CN112432775A - 一种用于涉氢部件氢循环试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于涉氢部件氢循环试验装置，包括预增气主管路、驱动气管路，其中所述预增气主管路顺序设置第一过滤器、第一压力传感器、第一电磁气动阀、第一手动截止阀、第二压力传感器和流量计，还设置有并联的第一氢气增压泵和第二氢气增压泵；所述预增气主管路末端连接第一接口支路和第二接口支路，所述第一接口支路末端、第二接口支路末端和待试验样品置于所述环境箱内，所述环境箱连接抽气泵和氢浓度检测仪。所述试验装置还设置有工控机和PLC。该发明实现了包括单向阀、截止阀和温度驱动压力泄放装置等涉氢部件氢循环试验，可调节试验介质氢气的温度、试验速率，可精确控制泄放压力，试验记录可追溯、试验数据完整且查询方便。

Description

一种用于涉氢部件氢循环试验装置
技术领域
本发明涉及单向阀、截止阀、温度驱动压力泄放装置（TPRD）和软/硬管等涉氢部件的氢循环试验技术领域，特别是一种用于涉氢部件氢循环试验装置。
背景技术
随着氢能技术的发展，用于氢燃料汽车上的单向阀、截止阀、温度驱动压力泄放装置（TPRD）和软/硬管需要进行氢气循环试验。氢循环试验对涉氢部件进行不同温度下使用次数的耐久性试验，用于涉氢部件是否满足常规设计的使用次数要求。
对于单向阀要求，将其装在试验专用装置上，关闭阀出气口，在6个增压步内向单项阀进气口充入氢气至公称工作压力p。之后从阀进气口泄压，在进行下次循环前，应使单向阀出气口压力小于0.6p。试验需要在环境温度-40、85℃和常温下进行总计11000次循环;
对于温度驱动压力泄放装置（TPRD），将其装在试验专用装置上，使用氢气将其加压至试验压力，之后泄压至3MPa。分别在环境温度85℃和55℃下进行总计11000次循环。
对于软/硬管，将其装在试验专用装置上，使用低温氢气将其加压至试验压力，之后泄压至3MPa。分别在不同环境温度下进行循环试验。
涉氢部件众多，但是氢循环试验是有共性的，为了满足不同涉氢部件的氢循环试验要求，所以需要设计一款满足多种试验要求的氢循环试验装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于涉氢部件氢循环试验装置，该发明实现了涉氢部件氢循环试验，涉氢部件可以为单向阀、截止阀和软/硬管等，可调节试验介质氢气的温度，可调节试验速率，可精确控制泄放压力，试验记录可追溯、试验数据完整且查询方便。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于涉氢部件氢循环试验装置，包括预增气主管路300、驱动气管路400，其中所述预增气主管路300首端连接预增气气源16并顺序设置第一过滤器6-1、第一压力传感器3-1、第一电磁气动阀2-1、第一手动截止阀1-1、第二压力传感器3-2、和流量计12，所述第一电磁气动阀2-1和所述第一手动截止阀1-1之间设置有并联的第一氢气增压泵7-1和第二氢气增压泵7-2；所述预增气主管路300末端连接第一接口支路310和第二接口支路320，第一接口支路310上顺序设置第二电磁气动阀2-2、换热器13、第三压力传感器3-3和第一温度传感器4-1；第二接口支路320上设置第三电磁气动阀2-3；驱动气管路400连接驱动气气源17，并包括第一驱动气支路410和第二驱动气支路420，所述第一驱动气支路410连接至所述第一氢气增压泵7-1的驱动气进口，所述第一驱动气支路410上顺序设置第二过滤器6-2、第一驱动气调节阀5-1和第一电磁比例调速阀8-1，第二驱动气支路420连接至所述第二氢气增压泵7-2的驱动气进口，所述第二驱动气支路420上顺序设置第三过滤器6-3、第二驱动气调节阀5-2和第二电磁比例调速阀8-2；所述试验装置还包括环境箱600，所述第一接口支路310末端、第二接口支路320末端和待试验样品置于所述环境箱600内，所述环境箱连接抽气泵14和氢浓度检测仪15；所述试验装置还设置有工控机和PLC，所述工控机与所述PLC相连，所述PLC与所述各电磁气动阀、压力传感器、电磁比例调节阀、温度传感器、换热器和氢浓度检测仪相连。
进一步，所述第二接口支路320上设置有三条并联的泄压通道并连接至卸压气出口18：第一泄压通道上安装有所述第四电磁气动阀2-4和背压阀9-1，第二泄压通道上安装有第五电磁气动阀2-5，第三泄压通道上安装有第二手动截止阀1-2。
进一步，所述试验装置还包括控制气管路，所述控制气管路连接控制气气源19并顺序设置有第四过滤器6-4和控制气调节阀5-3，所述控制气管路具有五条支路分别连接至第一电磁气动阀2-1、第二电磁气动阀2-2、第三电磁气动阀2-3、第四电磁气动阀2-4和第五电磁气动阀2-5。
进一步，所述第一氢气增压泵7-1和第二氢气增压泵7-2的出口端还设置有一安全阀10。
进一步，所述手动截止阀1-1还连接一精密压力表11。
进一步，所述环境箱为防爆型恒湿恒温箱。
进一步，所述工控机中内置录入信息模块、氢循环试验模块、试验数据存储与再现模块、氢气报警联动模块；所述录入信息模块，用于根据所述工控机输入的程序给每次试验部件录入详细信息，并对其进行存档；所述氢循环试验模块，用于实现所述涉氢部件氢循环试验，可以根据试验要求选择加压和泄压通道；所述试验数据存储与再现模块，用于实现储存实验数据、查询试验数据、试验数据处理和打印报表；所述氢气报警联动模块，用于氢浓度超标时紧急自动停车，并进行声光报警。
本发明所能达到的有益效果是：
本发明提供了一种用于涉氢部件氢循环试验装置。本设备，通过工控机录入试验部件的相关信息、进行试验控制、保存试验数据、输出试验结果；通过压力传感器、温度传感器、流量计和氢浓度检测仪采集数据，通过工控机和PLC控制电磁气动阀和电磁比例调速阀进行涉氢部件的加压和泄压过程，能够调节加压速率，实现连续和分步增压氢循环试验；通过工控机和PLC控制电磁比例调速阀和换热器，调节氢气温度；通过设定背压阀实现精确控制泄放压力；通过第一接口支路和第二接口支路的不同连接方式，实现一台设备进行多种氢循环试验方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种用于涉氢部件氢循环试验装置示意图；
图2为本发明实施例一种用于涉氢部件氢循环试验装置系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供了一种用于涉氢部件氢循环试验装置，该发明实现了涉氢部件氢循环试验，涉氢部件可以为单向阀、截止阀和软/硬管等，可调节试验介质氢气的温度，可调节试验速率，可精确控制泄放压力，试验记录可追溯、试验数据完整且查询方便。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种用于涉氢部件氢循环试验装置示意图。如图1所示，本实施例提供的一种用于涉氢部件氢循环试验装置，包括预增气主管路300、驱动气管路400和控制气管路500。
其中，预增气主管路300设置第一接口支路310和第二接口支路320。所述预增气主管路300首端连接预增气气源16并顺序设置第一过滤器6-1、第一压力传感器3-1、第一电磁气动阀2-1、安全阀10、第一手动截止阀1-1、第二压力传感器3-2和流量计12，第一电磁气动阀2-1和安全阀10之间设置有并联的第一氢气增压泵7-1和第一氢气增压泵7-2，第一电磁气动阀2-1和安全阀10分别与第一氢气增压泵7-1和第一氢气增压泵7-2的进口端和出口端。所述第一压力传感器3-1用于测量预增气氢气气源的压力，第二压力传感器3-2用于测量第一氢气增压泵7-1和第二氢气增压泵7-2出口端压力。所述安全阀10位于第一氢气增压泵和第二氢气增压泵的出口端，防止系统超压。所述手动截止阀1-1还连接一精密压力表11，用于校验管路上的压力传感器，试验时关闭手动截止阀1-1切断精密压力表11。
驱动气管路400连接驱动气气源17，用于为第一氢气增压泵和第二氢气增压泵供应驱动气。驱动气管路400包括第一驱动气支路410和第二驱动气支路420，第一驱动气支路410连接至第一氢气增压泵7-1的驱动气进口，第二驱动气支路420连接至第二氢气增压泵7-2的驱动气进口。所述第一驱动气管路上顺序设置第二过滤器6-2、第一驱动气调节阀5-1和第一电磁比例调速阀8-1；所述第二驱动气管路上顺序设置第三过滤器6-3、第二驱动气调节阀5-2和第二电磁比例调速阀8-2。前述提及的流量计12用于监测管路冲氢速率，并通过调节电磁比例调速阀8-1~8-2调节冲氢速率。
进一步，本实施例实验装置预增气主管路300的支路具有两个不同的功能，第一接口支路310可实现变流量进行遇冷氢气加压的操作；第二接口支路320可实现变流量进行常温氢气加压和泄压操作。
其中，第一接口支路310上顺序连接第二电磁气动阀2-2、换热器13、第三压力传感器3-3和第一温度传感器4-1。在试验前第一接口支路310通过调节所述换热器13冷却介质温度，从而调整氢气温度；在试验中第一接口支路310通过调节所述第一和第二电磁比例调速阀8-1~8-2调节所述氢气增压泵的加压速率，从而及时调整遇冷氢气温度。所述温度传感器4-1安装于所述第一接口支路的后端并位于所述换热器13的后端，用于测量待试验样品加压的氢介质温度。所述第一和第二电磁比例调速阀8-1~8-2位于所述第一和第二氢气增压泵7-1~7-2驱动气供应管路上，结合所述温度传感器4-1返回信号，调节电磁比例调速阀8-1~8-2，即可调整冲氢介质温度。第二接口支路320上设置第三电磁气动阀2-3和第四压力传感器3-4，并且在第二接口支路上有三个泄压通道。第一泄压通道上安装有所述第四电磁气动阀2-4和背压阀9-1用于需要精确控制泄放压力的时候，可精确控制试验的泄压压力；第二泄压通道上安装有第五电磁气动阀2-5，用于泄放压力小于等于3MPa的时候；第三泄压通道上安装有第二手动截止阀1-2，用于所述电磁气动阀损坏时，手动泄放装置压力。三条卸压通道并联设置并连接至卸压排气口18。
其中，所述试验装置还包括控制气管路500用于给管路上各电磁气动阀供气，所述控制气管路连接控制气气源19并顺序设置有第四过滤器6-4和控制气调节阀5-3，所述控制气管路具有五条支路分别连接至第一电磁气动阀2-1、第二电磁气动阀2-2、第三电磁气动阀2-3、第四电磁气动阀2-4和第五电磁气动阀2-5。
所述试验装置还包括环境箱600，所述第一接口支路310末端、第二接口支路320末端和待试验样品20置于环境箱600内，所述环境箱连接抽气泵14和氢浓度检测仪15。所述环境箱为防爆型恒湿恒温箱，用于给试验样品提供所需的温度和湿度环境。待试验样品真实充装压力由第三压力传感器3-3或第四压力传感器3-4测量获得。
所述试验装置还设置有工控机700和PLC，所述工控机与所述PLC相连，所述PLC与所述各电磁气动阀、压力传感器、电磁比例调节阀、温度传感器、换热器和氢浓度检测仪相连。图中接口A为电磁阀控制接口、接口B为信号采集接口。所述工控机中内置录入信息模块、氢循环试验模块、试验数据存储与再现模块、氢气报警联动模块；所述录入信息模块，用于根据所述工控机输入的程序给每次试验部件录入详细信息，并对其进行存档；所述氢循环试验模块，用于实现所述涉氢部件氢循环试验，可以根据试验要求选择加压和泄压通道；所述试验数据存储与再现模块，用于实现储存实验数据、查询试验数据、试验数据处理和打印报表；所述氢气报警联动模块，用于氢浓度超标时紧急自动停车，并进行声光报警。
图2为本发明实施例一种用于涉氢部件氢循环试验装置系统结构图。
如图2所示，所述工控机中内置信息录入模块201、第二接口支路的接口2加压泄压试验模块202、第二接口支路的接口2加压泄压并控制压力下限试验模块203、第一接口支路的接口1加压-第二接口支路的接口2泄压试验模块204、第一接口支路的接口1加压-第二接口支路的接口2泄压并控制压力下限试验模块205、试验数据存储与再现模块206、氢气报警联动模块207；所述信息录入模块201，根据所述工控机输入的程序给每次试验部件录入详细信息，并对其进行存档；所述接口2加压泄压试验模块202，用于常温氢气介质试验，且加压泄压共用一路的氢循环试验；所述接口2加压泄压并控制压力下限试验模块203，用于常温氢气介质试验，加压泄压共用一路，且对泄压压力有精确控制要求的氢循环试验；所述接口1加压-接口2泄压试验模块204，用于需要使用遇冷氢气介质进行氢气压力循环的试验；所述接口1加压-接口2泄压并控制压力下限试验模块205，用于需要使用遇冷氢气介质且对泄压压力有精确控制要求的氢循环试验；所述试验数据存储与再现模块206，用于实现储存实验数据、查询试验数据、试验数据处理和打印报表；氢气报警联动模块207，用于氢浓度超标时紧急自动停车，并进行声光报警。
在信息录入模块201之后，选择接口2加压泄压试验模块202进行氢循环试验，进入试验界面，首先设定好循环上限压力、循环上限保压时间、循环下限压力、循环下限保压时间、冲氢速率、允许压降和循环次数，点击开始试验按钮。系统升压阶段，开启第一和第三电磁气动阀2-1、2-3并调节第一和第二电磁比例调速阀8-1~8-2，使冲氢速率达到设定值，对试验样品进行加压；系统上限保压阶段，第四压力传感器3-4传来的压力信号等于设定的循环上限压力时，关闭第一和第三电磁气动阀2-1、2-3和第一和第二电磁比例调速阀8-1~8-2，进行保压，保压时间为设定的循环上限保压时间，当第四压力传感器3-4传来的压力信号下降值大于设定的允许压降时，试验不合格；系统泄压阶段，开启第五电磁气动阀2-5，直到第四压力传感器3-4传来的压力信号至达到设定的循环下限压力，关闭第五电磁气动阀2-5；进入循环下限保压阶段，循环下限保压时间结束后，为一次完整循环，之后进行第二次压力循环，直至达到设定循环次数或试验阀门泄漏。
在信息录入模块201之后，选择接口2加压泄压并控制压力下限试验模块203进行氢循环试验，进入试验界面，首先设定好循环上限压力、循环上限保压时间、循环下限压力、循环下限保压时间、冲氢速率、允许压降和循环次数，点击开始试验按钮。系统升压阶段，开启第一和第三电磁气动阀2-1、2-3并调节第一和第二电磁比例调速阀8-1~8-2，使冲氢速率达到设定值，对试验样品进行加压；系统上限保压阶段，第四压力传感器3-4传来的压力信号等于设定的循环上限压力时，关闭第一和第三电磁气动阀2-1、2-3和第一和第二电磁比例调速阀8-1~8-2，进行保压，保压时间为设定的循环上限保压时间，当第四压力传感器3-4传来的压力信号下降值大于设定的允许压降时，试验不合格；系统泄压阶段，开启第四电磁气动阀2-4，直到第四压力传感器3-4传来的压力信号至达到设定的循环下限压力，关闭第四电磁气动阀2-4；进入循环下限保压阶段，循环下限保压时间结束后，为一次完整循环，之后进行第二次压力循环，直至达到设定循环次数或试验阀门泄漏。
在信息录入模块201之后，选择接口1加压-接口2泄压试验模块204进行氢循环试验，进入试验界面，首先设定好循环上限压力、循环上限保压时间、循环下限压力、循环下限保压时间、冲氢温度、允许压降和循环次数，等待换热器冷却介质温度达到系统要求后，点击开始试验按钮。系统升压阶段，开启第一和第二电磁气动阀2-1、2-2并调节第一和第二电磁比例调速阀8-1~8-2，使第一温度传感器4-1达到设定冲氢温度，对试验样品进行加压；系统上限保压阶段，第四压力传感器3-4传来的压力信号等于设定的循环上限压力时，关闭第一和第二电磁气动阀2-1、2-2和第一和第二电磁比例调速阀8-1~8-2，进行保压，保压时间为设定的循环上限保压时间，当第四压力传感器3-4传来的压力信号下降值大于设定的允许压降时，试验不合格；系统泄压阶段，开启第五电磁气动阀2-5，直到第四压力传感器3-4传来的压力信号至达到设定的循环下限压力，关闭第五电磁气动阀2-5；进入循环下限保压阶段，循环下限保压时间结束后，为一次完整循环，之后进行第二次压力循环，直至达到设定循环次数或试验阀门泄漏。
在信息录入模块201之后，选择接口1加压-接口2泄压并控制压力下限试验模块205进行氢循环试验，进入试验界面，首先设定好循环上限压力、循环上限保压时间、循环下限压力、循环下限保压时间、冲氢温度、允许压降和循环次数，等待换热器冷却介质温度达到系统要求后，点击开始试验按钮。系统升压阶段，开启第一和第二电磁气动阀2-1、2-2并调节第一和第二电磁比例调速阀8-1~8-2，使第一温度传感器4-1达到设定冲氢温度，对试验样品进行加压；系统上限保压阶段，第四压力传感器3-4传来的压力信号等于设定的循环上限压力时，关闭第一和第二电磁气动阀2-1、2-2和第一和第二电磁比例调速阀8-1~8-2，进行保压，保压时间为设定的循环上限保压时间，当第四压力传感器3-4传来的压力信号下降值大于设定的允许压降时，试验不合格；系统泄压阶段，开启第四电磁气动阀2-4，直到第四压力传感器3-4传来的压力信号至达到设定的循环下限压力，关闭第四电磁气动阀2-4；进入循环下限保压阶段，循环下限保压时间结束后，为一次完整循环，之后进行第二次压力循环，直至达到设定循环次数或试验阀门泄漏。
所述氢气报警联动模块207，用于所述氢浓度检测仪15检测到环境箱内氢浓度超标时，发出声光报警，并与接口2加压泄压试验模块202、接口2加压泄压并控制压力下限试验模块203、接口1加压-接口2泄压试验模块204、接口1加压-接口2泄压并控制压力下限试验模块205进行联动暂停试验，直至氢浓度检测仪15检测到氢浓度在安全范围内，才可继续试验。
所述试验数据存储与再现模块206，可实时记录当前循环次数、压力、时间、氢传感器浓度。可通过选择框选择X轴与Y轴的数据来查看某一时间段的时间—压力曲线，可查询某一时间段的所有试验数据，可查询某一型号试验样品的所有试验数据，并打印所选试验数据；
本发明实现了涉氢部件氢循环试验，涉氢部件可以为单向阀、截止阀和软/硬管等，可调节试验介质氢气的温度，可调节试验速率，可精确控制泄放压力，试验记录可追溯、试验数据完整且查询方便。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种用于涉氢部件氢循环试验装置，包括预增气主管路（300）、驱动气管路（400），其特征在于，
其中所述预增气主管路（300）首端连接预增气气源（16）并顺序设置第一过滤器（6-1）、第一压力传感器（3-1）、第一电磁气动阀（2-1）、第一手动截止阀（1-1）、第二压力传感器（3-2）、和流量计（12），所述第一电磁气动阀（2-1）和所述第一手动截止阀（1-1）之间设置有并联的第一氢气增压泵（7-1）和第二氢气增压泵（7-2）；所述预增气主管路（300）末端连接第一接口支路（310）和第二接口支路（320），第一接口支路（310）上顺序设置第二电磁气动阀（2-2）、换热器（13）、第三压力传感器（3-3）和第一温度传感器（4-1）；第二接口支路（320）上设置第三电磁气动阀（2-3）；
驱动气管路（400）连接驱动气气源（17），并包括第一驱动气支路（410）和第二驱动气支路（420），所述第一驱动气支路（410）连接至所述第一氢气增压泵（7-1）的驱动气进口，所述第一驱动气支路（410）上顺序设置第二过滤器（6-2）、第一驱动气调节阀（5-1）和第一电磁比例调速阀（8-1），第二驱动气支路（420）连接至所述第二氢气增压泵（7-2）的驱动气进口，所述第二驱动气支路（420）上顺序设置第三过滤器（6-3）、第二驱动气调节阀（5-2）和第二电磁比例调速阀（8-2）；
所述试验装置还包括环境箱（600），所述第一接口支路（310）末端、第二接口支路（320）末端和待试验样品置于所述环境箱（600）内，所述环境箱连接抽气泵（14）和氢浓度检测仪（15）；
所述试验装置还设置有工控机（700）和PLC，所述工控机与所述PLC相连，所述PLC与所述各电磁气动阀、压力传感器、电磁比例调节阀、温度传感器、换热器和氢浓度检测仪相连。
2.根据权利要求1中所述的一种用于涉氢部件氢循环试验装置，其特征在于，所述第二接口支路（320）上设置有三条并联的泄压通道并连接至卸压气出口（18）：第一泄压通道上安装有所述第四电磁气动阀（2-4）和背压阀（9-1），第二泄压通道上安装有第五电磁气动阀（2-5），第三泄压通道上安装有第二手动截止阀（1-2）。
3.根据权利要求2中所述的一种用于涉氢部件氢循环试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括控制气管路（500），所述控制气管路连接控制气气源（19）并顺序设置有第四过滤器（6-4）和控制气调节阀（5-3），所述控制气管路具有五条支路分别连接至第一电磁气动阀（2-1）、第二电磁气动阀（2-2）、第三电磁气动阀（2-3）、第四电磁气动阀（2-4）和第五电磁气动阀（2-5）。
4.根据权利要求1中所述的一种用于涉氢部件氢循环试验装置，其特征在于，所述第一氢气增压泵（7-1）和第二氢气增压泵（7-2）的出口端还设置有一安全阀（10）。
5.根据权利要求1中所述的一种用于涉氢部件氢循环试验装置，其特征在于，所述手动截止阀（1-1）还连接一精密压力表（11）。
6.根据权利要求1中所述的一种用于涉氢部件氢循环试验装置，其特征在于，所述环境箱为防爆型恒湿恒温箱。
7.根据权利要求1-6中任一所述的一种用于涉氢部件氢循环试验装置，其特征在于，所述工控机中内置录入信息模块、氢循环试验模块、试验数据存储与再现模块、氢气报警联动模块；
所述录入信息模块，用于根据所述工控机输入的程序给每次试验部件录入详细信息，并对其进行存档；
所述氢循环试验模块，用于实现所述涉氢部件氢循环试验，可以根据试验要求选择加压和泄压通道；
所述试验数据存储与再现模块，用于实现储存实验数据、查询试验数据、试验数据处理和打印报表；
所述氢气报警联动模块，用于氢浓度超标时紧急自动停车，并进行声光报警。
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