釜盖2的顶部，驱动件用于使拉杆轴向移动对试件施加拉力。
上夹持件和下夹持件的结构相同，在此仅对上夹持件的结构进行详细说明，上夹持件包括连接件和锁紧环6，连接件的下端用于和试件连接，上端通过销轴与锁紧环6的下端连接，锁紧环的上端通过螺纹与拉杆的下端连接。
下夹持件与上夹持件的不同之处在于，底板上设置螺柱，下夹持件的锁精环与螺柱连接，下夹持件的连接件的顶部与试件的下端连接。
参阅图3和图4，试件分为两种，一种是扁平试件，另一种是圆柱试件，对应的连接件也为两种，当对扁平试件进行测试时，试件的端部通过定位销与连接件固定；当对圆柱试件进行测试时，连接件通过螺纹与试件的端部固定。
所述驱动件为调节旋钮，调节旋钮通过螺纹与拉杆的上端连接，试件拉力时，旋转调节旋钮使螺杆沿其轴向上下移动，进而调节试件的拉力。
所述支撑柱的数量为2-4根，优选为3根，多个支撑柱圆周均布。
釜盖的通气孔中设置有气管，气管的进气孔位于釜盖2的外部，并通过压力表3与气源连接，气管的出气孔向下延伸，当釜盖与高温高压釜体1连接，出气孔正对试件，对试件喷射气体。
所述气体为氢气。
高温高压釜体1的顶部设置有内凹的嵌置台阶，釜盖2的底面设置有与嵌置台阶配合的凸台，在高温高压釜体1的顶部设置有密封结构，试验时，釜盖2设置在高温高压釜体1上，凸台位于嵌置台阶中，釜盖2通过密封结构与高温高压釜体1密封连接。
高温高压釜体1和釜盖2通过多个螺栓连接，保证在高压环境下密封性，同时也提高实验的安全性。
加热装置设置在高温高压釜体1的侧壁上，采用热辐射的方法对试件9进行加热，加热装置为加热线圈7，试件加热时位于加热线圈的中心位置，使试件均匀受热。
高温高压釜体1的底部设置有抽气孔，用于对其内部抽真空。
所述釜盖和高温高压釜体采用316L制成。
试验时，加热温度为300°，氢气压力小于10MPa。
下面对本发明提供的一种高温高压气充氢试验装置的试验方法进行详细说，具体步骤如下：
1、根据不同的试件选择对应的试件夹持装置，将试件的两端分别与上夹持件和下加持件连接。
2、将试件和拉伸装置伸入高温高压釜体1中，并将釜盖2与高温高压釜体1通过螺栓5连接。
3、将高温高压釜体内抽真空2小时，确保真空度.
4、对加热线圈通电，使其发热对试件加热至设定温度，并热电偶传感器进行控温；
5、通过通气孔4通入氢气，通过调节压力表3至试验所需的氢压后，关闭氢气流量阀，通气孔下端置于加热线圈内，并正对试件工作面，如图2所示，以保证试件的试验环境与真实服役环境相同；
6、通过拉杆对试件施加拉力。
7、按需求设定并记录试验时间，试验完成后泄压降温；
8、打开高温高压釜，取出试件。
本发明的高温高压气充氢试验装置和试验方法，可模拟温度300℃压力10MPa以下的氢服役环境，为评价储氢输氢材料的性能提供试验技术支撑。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温高压气充氢试验装置，其特征在于，包括高温高压釜体(1)、釜盖(2)、拉伸装置和加热装置；
所述加热装置设置在高温高压釜体(1)中，拉伸装置设置在釜盖(2)的底部，所述拉伸装置包括底板、支撑柱和拉杆；
所述底板通过支撑柱与釜盖(2)连接，并位于釜盖的底部，拉杆设置在釜盖上，拉杆的下端向底板的一侧延伸，拉杆和底板用于和试件的两端连接，拉杆用于对试件施加拉力；
试验时，拉伸装置位于高温高压釜体(1)中，釜盖将高温高压釜体(1)密封，釜盖(2)上设置有通气孔(4)，用于对高温高压釜体(1)中输入氢气。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压气充氢试验装置，其特征在于，所述拉杆和底板通过试件夹持装置(8)与试件的两端连接；
所述试件夹持装置包括结构相同的夹持件，夹持件包括连接件和锁紧环(6)，连接件的一端用于和试件连接，另一端通过销轴与锁紧环(6)的一端连接，锁紧环的另一端通过螺纹与拉杆或底板连接。
3.根据权利要求1所述的一种高温高压气充氢试验装置，其特征在于，所述拉杆的上端穿过釜盖，拉杆上设置有驱动件，并位于釜盖的顶部，驱动件用于使拉杆轴向移动对试件施加拉力。
4.根据权利要求3所述的一种高温高压气充氢试验装置，其特征在于，所述驱动件为调节旋钮，调节旋钮通过螺纹与拉杆的上端连接。
5.根据权利要求1所述的一种高温高压气充氢试验装置，其特征在于，所述支撑柱为多个，多个支撑柱圆周均布。
6.根据权利要求1所述的一种高温高压气充氢试验装置，其特征在于，所述釜盖的通气孔中设置有气管，气管的进气孔位于釜盖(2)的顶部，出气孔位于釜盖的底部并向下延伸，当釜盖与高温高压釜体(1)连接，出气孔正对试件。
7.根据权利要求6所述的一种高温高压气充氢试验装置，其特征在于，所述气管通过压力表(3)与气源连接。
8.根据权利要求1所述的一种高温高压气充氢试验装置，其特征在于，所述高温高压釜体(1)的顶部设置有内凹的嵌置台阶，釜盖(2)的底面设置有与嵌置台阶配合的凸台，高温高压釜体(1)的顶部设置有密封结构。
9.根据权利要求1所述的一种高温高压气充氢试验装置，其特征在于，所述高温高压釜体(1)的底部设置有抽气孔，用于对其内部抽真空。
10.一种权利要求1-9任一项所述的一种高温高压气充氢试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将试件的两端分别通过夹持件与拉杆和底板连接；
S2、将试件和拉伸装置伸入高温高压釜体(1)中，并将釜盖(2)与高温高压釜体(1)密封连接；
S3、对高温高压釜体抽真空；
S4、采用加热装置对试件加热至预定温度；
S5、对高温高压釜体的内部注入氢气，直至达到设定压力；
S6、通过拉杆对试件施加拉力；
S7、记录试验参数，完成试验。
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CN117269037A (zh) * 2023-11-21 2023-12-22 沈阳欧施盾新材料科技有限公司 一种氢循环试验装置
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