CN118010262B - Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备及方法，属于储氢容器性能测试的技术领域。Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备包括密封箱式氢气渗透系统、多级压力氢气供应系统、氢气浓度检测系统、氮气清洁吹扫系统、真空抽取系统、废气排出和氢气回收利用系统、加热冷却控制系统、氢气浓度报警器、人机交互系统，针对不同结构形式的内胆设计了不同的固定和密封结构，克服了内胆尺寸和几何因素的影响，可以更全面、准确地对Ⅳ型储氢容器不同结构形式内胆在不同温度和压力下的氢气渗透量进行检测，具有集成度高、功能齐全的优点。
Description
技术领域
本发明属于储氢容器性能测试的技术领域，具体公开了一种Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备及方法。
背景技术
氢能由于具有易获取、热值高、燃烧产物无污染的优势得到了极大的发展，氢能储运作为氢能应用的关键，是影响氢能向大规模方向发展的重要环节。Ⅳ型储氢容器与传统储氢容器相比，在相同外径、容积和压力条件下，储氢密度大幅提升，重量也得到了大幅度的减轻，且Ⅳ型储氢容器内胆为聚合物，常用的材料有高密度聚乙烯、聚酰胺基聚合物等，与铝合金内胆相比不易疲劳失效，使用寿命较长。
Ⅳ型储氢容器内胆主要起密封作用，但与铝合金内胆相比，高分子材料存在自由体积，不能完全阻碍氢分子的迁移，导致在压差条件下氢气会发生渗透，氢气渗透现象只能减少而不能避免，长期使用会导致内胆产生塌陷、起泡现象，影响实际的安全使用，因此有必要在使用前对内胆的氢气渗透进行测量，达到安全标准后，方可投入使用。
Ⅳ型储氢容器内胆的氢气渗透还发生在封头与内胆的结合面间，由于储氢容器在工作时要面临-40℃~85℃的极端温度和循环充放气的温度压力变化，对二者在该服役环境下的密封性提出了较大挑战，因此对金属和塑料之间的结合也需要进行校核。
CN111307382A公开了一种储氢气瓶氢渗透率测定装置及方法，可实现Ⅳ型储氢容器内胆整体氢渗透率的测试，但是无法实现不同结构形式的内胆在不同温度和压力下氢气渗透量的测试。因此，开发一种能够克服内胆尺寸和几何因素的影响，在不同温度和压力下对整体内胆结构进行全面测试的装备，形成一套基于该装备的完善测试方法，对改进Ⅳ型储氢容器的使用性能具有重要意义。
发明内容
为了能全面测量不同结构形式的Ⅳ型储氢容器内胆整体在不同温度和压力下的氢气渗透，本发明提供了一种Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备及方法，有助于对容器内胆的氢气渗透进行更精确的测试，对内胆的整体氢气泄漏量有更全面的评估，为Ⅳ型储氢容器的实际使用提供更安全的体验。
上述Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备，包括密封箱式氢气渗透系统、多级压力氢气供应系统和氢气浓度检测系统；
密封箱式氢气渗透系统包括密封箱式氢气渗透系统Ⅰ和密封箱式氢气渗透系统Ⅱ；密封箱式氢气渗透系统Ⅰ用于安装单封头Ⅳ型储氢容器内胆，包括密封箱Ⅰ、一号密封连接件、通气管件、二号温度传感器、三号温度传感器、可拆卸内胆保护壳、加热组件和冷却组件；密封箱式氢气渗透系统Ⅱ用于安装双封头Ⅳ型储氢容器内胆，包括密封箱Ⅱ、二号密封连接件、可伸缩套件、伸缩驱动件以及与密封箱式氢气渗透系统Ⅰ中结构相同的一号密封连接件、通气管件、二号温度传感器、三号温度传感器、可拆卸内胆保护壳、加热组件和冷却组件；密封箱Ⅰ和密封箱Ⅱ的箱壁上均设置有密封箱连接盘和气体连接口；密封箱连接盘位于箱壁内侧，设置有气体通路；气体连接口贯穿箱壁，内侧安装有三号温度传感器；一号密封连接件包括一号连接盘以及与一号连接盘相接的一号连接轴，一号连接盘和一号连接轴上设置有贯通的气体通路，一号连接盘与密封箱连接盘密封连接，一号连接轴与通气管件的第一端密封连接；密封箱连接盘的气体通路、一号密封连接件的气体通路以及通气管件依次连通；通气管件的第二端安装有二号温度传感器；密封箱式氢气渗透系统Ⅰ中，一号连接轴和通气管件穿过单封头Ⅳ型储氢容器内胆的封头且与封头密封连接，二号温度传感器位于单封头Ⅳ型储氢容器内胆内；密封箱式氢气渗透系统Ⅱ中，一号连接轴和通气管件穿过双封头Ⅳ型储氢容器内胆的第一侧封头且与第一侧封头密封连接，二号温度传感器位于双封头Ⅳ型储氢容器内胆内；可拆卸内胆保护壳用于安装在未缠绕纤维的Ⅳ型储氢容器内胆外；加热组件用于对密封箱和Ⅳ型储氢容器内胆加热直至预设温度；冷却组件用于对密封箱和Ⅳ型储氢容器内胆冷却直至预设温度；二号密封连接件位于密封箱Ⅱ内，包括二号连接盘以及与二号连接盘相接的二号连接轴，二号连接轴穿过双封头Ⅳ型储氢容器内胆的第二侧封头且与第二侧封头密封连接；可伸缩套件包括固定套和伸缩杆件；固定套固定在密封箱Ⅱ的箱壁上，且与箱壁密封连接；伸缩杆件穿过固定套和密封箱Ⅱ的箱壁，伸缩杆件的第一端与二号连接盘连接，伸缩杆件的第二端由伸缩驱动件驱动沿固定套伸缩，调节二号密封连接件与一号密封连接件间的距离；
多级压力氢气供应系统通过不同的供气管路向Ⅳ型储氢容器内胆提供不同等级压力；
氢气浓度检测系统用于检测密封箱内的氢气浓度。
上述装备中，可伸缩套件还包括密封缓冲盘；固定套的两端开口，第二端安装有密封缓冲盘且与箱壁密封连接；伸缩杆件包括伸缩柱连接盘、伸缩柱、限位柱、推动活塞、滚动球体、球体保持架；伸缩柱穿过固定套的第一端，伸缩柱的第一端位于固定套外，伸缩柱的第二端位于固定套内；伸缩柱连接盘固定在伸缩柱的第一端，与二号连接盘连接；限位柱包括第一限位柱以及与第一限位柱连接的第二限位柱，第一限位柱固定在伸缩柱的第二端且与固定套的内壁相接；推动活塞包括活塞盘以及与活塞盘连接的活塞杆；活塞盘位于固定套内与第二限位柱连接，且与固定套的内壁相接，与第一限位柱、固定套围合成环形空腔；活塞杆穿过密封缓冲盘，由伸缩驱动件驱动沿固定套伸缩；滚动球体和球体保持架位于环形空腔内，球体保持架的两端分别与第一限位柱和活塞盘连接，滚动球体转动安装在球体保持架上且与固定套、第二限位柱滚动接触。
上述装备中，伸缩驱动件为伸缩缸，缸体通过伸缩缸支架安装在密封箱Ⅱ的箱壁外侧；可伸缩套件设置单组时，活塞杆的第二端与伸缩缸的杆体连接；可伸缩套件设置多组时，密封箱式氢气渗透系统Ⅱ还包括活塞推动盘，活塞杆的第二端设置有螺纹段，螺纹段穿过活塞推动盘通过螺母紧固，活塞推动盘与伸缩缸的杆体连接。
上述装备中，密封箱Ⅰ包括上箱盖、下箱体Ⅰ、箱内保温层和箱体支撑板，上箱盖与下箱体Ⅰ的顶部开口密封连接，上箱盖内安装有冷却组件，下箱体Ⅰ的箱壁上设置有密封箱连接盘和气体连接口，下箱体Ⅰ的底板上和箱体支撑板上均设置有加热组件安装槽，箱内保温层上设置有加热组件安装孔，下箱体Ⅰ、箱内保温层和箱体支撑板连接围合成加热组件安装腔，加热组件安装在加热组件安装腔内；密封箱Ⅱ包括上箱盖、下箱体Ⅱ、箱内保温层和箱体支撑板，上箱盖与下箱体Ⅱ的顶部开口密封连接，上箱盖内安装有冷却组件，下箱体Ⅱ的箱壁上设置有密封箱连接盘、气体连接口、固定套、伸缩杆件，下箱体Ⅱ的底板上和箱体支撑板上均设置有加热组件安装槽，箱内保温层上设置有加热组件安装孔，下箱体Ⅱ、箱内保温层和箱体支撑板连接围合成加热组件安装腔，加热组件安装在加热组件安装腔内；密封箱式氢气渗透系统Ⅰ和密封箱式氢气渗透系统Ⅱ还包括内胆支撑座和箱外保温层；内胆支撑座设置在密封箱内；箱外保温层围合在密封箱外。
上述装备中，上箱盖与下箱体Ⅰ之间以及上箱盖与下箱体Ⅱ之间安装有密封圈；一号连接盘与密封箱连接盘之间采用凹凸咬合面连接，凹凸咬合面上安装有多个密封圈；气体连接口上安装有密封隔热圈；密封箱式氢气渗透系统Ⅰ中，一号连接盘抵靠在单封头Ⅳ型储氢容器内胆的封头外与封头之间通过锁紧密封套连接，一号连接轴与单封头Ⅳ型储氢容器内胆的封头螺纹连接，一号连接盘与单封头Ⅳ型储氢容器内胆的封头之间、一号连接盘与锁紧密封套之间、单封头Ⅳ型储氢容器内胆的封头与锁紧密封套之间、一号连接轴与通气管件之间以及通气管件与单封头Ⅳ型储氢容器内胆的气口之间均安装有密封圈；密封箱式氢气渗透系统Ⅱ中，一号连接盘抵靠在双封头Ⅳ型储氢容器内胆的第一侧封头外与第一侧封头之间通过锁紧密封套连接，一号连接轴与第一侧封头螺纹连接，二号连接盘抵靠在双封头Ⅳ型储氢容器内胆的第二侧封头外与第二侧封头之间通过锁紧密封套连接，二号连接轴与第二侧封头螺纹连接，二号连接轴与双封头Ⅳ型储氢容器内胆的第二侧气口之间安装有密封塞，一号连接盘与第一侧封头之间、一号连接盘与锁紧密封套之间、第一侧封头与锁紧密封套之间、一号连接轴与通气管件之间、通气管件与第一侧气口之间、二号连接盘与第二侧封头之间、二号连接盘与锁紧密封套之间、第二侧封头与锁紧密封套之间、二号连接轴与密封塞之间、密封塞与第二侧气口之间均安装有密封圈。
上述装备中，多级压力氢气供应系统包括氢气气源、一号开关阀、多级活塞式压缩机、一号冷却器、一号温度传感器、一号过滤器、一号干燥器、一号压力传感器、一号控制阀、一号减压阀、一号压力表、一号单向阀、二号单向阀、二号控制阀、气罐、二号压力表、二号减压阀、三号单向阀、一号流量调节阀、四号单向阀、二号压力传感器、五号单向阀、三号控制阀、二号流量调节阀；氢气气源、一号开关阀、多级活塞式压缩机、一号冷却器、一号过滤器、一号干燥器通过管路依次连接，一号温度传感器安装在一号冷却器和一号过滤器之间的管路上，一号压力传感器安装在一号干燥器的出口管路上；一号干燥器的出口管路分为两条支路，第一支路与一号控制阀、一号减压阀、一号单向阀依次连接，第二支路与二号单向阀、二号控制阀依次连接；一号压力表安装在一号减压阀和一号单向阀之间的管路上；一号单向阀的出口管路和二号控制阀的出口管路汇合后与气罐的进口连接；二号压力表安装在气罐上；气罐的出口管路分为两条支路，第一支路与二号减压阀、三号单向阀依次连接，第二支路与一号流量调节阀、四号单向阀依次连接；三号单向阀的出口管路和四号单向阀的出口管路汇合，汇合管路上安装有二号压力传感器，汇合管路分为两条支路，第一支路与五号单向阀、三号控制阀、二号流量调节阀、密封箱的气体连接口依次连接，第二支路与密封箱连接盘的气体通路连接；
氢气浓度检测系统包括三号压力传感器、四号控制阀、抽气泵、二号过滤器、二号冷却器、二号干燥器、三号流量调节阀和氢气质谱仪；密封箱的气体连接口、四号控制阀、抽气泵、二号过滤器、二号冷却器、二号干燥器、三号流量调节阀、氢气质谱仪的进口通过管路依次连接；三号压力传感器安装在密封箱的气体连接口和四号控制阀之间的管路上。
上述装备还包括氮气清洁吹扫系统、真空抽取系统以及废气排出和氢气回收利用系统；
氮气清洁吹扫系统包括氮气气源、二号开关阀、压力调节阀、六号单向阀、四号压力传感器；氮气气源、二号开关阀、压力调节阀、六号单向阀通过管路依次连接，六号单向阀的出口管路与气罐的出口管路连接；四号压力传感器安装在六号单向阀的出口管路上；
真空抽取系统包括五号控制阀、七号单向阀、四号流量调节阀、八号单向阀、六号控制阀、五号流量调节阀、真空泵；五号控制阀、七号单向阀、四号流量调节阀通过管路依次连接，五号控制阀的进口管路与汇合管路连接，四号流量调节阀的出口管路与真空泵的进口连接；密封箱的气体连接口、八号单向阀、六号控制阀、五号流量调节阀通过管路依次连接，五号流量调节阀的出口管路与真空泵的进口连接；
废气排出和氢气回收利用系统包括七号控制阀、八号控制阀、气体分离装置和氢气回收罐；真空泵的出口管路分为两条支路，第一支路与七号控制阀连接，第二支路与八号控制阀、气体分离装置依次连接；七号控制阀的出口管路为排气管路；气体分离装置的出口管路分为两条支路，第一支路为排气管路，第二支路与氢气回收罐的进口连接，氢气回收罐的出口接回氢气气源；氢气质谱仪的出口与八号控制阀的进口连接。
上述装备还包括加热冷却控制系统、氢气浓度报警器和人机交互系统；
加热冷却控制系统包括加热冷却控制器、加热功率控制器、液氮源、一号液氮流量控制阀和二号液氮流量控制阀；加热功率控制器和液氮源均由加热冷却控制器控制；加热组件采用电阻丝加热器，由加热功率控制器控制；冷却组件采用冷却管路，两端分别与液氮源的进口和出口连接，冷却管路与液氮源进口之间的管路上以及冷却管路与液氮源出口之间的管路上分别安装有一号液氮流量控制阀和二号液氮流量控制阀；
氢气质谱仪、加热冷却控制器和氢气浓度报警器均由人机交互系统控制。
本发明还提供一种Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试方法，采用上述Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备进行恒定压力下氢渗透率的测试，包括下述步骤：
S1，准备测试样品：测试样品与实际产品完全相同，为单封头Ⅳ型储氢容器内胆或双封头Ⅳ型储氢容器内胆，根据测试样品的种类选择密封箱式氢气渗透系统Ⅰ或密封箱式氢气渗透系统Ⅱ，若测试样品未缠绕纤维则在测试样品的外侧安装可拆卸内胆保护壳后再将测试样品安装在密封箱中，若测试样品已缠绕纤维则直接将测试样品安装在密封箱中；
S2，清扫管路气体：打开六号控制阀、五号流量调节阀、真空泵、七号控制阀抽取密封箱中的空气，打开气罐、二号减压阀、一号流量调节阀、三号控制阀、二号流量调节阀、五号控制阀、四号流量调节阀抽取气罐和测试样品内的空气，当压力表的示数逐渐减小至最小值后，关闭真空泵，打开二号开关阀和压力调节阀进行氮气吹扫，调节压力调节阀使四号压力传感器的示数符合测试要求，当压力表的示数逐渐增大至符合测试要求后，关闭二号开关阀和压力调节阀，再次打开真空泵抽真空直至压力表的示数逐渐减小至最小值后，关闭三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵；
S3，调节测试温度：进行低温环境测试时，打开液氮源，使液氮沿冷却管路进行循环流动，直至二号温度传感器的示数符合测试要求后进行保温；
进行高温环境测试时，关闭液氮源的开关，打开加热功率控制器，利用电阻丝加热器进行加热，直至二号温度传感器的示数符合测试要求后进行保温；
S4，增压与恒定保压：根据测试要求设置一号减压阀的额定压力，打开一号开关阀，进行高压测试时打开二号控制阀，进行中低压测试时打开一号控制阀和一号减压阀，氢气经过多级活塞式压缩机、一号冷却器、一号过滤器、一号干燥器从高压管路或中低压管路进入气罐进行储存，观察二号压力表，当气罐中气体压力达到测试要求后打开气罐开关，氢气沿管路进入测试样品内部，持续增压至二号压力传感器的示数达到测试要求后进行保压；
S5，检测氢气渗透量：保压时间达到测试要求后，打开四号控制阀、抽气泵、三号流量调节阀、氢气质谱仪，对密封箱内的氢气渗透量进行检测，直至氢气质谱仪的示数稳定不变，记录结果，关闭四号控制阀、抽气泵，继续保压后再次检测密封箱内的氢气渗透量，连续测量多次，直至符合测量误差，则确认渗透到达稳定状态，记录时间与氢气渗透量；
S6，排出管路气体：打开三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀、气体分离装置，进行气体抽取和分离，分离后的氢气进入氢气回收罐，其他气体通过排气管路排入空气中，直至压力表的示数逐渐减小至最小值，关闭三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀、气体分离装置。
本发明还提供一种Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试方法，采用上述Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备进行循环压力下Ⅳ型储氢容器内胆屈曲与鼓泡的测试，包括下述步骤：
S1，准备测试样品：测试样品与实际产品完全相同，为单封头Ⅳ型储氢容器内胆或双封头Ⅳ型储氢容器内胆，根据测试样品的种类选择密封箱式氢气渗透系统Ⅰ或密封箱式氢气渗透系统Ⅱ，若测试样品未缠绕纤维则在测试样品的外侧安装可拆卸内胆保护壳后再将测试样品安装在密封箱中，若测试样品已缠绕纤维则直接将测试样品安装在密封箱中；
S2，清扫管路气体：打开六号控制阀、五号流量调节阀、真空泵、七号控制阀抽取密封箱中的空气，打开气罐、二号减压阀、一号流量调节阀、三号控制阀、二号流量调节阀、五号控制阀、四号流量调节阀抽取气罐和测试样品内的空气，当压力表的示数逐渐减小至最小值后，关闭真空泵，打开二号开关阀和压力调节阀进行氮气吹扫，调节压力调节阀使四号压力传感器的示数符合测试要求，当压力表的示数逐渐增大至符合测试要求后，关闭二号开关阀和压力调节阀，再次打开真空泵抽真空直至压力表的示数逐渐减小至最小值后，关闭三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵；
S3，调节测试温度：进行低温环境测试时，打开液氮源，使液氮沿冷却管路进行循环流动，直至二号温度传感器的示数符合测试要求后进行保温；
进行高温环境测试时，关闭液氮源的开关，打开加热功率控制器，利用电阻丝加热器进行加热，直至二号温度传感器的示数符合测试要求后进行保温；
S4，增压与恒定保压：根据测试要求设置一号减压阀的额定压力，打开一号开关阀，进行高压测试时打开二号控制阀，进行中低压测试时打开一号控制阀和一号减压阀，氢气经过多级活塞式压缩机、一号冷却器、一号过滤器、一号干燥器从高压管路或中低压管路进入气罐进行储存，观察二号压力表，当气罐中气体压力达到测试要求后打开气罐开关，氢气沿管路进入测试样品内部，持续增压至二号压力传感器的示数达到测试要求后进行保压；
S5，检测氢气渗透量：保压时间达到测试要求后，打开四号控制阀、抽气泵、三号流量调节阀、氢气质谱仪，对密封箱内的氢气渗透量进行检测，直至氢气质谱仪的示数稳定不变，记录结果，关闭四号控制阀、抽气泵，继续保压后再次检测密封箱内的氢气渗透量，连续测量多次，直至符合测量误差，则确认渗透到达稳定状态，记录时间与氢气渗透量；
S6，循环加压：打开三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀、气体分离装置，调节四号流量调节阀、五号流量调节阀，使真空泵的抽取速率为最大放氢速率，分离后的氢气进入氢气回收罐，其他气体通过排气管路排入空气中，排气过程中观察三号温度传感器，保证三号温度传感器的示数符合测试要求，观察二号压力传感器的示数，当示数降至大气压，关闭三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀，排气结束后，通过加热冷却控制器调节三号温度传感器的示数符合测试要求，进行保温，重复步骤S4至二号压力传感器的示数达到测试样品的公称工作压力后进行保压，保压时长大于或等于步骤S5中所记录的渗透到达稳定状态的时间，重复上述操作；
S7，排出管路气体：循环加压完成后，打开三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀、气体分离装置，进行气体抽取和分离，分离后的氢气进入氢气回收罐，其他气体通过排气管路排入空气中，直至压力表的示数逐渐减小至最小值，关闭三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀、气体分离装置；
S8，内胆缺陷检测：打开密封箱，取出经过循环加压的测试样品，对测试样品进行切割，观察内表面和切割面是否存在屈曲和鼓泡。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所提供的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备及方法，针对不同结构形式的内胆设计了不同的固定和密封结构，克服了内胆尺寸和几何因素的影响，多级压力氢气供应系统通过不同的供气管路向内胆提供不同等级压力，加热组件和冷却组件实现内胆不同温度的控制，可以更全面、准确地对Ⅳ型储氢容器不同结构形式内胆在不同温度和压力下的氢气渗透量进行检测，具有集成度高、功能齐全的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备的结构示意图；
图2为密封箱式氢气渗透系统Ⅰ的剖视图；
图3为密封箱式氢气渗透系统Ⅰ的爆炸图；
图4为密封箱连接盘、一号密封连接件、通气管件的密封连接示意图；
图5为一号密封连接件的结构示意图；
图6为密封箱式氢气渗透系统Ⅱ的剖视图；
图7为密封箱式氢气渗透系统Ⅱ的侧视图；
图8为二号密封连接件、可伸缩套件、伸缩缸、伸缩缸支架、活塞推动盘的连接示意图；
图9为二号密封连接件的结构示意图；
图10为可伸缩套件的剖视图；
图11为可伸缩套件的爆炸图。
图中：1-密封箱式氢气渗透系统；1.1.1-密封箱连接盘；1.1.2-上箱盖；1.1.3 a -下箱体Ⅰ；1.1.3 b -下箱体Ⅱ；1.1.4-箱内保温层；1.1.5-箱体支撑板；1.2-一号密封连接件；1.3-通气管件；1.4-二号温度传感器；1.5-三号温度传感器；1.6-可拆卸内胆保护壳；1.7-内胆支撑座；1.8-箱外保温层；1.9-电阻丝加热器；1.10-冷却管路；1.11-一号密封圈；1.12-二号密封圈；1.13-三号密封圈；1.14-四号密封圈；1.15-五号密封圈；1.16-六号密封圈；1.17-七号密封圈；1.18-八号密封圈；1.19-锁紧密封套；1.20-九号密封圈；1.21-十号密封圈；1.22-密封垫片；1.23-十一号密封圈；1.24-十二号密封圈；1.25-密封隔热圈；1.26-二号密封连接件；1.27-可伸缩套件；1.27.1-固定套；1.27.2-密封缓冲盘；1.27.3-十三号密封圈；1.27.4-伸缩柱连接盘；1.27.5-伸缩柱；1.27.6-限位柱；1.27.7-推动活塞；1.27.8-滚动球体；1.27.9-球体保持架；1.28-伸缩缸；1.29-伸缩缸支架；1.30-活塞推动盘；1.31-密封塞；
2-氢气气源；3-一号开关阀；4-多级活塞式压缩机；5-一号冷却器；6-一号温度传感器；7-一号过滤器；8-一号干燥器；9-一号压力传感器；10-一号控制阀；11-一号减压阀；12-一号压力表；13-一号单向阀；14-二号单向阀；15-二号控制阀；16-气罐；17-二号压力表；18-二号减压阀；19-三号单向阀；20-一号流量调节阀；21-四号单向阀；22-二号压力传感器；23-五号单向阀；24-三号控制阀；25-二号流量调节阀；26-三号压力传感器；27-四号控制阀；28-抽气泵；29-二号过滤器；30-二号冷却器；31-二号干燥器；32-三号流量调节阀；33-氢气质谱仪；34-氮气气源；35-二号开关阀；36-压力调节阀；37-六号单向阀；38-四号压力传感器；39-五号控制阀；40-七号单向阀；41-四号流量调节阀；42-八号单向阀；43-六号控制阀；44-五号流量调节阀；45-真空泵；46-七号控制阀；47-八号控制阀；48-气体分离装置；49-氢气回收罐；50-加热冷却控制器；51-加热功率控制器；52-液氮源；53-一号液氮流量控制阀；54-二号液氮流量控制阀；55-氢气浓度报警器；56-人机交互系统；
101-单封头Ⅳ型储氢容器内胆；102-双封头Ⅳ型储氢容器内胆。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
实施例1
上述Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备，包括密封箱式氢气渗透系统1、多级压力氢气供应系统、氢气浓度检测系统、氮气清洁吹扫系统、真空抽取系统、废气排出和氢气回收利用系统、加热冷却控制系统、氢气浓度报警器55、人机交互系统56。
密封箱式氢气渗透系统1包括密封箱式氢气渗透系统Ⅰ和密封箱式氢气渗透系统Ⅱ。
密封箱式氢气渗透系统Ⅰ用于安装单封头Ⅳ型储氢容器内胆101，包括密封箱Ⅰ、一号密封连接件1.2、通气管件1.3、二号温度传感器1.4、三号温度传感器1.5、可拆卸内胆保护壳1.6、内胆支撑座1.7、箱外保温层1.8、加热组件和冷却组件；密封箱Ⅰ的箱壁上设置有密封箱连接盘1.1.1和气体连接口；密封箱连接盘1.1.1位于箱壁内侧，设置有气体通路；气体连接口贯穿箱壁，内侧安装有三号温度传感器1.5；一号密封连接件1.2包括一号连接盘以及与一号连接盘相接的一号连接轴，一号连接盘和一号连接轴上设置有贯通的气体通路，一号连接盘与密封箱连接盘1.1.1密封连接，一号连接轴与通气管件1.3的第一端密封连接；密封箱连接盘1.1.1的气体通路、一号密封连接件1.2的气体通路以及通气管件1.3依次连通；通气管件1.3的第二端安装有二号温度传感器1.4，本实施例中，通气管件1.3设置有多个通气孔；一号连接轴和通气管件1.3穿过单封头Ⅳ型储氢容器内胆101的封头且与封头密封连接，二号温度传感器1.4位于单封头Ⅳ型储氢容器内胆101内；可拆卸内胆保护壳1.6用于安装在未缠绕纤维的Ⅳ型储氢容器内胆外，由与氢气具有良好相容性的金属制成，根据Ⅳ型储氢容器内胆的外形进行等比例定制，良好的贴合在内胆外部，表面设计为大孔洞网格状，不影响测试过程中氢气的渗透，同时可以保护Ⅳ型储氢容器内胆在高压作用下不受破坏，具有可拆卸、由多部分组装的特点；内胆支撑座1.7设置在密封箱Ⅰ内；箱外保温层1.8围合在密封箱Ⅰ外，根据密封箱Ⅰ外形设计，保温材料贴合于密封箱Ⅰ外表面，优先选择聚氨酯发泡材料或挤塑聚苯板；加热组件用于对密封箱Ⅰ和单封头Ⅳ型储氢容器内胆101加热直至预设温度；冷却组件用于对密封箱Ⅰ和单封头Ⅳ型储氢容器内胆101冷却直至预设温度。
上述密封箱式氢气渗透系统Ⅰ中，密封箱Ⅰ包括上箱盖1.1.2、下箱体Ⅰ1.1.3 a、箱内保温层1.1.4和箱体支撑板1.1.5，上箱盖1.1.2与下箱体Ⅰ1.1.3a的顶部开口密封连接，上箱盖1.1.2内安装有冷却组件，下箱体Ⅰ1.1.3a的箱壁上设置有密封箱连接盘1.1.1和气体连接口，下箱体Ⅰ1.1.3a的底板上和箱体支撑板1.1.5上均设置有加热组件安装槽，箱内保温层1.1.4上设置有加热组件安装孔，下箱体Ⅰ1.1.3 a、箱内保温层1.1.4和箱体支撑板1.1.5连接围合成加热组件安装腔，加热组件安装在加热组件安装腔内。
上述密封箱式氢气渗透系统Ⅰ中，加热组件采用电阻丝加热器1.9，冷却组件采用冷却管路1.10。电阻丝加热器1.9和冷却管路1.10均采用U形结构。
上述密封箱式氢气渗透系统Ⅰ中，为了保证密封性，设置了多种密封结构。上箱盖1.1.2与下箱体Ⅰ1.1.3 a之间安装有一号密封圈1.11，上箱盖1.1.2与下箱体Ⅰ1.1.3 a的连接面上设置有凹槽，二者通过螺栓和自紧螺母紧固，一号密封圈1.11置于连接面的凹槽中实现密封。一号连接盘与密封箱连接盘1.1.1之间采用凹凸咬合面连接，通过螺栓与自紧螺母紧固，本实施例采用两个凹凸咬合面，每个凹凸咬合面上安装有三个密封圈，共计六个密封圈，分别为二号密封圈1.12、三号密封圈1.13、四号密封圈1.14、五号密封圈1.15、六号密封圈1.16、七号密封圈1.17。一号连接盘抵靠在单封头Ⅳ型储氢容器内胆101的封头外，二者的连接面之间安装有八号密封圈1.18，二者通过锁紧密封套1.19连接，锁紧密封套1.19包括两个半环，半环的两端设置有连接耳，两个半环的内壁设置有两道凹槽，两道凹槽中分别安装有九号密封圈1.20和十号密封圈1.21，两个半环置于一号连接盘和封头外，九号密封圈1.20位于一号连接盘和锁紧密封套1.19之间，十号密封圈1.21位于封头和锁紧密封套1.19之间，连接耳之间安装密封垫片1.22后通过螺栓螺母紧固。一号连接轴与单封头Ⅳ型储氢容器内胆101的封头螺纹连接，一号连接轴与通气管件1.3之间安装有十一号密封圈1.23，通气管件1.3与单封头Ⅳ型储氢容器内胆101的气口之间安装有十二号密封圈1.24。气体连接口上安装有密封隔热圈1.25。
密封箱式氢气渗透系统Ⅱ用于安装双封头Ⅳ型储氢容器内胆102，包括密封箱Ⅱ、二号密封连接件1.26、可伸缩套件1.27、伸缩驱动件以及与密封箱式氢气渗透系统Ⅰ中结构相同的一号密封连接件1.2、通气管件1.3、二号温度传感器1.4、三号温度传感器1.5、可拆卸内胆保护壳1.6、内胆支撑座1.7、箱外保温层1.8、加热组件和冷却组件。
密封箱式氢气渗透系统Ⅱ与密封箱式氢气渗透系统Ⅰ不同之处在于：一号连接轴和通气管件1.3穿过双封头Ⅳ型储氢容器内胆102的第一侧封头且与第一侧封头密封连接，二号温度传感器1.4位于双封头Ⅳ型储氢容器内胆102内；二号密封连接件1.26位于密封箱Ⅱ内，包括二号连接盘以及与二号连接盘相接的二号连接轴，二号连接轴穿过双封头Ⅳ型储氢容器内胆102的第二侧封头且与第二侧封头密封连接；可伸缩套件1.27包括固定套1.27.1和伸缩杆件；固定套1.27.1固定在密封箱Ⅱ的箱壁上，且与箱壁密封连接；伸缩杆件穿过固定套1.27.1和密封箱Ⅱ的箱壁，伸缩杆件的第一端与二号连接盘连接，伸缩杆件的第二端由伸缩驱动件驱动沿固定套1.27.1伸缩，调节二号密封连接件与一号密封连接件间的距离，以适应不同尺寸的双封头Ⅳ型储氢容器内胆102；加热组件用于对密封箱Ⅱ和双封头Ⅳ型储氢容器内胆102加热直至预设温度；冷却组件用于对密封箱Ⅱ和双封头Ⅳ型储氢容器内胆102冷却直至预设温度。
上述密封箱式氢气渗透系统Ⅱ中，可伸缩套件1.27还包括密封缓冲盘1.27.2和十三号密封圈1.27.3；固定套1.27.1的两端开口，第二端安装有密封缓冲盘1.27.2且与箱壁之间安装有十三号密封圈1.27.3；伸缩杆件包括伸缩柱连接盘1.27.4、伸缩柱1.27.5、限位柱1.27.6、推动活塞1.27.7、滚动球体1.27.8、球体保持架1.27.9；伸缩柱1.27.5穿过固定套1.27.1的第一端，伸缩柱1.27.5的第一端位于固定套1.27.1外，伸缩柱1.27.5的第二端位于固定套1.27.1内；伸缩柱连接盘1.27.4固定在伸缩柱1.27.5的第一端，与二号连接盘通过螺钉连接；限位柱1.27.6包括第一限位柱以及与第一限位柱连接的第二限位柱，第一限位柱固定在伸缩柱1.27.5的第二端且与固定套1.27.1的内壁相接；推动活塞1.27.7包括活塞盘以及与活塞盘连接的活塞杆；活塞盘位于固定套1.27.1内与第二限位柱连接，且与固定套1.27.1的内壁相接，与第一限位柱、固定套1.27.1围合成环形空腔；活塞杆穿过密封缓冲盘1.27.2，由伸缩驱动件驱动沿固定套1.27.1伸缩；滚动球体1.27.8和球体保持架1.27.9位于环形空腔内，球体保持架1.27.9的两端分别与第一限位柱和活塞盘连接，滚动球体1.27.8转动安装在球体保持架1.27.9上且与固定套1.27.1、第二限位柱滚动接触，工作时使用润滑油进行润滑，使滚动球体1.27.8能够自由滚动。在推动活塞1.27.6运动到固定套1.27.1的第二端时，密封缓冲盘1.27.2提供缓冲作用，同时与十三号密封圈1.27.3搭配使用保证密封效果。
上述密封箱式氢气渗透系统Ⅱ中，伸缩驱动件为伸缩缸1.28，缸体通过伸缩缸支架1.29安装在密封箱Ⅱ的箱壁外侧；可伸缩套件1.27设置单组时，活塞杆的第二端与伸缩缸1.28的杆体连接；可伸缩套件1.27设置多组时，密封箱式氢气渗透系统Ⅱ还包括活塞推动盘1.30，活塞杆的第二端设置有螺纹段，螺纹段穿过活塞推动盘1.30通过螺母紧固，活塞推动盘与伸缩缸1.28的杆体连接。
上述密封箱式氢气渗透系统Ⅱ中，密封箱Ⅱ包括上箱盖1.1.2、下箱体Ⅱ1.1.3 b、箱内保温层1.1.4和箱体支撑板1.1.5，与密封箱Ⅰ的不同之处在于：下箱体Ⅱ1.1.3 b的箱壁上除密封箱连接盘1.1.1和气体连接口外，还安装有固定套1.27.1、伸缩杆件。
上述密封箱式氢气渗透系统Ⅱ中的密封结构包括：上箱盖1.1.2与下箱体Ⅱ1.1.3b之间的一号密封圈1.11；一号连接盘与密封箱连接盘1.1.1之间的二-七号密封圈；一号连接盘与双封头Ⅳ型储氢容器内胆102的第一侧封头之间以及二号连接盘与双封头Ⅳ型储氢容器内胆102的第二侧封头之间的锁紧密封套1.19、八-十号密封圈；锁紧密封套1.19中两个连接耳之间的密封垫片1.22；一号连接轴与通气管件1.3之间的十一号密封圈1.23；通气管件1.3与双封头Ⅳ型储氢容器内胆102的第一侧气口之间的十二号密封圈1.24；气体连接口上的密封隔热圈1.25；二号连接轴与双封头Ⅳ型储氢容器内胆102的第二侧气口之间的密封塞1.31；二号连接轴与密封塞1.31之间的十四号密封圈；密封塞1.31与第二侧气口之间的十五号密封圈。
多级压力氢气供应系统通过不同的供气管路向Ⅳ型储氢容器内胆提供不同等级压力，包括氢气气源2、一号开关阀3、多级活塞式压缩机4、一号冷却器5、一号温度传感器6、一号过滤器7、一号干燥器8、一号压力传感器9、一号控制阀10、一号减压阀11、一号压力表12、一号单向阀13、二号单向阀14、二号控制阀15、气罐16、二号压力表17、二号减压阀18、三号单向阀19、一号流量调节阀20、四号单向阀21、二号压力传感器22、五号单向阀23、三号控制阀24、二号流量调节阀25；氢气气源2、一号开关阀3、多级活塞式压缩机4、一号冷却器5、一号过滤器7、一号干燥器8通过管路依次连接，一号温度传感器6安装在一号冷却器5和一号过滤器7之间的管路上，一号压力传感器9安装在一号干燥器8的出口管路上；一号干燥器8的出口管路分为两条支路，第一支路与一号控制阀10、一号减压阀11、一号单向阀13依次连接，第二支路与二号单向阀14、二号控制阀15依次连接；一号压力表12安装在一号减压阀11和一号单向阀13之间的管路上；一号单向阀13的出口管路和二号控制阀15的出口管路汇合后与气罐16的进口连接；二号压力表17安装在气罐16上；气罐16的出口管路分为两条支路，第一支路与二号减压阀18、三号单向阀19依次连接，第二支路与一号流量调节阀20、四号单向阀21依次连接；三号单向阀19的出口管路和四号单向阀21的出口管路汇合，汇合管路上安装有二号压力传感器22，汇合管路分为两条支路，第一支路与五号单向阀23、三号控制阀24、二号流量调节阀25、密封箱的气体连接口依次连接，第二支路与密封箱连接盘1.1.1的气体通路连接。打开一号开关阀3，氢气从氢气气源2进入多级活塞式压缩机4被压缩，压缩气体继续进入一号冷却器5进行冷却，并由一号温度传感器6检测温度，压缩气体继续依次进入一号过滤器7和一号干燥器8，滤除压缩空气中的杂质、液态水滴和油滴，变成干燥气体，经一号压力传感器9检测压力，进行高压测试时，打开二号控制阀15，气体经二号单向阀14和二号控制阀15进入气罐16进行储存留待后续使用，进行中低压测试时，打开一号控制阀10，气体经一号控制阀10、一号减压阀11和一号单向阀13，降至预设压力并进入气罐16留待后续使用，气罐16用于消除多级活塞式压缩机4的压力脉动，使供气平稳，气罐16的出气端经过压力流量调节管路与密封箱式氢气渗透系统的进气端相连。
氢气浓度检测系统用于检测密封箱内的氢气浓度，包括三号压力传感器26、四号控制阀27、抽气泵28、二号过滤器29、二号冷却器30、二号干燥器31、三号流量调节阀32和氢气质谱仪33；密封箱的气体连接口、四号控制阀27、抽气泵28、二号过滤器29、二号冷却器30、二号干燥器31、三号流量调节阀32、氢气质谱仪33的进口通过管路依次连接；三号压力传感器26安装在密封箱的气体连接口和四号控制阀27之间的管路上。由于测试过程中氢气渗透量较少，依靠氢气扩散至氢气质谱仪33测得的结果不准确，需要依靠抽气泵28将渗透氢气抽取至氢气质谱仪33检测。
氮气清洁吹扫系统包括氮气气源34、二号开关阀35、压力调节阀36、六号单向阀37、四号压力传感器38；氮气气源34、二号开关阀35、压力调节阀36、六号单向阀37通过管路依次连接，六号单向阀37的出口管路与气罐16的出口管路连接；四号压力传感器38安装在六号单向阀37的出口管路上。
真空抽取系统包括五号控制阀39、七号单向阀40、四号流量调节阀41、八号单向阀42、六号控制阀43、五号流量调节阀44、真空泵45；五号控制阀39、七号单向阀40、四号流量调节阀41通过管路依次连接，五号控制阀39的进口管路与汇合管路连接，四号流量调节阀41的出口管路与真空泵45的进口连接；密封箱的气体连接口、八号单向阀42、六号控制阀43、五号流量调节阀44通过管路依次连接，五号流量调节阀44的出口管路与真空泵45的进口连接。
废气排出和氢气回收利用系统包括七号控制阀46、八号控制阀47、气体分离装置48和氢气回收罐49；真空泵45的出口管路分为两条支路，第一支路与七号控制阀46连接，第二支路与八号控制阀47、气体分离装置48依次连接；七号控制阀46的出口管路为排气管路；气体分离装置48的出口管路分为两条支路，第一支路为排气管路，第二支路与氢气回收罐49的进口连接，氢气回收罐49的出口接回氢气气源2；氢气质谱仪33的出口与八号控制阀47的进口连接。
加热冷却控制系统包括加热冷却控制器50、加热功率控制器51、液氮源52、一号液氮流量控制阀53和二号液氮流量控制阀54；加热功率控制器51和液氮源52均由加热冷却控制器50控制；电阻丝加热器1.9由加热功率控制器51控制；冷却管路1.10的两端分别与液氮源52的进口和出口连接，冷却管路1.10与液氮源52进口之间的管路上以及冷却管路1.10与液氮源52出口之间的管路上分别安装有一号液氮流量控制阀53和二号液氮流量控制阀54。
氢气质谱仪33、加热冷却控制器50和氢气浓度报警器55均由人机交互系统56控制，氢气质谱仪33、温度传感器和压力传感器的检测值均由人机交互系统56的面板显示。
本实施例中，一号开关阀3和二号开关阀35采用手动开关阀，二号压力表17采用电接点压力表，伸缩缸1.28采用油缸。
实施例2
本实施例采用实施例1所述的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备进行恒定压力下氢渗透率的测试，包括下述步骤。
S1，准备测试样品：测试样品与实际产品完全相同，为单封头Ⅳ型储氢容器内胆101或双封头Ⅳ型储氢容器内胆102，根据测试样品的种类选择密封箱式氢气渗透系统Ⅰ或密封箱式氢气渗透系统Ⅱ，若测试样品未缠绕纤维则在测试样品的外侧安装可拆卸内胆保护壳1.6后再将测试样品安装在密封箱中，若测试样品已缠绕纤维则直接将测试样品安装在密封箱中，测试样品由内胆支撑座1.7支撑。
S2，清扫管路气体：打开六号控制阀43、五号流量调节阀44、真空泵45、七号控制阀46抽取密封箱中的空气，打开气罐16、二号减压阀18、一号流量调节阀20、三号控制阀24、二号流量调节阀25、五号控制阀39、四号流量调节阀41抽取气罐16和测试样品内的空气，当压力表的示数逐渐减小至最小值（理论值为0，实际测试时由于环境、装备等因素最小值接近于0）后，关闭真空泵45，打开二号开关阀35和压力调节阀36进行氮气吹扫，调节压力调节阀36使四号压力传感器38的示数符合测试要求（本实施例中四号压力传感器38的示数为0.15MPa~0.20MPa），当压力表的示数逐渐增大至符合测试要求后，关闭二号开关阀35和压力调节阀36，再次打开真空泵45抽真空直至压力表的示数逐渐减小至最小值后，关闭三号控制阀24、五号控制阀39、六号控制阀43、真空泵45。
S3，调节测试温度：进行低温环境测试时，打开液氮源52，使液氮沿冷却管路1.10进行循环流动，直至二号温度传感器1.4的示数符合测试要求后进行保温；
进行高温环境测试时，关闭液氮源52的开关，打开加热功率控制器51，利用电阻丝加热器1.9进行加热，直至二号温度传感器1.4的示数符合测试要求后进行保温；
二号温度传感器1.4的示数在人机交互系统56的面板上实时展示，根据示数对液氮流量控制阀和加热功率控制器51进行调节，实现加热冷却控制的可视化，温度调控更加灵敏。
S4，增压与恒定保压：根据测试要求设置一号减压阀11的额定压力，打开一号开关阀3，进行高压测试时打开二号控制阀15，进行中低压测试时打开一号控制阀10和一号减压阀11，氢气经过多级活塞式压缩机4、一号冷却器5、一号过滤器7、一号干燥器8从高压管路或中低压管路进入气罐16进行储存，观察二号压力表17，当气罐16中气体压力达到测试要求后打开气罐16开关，氢气沿管路进入测试样品内部，持续增压至二号压力传感器22的示数达到测试要求后进行保压。
步骤S4中，中低压模式对未缠绕纤维的测试样品进行测试，需要安装可拆卸内胆保护壳1.6，高压模式对完成纤维缠绕的测试样品进行测试，无需安装可拆卸内胆保护壳1.6。
S5，检测氢气渗透量：保压时间达到测试要求（本实施例中保压时间为12h）后，打开四号控制阀27、抽气泵28、三号流量调节阀32、氢气质谱仪33，对密封箱内的氢气渗透量进行检测，直至氢气质谱仪33的示数稳定不变，记录结果，关闭四号控制阀27、抽气泵28，继续保压（本实施例中保压时间为12h）后再次检测密封箱内的氢气渗透量，连续测量多次（至少3次），直至符合测量误差（本实施例中两次测量值之差在前一次测量值的10%以内则符合测量误差），则确认渗透到达稳定状态，记录时间与氢气渗透量。
步骤S5中，测试时，氢气质谱仪33的示数在人机交互系统56的面板上实时展示，当示数剧烈增加时代表测试样品出现破损，应立刻终止测试，并进行气体抽取，与氢气浓度报警器55搭配使用分别监测密封箱式氢气渗透系统内部和外部的氢气浓度，保证试验安全。
S6，排出管路气体：打开三号控制阀24、五号控制阀39、六号控制阀43、真空泵45、八号控制阀47、气体分离装置48，进行气体抽取和分离，分离后的氢气进入氢气回收罐49，其他气体通过排气管路排入空气中，直至压力表的示数逐渐减小至最小值，关闭三号控制阀24、五号控制阀39、六号控制阀43、真空泵45、八号控制阀47、气体分离装置48。
实施例3
本实施例采用实施例1所述的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备进行循环压力下Ⅳ型储氢容器内胆屈曲与鼓泡的测试，包括下述步骤。
步骤S1-S5与实施例2相同。
S6，循环加压：打开三号控制阀24、五号控制阀39、六号控制阀43、真空泵45、八号控制阀47、气体分离装置48，调节四号流量调节阀41、五号流量调节阀44，使真空泵45的抽取速率为最大放氢速率，分离后的氢气进入氢气回收罐49，其他气体通过排气管路排入空气中，排气过程中观察三号温度传感器1.5，保证三号温度传感器1.5的示数符合测试要求（本实施例中，三号温度传感器1.5的示数在-40℃以上），观察二号压力传感器22的示数，当示数降至大气压，关闭三号控制阀24、五号控制阀39、六号控制阀43、真空泵45、八号控制阀47，排气结束后，通过加热冷却控制器50调节三号温度传感器1.5的示数符合测试要求（本实施例中，三号温度传感器1.5的示数为15~25℃），进行保温（本实施例中，保温时长为5h），重复步骤S4至二号压力传感器22的示数达到测试样品的公称工作压力后进行保压，保压时长大于或等于步骤S5中所记录的渗透到达稳定状态的时间，重复上述操作9次。
S7，排出管路气体：循环加压完成后，打开三号控制阀24、五号控制阀39、六号控制阀43、真空泵45、八号控制阀47、气体分离装置48，进行气体抽取和分离，分离后的氢气进入氢气回收罐49，其他气体通过排气管路排入空气，直至压力表的示数逐渐减小至最小值，关闭三号控制阀24、五号控制阀39、六号控制阀43、真空泵45、八号控制阀47、气体分离装置48。
S8，内胆缺陷检测：打开密封箱，取出经过循环加压的测试样品，对测试样品进行切割，观察内表面和切割面是否存在屈曲和鼓泡等缺陷。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备，其特征在于，包括密封箱式氢气渗透系统、多级压力氢气供应系统和氢气浓度检测系统；
所述密封箱式氢气渗透系统包括密封箱式氢气渗透系统Ⅰ和密封箱式氢气渗透系统Ⅱ；
所述密封箱式氢气渗透系统Ⅰ用于安装单封头Ⅳ型储氢容器内胆，包括密封箱Ⅰ、一号密封连接件、通气管件、二号温度传感器、三号温度传感器、可拆卸内胆保护壳、加热组件和冷却组件；
所述密封箱式氢气渗透系统Ⅱ用于安装双封头Ⅳ型储氢容器内胆，包括密封箱Ⅱ、二号密封连接件、可伸缩套件、伸缩驱动件以及与密封箱式氢气渗透系统Ⅰ中结构相同的一号密封连接件、通气管件、二号温度传感器、三号温度传感器、可拆卸内胆保护壳、加热组件和冷却组件；
所述密封箱Ⅰ和密封箱Ⅱ的箱壁上均设置有密封箱连接盘和气体连接口；
所述密封箱连接盘位于箱壁内侧，设置有气体通路；
所述气体连接口贯穿箱壁，内侧安装有三号温度传感器；
所述一号密封连接件包括一号连接盘以及与一号连接盘相接的一号连接轴，一号连接盘和一号连接轴上设置有贯通的气体通路，一号连接盘与密封箱连接盘密封连接，一号连接轴与通气管件的第一端密封连接；
所述密封箱连接盘的气体通路、一号密封连接件的气体通路以及通气管件依次连通；
所述通气管件的第二端安装有二号温度传感器；
所述密封箱式氢气渗透系统Ⅰ中，一号连接轴和通气管件穿过单封头Ⅳ型储氢容器内胆的封头且与封头密封连接，二号温度传感器位于单封头Ⅳ型储氢容器内胆内；
所述密封箱式氢气渗透系统Ⅱ中，一号连接轴和通气管件穿过双封头Ⅳ型储氢容器内胆的第一侧封头且与第一侧封头密封连接，二号温度传感器位于双封头Ⅳ型储氢容器内胆内；
所述可拆卸内胆保护壳用于安装在未缠绕纤维的Ⅳ型储氢容器内胆外；
所述加热组件用于对密封箱和Ⅳ型储氢容器内胆加热直至预设温度；
所述冷却组件用于对密封箱和Ⅳ型储氢容器内胆冷却直至预设温度；
所述二号密封连接件位于密封箱Ⅱ内，包括二号连接盘以及与二号连接盘相接的二号连接轴，二号连接轴穿过双封头Ⅳ型储氢容器内胆的第二侧封头且与第二侧封头密封连接；
所述可伸缩套件包括固定套和伸缩杆件；
所述固定套固定在密封箱Ⅱ的箱壁上，且与箱壁密封连接；
所述伸缩杆件穿过固定套和密封箱Ⅱ的箱壁，伸缩杆件的第一端与二号连接盘连接，伸缩杆件的第二端由伸缩驱动件驱动沿固定套伸缩，调节二号密封连接件与一号密封连接件间的距离；
所述多级压力氢气供应系统通过不同的供气管路向Ⅳ型储氢容器内胆提供不同等级压力；
所述氢气浓度检测系统用于检测密封箱内的氢气浓度。
2.根据权利要求1所述的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备，其特征在于，所述可伸缩套件还包括密封缓冲盘；
所述固定套的两端开口，第二端安装有密封缓冲盘且与箱壁密封连接；
所述伸缩杆件包括伸缩柱连接盘、伸缩柱、限位柱、推动活塞、滚动球体、球体保持架；
所述伸缩柱穿过固定套的第一端，伸缩柱的第一端位于固定套外，伸缩柱的第二端位于固定套内；
所述伸缩柱连接盘固定在伸缩柱的第一端，与二号连接盘连接；
所述限位柱包括第一限位柱以及与第一限位柱连接的第二限位柱，第一限位柱固定在伸缩柱的第二端且与固定套的内壁相接；
所述推动活塞包括活塞盘以及与活塞盘连接的活塞杆；
所述活塞盘位于固定套内与第二限位柱连接，且与固定套的内壁相接，与第一限位柱、固定套围合成环形空腔；
所述活塞杆穿过密封缓冲盘，由伸缩驱动件驱动沿固定套伸缩；
所述滚动球体和球体保持架位于环形空腔内，球体保持架的两端分别与第一限位柱和活塞盘连接，滚动球体转动安装在球体保持架上且与固定套、第二限位柱滚动接触。
3.根据权利要求2所述的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备，其特征在于，所述伸缩驱动件为伸缩缸，缸体通过伸缩缸支架安装在密封箱Ⅱ的箱壁外侧；
所述可伸缩套件设置单组时，活塞杆的第二端与伸缩缸的杆体连接；
所述可伸缩套件设置多组时，密封箱式氢气渗透系统Ⅱ还包括活塞推动盘，活塞杆的第二端设置有螺纹段，螺纹段穿过活塞推动盘通过螺母紧固，活塞推动盘与伸缩缸的杆体连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备，其特征在于，密封箱Ⅰ包括上箱盖、下箱体Ⅰ、箱内保温层和箱体支撑板，上箱盖与下箱体Ⅰ的顶部开口密封连接，上箱盖内安装有冷却组件，下箱体Ⅰ的箱壁上设置有密封箱连接盘和气体连接口，下箱体Ⅰ的底板上和箱体支撑板上均设置有加热组件安装槽，箱内保温层上设置有加热组件安装孔，下箱体Ⅰ、箱内保温层和箱体支撑板连接围合成加热组件安装腔，加热组件安装在加热组件安装腔内；
密封箱Ⅱ包括上箱盖、下箱体Ⅱ、箱内保温层和箱体支撑板，上箱盖与下箱体Ⅱ的顶部开口密封连接，上箱盖内安装有冷却组件，下箱体Ⅱ的箱壁上设置有密封箱连接盘、气体连接口、固定套、伸缩杆件，下箱体Ⅱ的底板上和箱体支撑板上均设置有加热组件安装槽，箱内保温层上设置有加热组件安装孔，下箱体Ⅱ、箱内保温层和箱体支撑板连接围合成加热组件安装腔，加热组件安装在加热组件安装腔内；
密封箱式氢气渗透系统Ⅰ和密封箱式氢气渗透系统Ⅱ还包括内胆支撑座和箱外保温层；
所述内胆支撑座设置在密封箱内；
所述箱外保温层围合在密封箱外。
5.根据权利要求4所述的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备，其特征在于，上箱盖与下箱体Ⅰ之间以及上箱盖与下箱体Ⅱ之间安装有密封圈；
一号连接盘与密封箱连接盘之间采用凹凸咬合面连接，凹凸咬合面上安装有多个密封圈；
气体连接口上安装有密封隔热圈；
密封箱式氢气渗透系统Ⅰ中，一号连接盘抵靠在单封头Ⅳ型储氢容器内胆的封头外与封头之间通过锁紧密封套连接，一号连接轴与单封头Ⅳ型储氢容器内胆的封头螺纹连接，一号连接盘与单封头Ⅳ型储氢容器内胆的封头之间、一号连接盘与锁紧密封套之间、单封头Ⅳ型储氢容器内胆的封头与锁紧密封套之间、一号连接轴与通气管件之间以及通气管件与单封头Ⅳ型储氢容器内胆的气口之间均安装有密封圈；
密封箱式氢气渗透系统Ⅱ中，一号连接盘抵靠在双封头Ⅳ型储氢容器内胆的第一侧封头外与第一侧封头之间通过锁紧密封套连接，一号连接轴与第一侧封头螺纹连接，二号连接盘抵靠在双封头Ⅳ型储氢容器内胆的第二侧封头外与第二侧封头之间通过锁紧密封套连接，二号连接轴与第二侧封头螺纹连接，二号连接轴与双封头Ⅳ型储氢容器内胆的第二侧气口之间安装有密封塞，一号连接盘与第一侧封头之间、一号连接盘与锁紧密封套之间、第一侧封头与锁紧密封套之间、一号连接轴与通气管件之间、通气管件与第一侧气口之间、二号连接盘与第二侧封头之间、二号连接盘与锁紧密封套之间、第二侧封头与锁紧密封套之间、二号连接轴与密封塞之间、密封塞与第二侧气口之间均安装有密封圈。
6.根据权利要求1-3任一项所述的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备，其特征在于，多级压力氢气供应系统包括氢气气源、一号开关阀、多级活塞式压缩机、一号冷却器、一号温度传感器、一号过滤器、一号干燥器、一号压力传感器、一号控制阀、一号减压阀、一号压力表、一号单向阀、二号单向阀、二号控制阀、气罐、二号压力表、二号减压阀、三号单向阀、一号流量调节阀、四号单向阀、二号压力传感器、五号单向阀、三号控制阀、二号流量调节阀；
所述氢气气源、一号开关阀、多级活塞式压缩机、一号冷却器、一号过滤器、一号干燥器通过管路依次连接，一号温度传感器安装在一号冷却器和一号过滤器之间的管路上，一号压力传感器安装在一号干燥器的出口管路上；
所述一号干燥器的出口管路分为两条支路，第一支路与一号控制阀、一号减压阀、一号单向阀依次连接，第二支路与二号单向阀、二号控制阀依次连接；
所述一号压力表安装在一号减压阀和一号单向阀之间的管路上；
所述一号单向阀的出口管路和二号控制阀的出口管路汇合后与气罐的进口连接；
所述二号压力表安装在气罐上；
所述气罐的出口管路分为两条支路，第一支路与二号减压阀、三号单向阀依次连接，第二支路与一号流量调节阀、四号单向阀依次连接；
所述三号单向阀的出口管路和四号单向阀的出口管路汇合，汇合管路上安装有二号压力传感器，汇合管路分为两条支路，第一支路与五号单向阀、三号控制阀、二号流量调节阀、密封箱的气体连接口依次连接，第二支路与密封箱连接盘的气体通路连接；
氢气浓度检测系统包括三号压力传感器、四号控制阀、抽气泵、二号过滤器、二号冷却器、二号干燥器、三号流量调节阀和氢气质谱仪；
密封箱的气体连接口、四号控制阀、抽气泵、二号过滤器、二号冷却器、二号干燥器、三号流量调节阀、氢气质谱仪的进口通过管路依次连接；
所述三号压力传感器安装在密封箱的气体连接口和四号控制阀之间的管路上。
7.根据权利要求6所述的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备，其特征在于，还包括氮气清洁吹扫系统、真空抽取系统以及废气排出和氢气回收利用系统；
所述氮气清洁吹扫系统包括氮气气源、二号开关阀、压力调节阀、六号单向阀、四号压力传感器；
所述氮气气源、二号开关阀、压力调节阀、六号单向阀通过管路依次连接，六号单向阀的出口管路与气罐的出口管路连接；
所述四号压力传感器安装在六号单向阀的出口管路上；
所述真空抽取系统包括五号控制阀、七号单向阀、四号流量调节阀、八号单向阀、六号控制阀、五号流量调节阀、真空泵；
所述五号控制阀、七号单向阀、四号流量调节阀通过管路依次连接，五号控制阀的进口管路与汇合管路连接，四号流量调节阀的出口管路与真空泵的进口连接；
所述密封箱的气体连接口、八号单向阀、六号控制阀、五号流量调节阀通过管路依次连接，五号流量调节阀的出口管路与真空泵的进口连接；
所述废气排出和氢气回收利用系统包括七号控制阀、八号控制阀、气体分离装置和氢气回收罐；
所述真空泵的出口管路分为两条支路，第一支路与七号控制阀连接，第二支路与八号控制阀、气体分离装置依次连接；
所述七号控制阀的出口管路为排气管路；
所述气体分离装置的出口管路分为两条支路，第一支路为排气管路，第二支路与氢气回收罐的进口连接，氢气回收罐的出口接回氢气气源；
所述氢气质谱仪的出口与八号控制阀的进口连接。
8.根据权利要求7所述的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备，其特征在于，还包括加热冷却控制系统、氢气浓度报警器和人机交互系统；
所述加热冷却控制系统包括加热冷却控制器、加热功率控制器、液氮源、一号液氮流量控制阀和二号液氮流量控制阀；
所述加热功率控制器和液氮源均由加热冷却控制器控制；
所述加热组件采用电阻丝加热器，由加热功率控制器控制；
所述冷却组件采用冷却管路，两端分别与液氮源的进口和出口连接，冷却管路与液氮源进口之间的管路上以及冷却管路与液氮源出口之间的管路上分别安装有一号液氮流量控制阀和二号液氮流量控制阀；
所述氢气质谱仪、加热冷却控制器和氢气浓度报警器均由人机交互系统控制。
9.一种Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试方法，其特征在于，采用权利要求8所述的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备进行恒定压力下氢渗透率的测试，包括下述步骤：
S1，准备测试样品：测试样品与实际产品完全相同，为单封头Ⅳ型储氢容器内胆或双封头Ⅳ型储氢容器内胆，根据测试样品的种类选择密封箱式氢气渗透系统Ⅰ或密封箱式氢气渗透系统Ⅱ，若测试样品未缠绕纤维则在测试样品的外侧安装可拆卸内胆保护壳后再将测试样品安装在密封箱中，若测试样品已缠绕纤维则直接将测试样品安装在密封箱中；
S2，清扫管路气体：打开六号控制阀、五号流量调节阀、真空泵、七号控制阀抽取密封箱中的空气，打开气罐、二号减压阀、一号流量调节阀、三号控制阀、二号流量调节阀、五号控制阀、四号流量调节阀抽取气罐和测试样品内的空气，当压力表的示数逐渐减小至最小值后，关闭真空泵，打开二号开关阀和压力调节阀进行氮气吹扫，调节压力调节阀使四号压力传感器的示数符合测试要求，当压力表的示数逐渐增大至符合测试要求后，关闭二号开关阀和压力调节阀，再次打开真空泵抽真空直至压力表的示数逐渐减小至最小值后，关闭三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵；
S3，调节测试温度：进行低温环境测试时，打开液氮源，使液氮沿冷却管路进行循环流动，直至二号温度传感器的示数符合测试要求后进行保温；
进行高温环境测试时，关闭液氮源的开关，打开加热功率控制器，利用电阻丝加热器进行加热，直至二号温度传感器的示数符合测试要求后进行保温；
S4，增压与恒定保压：根据测试要求设置一号减压阀的额定压力，打开一号开关阀，进行高压测试时打开二号控制阀，进行中低压测试时打开一号控制阀和一号减压阀，氢气经过多级活塞式压缩机、一号冷却器、一号过滤器、一号干燥器从高压管路或中低压管路进入气罐进行储存，观察二号压力表，当气罐中气体压力达到测试要求后打开气罐开关，氢气沿管路进入测试样品内部，持续增压至二号压力传感器的示数达到测试要求后进行保压；
S5，检测氢气渗透量：保压时间达到测试要求后，打开四号控制阀、抽气泵、三号流量调节阀、氢气质谱仪，对密封箱内的氢气渗透量进行检测，直至氢气质谱仪的示数稳定不变，记录结果，关闭四号控制阀、抽气泵，继续保压后再次检测密封箱内的氢气渗透量，连续测量多次，直至符合测量误差，则确认渗透到达稳定状态，记录时间与氢气渗透量；
S6，排出管路气体：打开三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀、气体分离装置，进行气体抽取和分离，分离后的氢气进入氢气回收罐，其他气体通过排气管路排入空气中，直至压力表的示数逐渐减小至最小值，关闭三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀、气体分离装置。
10.一种Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试方法，其特征在于，采用权利要求8所述的Ⅳ型储氢容器内胆多级压力氢气渗透测试装备进行循环压力下Ⅳ型储氢容器内胆屈曲与鼓泡的测试，包括下述步骤：
S1，准备测试样品：测试样品与实际产品完全相同，为单封头Ⅳ型储氢容器内胆或双封头Ⅳ型储氢容器内胆，根据测试样品的种类选择密封箱式氢气渗透系统Ⅰ或密封箱式氢气渗透系统Ⅱ，若测试样品未缠绕纤维则在测试样品的外侧安装可拆卸内胆保护壳后再将测试样品安装在密封箱中，若测试样品已缠绕纤维则直接将测试样品安装在密封箱中；
S2，清扫管路气体：打开六号控制阀、五号流量调节阀、真空泵、七号控制阀抽取密封箱中的空气，打开气罐、二号减压阀、一号流量调节阀、三号控制阀、二号流量调节阀、五号控制阀、四号流量调节阀抽取气罐和测试样品内的空气，当压力表的示数逐渐减小至最小值后，关闭真空泵，打开二号开关阀和压力调节阀进行氮气吹扫，调节压力调节阀使四号压力传感器的示数符合测试要求，当压力表的示数逐渐增大至符合测试要求后，关闭二号开关阀和压力调节阀，再次打开真空泵抽真空直至压力表的示数逐渐减小至最小值后，关闭三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵；
S3，调节测试温度：进行低温环境测试时，打开液氮源，使液氮沿冷却管路进行循环流动，直至二号温度传感器的示数符合测试要求后进行保温；
进行高温环境测试时，关闭液氮源的开关，打开加热功率控制器，利用电阻丝加热器进行加热，直至二号温度传感器的示数符合测试要求后进行保温；
S4，增压与恒定保压：根据测试要求设置一号减压阀的额定压力，打开一号开关阀，进行高压测试时打开二号控制阀，进行中低压测试时打开一号控制阀和一号减压阀，氢气经过多级活塞式压缩机、一号冷却器、一号过滤器、一号干燥器从高压管路或中低压管路进入气罐进行储存，观察二号压力表，当气罐中气体压力达到测试要求后打开气罐开关，氢气沿管路进入测试样品内部，持续增压至二号压力传感器的示数达到测试要求后进行保压；
S5，检测氢气渗透量：保压时间达到测试要求后，打开四号控制阀、抽气泵、三号流量调节阀、氢气质谱仪，对密封箱内的氢气渗透量进行检测，直至氢气质谱仪的示数稳定不变，记录结果，关闭四号控制阀、抽气泵，继续保压后再次检测密封箱内的氢气渗透量，连续测量多次，直至符合测量误差，则确认渗透到达稳定状态，记录时间与氢气渗透量；
S6，循环加压：打开三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀、气体分离装置，调节四号流量调节阀、五号流量调节阀，使真空泵的抽取速率为最大放氢速率，分离后的氢气进入氢气回收罐，其他气体通过排气管路排入空气中，排气过程中观察三号温度传感器，保证三号温度传感器的示数符合测试要求，观察二号压力传感器的示数，当示数降至大气压，关闭三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀，排气结束后，通过加热冷却控制器调节三号温度传感器的示数符合测试要求，进行保温，重复步骤S4至二号压力传感器的示数达到测试样品的公称工作压力后进行保压，保压时长大于或等于步骤S5中所记录的渗透到达稳定状态的时间，重复步骤S6；
S7，排出管路气体：循环加压完成后，打开三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀、气体分离装置，进行气体抽取和分离，分离后的氢气进入氢气回收罐，其他气体通过排气管路排入空气中，直至压力表的示数逐渐减小至最小值，关闭三号控制阀、五号控制阀、六号控制阀、真空泵、八号控制阀、气体分离装置；
S8，内胆缺陷检测：打开密封箱，取出经过循环加压的测试样品，对测试样品进行切割，观察内表面和切割面是否存在屈曲和鼓泡。
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