CN112284715A - 一种车用高压氢气减压阀测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用高压氢气减压阀测试装置，包括气源和氢气管路、以及设于所述氢气管路上的压力调节机构、待测减压阀工件、第一压力计和流量控制器，所述氢气管路包括与所述气源连接的主管路和设置在所述主管路上的旁路；所述压力调节机构包括依次设置于所述主管路上的开关阀、一级减压阀、第一氢气路径切换阀、二级减压阀和单向阀；所述旁路上设有第二氢气路径切换阀，并且与所述第一氢气路径切换阀、二级减压阀和单向阀并联连接。与现有技术相比，本发明具有测量精度高、测量误差小、自动化程度高、节省人力物力等优点。

Description

一种车用高压氢气减压阀测试装置

技术领域

本发明涉及一种减压阀流量特性测量装置，尤其是涉及一种车用高压氢气减压阀测试装置。

背景技术

随着氢能产业得日益扩大，在氢能规模化发展得同时，大量得和氢气介质相关得零部件可选择性也大大增加，但是氢气作为一种易燃易爆得物质，如何在使用中保证其安全性就成为了一个不可避免的因素。在氢能领域内，高压氢气的储存与利用是目前技术状态下最为经济、合理的利用方式，并且得到了大量的使用验证，在高压氢气得使用过程中将氢气稳定到适合燃料电池使用得压力和流量就需要减压阀来进行精确得控制，减压阀性能得好坏直接影响到燃料电池得使用寿命，从而影响燃料电池汽车得寿命问题。

中国专利CN100573083C公布了一种用于气动减压阀流量特性连续测量的方法。属于采用带大溢流功能的减压阀作为被测减压阀负载压力或流量的调节器件,和具有双向流量测量功能的流量计，通过从正向最大流量到溢流向最大流量的不间断的设定，实现压力和流量的连续测量，从而测出减压阀的流量特性。但是该专利在待测减压阀出口流量调节时，在流量较小和流量较大时均采用同一个压力调节的减压阀，对于加压阀来说，其出口压力和流量是随动变化，因此需要根据具体测定流量值的情况，选择合适的压力调节机构才能获得较为准确的流量和压力曲线，因此该专利技术的测量精度无法满足要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种车用高压氢气减压阀测试装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种车用高压氢气减压阀测试装置，包括气源和氢气管路、以及设于所述氢气管路上的压力调节机构、待测减压阀工件、第一压力计和流量控制器，

所述氢气管路包括与所述气源连接的主管路和设置在所述主管路上的旁路；所述压力调节机构包括依次设置于所述主管路上的开关阀、一级减压阀、第一氢气路径切换阀、二级减压阀和单向阀；所述旁路上设有第二氢气路径切换阀，并且与所述第一氢气路径切换阀、二级减压阀和单向阀并联连接。

所述一级减压阀的调压范围为21～1000bar，所述二级减压阀的调压范围为5～70bar。

由于在减压阀出口压力和流量是随动变化的，随着出口压力精度的变化，减压阀的流量精度也会发生变化；对待测减压阀的性能测试时，应该在待测减压阀的出口流量调节为上限值时，选择高量程的一级减压阀，在待测减压阀的出口流量调节为下限值时，通过旁路切换为低量程的二级减压阀；即本发明可以根据具体待测减压阀的出口流量的设定值，选择合适的压力调节机构，这样测量出的压力和流量曲线精度高；进行多级压力结构调节，可以得出被测机构的全量程性能曲线。

所述气源和所述开关阀之间的主管路上连接有第二压力计，所述第二氢气路径进气侧的旁路上连接有第三压力计。

所述流量控制器的出口连接安全泄压阀，并且该安全泄压阀的出口与第四压力计连接。

优选地，所述开关阀、第一氢气路径切换阀、第二氢气路径切换阀、一级减压阀和二级减压阀均为气动阀；所述第一压力计、第二压力计、第三压力计和第四压力计均为压力传感器。

本发明的装置还包括控制机构，该控制机构包括与所述第一压力计和流量控制器连接的控制器、以及与所述控制器连接的电动阀门；所述控制器与所述电动阀门电路连接，所述电动阀门设于所述开关阀、一级减压阀、第一氢气路径切换阀、二级减压阀、第二氢气路径切换阀的驱动气源管路上。

设于所述开关阀、第一氢气路径切换阀和第二氢气路径切换阀的驱动气源上的电动阀门为高压电磁阀；设于所述一级减压阀和二级减压阀的驱动气源单的电动阀门为电动调节阀。

所述安全泄压阀的设定开启压力为40bar。

所述待测减压阀工件(PR121)的入口处设有第五压力计，该第五压力计优选为压力传感器。

所述一级减压阀和二级减压阀的出口处均匹配连接有安全阀。

所述主管路上设有过滤器，所述气源与所述过滤器的入口连接。

所述流量控制器为质量流量控制器，其调节范围为28～1400Ln/Min。

本发明的装置用于氢气减压阀性能测试的方法具体为：

测试过程中需要分别以不同压力10bar，50bar，100bar，200bar，350bar，500bar，600bar，700bar压力作为工件减压阀的入口压力，在一定工件减压阀的入口压力下，将待测的减压阀调好至设定的压力值(≤10bar)，然后采用质量流量控制器控制待测减压阀工件的出口的流量，检测待测减压阀工件的出口压力变化情况，然后通过待测的加压阀调节控制减压阀出口的压力，采用流量控制器检测待测减压阀工件出口的流量变化，从而测得出口压力-流量曲线图；当质量流量控制器控制待测减压阀工件的出口的流量为测量流量的下限时，即出口流量较小，关闭旁路，使用二级减压阀调节待测工件入口压力；当质量流量控制器控制待测减压阀工件的出口的流量为测量流量的上限时，即出口流量较大，打开旁路，关闭主管路上的第一氢气路径切换阀，采用一级减压阀调节待测工件入口压力。最后获得8种入口压力条件下的8条出口压力-流量曲线图，绘制与同一个坐标系内；测量介质的温度为室温，坐标系的流量范围为0～2000mL/min。

本发明的装置中，通过调整主管路两个减压阀的设定，来保证待测减压阀的入口压力为设定值，为了保证监测系统的稳定性和准确性，本发明采用多级减压的方式，并且待测工件的前端的二级减压阀采用了短量程，在待测减压阀的前端设计了压力传感器，即第五压力计，与二级减压阀前端第三压力计的测量值进行相互印证，保证待测减压阀入口压力满足设定值；通过第一压力计检测待测减压阀出口压力，通过质量流量控制器调节减压阀出口的流量。

测量过程中，对于待测工件的入口压力，通过装置中的多个压力变送器采集压力信息，输送给控制器，从而调节待测工件的入口压力至设定值；利用自动化的反馈调节机制，大大节省了人力，并且通过设于待测减压阀工件出口处的压力变送器，实时记录待测减压阀工件的出口压力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)根据待测减压阀出口的流量，即具体的测试需求，合适的选择具体的氢气管路以及具体的量程的减压阀，大大提高了测量得到的压力和流量曲线精度；

(2)设计多个自动化的压力变送器和控制器以及控制电路，提高了该测量系统的自动化水平，节省人力物力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中，P1为气源入口，P2为放空口，F101为过滤器，PT101为第二压力计，PT102为第三压力计，PT103为第四压力计，PT104为第一压力计，PAV101为开关阀，PAV102为第一氢气路径切换阀，PAV103为第二氢气路径切换阀，PR101为一级减压阀，PR102为二级减压阀，PR121为待测减压阀工件，PR111为第一电动调节阀，PR112为第二电动调节阀，SV111为第一电磁阀，SV112为第二电磁阀，SV113为第三电磁阀，CV101为单向阀，PRV101为安全泄压阀，FT101为流量控制器，1为控制器，2为驱动气源管路，3为测试腔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

一种车用高压氢气减压阀测试装置，如图1所示，包括气源和氢气管路、以及设于氢气管路上的压力调节机构、待测减压阀工件PR121、第一压力计PT104、流量控制器FT101以及控制机构，氢气管路与气源入口P1连接；待测减压阀工件PR121置于测试腔3中。

氢气管路包括与气源连接的主管路和设置在主管路上的旁路，并且主管路上设有过滤器F101，气源与过滤器F101的入口连接。压力调节机构包括依次设置于主管路上的开关阀PAV101、一级减压阀PR101、第一氢气路径切换阀PAV102、二级减压阀PR102和单向阀CV101；旁路上设有第二氢气路径切换阀PAV103，并且与第一氢气路径切换阀PAV102、二级减压阀PR102和单向阀CV101并联连接，其中，一级减压阀PR101的调压范围为21～1000bar，二级减压阀PR102的调压范围为5～70bar。气源和开关阀PAV101之间的主管路上连接有第二压力计PT101，第二氢气路径进气侧的旁路上连接有第三压力计PT102；流量控制器FT10的出口连接安全泄压阀PRV101，并且该安全泄压阀PRV101的出口与第四压力计PT103连接；并且质量流量控制器FT101的出口还与放空口P2连接。开关阀PAV101、第一氢气路径切换阀PAV102、第二氢气路径切换阀均为气动阀PAV103；第一压力计PT104、第二压力计PT101、第三压力计PT102和第四压力计PT103均为压力变送器。

本实施例中控制机构包括与第一压力计PT104、第二压力计PT101、第三压力计PT102、第四压力计PT103和流量控制器FT101连接的控制器1、以及与控制器1连接的电动阀门；控制器1与电动阀门电路连接，电动阀门设于开关阀PAV101、一级减压阀PR101、第一氢气路径切换阀PAV102、二级减压阀PR102、第二氢气路径切换阀PAV103的驱动气源管路2上；由于一级减压阀PR101和二级减压阀PR102需要精确调节管路单的压力值，与二者连接的电动阀门均为电动调节阀，分别为第一电动调节阀PR111和第二电动调节阀PR112；而开关阀PAV101、第一氢气路径切换阀PAV102和第二氢气路径切换阀PAV103均只需实现切换氢气路径的功能即可，即只需要有开关的功能，设在这三种阀门的驱动气源上的电动阀门选择为电磁阀，分别为第一电磁阀SV111，第二电磁阀SV112和第三电磁阀SV113。

为了满足不同压力10bar，50bar，100bar，200bar，350bar，500bar，600bar，700bar压力作为工件减压阀的入口压力的测试需求，本实施装置中氢气进气口的压力最大值为1000bar，一级减压阀调压范围为21～1000bar，二级减压阀调压范围为5～70bar，质量流量控制器的流量调节范围为28～1400Ln/min，各个电动阀门的驱动气源的压力为5～8bar，流量≥500Ln/min，待测减压阀工件的输出压力设定为≤10bar，安全泄压阀PRV101的设定开启压力为40bar。

本发明的装置测量方法为：

分别以不同压力10bar，50bar，100bar，200bar，350bar，500bar，600bar，700bar压力作为工件减压阀的入口压力，将减压阀调好一个压力值(≤10bar)，然后控制工件减压阀出口的质量流量控制器调节出口流量，采用第一压力计检测工件减压阀出口压力变化情况，然后再采用检测工件减压阀控制其出口压力，采用质量流量控制器测量出口流量，获得一系列的压力-流量对应点值，构成出口压力-流量曲线图，分别在8种入口压力的工况下绘制8条曲线，8条曲线绘制在同一个坐标系内。工件减压阀出口压力≤10bar，介质温度室温，流量范围：0～2000mL/min。

由于在减压阀出口压力和流量是随动变化的，随着出口压力精度的变化，减压阀的流量精度也会发生变化；对待测减压阀的性能测试时，应该在待测减压阀的出口流量调节为上限值时，选择高量程的一级减压阀，在待测减压阀的出口流量调节为下限值时，通过旁路切换为低量程的二级减压阀；即本实施例的装置可以根据具体待测减压阀的出口流量的设定值，选择合适的压力调节机构，这样测量出的压力和流量曲线精度高。

本实施例的装置根据待测减压阀出口的流量，即具体的测试需求，合适的选择具体的氢气管路以及具体的量程的减压阀，大大提高了测量得到的压力和流量曲线精度；设计多个自动化的压力变送器和控制器以及控制电路，提高了该测量系统的自动化水平，节省人力物力。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种车用高压氢气减压阀测试装置，包括气源和氢气管路、以及设于所述氢气管路上的压力调节机构、待测减压阀工件(PR121)、第一压力计(PT104)和流量控制器(FT101)，

其特征在于，

所述氢气管路包括与所述气源连接的主管路和设置在所述主管路上的旁路；所述压力调节机构包括依次设置于所述主管路上的开关阀(PAV101)、一级减压阀(PR101)、第一氢气路径切换阀(PAV102)、二级减压阀(PR102)和单向阀(CV101)；所述旁路上设有第二氢气路径切换阀(PAV103)，并且与所述第一氢气路径切换阀(PAV102)、二级减压阀(PR102)和单向阀(CV101)并联连接。

2.根据权利要求1所述的一种车用高压氢气减压阀测试装置，其特征在于，所述一级减压阀(PR101)的调压范围为21～1000bar，所述二级减压阀(PR102)的调压范围为5～70bar。

3.根据权利要求1所述的一种车用高压氢气减压阀测试装置，其特征在于，所述气源和所述开关阀(PAV101)之间的主管路上连接有第二压力计(PT101)，所述第二氢气路径进气侧的旁路上连接有第三压力计(PT102)。

4.根据权利要求3所述的一种车用高压氢气减压阀测试装置，其特征在于，所述流量控制器的出口连接安全泄压阀(PRV101)，并且该安全泄压阀(PRV101)的出口与第四压力计(PT103)连接。

5.根据权利要求4所述的一种车用高压氢气减压阀测试装置，其特征在于，所述开关阀(PAV101)、第一氢气路径切换阀(PAV102)、第二氢气路径切换阀(PAV103)、一级减压阀(PR101)、二级减压阀(PR102)均为带有气动执行机构的开关阀；所述第一压力计(PT104)、第二压力计(PT101)、第三压力计(PT102)和第四压力计(PT103)均为压力传感器。

6.根据权利要求5所述的一种车用高压氢气减压阀测试装置，其特征在于，还包括控制机构，该控制机构包括与所述第一压力计(PT104)连接的控制器(1)以及与所述控制器(1)连接的电动阀门；所述控制器(1)与所述电动阀门电路连接，所述电动阀门设于所述开关阀(PAV101)、一级减压阀(PR101)、第一氢气路径切换阀(PAV102)、二级减压阀(PR102)、第二氢气路径切换阀(PAV103)的驱动气源管路(2)上。

7.根据权利要求6所述的一种车用高压氢气减压阀测试装置，其特征在于，设于所述开关阀(PAV101)、第一氢气路径切换阀(PAV102)和第二氢气路径切换阀(PAV103)的驱动气源上的电动阀门为高压电磁阀；设于所述一级减压阀(PR101)和二级减压阀(PR102)的驱动气源单的电动阀门为电动调节阀。

8.根据权利要求3所述的一种车用高压氢气减压阀测试装置，其特征在于，所述待测减压阀工件(PR121)的入口处设有第五压力计。

9.根据权利要求1所述的一种车用高压氢气减压阀测试装置，其特征在于，所述一级减压阀(PR101)和二级减压阀(PR102)的出口处均匹配连接有安全阀。

10.根据权利要求1所述的一种车用高压氢气减压阀测试装置，其特征在于，所述主管路上设有过滤器(F101)，所述气源与所述过滤器(F101)的入口连接；所述流量控制器(FT101)为质量流量控制器，其调节范围为28～1400Ln/Min。

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